Procesos de soldadura

Los procesos de soldadura están ampliamente extendidos en la industria de fabricación metálica, la construcción, así como en operaciones de reparación. Es importante seleccionar el tipo de soldadura más adecuado para cada aplicación, y su correcta ejecución. De hecho, el tipo de proceso influye de una manera decisiva en la calidad y el coste de los equipos finales o componentes fabricados.

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Welding Air Liquide

Air Liquide, un líder mundial en gases para aplicaciones industriales, le explica los diferentes tipos de soldadura que se usan a nivel industrial.

La historia de la soldadura tiene sus raíces en la metalurgia antigua. Durante la Edad del Bronce (1300-700 a.C.), los primeros artesanos unían metales como el oro mediante martilleo en frío. Ya en el 2700 a.C., los orfebres sumerios utilizaban formas tempranas de soldadura fuerte (brazing). Con el comienzo de la Edad del Hierro, la soldadura por forja se convirtió en el estándar; los herreros calentaban el hierro por encima de los 1000 °C hasta un estado pastoso y martillaban las piezas juntas para forjar una unión, una técnica utilizada por los romanos para fabricar espadas.

La soldadura como herramienta industrial moderna surgió en los siglos XIX y principios del XX. Sir Humphrey Davy descubrió el arco eléctrico alrededor del año 1800. Los ingenieros franceses Edmond Fouché y Charles Picard desarrollaron el primer soplete de oxiacetileno funcional, capaz de combinar gas acetileno y oxígeno para producir una llama superior a los 3,000 °C. La soldadura por arco dio un salto masivo en 1912 cuando Arthur Strohmenger patentó el electrodo (Soldadura MMA) con recubrimiento grueso, que protegía la soldadura de la atmósfera y producía uniones fuertes. En los años 40 se desarrollaron los procesos de soldadura TIG y GMAW (MIG/MAG). Hoy en día, la industria ha evolucionado para incluir procesos de alta energía como la Soldadura por Haz de Electrones (EBW) y la Soldadura por Haz Láser (LBW), que utilizan haces concentrados de electrones o luz para vaporizar el metal y crear soldaduras extremadamente profundas y estrechas que antes eran imposibles.

 

Clasificación de los procesos de soldadura

A la hora de soldar materiales existen diferentes métodos, y se pueden clasificar (según American Welding Society, AWS) de la siguiente manera: sujeción mecánica, adhesivos y por soldeo. Dentro de los métodos de soldeo, podemos distinguir tres grandes grupos:

  1. Soldadura por fusión: tanto el metal base como el de aportación (si existe) se funden  y se genera un cordón de soldadura.
  2. Soldadura en estado sólido: la unión se produce entre metal base y de aportación en estado sólido.
  3. Soldadura  fuerte y blanda: el metal base permanece en estado sólido, mientras que la aportación se funde para generar la unión. La diferencia entre soldeo fuerte y blando radica en que en el primero se utilizan materiales de aportación con puntos de fusión (o temperatura de fusión) superiores a 450 ºC, mientras en el segundo, estos son inferiores.

Para una clasificación más detallada de estos procesos, los criterios que se emplean son los siguientes:

  • Tipo de energía: eléctrica, mecánica, química (llama de acetileno) y radiación.
  • Fuente de energía: arco eléctrico, resistencia, inducción, láser, ultrasonidos…
  • Con o sin esfuerzo mecánico.
  • Tipo de protección: gas de protección, fundente o flux, vacío.

Existen numerosos procesos de soldeo diferentes, según la pieza que se quiere soldar. En la siguiente tabla se muestran algunos de los principales procesos de soldeo por fusión más importantes.

Soldeo por fusión
Tipo de energíaFuente de energíaEsfuerzo mecánicoTipo de protecciónProceso
EléctricaArco eléctricoNoGas
GMAW- MIG (gas inerte)
 - MAG (gas activo)

TIG, (electrodo de tungsteno)

Plasma (PAW)

NoFlux

Electrodo revestido (SMAW)

Arco sumergido (SAW)

Hilo tubular (FCAW)

ResistenciaPresión 

Soldadura por puntos

QuímicaLlamaNoFundente

Soldadura Oxiacetilénica

RadiaciónLuzNoGas

Soldadura láser

 

Partículas electromagnéticas

NoVacío

Soldadura por haz de electrones

 

Procesos de soldadura Air Liquide

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Distintos procesos de soldadura

Factores clave para elegir el proceso de soldadura adecuado

La elección del tipo de soldadura más adecuado exige evaluar múltiples variables para lograr una unión de calidad, que sea técnicamente viable y económicamente rentable. Esta decisión debe basarse en un profundo conocimiento de los requisitos de fabricación, ya que cada técnica determina la geometría del cordón, la velocidad de ejecución y las tolerancias mecánicas permitidas.

1. Materiales a unir y su soldabilidad

La calidad del material, propiedades físicas y mecánicas, y su soldabilidad van a marcar el proceso o procesos de soldadura que se pueden utilizar, y las condiciones bajo las que se ejecutan

Un material metálico se considera soldable, en un determinado grado, por un procedimiento específico y para una aplicación concreta, cuando, mediante una técnica adecuada, es posible lograr la continuidad metálica de la unión. Esta unión debe cumplir con las exigencias prescritas en cuanto a sus propiedades locales y a la influencia de estas propiedades en la construcción de la que forma parte integral.

Tipos de Soldabilidad y Factores que la Determinan

Tipo de SoldabilidadFactores Determinantes
Soldabilidad MetalúrgicaComposición Química, Espesor
Soldabilidad ConstructivaForma, Masa, Embridamiento
Soldabilidad GlobalEl conjunto de los factores anteriores

 

2. Densidad de Energía y Tolerancias de Ajuste

La elección del proceso de soldadura está fuertemente ligada a dos factores interrelacionados: la densidad de energía y las tolerancias de ajuste o preparación, ambos con un impacto directo en la calidad de la unión, la velocidad de soldeo y las deformaciones.

Conforme mayor es la densidad de energía del proceso:

  • Mayores son los requisitos de ajuste en la preparación para conseguir una soldadura de calidad
  • Se consiguen mayores velocidades de soldadura

3. Tamaño, Espesor y Posición de la Soldadura

  • Espesor: la unión de piezas muy gruesas requiere procesos de alta tasa de deposición y gran aporte energético, como el Arco Sumergido (SAW). Por el contrario, los espesores finos exigen procesos de bajo aporte térmico y fácil regulación (como TIG o miicroplasma) para no perforar el material.
  • Posición: la posición de soldadura tiene influencia en la selección del procedimiento de soldadura más adecuado. Procesos como el arco sumergido sólo se puede usar en posición plana o en cornisa, mientras que la soldadura MIC/MAG o TIG se puede usar en todas las posiciones. La industrialización de la soldadura láser fibra, permite la soldadura en cualquier posición con esta tecnología láser.

4. Lugar de Fabricación y Manejabilidad

  • Trabajos en campo: se requiere portabilidad y versatilidad. El electrodo revestido (SMAW) es el más utilizado
  • Trabajos en taller: permiten la adaptación de cualquier proceso de soldadura, que será ya función de los niveles de inversión, requisitos de calidad..

5. Requisitos de Calidad, Costes y Capacitación

Una vez que quedan definidos los tipos de soldadura que son viables en función de las parámetros anteriormente mencionado, la elección definitiva vendrá marcada por:

  • Viabilidad económica: este factor determinará el nivel de inversión requerido, así como la posibilidad de automatizar o robotizar el proceso de soldadura.
  • Requisitos de calidad y normativos: es fundamental cumplir con las exigencias de calidad y las normativas aplicables al sector.
  • Capacitación del personal de soldadura: para industrias específicas como la aeronáutica, equipos a presión o astilleros, es imprescindible contar con soldadores debidamente cualificados según normas EN o ASME.

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