3.3. Uniiones fijas: Soldadura

Importante

Realizando una soldadura
Imagen de W.M.Plate Jr en Wikimedia. Dominio público
La soldadura es un proceso de unión de materiales, generalmente metales o termoplásticos, por medio del calor.
 
Consiste en caldear el material hasta que funde, y una vez unidas las piezas, se dejan enfriar.
Si en el proceso de soldadura se utiliza un material que se aporta a la unión, se dice que es una soldadura con material de aportación, y si no interviene ningún material externo, entonces se dice que es una soldadura sin material de aportación o autógena.
Si el material de aportación y los materiales a unir son de la misma naturaleza, se llamará soldadura homogénea y en caso contrario heterogénea.
En la soldadura se pueden utilizar diferentes formas de caldeo del material: una llama de gas, un arco eléctrico, un láser, un rayo de electrones, procesos de fricción o ultrasonido.
Puede ser realizada en diferentes ambientes al aire libre, en atmósfera inerte, bajo el agua o en el espacio.
Soldadura al aire libre
Soldadura acuática
Imagen en Wikimedia Commons. Dominio público
 Imagen de Spangineer en Wikimedia. Dominio público

Como curiosidad aquí tienes un vídeo interesante sobre la soldadura bajo el agua.



Video de Soldanet AR alojado en Youtube

La soldadura puede realizarse:

  • a tope, en la que los dos extremos que se pretenden soldar están situados en el mismo plano. Cuando se suelda a tope, el cordón debe ser continuo a todo lo largo de la unión y con completa penetración. En uniones de fuerza el cordón de soldadura debe realizarse por ambas caras. Es la posición más usual y recomendable.
  • a solape, realizando el cordón a lo largo de dos juntas solapadas. Se le llama también soldadura con recubrimiento.
   

El material de aportación debe tener una temperatura de fusión inferior a la de las piezas a soldar e incluso en algunas ocasiones hay que aportar una presión junto con el calor para que se realice la soldadura.

Habitualmente se emplea también un producto llamado borax con el que se impregnan las superficies a soldar. Éste cumple la doble función de actuar como desoxidante de las zonas donde se aplica y como fundente, es decir, reduciendo la temperatura de fusión.


Soldadura blanda en circuitos impresos
Imagen de Aisart en Wikimedia. Licencia CC

A continuación vamos a conocer los distintos tipos de soldaduras.

Soldadura blanda

SOLDADURA BLANDA

Se emplea para unir componentes electrónicos y montar circuitos impresos.

Para realizarla se utiliza un soldador que es una herramienta con aspecto de "lápiz". En la punta tiene una barra de cobre recubierta con hierro, níquel y cromo y cuando se conecta a la red alcanza temperaturas superiores a 230ºC (dependiendo de su potencia).

Si necesitamos deshacer una soldadura o eliminar el exceso de metal de aportación, utilizamos el desoldador que es un instrumento con un mecanismo succionador que absorbe el material fundido.

Utiliza como material de aportación una aleación formada por 60% de estaño y 40% de plomo debido a su buena conductividad eléctrica, a su bajo punto de fusión (232ºC) y a su precio competitivo, aunque en ciertas aplicaciones especiales se usan aleaciones con plata u oro. Este material es tubular y su alma es de una resina que al fundirse, desengrasa y desoxida los metales a soldar, lo que asegura que los elementos a soldar deben estar limpios de grasa, óxido, lo que hace que la soldadura sea eficaz.

Soldador para soldaduras blandas
Material de aportación para soldaduras blandas
Soldador
Imagen de Norro en Wikimedia. CC		 Imagen de Inductiveload en Wikimedia. Dominio público

Soldadura oxiacetilénica o autógena

SOLDADURA OXIACETILÉNICA O AUTÓGENA
Se utiliza para soldar distintos materiales: acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas aleaciones.

No necesita material de aportación.

Para lograr la fusión rápida del material se utiliza un soplete que combina oxígeno (como comburente) y acetileno (como combustible). La mezcla se produce en una boquilla hueca de la que sale acetileno rodeado por el oxígeno. La llama que se produce es muy delgada y de color celeste, y alcanza una temperatura de 3050 ºC.

Equipo para la soldadura oxiacetilénica

Imagen en Mediateca. CC

Si se van a unir dos chapas metálicas se colocan una junto a la otra, se calienta hasta alcanzar el punto de fusión sólo en la zona de la unión y por unión de ambos materiales se produce una costura.


El enfriamiento es más lento que con el arco eléctrico, lo que provoca mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura.
El oxígeno y el acetileno se almacenan en botellas de acero, a una presión de 15 kp/cm² el acetileno y de 200 kp/cm² el oxígeno y ambas van montadas en un carrillo desplazable.

Un proceso similar, el oxicorte, se emplea para cortar metales.

 Curiosidad
Llama producida por el soplete oxiacetilénico La llama producida en el soplete oxiacetilénico presenta varias zonas:
 
  • Zona de mezcla, donde se mezclan ambos gases.
  • Dardo, se calienta la mezcla hasta la temperatura de inflamación, pero todavía no ha ardido es de un color verdoso.
  • Zona de inflamación, se produce una elevación muy brusca de temperatura.
  • Zona de temperatura máxima, es la que se emplea durante la soldadura.
  • Penacho, es la zona exterior de la llama, donde se produce la segunda fase de la combustión.

En el siguiente vídeo tienes una muestra de cómo se realiza la soldadura oxiacetilénica.

Vídeo de Urisei alojado en Youtube

Soldadura por arco

SOLDADURA POR ARCO

Hombre soldando por arco
Imagen de J. Barrios en Wikimedia. CC
Actualmente es un método muy comúnmente empleado, por su reducido coste, fácil aplicación, buenos ritmos de fabricación, y la facilidad para soldar un amplio número de metales.

El proceso consiste en provocar la fusión de las piezas a unir debido al calor producido por un arco eléctrico (alcanza una temperatura de unos 3500ºC). Los bordes fundidos de las piezas se mezclan íntimamente con el material de aportación (que se desprende de un electrodo), dando lugar, al enfriarse, a una unión homogénea y resistente.

Se deben fijar las piezas a soldar a una mesa de trabajo de material refractario, inmovilizándolas durante el proceso.
 
Se debe ir eliminando la escoria que se va produciendo, recubriendo el cordón de soldadura, con una picoleta.
 
Hay que mantener el electrodo inclinado unos 15º y desplazarlo en un movimiento de zigzag relativo, para tratar de que el material que se desprende de él se distribuya homogéneamente entre las piezas a soldar.
 
Los electrodos tienen una parte central o alma, y un revestimiento exterior (metálico o de carbón; según los empleados se identifican distintas técnicas de soldadura).
 
Las sustancias del revestimiento tienen diversas misiones: añadir material a la soldadura, proteger el metal fundido durante la fusión, aumentar la ionización del aire, dirigir el arco y las gotas de metal fundido y formar escorias que ascienden a la superficie de la soldadura.
 
Durante el proceso de la soldadura hay que protegerse los ojos con un vidrio muy oscuro, ya que la luminosidad del arco podría dañar los ojos.

Soldadura por resistencia

SOLDADURA POR RESISTENCIA

Se basa en el efecto Joule, es decir, en aprovechar el calor generado cuando una corriente eléctrica atraviesa una resistencia que colocamos en la zona de unión de dos superficies de metal para fundir el material.

Se puede diferenciar varios tipos de soldadura por resistencia:
  • Soldadura por puntos
  • Soldadura por costura
  • Soldadura TIG
  • Soldadura aluminotérmica

Soldadura por puntos

SOLDADURA POR PUNTOS

Se utiliza para soldar chapas de metal solapadas, de hasta 5 mm de espesor.

Dos electrodos aprietan las chapas de metal y se hace pasar una corriente, de elevado valor, a su través, lo que proporciona el calor suficiente para fundir el material.

Presenta indiscutibles ventajas:

  • uso eficiente de la energía
  • escasa deformación de las piezas
  • elevados ritmos de producción,
  • fácil automatización
  •  no necesita material de aportación y
  • aunque la fuerza en la unión es inferior que con otros métodos de soldadura, está especialmente indicada en la industria del automóvil.

Un coche actual lleva varios miles de puntos de soldadura ejecutados por robots soldadores.

Máquina para soldar por puntos Robot para soldar por puntos
Imagen de Trident en Wikimedia. CC
 Imagen de albertollopisrosa en Wikimedia. CC

Soldadura por costura

SOLDADURA POR COSTURA

Los electrodos tienen forma de rueda y van girando, describiendo una trayectoria por la zona a soldar y haciendo posible costuras de soldadura largas y continuas.

Antes se usaba en la fabricación de latas de bebidas, ahora sus usos son más reducidos.

SOLDADURA TIG (Tungsten Inert Gas)

Caracterizada por la utilización de un electrodo permanente de tungsteno. Como el punto de fusión del tungsteno es muy elevado (3410ºC) y se trabaja en presencia de atmósferas inertes, generalmente gas argón o helio, el electrodo apenas sufre desgaste tras usos prolongados.
Equipo para soldadura MIG
Imagen en Mediateca. CC

Soldadura aluminotérmica

 

Es un procedimiento utilizado en raíles de vías férreas y está basado en la reducción del óxido de hierro por el aluminio que se produce según una reacción altamente exotérmica, alcanzándose temperaturas superiores a 2000º C.
Fe2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe + calor
La soldadura se ejecuta en un molde refractario acoplado en los extremos de los raíles a unir, dentro del que se vierte el acero fundido producto de la reacción, que se inicia con un fósforo.
Una vez iniciada la reacción el proceso es muy rápido y el material fundido fluye dentro del molde, quedando el acero entre los extremos a soldar.
 
Desarrollo de la soldadura aluminotérmica
Resultado de la soldadura aluminotérmica
Imagen de Skatebiker en Wikimedia . Dominio público
 Imagen de LosHawlos en Wikimedia. CC

Curiosidad

Hay constancia histórica de que hace más de 2000 años en China, ya se realizaban soldaduras heterogéneas.

El historiar romano Plinio hace referencia a la soldadura con estaño, como método habitual empleado por los orfebres, para fabricar adornos con metales preciosos.

Durante el siglo XV se empezó a emplear el borax como fundente en los procesos de soldadura.

Para saber más

Si quieres aprender un poco más sobre soldaduras mira este video documental sobre soldadura. Es un poco largo pero merece la pena.


Comprueba lo aprendido

Pregunta

La soldadura es un método de unión basado en:

Respuestas

La fusión de los materiales por medio de calor.

La fusión de los materiales por el efecto Joule.

La fusión de los materiales por medio de reacciones exotérmicas.

Retroalimentación

Pregunta

Los raíles de las vías férreas se sueldan con soldadura:

Respuestas

TIG

Aluminotérmica

Oxiacetilénica

Retroalimentación

Pregunta

Para soldar chapas solapadas y de poco espesor se utiliza la soldadura.

Respuestas

Por puntos y por costura.

Por puntos y por arco.

Sólo por puntos.

Retroalimentación

Pregunta

El material de aportación de la soldadura oxiacetilénica es:

Respuestas

El acetileno.

El acetileno y el oxígeno.

No utiliza material de aportación.

Retroalimentación

Pregunta

En la soldadura blanda se usa estaño :

Respuestas

Como material de aportación.

Para desengrasar los elementos a soldar.

Para desoxidar los elementos a soldar.

Retroalimentación