Ponce Quintana

“SOLDADURA CADWELD”

TRABAJO PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL

DEL PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

MODALIDAD: MONOGRAFÍA

ALUMNO: EDWIN ANTONIO PONCE QUINTANA

ASESOR:

ING: FRANCISCO JAVIER MERINO MUÑOZ

COASESOR:

ING: MARTÍN AUGUSTO PÉREZ PANES

CD. MENDOZA., VER. FECHA: Agosto de 2012

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA CD. MENDOZA, VER.

I

DEDICATORIA

A mi Madre:

Este logro también es tuyo,

esto es la culminación de años

de esfuerzo: el TUYO y el MIO.

TE AMO.

II

AGRADECIMIENTOS

A Dios Todo Poderoso:

Te agradezco Señor por permitirme llegar hasta aquí, por darme las fuerzas para no

flaquear en el camino y no perder el rumbo. Gracias Señor por las bendiciones con las

que me has colmado. Amén.

A mi Viejita Hermosa:

Gracias por todo. Por la paciencia, el cariño, la enseñanza. Gracias por el consejo más

importante que me han dado: las palabras correctas justo cuando las necesité. TE AMO

TANTO VIEJITA. TE EXTRAÑO TANTO. QUE DIOS TE GUARDE EN SU GLORIA.

A mi Madre:

Gracias por todo. Desde cuidarme en la cuna, las noche de vigilia durante

enfermedades, los momentos malos y buenos, hasta ahora que se cumple mi sueño,

pero más que el mio, el tuyo. Tu sueño de verme hecho una persona de bien, una

persona productiva para la sociedad, un hombre hecho y derecho. GRACIAS POR SER

MADRE Y PADRE, por darme educación, por no dejar que me desviara del sendero

correcto, gracias por ser parte de esto, ser parte de mi vida. TE AMO.

A mi Hermanita Ana Mildred:

TE AMO FLACA. Gracias por compartir conmigo esa infancia loca que tanto

disfrutamos. Gracias por crecer conmigo, estando siempre conmigo. Gracias por

soportarme estos dos años viviendo juntos. Gracias por las risas, por los juegos, por los

llantos… ¡TE AMO HERMANITA!

III

A mi Sobrinita Hermosa:

Princesa hermosa te quiero mucho. Y eso que aún no te conozco. Gracias princesa por

que por ti es que estamos completos, todos felices esperándote. ¡TE AMO BEBÉ!

A mi Familia:

Gracias por ser mi soporte, por ser la columna de mi vida, por ser lo que son, los amo a

todos. Gracias por dejarme ser parte de todos y cada uno de ustedes. ¡LOS AMO

FAMILIA!

A mis Amigos y Amigas:

Gracias por estar conmigo en lo buenos y malos momentos, por ser mi respaldo, por

ser parte de mis alegrías. ¡GRACIAS!

A mis Compañeros de Carrera:

Gracias, por que más que compañeros tengo el gusto de llamarlos HERMANOS.

Gracias a todos por ser parte de este viaje que empezó hace cuatro años y que

llegamos a creer no terminaría. Gracias a Dios, llegamos a su fin. Les agradezco y les

digo: ¡ÉXITO!

Al Ingeniero Francisco Javier Merino Muñoz:

Gracias por el apoyo para la realización de éste trabajo monográfico, por las pláticas y

los consejos apropiados, ¡GRACIAS!

IV

Al Ingeniero Martín Augusto Pérez Panes:

Gracias por el apoyo para la realización de éste trabajo monográfico, por dedicarme un

poco de su tiempo para que esto tuviera sentido y coherencia, ¡GRACIAS!

Y por último, pero no menos importante:

A la Universidad Veracruzana, Facultad De Ingeniería Mecánica Eléctrica, Campus

Ciudad Mendoza:

¡GRACIAS! Es para mí un honor y un placer haber cursado mi formación profesional

aquí. ¡GRACIAS POR TODO!

Sinceramente:

Edwin Antonio Ponce Quintana

V

ÍNDICE

DEDICATORIA ............................................................................................................................................. I

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................ II

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 1

1.1 ANTECEDENTES GENERALES ............................................................................................. 1

1.2 PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO A REALIZAR ................................................................ 3

1.3 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 4

1.4 SUMARIO .................................................................................................................................... 5

SOLDADURA. ............................................................................................................................................. 7

1.1 LA SOLDADURA EN EL PASADO Y EN LA ACTUALIDAD. ................................................... 7

1.2 NATURALEZA DEL TRABAJO ..................................................................................................... 9

1.2.1 SOLDADURA DE ARCO ....................................................................................................... 10

1.2.2 SOLDADURA A GAS ............................................................................................................. 14

1.2.3 SOLDADURA POR RESISTENCIA ..................................................................................... 15

2.1 FUNDAMENTOS DE SOLDADURA ........................................................................................... 16

2.2 PERSPECTIVA DE LA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA ................................................ 17

2.2.1 TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA ........................................................................ 17

2.2.1.1 SOLDADURA POR FUSIÓN ............................................................................................. 18

2.2.1.2 SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO .............................................................................. 19

2.3 LA SOLDADURA COMO UNA OPERACIÓN COMERCIAL................................................... 19

2.3.1 EL ASPECTO DE SEGURIDAD .......................................................................................... 20

2.3.2 AUTOMATIZACIÓN DE LA SOLDADURA ......................................................................... 21

2.4 UNION SOLDADA ......................................................................................................................... 23

2.4.1TIPOS DE UNIONES .............................................................................................................. 23

2.4.2 TIPOS DE SOLDADURAS .................................................................................................... 24

2.5 CARACTERÍSTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN ......................................... 27

SOLDADURA POR EL MÉTODO CADWELD..................................................................................... 30

1.1 ALUMINOTERMIA .................................................................................................................... 30

1.1.1 TERMITA ........................................................................................................................... 30

1.1.1.1 HISTORIA ...................................................................................................................... 31

VI

1.1.1.2 TIPOS ............................................................................................................................. 31

1.1.1.3 IGNICIÓN ........................................................................................................................ 33

1.1.1.4 SEGURIDAD ................................................................................................................. 34

1.1.1.5 USOS MILITARES ....................................................................................................... 36

1.1.1.6 USO CIVIL ...................................................................................................................... 37

1.1.2 SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA ............................................................................... 38

1.1.2.1 ECUACIÓN GENERAL .................................................................................................... 38

1.1.2.2 APLICACIONES .................................................................................................................. 40

1.1.2.2.1 FORMAS ........................................................................................................................... 40

1.1.2.3 APLICACIÓN DE LA SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA A RIELES......................... 41

1.1.2.4 FOTOGRAMA DE LA SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA [13] ..................................... 43

1.1.2.5 REQUISITOS QUE SE DEBEN CUMPLIR EN LAS SOLDADURAS TERMINADAS ........................... 49

2.1 SOLDADURA CADWELD ............................................................................................................ 51

2.1.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 51

2.1.1.1 ¿QUE SIGNIFICA EXOTÉRMICO? ................................................................................. 51

2.1.1.2 ¿QUE ES UNA REACCIÓN EXOTÉRMICA? ................................................................. 52

2.1.2 CONEXIONES EXOTÉRMICAS .......................................................................................... 52

2.1.2.1 IMPLEMENTOS DE LA SOLDADURA CADWELD [16] .................................................. 53

2.1.2.2 PROCESO DE UNA SOLDADURA CADWELD............................................................. 56

2.1.2.3 PREPARACIÓN DE LOS MATERIALES Y EQUIPOS PARA UNA SOLDADURA

EXOTÉRMICA................................................................................................................................... 60

2.1.2.3.1 PREPARACION DE CONDUCTORES O CABLES ................................................... 60

2.1.2.3.2 PREPARACION DEL MOLDE DE GRÁFITO .............................................................. 61

2.1.2.3.3 PREPARACIÓN DE LAS BARRAS COPPERWELD ................................................. 61

2.1.2.3.4 PREPARACION DE LAS SUPERFICIES DE ACERO .............................................. 62

2.1.2.4 FOTOGRAMA DEL MÉTODO CADWELD DE SOLDADURA [18] ............................... 63

2.1.2.5 INSPECCIÓN ....................................................................................................................... 66

2.1.2.5.1 TAMAÑO: ......................................................................................................................... 66

2.1.2.5.2 COLOR: ............................................................................................................................. 66

2.1.2.5.3 ACABADO SUPERFICIAL: ............................................................................................ 66

2.1.2.5.4 POROSIDAD: ................................................................................................................... 67

2.1.2.6 VENTAJAS DE LA SOLDADURA EXOTÉRMICA ......................................................... 68

VII

2.1.2.6.1 VENTAJAS ECONÓMICAS ........................................................................................... 68

2.1.2.6.2 VENTAJAS TÉCNICAS .................................................................................................. 69

2.1.2.6.3 DESVENTAJAS DE LA CONEXIÓN EXOTÉRMICA ................................................. 70

2.1.2.7 INSTRUCCIONES GENERALES DE SEGURIDAD ...................................................... 71

2.1.2.7.1. INSTRUCCIONES ESPECÍFICAS DE SEGURIDAD ............................................... 71

APLICACIONES DE LA SOLDADURA CADWELD ............................................................................ 77

1.1 APLICACIONES ............................................................................................................................. 77

1.2 COMPARACION ENTRE SISTEMAS DE CONEXIÓN ........................................................... 78

2.1 APLICACIONES CONCRETAS DE SOLDADURA CADWELD ............................................. 82

2.1.2 DEMONIMACIÓN COMERCIAL, DESCRIPCION DE TIPO ESPECÍFICO DE MOLDE

Y CARGA UTILIZADA POR UNIÓN [22] ........................................................................................ 82

2.1.3 COMBINACIÓN DE MOLDES ............................................................................................ 100

2.1.3.1 CONEXIÓN HORIZONTAL POR LOS EXTREMOS ................................................... 100

2.1.3.2 CONEXIONES EN TEE. .................................................................................................. 101

2.1.3.3 CONEXIONES EN EQUIS O CRUZADAS.................................................................... 102

2.1.3.4. CONEXIÓN A TOPE EN EQUIS SOBRE BARRA COPPERWELD. ....................... 103

2.1.3.5 CONEXIÓN A TOPE EN TEE SOBRE BARRA COPPERWELD. ............................. 105

2.1.4 PRINCIPALES PROBLEMAS, POSIBLES CAUSAS Y CORRECTIVOS EN LA

SOLDADURA CADWELD [24] ........................................................................................................ 106

PRUEBAS Y ENSAYOS APLICADOS A LA SOLDADURA CADWELD ....................................... 109

1.1 IEEE STD 837-1989 “IEEE STANDARD FOR QUALIFYING PERMANENT

CONNECTIONS USED IN SUBSTATION GROUNDING” (ESTÁNDAR IEEE PARA LA

CALIFICACIÓN DE CONECTORES PERMANENTES USADOS EN EL SISTEMA DE

TIERRA DE SUBESTACIONES) ..................................................................................................... 109

1.1.1 RESUMEN DEL PROGRAMA DE PRUEBAS ........................................................... 109

1.1.2 INTRODUCCIÓN AL PROGRAMA DE PRUEBAS ................................................... 110

1.1.3 ALCANCE ........................................................................................................................ 112

1.1.3.1 PRUEBAS DEL OHT – IEEE Std. 837-1989 .......................................................... 112

1.1.3.1.1 PRUEBA DE TRACCIÓN MECÁNICA .................................................................... 114

1.1.3.1.2 FUERZA ELECTROMECÁNICA .............................................................................. 114

1.1.3.1.3 SERIES DE PRUEBAS SECUENCIALES .............................................................. 115

1.1.3.1.3.1. CICLO CORRIENTE-TEMPERATURA................................................................. 115

1.1.3.1.3.2. PRUEBA DE CONGELAMIENTO-DESHIELO .................................................... 116

VIII

1.1.3.1.3.3. PRUEBA DE CORROSION DE ÁCIDOS “BAJO GRADO” ................................ 116

1.1.3.1.3.4. PRUEBA DE CORROSIÓN ALCALINA “SOBRE GRADO” ............................... 117

1.1.3.1.3.5. PRUEBA DE CORRIENTE DE FALLA .................................................................. 117

1.1.3.2 PRUEBA COMPARATIVA DE CONECTORES DE TIERRA DEL SEI .................... 118

1.1.4 RESULTADOS ................................................................................................................ 121

1.1.4.1 PRUEBAS DE LA OHT – NORMA IEEE STD. 837-1989 .................................... 121

1.1.4.1.1. PRUEBA DE TRACCIÓN MECÁNICA ...................................................................... 122

1.1.4.1.2. FUERZA ELECTROMECÁNICA ................................................................................ 122

1.1.4.1.3. SERIE DE PRUEBAS SECUENCIALES ÁCIDAS ................................................... 123

1.1.4.1.4. SERIE DE PRUEBAS SECUENCIALES ALCALINAS ........................................... 124

1.1.4.2. PRUEBA COMPARATIVA DE CONECTORES DE TIERRA DEL SEI ................... 125

1.1.5 CONCLUSIONES DEL PROGRAMA DE PRUEBAS ............................................... 128

1.1 GENERALES........................................................................................................................... 129

1.2 ESPECÍFICAS......................................................................................................................... 130

1.3 FINALES .................................................................................................................................. 132

GLOSARIO .............................................................................................................................................. 133

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................... 138

SOLDADURA CADWELD Página 1

INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES GENERALES

HEFESTUS: DIOS DE LA FORJA Y LA METALURGIA

En la mitología griega, Hefestus (en griego Ἥφαιστος Hêphaistos) es el dios

del fuego y la forja, así como de los herreros, los artesanos, los escultores,

los metales y la metalurgia. Era adorado en todos los centros industriales y

manufactureros de Grecia, especialmente en Atenas. Su equivalente aproximado en

la mitología romana era Vulcano.

En el arte, se le representa cojo, sudoroso, con la barba desaliñada y el pecho

descubierto, inclinado sobre su yunque, a menudo trabajando en su fragua. La

apariencia física de Hefestus indica arsenicosis, es decir, envenenamiento crónico

por arsénico que provoca cojera y cáncer de piel. El arsénico se añadía

al bronce para endurecerlo y la mayoría de los herreros de la Edad de Bronce

habrían padecido esta enfermedad.

Del culto a Hefestus es atribuido el desarrollo de la metalúrgico del mundo antiguo,

qué mejor incentivo que el apoyo y la bendición de una deidad para conseguir un

enfoque cuasi obstinado hacia el desarrollo de la práctica de la metalurgia,

Hefestus en la Forja. Anónimo.

INTRODUCCIÓN


consiguiéndose así el avance paulatino, desde la edad de piedra ala edad de los

metales y sus etapas: edad del cobre, edad del bronce y la posterior edad del hierro.

Dentro del desarrollo de la metalurgia encontramos las diferentes ramificaciones de

esta. En la actualidad es posible conocer las propiedades físicas y químicas de los

metales, lo que permite el uso de cada uno de ellos en las aplicaciones con los

requerimientos específicos de cada uno de ellos.

Tenemos pues, conductores eléctricos de cobre y aluminio, acero en sus diferentes

combinaciones, teniéndose así diferentes cualidades que van desde la máxima

dureza hasta una determinada plasticidad; soldaduras de estaño-níquel, e infinidad

de aplicaciones de las cuales requieren de determinados tipos metales y

subsecuentes aleaciones.

INTRODUCCIÓN


1.2 PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO A REALIZAR

Para el ingeniero en la actualidad, es menester estar a la vanguardia de las nuevas

tecnologías que se desarrollan. Esto significa estar actualizado con los nuevos

procesos y métodos aplicables en su campo de trabajo.

Con esto se pretende que el ingeniero tenga la capacidad de aplicarlas para el

mejoramiento de su ambiente de trabajo, y por ende la optimización de los recursos y

tiempos, reflejándose esto, en la disminución de los egresos generados a la

empresa.

La misión de este trabajo monográfico es la de recabar información, ordenarla de

manera clara, concisa y lógica, y así informar sobre las nuevas tecnologías y su

campo de aplicación.

Con esto se pretende formar ingenieros mecánicos electricistas con una visión más

amplia del campo laboral, de las capacidades, variantes y oportunidades que

representas las aplicaciones de dichos avances tecnológicos.

INTRODUCCIÓN


1.3 OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Presentar información organizada y concisa de las nuevas tecnologías en el campo

de la soldadura que se están aplicando actualmente.

OBJETIVO ESPECIFICO:

Informar y difundir a cerca del método CADWELD de soldadura exotérmica, sus

ventajas, método de aplicación y uso en la industria, así como su función: la unión de

conductores para el sistema de tierras.

INTRODUCCIÓN


1.4 SUMARIO

Capitulo Primero: SOLDADURA.

Se abordan los inicios de la soldadura, desde sus más básicos orígenes los grandes

avances conseguidos en la revolución industrial, cuando se gestó el gran desarrollo

de la edad industrial y se dio un gran el Big Bang tecnológico.

Descripción de los procesos de soldadura más utilizados en la actualidad y

presentación una breve reseña de las condiciones actuales del rubro de la soldadura.

Capítulo Segundo: SOLDADURA POR EL MÉTODO CADWELD

Descripción del principio de funcionamiento del Thermit Welding (TW) y sus

principales aplicaciones, aunado con la variante de principal aplicación desde su

desarrollo a principio del siglo XX: la soldadura aluminotérmica.

Enunciado del principio de funcionamiento del método CADWELD de soldadura, las

reacciones químicas que imperan este tipo de soldadura así como de sus partes

constituyentes, método de aplicación, medidas de seguridad, ventajas y desventajas.

Capítulo Tercero: APLICACIONES DE LA SOLDADURA CADWELD

Enunciado de las aplicaciones concretas del método CADWELD de soldadura,

materiales apropiados de aplicación así como la comparación contra otros métodos

de unión de conductores para sistemas de tierra.

Ejemplificación de la soldadura CADWELD, aplicaciones y variantes de la misma,

permutaciones de moldes y cargas aluminotérmicas, principales problemas, posibles

causas y correctivos en el método CADWELD de soldadura.

INTRODUCCIÓN


Capítulo Cuarto: PRUEBAS Y ENSAYOS APLICADOS A LA SOLDADURA

CADWELD

Normativa aplicable a la selección de conectores para los sistemas de tierras,

pruebas y ensayos comparativos aplicables a la soldadura CADWELD, así como

pruebas de contraste contra otras conexiones de conductores para sistemas de

tierras. Estándares de la IEEE.


Capítulo Primero

SOLDADURA. Primera Parte

1.1 LA SOLDADURA EN EL PASADO Y EN LA ACTUALIDAD.

Aunque la soldadura se considera un proceso relativamente nuevo tal y como se

practica en la actualidad, sus orígenes se remontan a épocas antiguas. Dice la

tradición que alrededor del 1000 a.C., un herrero griego de nombre Glaukos, que

vivía en la cuidad de Khios, inventó la forma de soldar el hierro. Con el procedimiento

de este herrero, se calentaban las piezas de hierro en un horno o forja hasta que se

ablandaba el metal. Después, valiéndose del martilleo, seles fusionaba hasta

convertirlas en una unidad. Anteriormente a ese tiempo, los metales se unían por

remachado o por soldadura, mediante un procedimiento que no involucraba fusión, y

en el que a menudo se involucraba el oro como soldadura. [1]

Como una extensión natural del forjado térmico, la usaron para fabricar armas,

herramientas, y otros implementos. Los arqueólogos han recuperado artículos de

bronce soldados por forjado de las pirámides de Egipto.

Figura 1) La operación de soldadura debe haberse visto de forma similar a esta ilustración

durante el siglo XVII.

Capítulo Primero: SOLDADURA


De estos comienzos, hasta la edad Media, el comercio de la soldadura por forjado

llevó el arte de la soldadura por martilleo en un alto nivel de madurez. En India y

Europa se han encontrado objetos de hierro y otros metales soldados que datan de

esos tiempos (Fig. 1).

No fue sino hasta el siglo XIX cuando se establecieron las bases tecnológicas de la

soldadura moderna. Durante este periodo se hicieron dos descubrimientos

importantes, ambos atribuidos al científico inglés Sir Humphrey Davy:

1. El arco eléctrico

2. Gas acetileno.

Alrededor de 1801, Davy observó que podía generarse un arco eléctrico entre dos

electrodos de carbón. Sin embargo, no fue sino hasta mediados del siglo XIX cuando

hubo la corriente eléctrica suficiente pera sostener la soldadura con arco, cuando se

inventó el generador eléctrico. Fue el ruso Nikolai Benardos, que preparaba un

laboratorio en Francia, quien obtuvo una serie de patentes para el proceso de

soldadura con arco de carbono (una en Inglaterra en 1885 y otra en Estados Unidos,

en 1887). A finales de ese siglo, la soldadura por arco de carbono se había

convertido en un proceso comercial muy popular para unir metales.

Los inventos de Benardos parecen haberse limitado a la soldadura con arco de

carbono. En 1892, el estadounidense Charles Coffin obtuvo una patente en Estados

Unidos por el invento de un proceso de soldadura con arco eléctrico, utilizando un

electrodo de metal. La característica singular fue que el electrodo agregó un relleno

de metal a la unión soldada (el proceso de soldadura por arco de carbono no agrega

un material de relleno). Después se concibió la idea de recubrir el electrodo de metal

(para proteger el proceso de soldadura de la atmósfera) y desde alrededor de 1900

se hicieron mejoras al proceso de soldadura con arco eléctrico metálico en Inglaterra

y Suecia.

Entre 1885 y 1900, E. Thompson desarrolló varias formas de soldadura por

resistencia. Éstas incluyen la soldadura de puntos y de costura, dos métodos de unió

que se usan ampliamente en la actualidad e el procesamiento de láminas de metal.



Aunque Davy descubrió el gas acetileno a principios del siglo XIX, la soldadura con

oxígeno y gas combustible requirió el invento posterior de sopletes para combinar el

oxígeno y el acetileno, alrededor de 1900. Durante la década de 1890, se mezclaron

el hidrógeno y el gas natural con el oxígeno para soldadura, pero la llama obtenida

con el oxiacetileno obtuvo temperaturas significativamente más altas. [2]

La soldadura moderna de los metales, así como la soldadura antigua por forjado,

logra la unión de los metales por fusión. Sin embargo, con el desarrollo de la

tecnología de la soldadura e el mejoramiento de los métodos de prueba, se observó

que podía lograrse una fusión completa y permanente entre dos o más metales y que

el área soldada tenía mayor resistencia que las piezas que se habían unido.

Utilizando las técnicas y los materiales correctos, casi cualesquiera dos piezas de

material pueden fundirse para formar cualquier material. El solapado de las piezas

por unir no es necesario, y el espesor de la soldadura no necesita ser mayor que el

espesor de cualquiera de los dos miembros soldados. Todos los metales son

soldables siempre que se aplique el procedimiento y la técnica adecuados. En

ocasiones fracasa el intento de soldar metales por que se ha pasado por alto uno de

estos dos factores, ya sea el procedimiento correcto o la técnica adecuada. Pero, si

el ingeniero y el soldador comprenden la estructura, la composición y las

propiedades de un metal, estarán en posibilidad de diseñar y hacer mejores

soldaduras. Esto pone en relieve la relación que existe entre la metalurgia de un

metal y su soldabilidad o habilidad para dejarse soldar, ambos se examinarán mas

adelante.

1.2 NATURALEZA DEL TRABAJO

En general, el trabajo del soldador o del operador de la máquina de soldar es el de

unir (soldar) dos piezas de metal aplicando calor intenso, presión interna o ambas

cosas, para fundir el borde del metal de manera tal que se unan por fusión de forma

permanente. Durante este proceso, el trabajador puede utilizar diversos tipos de

dispositivos para obtener el calor necesario, con o sin ayuda de presión, o bien la

presión necesaria, con o sin ayuda de calor, para fundir los bordes del metal de

forma controlada. Estos procedimientos de soldadura se utilizan en la manufactura y



reparación de muchos productos diferentes, que van desde lo grifos para agua,

refrigeradores, automóviles y los trenes, hasta equipo electrónico, los aviones, los

barcos y los proyectiles especiales.

En los procesos de soldadura más comunes, hay varias fuentes de calor y diversos

métodos de controlarlo y enfocarlo. Se han desarrollado, de hecho, más de 40

procedimientos diferentes de soldadura basados en calor. Sin embargo, estos

distintos procesos pueden agruparse en tres categorías: el proceso de soldadura de

arco, que obtiene el calor de un arco eléctrico y lo mantiene entre dos electrodos o

entre un electrodo y la pieza de trabajo; el proceso de la soldadura a gas, que

obtiene el calor en forma de una llama, mediante la mezcla de oxígeno y la mezcla

de algún otro gas combustible, que generalmente es el acetileno; y el proceso de

soldadura por resistencia, que obtiene el calor de la resistencia que ofrece la pieza al

paso de una corriente eléctrica. Dos de los procedimientos usados para soldar

metales, los métodos de arco y gas, pueden aplicarse también para cortar y ranurar

metales.

Desde la década de 1940 a 1950 ha mejorado tan rápidamente la tecnología de la

soldadura, que los antiguos conceptos y definiciones relativas a este campo ya no

son completamente exactas. Pero, puede afirmarse con certeza que la mayoría de

las soldaduras en la actualidad se lleva a cabo por uno de los procesos anteriores.

En forma creciente, la soldadura se concibe como la unión de metales y plásticos por

cualquier método en el que no se usen dispositivos de sujeción. [2]

En base a las distintas ramificaciones y variantes que se han desarrollado en la

actualidad, se desarrolló una clasificación general de los métodos de soldadura que

se empelan en la actualidad (Fig. 2).

1.2.1 SOLDADURA DE ARCO

La soldadura de arco o soldadura eléctrica, es el proceso con más amplia aceptación

como el mejor, el más económico, el más natural y el más práctico para unir metales.

En el proceso de soldadura manual por arco, que es de uso más común, el soldador

obtiene un electrodo adecuado, sujeta el cable de tierra a la pieza de trabajo, y ajusta



la corriente eléctrica para “hacer saltar el arco”, es decir, para crear una corriente

intensa que salte entre el electrodo y el metal.

Figura 2) Diagrama maestro de los procesos de soldadura y otros procesos Aliados. (Welding

Handbook, American Welding Society, 6a.ed., 1969, sección 2).



En seguida se mueve el electrodo a lo largo de las líneas de unión del metal que ha

de soldar, dando suficiente tiempo para que el calor del arco funda el metal. El metal

fundido, procedente del electrodo o del metal de aporte, se deposita en la junta, y,

junto con el metal fundido de los bordes, se solidifica para formar una junta sólida.

El soldador selecciona el electrodo (metal de aporte) que ha de usar para producir el

arco de acuerdo con las especificaciones de trabajo (Fig. 3).

Existen varios procedimientos de soldadura por arco. La soldadura por arco de

carbón es la primera técnica moderna de soldadura.

En este proceso se establece un arco entre un electrodo de carbón puro y la pieza de

trabajo conectada a tierra, o entre dos electrodos de carbón que casi se unen cerca

de la superficie por soldar. Los electrodos de carbón no se consumen en el proceso.

Si se necesita metal de aporte para realizar la soldadura, deben usarse electrodos

metálicos para soldar. En la actualidad, el proceso de arco de carbón se usa

primordialmente para cortar o ranurar metales.

Al proceso del arco de carbón le siguió rápidamente el desarrollo de la soldadura por

arco metálico, en la cual se utiliza una varilla de metal consumible como electrodo. Al

Figura 3) Proceso de soldadura por arco. (Metal Handbook, vol. 6, American Society of

Metals, 1971).



principio los electrodos eran varillas metálicas desnudas, y esto causaba problemas

significativos para la estabilización del arco. El desarrollo de recubrimientos de los

electrodos, conocidos comúnmente como fundente, resolvió en gran parte los

problemas de estabilización del arco, y condujo a lo que se conoce como soldadura

por arco metálico protegido, que es el proceso eléctrico de utilización más amplia. Al

calentarse, el fundente se evapora, formando una barrera protectora en torno al arco

y la soldadura. El gas protector impide que el oxigeno y el nitrógeno del aire formen

con el metal soldado óxidos o nitruros debilitadores. El desarrollo del proceso manual

de arco metálico pronto se aplicó a las máquinas soldadoras semiautomáticas y

automáticas. Al proceso del arco de carbón le siguió rápidamente el desarrollo de la

soldadura por arco metálico, en la cual se utiliza una varilla de metal consumible

como electrodo.

Al principio los electrodos eran varillas metálicas desnudas, y esto causaba

problemas significativos para la estabilización del arco. El desarrollo de

recubrimientos de los electrodos, conocidos comúnmente como fundente, resolvió

en gran parte los problemas de estabilización del arco, y condujo a lo que se conoce

como soldadura por arco metálico protegido, que es el proceso eléctrico de

utilización más amplia. Al calentarse, el fundente se evapora, formando una barrera

protectora en torno al arco y la soldadura. El gas protector impide que el oxigeno y el

nitrógeno del aire formen con el metal soldado óxidos o nitruros debilitadores. El

desarrollo del proceso manual de arco metálico pronto se aplicó a las máquinas

soldadoras semiautomáticas y automáticas.

El desarrollo posterior de los conceptos que respaldaban a la soldadura de arco

metálico protegido condujo a la soldadura de arco con atmósfera protectora de gas.

Existen dos de estos procedimientos. En ambos, los gases protectores se obtienen

de una fuente separada (un cilindro), y el arco se establece entre electrodos

metálicos desnudos y la pieza de trabajo aterrizada o conectada a tierra. Los gases

salen de un collarín protector enfrente del electrodo y en torno al mismo, para formar

la atmósfera protectora. En la soldadura de arco de tungsteno con gas, los electrodos

son de tungsteno no consumible. La atmósfera protectora se forma por medio de



gases de aporte externo, y el metal de aporte necesario se suministra por medio de

varillas de soldadura. En la soldadura de arco metálico con gas, el electrodo es un

metal de aporte continuo, protegido por gases de aportación externa.

Existen varios procesos de soldadura de arco, tales como la soldadura de arco

sumergido, la soldadura con hidrógeno atómico y la soldadura de arco con plasma,

pero los procesos mencionados en el párrafo anterior con los más comunes.

1.2.2 SOLDADURA A GAS

La soldadura a gas, o soldadura a la llama, utiliza una llama de intenso calor

producida por la combinación de un gas combustible con aire u oxígeno. Los gases

combustibles de uso más común son el acetileno, el gas natural, el propano y el

butano. Muy a menudo, los combustibles se queman con oxígeno, lo que permite

obtener temperaturas de combustión muchos mayores.

La soldadura oxiacetilénica (Fig. 4) es el proceso más común de soldadura a gas. EI

oxígeno y el acetileno, combinados en una cámara de mezclado, arden en la boquilla

del soplete produciendo la temperatura de llama mas elevada (alrededor de 6000°F,

la cual rebasa el punto de fusión de la mayoría de los metales).

Figura 4) Equipo completo para soldadura oxiacetilénica (Oxyacetylene Welding and Oxygen

Cutting Instruction Curse, Airco Welding Products, 1966, p. 28).



Por tanto, la operación de soldar puede realizarse con o sin metal de aporte. Las

partes pueden fundirse y ponerse en contacto a medida que se va realizando la

operación de fusión con el soplete; al retirar el soplete, las partes metálicas quedan

unidas al enfriarse. Si se necesita metal de aporte para realizar una soldadura, se

seleccionan las varillas de soldadura atendiendo las especificaciones del trabajo, y

se funden con el calor del soplete. La selección de las varillas de soldadura

apropiadas, de las boquillas para el soplete, los ajustes del regulador para la

alimentación del oxígeno y el acetileno y la posición para soldar, constituyen

aspectos de la experiencia y el conocimiento aplicados al proceso. Las desventajas

de la soldadura con gas combustible giran en torno al hecho de que ciertos metales

reaccionan des favorable mente, y hasta violentamente, en presencia del carbono, el

hidrogeno o el oxígeno, todos ellos presentes en el proceso de soldadura con gas

combustible. La soldadura a gas es también mas fría, mas lenta y mas deformante

que la soldadura con arco. Sin embargo, para aplicar soldadura en lugares difíciles

de alcanzar, o con metales que tienen puntos de fusión más bajos, tales como el

plomo o metales en lámina delgada, la soldadura a gas es con frecuencia más eficaz

que los demás procesos. En combinación con una corriente de oxígeno o de aire, el

soplete oxiacetilénico es también un medio excelente para el corte y ranurado tipo

gubia.

1.2.3 SOLDADURA POR RESISTENCIA

La soldadura por resistencia es un proceso que se efectúa a máquina, y que se

utiliza primordialmente en la producción masiva de partes que requieren operaciones

de soldadura relativamente sencillas. La soldadura se logra por el calor generado

por la resistencia ofrecida por las dos piezas al paso de la electricidad por un lugar

indicado, y la fusión producida por la presión de los electrodos en contacto. El

operador de la máquina de soldadura por resistencia hace los ajustes necesarios a la

máquina para regular la corriente y la presión, para luego alimentar y alinear la pieza

de trabajo. Después de determinada operación de soldar, el operador quita la pieza

de trabajo dela máquina. Algunos tipos de soldadura por resistencia son la soldadura

por puntos, la de resalto o salientes, la de relámpago y la soldadura recalcada. [3]



Segunda Parte

2.1 FUNDAMENTOS DE SOLDADURA El término unión generalmente se usa para la soldadura fuerte, la dura, la suave y el

pegado adhesivo, que forman entre las piezas una unión que no puede separarse

con facilidad. El término ensamble se refiere usualmente a los métodos mecánicos

para juntar dos piezas. Algunos de ellos permiten el desensamble sencillo, otro no.

La soldadura es el proceso de unión de materiales por el cual se funden las

superficies de contacto de dos o más piezas mediante la aplicación conveniente de

calor y/o presión. Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por calor,

sin aplicación de presión, otros mediante una combinación de calor y presión; y toras

más, únicamente por presión, sin suministrar calor interno. En algunos procesos, se

agrega un material de relleno para facilitar su fusión. El ensamblaje de partes que se

unen mediante la soldadura se denomina ensamblaje soldado.

A pesar de ser un proceso relativamente nuevo, su importancia comercial y

tecnológica se deriva de lo siguiente:

La soldadura proporciona una unión permanente. Las piezas soldadas se

convierten en una sola entidad.

La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales, si se usa

un metal de que tenga propiedades de resistencia mayores a las de los

materiales originales y si se emplean técnicas de soldadura adecuadas.

Por lo general, la soldadura es la forma más económica de unir componentes,

en términos de uso de materiales y costos de fabricación. Los métodos

mecánicos de ensamble requieren de alteraciones más complejas de las

formas (por ejemplo, el taladrado de orificios) y la adición de sujetadores (por

ejemplo, remaches o tuercas).

Usualmente el ensamble mecánico resultante es más pesado que la soldadura

correspondiente.

La soldadura no se limita a ambiente de fábrica, puede realizarse en “el

campo”.



Aunque la soldadura tiene las ventajas indicadas, también tiene ciertas limitaciones y

desventajas (o desventajas potenciales):

La mayoría de las operaciones de soldadura se realizan de forma manual, y

son caras en términos de mano de obra. Muchas operaciones de soldadura se

consideran “rutinas especializadas” y la mano de obra para realizar estas

operaciones puede ser cara.

La mayoría de los procesos de soldadura son inherentemente peligrosos

debido a que implican el uso de mucha energía.

Como la soldadura logra una unión permanente entre los componentes, no

permite un desensamble adecuado, si se requiere un desensamble ocasional

del producto (para reparación o mantenimiento), no debe usarse soldadura

como método de ensamble.

La unión soldada puede tener ciertos defectos de calidad que son difíciles de

detectar y que pueden reducir la resistencia de la unión.

2.2 PERSPECTIVA DE LA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA La soldadura implica la fusión o unión localizada de dos piezas metálicas (o

plásticas) en sus superficies de empalme. Éstas son las superficies de las piezas que

están en contacto o muy cercanas para ser unidas. Por lo general, la soldadura se

realiza sobre piezas hechas del mismo metal, pero es posible usar algunas

operaciones pera unir metales diferentes.

2.2.1 TIPOS DE PROCESOS DE SOLDADURA

La American Welding Society (Asociación Estadounidense de Soldadura; AWS por

sus siglas en inglés) ha catalogado más de 50 tipos diferentes de operaciones de

soldadura que utilizan diversos tipos o combinaciones de energía para proporcionar

la energía requerida. Los procesos de soldadura pueden dividirse en dos grupos

principales:

1. Soldadura por fusión.

2. Soldadura de estado sólido.



2.2.1.1 SOLDADURA POR FUSIÓN

Los procesos de soldadura por fusión usan calor para fundir los metales base; en

muchas de las operaciones se agrega un metal de relleno a la combinación para

facilitar el proceso y proporcionar volumen y resistencia a la unión soldada.

Una soldadura por fusión en la cual no se agrega un metal de relleno se denomina

soldadura autógena. La categoría por fusión incluye los procesos de soldadura de

uso más amplio, los cuales pueden organizarse en los siguientes grupos generales

(las iniciales entre paréntesis son designaciones en inglés, de la American Welding

Society):

Soldadura con arco (AW). Hace referencia a un grupo de soldadura en los

cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco eléctrico.

Algunas de las operaciones con arco también aplican presión durante el

proceso, y la mayoría utilizan metal de relleno.

Soldadura por resistencia (RW). Se obtiene la fusión cuando el calor de una

resistencia eléctrica para el flujo de una corriente que pasa entre la superficies

de empalme de dos piezas sostenidas juntas bajo presión.

Soldadura con oxígeno y gas combustible (OFW). Estos procesos de unión

usan un gas de oxígeno combustible, tal como una mezcla de oxígeno y

acetileno, para producir una flama de calor tal que sea capaz de fundir la base

metálica y el metal de relleno, en caso que se utilice alguno.

Otros procesos de soldadura por fusión. Además de los tipos anteriores, hay

otros procesos de soldadura que producen fusión de los metales unidos; como

ejemplo pueden mencionarse la soldadura por haz de electrones y la

soldadura con rayo láser.



2.2.1.2 SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO

La soldadura en estado sólido se refiere a los procesos de soldadura en los cuales la

fusión sólo proviene de la aplicación de presión o de una combinación de calor y

presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de

fusión de los metales que se van a soldar. En los procesos de estado sólido, no se

utiliza un metal de relleno. Algunos proceros representativos de soldadura de este

tipo son los siguientes:

Soldadura por difusión (DFW). Se colocan dos superficies bajo presión a una

temperatura elevada y las piezas se sueldan por medio de fusión en estado

sólido.

Soldadura por Fricción (FRW). En este proceso, la coalescencia se obtiene

mediante el calor de la fricción entre dos superficies.

Soldadura ultrasónica (USW). Se realiza aplicando una presión moderada

entre las piezas y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una

dirección para lela a las superficies de contacto. La combinación de las

fuerzas normales y las vibraciones producen intensas tensiones que

remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de

superficies.

2.3 LA SOLDADURA COMO UNA OPERACIÓN COMERCIAL Las principales aplicaciones de la soldadura son:

1. La construcción; por ejemplo edificios y puentes.

2. La producción de tuberías, recipientes a presión, calderas y tanques de

almacenamiento.

3. La construcción naval.

4. Las industrias aeronáutica y espacial.

5. La industria automovilística y ferroviaria. [4]

La soldadura se realiza en diferentes instalaciones y en diversas industrias. Debido a

su versatilidad como técnica de ensamble para productos comerciales, muchas

operaciones de soldadura se ejecutan en fábricas. Sin embargo, varios de los



procesos de soldadura tradicionales, tales como la soldadura con arco eléctrico y la

soldadura con oxígeno y gas combustible, emplean equipo que se mueve con

facilidad, por lo que estas operaciones no se limitan a la fábrica. Pueden utilizarse en

lugares de construcción, en patios, en las instalaciones de un cliente o en los talleres

de reparación de automóviles.

La mayoría de las operaciones de soldadura requiere un trabajo intenso. Por

ejemplo, la soldadura con arco eléctrico la realiza un trabajador calificado, el

soldador, quien controla manualmente la trayectoria o colocación de la soldadura

para unir dos piezas individuales en una sola unidad, una sola pieza más grande. En

las operaciones de fábrica donde se realiza la soldadura con arco en forma manual,

con frecuencia el soldador trabaja con un segundo trabajador, llamado ajustador. El

trabajo del ajustador es ordenar los componentes individuales, para el soldador antes

de practicar la soldadura. Se usan sujetadores y posicionadores de soldadura para

ayudar a esta función. Un sujetador de soldadura es un dispositivo para asegurar y

sostener los componentes en una posición fija para la soldadura. Esta instalación se

fabrica sobre pedido para la forma particular de la soldadura y, por lo tanto, debe

tener una justificación económica con base a la cantidad de ensambles que se van a

producir. Un posicionador de soldadura es un dispositivo q sostiene a las piezas y

también mueve el ensamble a la posición deseada para soldar. La diferencia entre

este dispositivo y un sujetador de soldadura es que sostiene las piezas en una sola

posición fija. Por lo general, la posición es aquélla en que la trayectoria de soldadura

es plana y horizontal.

2.3.1 EL ASPECTO DE SEGURIDAD

La soldadura en inherentemente peligrosa para los trabajadores. Quienes ejecutan

estas operaciones deben tomar estrictas medidas de seguridad. Las altas

temperaturas de los metales fundidos en las operaciones d soldadura son un peligro

obvio. En la soldadura con gas, los combustibles (por ejemplo, el acetileno) corren

riesgo de incendiarse.

La mayoría de los procesos usan mucha energía para producir la fusión de las

superficies de las piezas que se van a unir. En muchos procesos de soldadura, la



corriente eléctrica es la fuente de al energía térmica, por lo que existe el riesgo de

descarga eléctrica para el trabajador.

Ciertos de procesos de soldadura tienen sus propios peligros particulares, por

ejemplo, en la soldadura con arco eléctrico, se emite radiación ultravioleta, la cual es

peligrosa para los ojos. El soldador debe usar una careta especial que incluye una

ventana oscura con un filtro; esta ventana filtra la radiación peligrosa, pero es tan

oscura que deja al soldador virtualmente ciego, excepto cuando se descarga el arco

eléctrico. Las chispas y las salpicaduras de metal fundido, el humo y los vapores

aumentan los riesgos relacionados con las operaciones de soldadura. Deben usarse

instalaciones ventiladas para extraer los vapores peligrosos que generan algunos

fluidos que se usan en la soldadura. Si la operación se realiza en un área cerrada, se

requieren trajes o capuchas con ventilación especial.

2.3.2 AUTOMATIZACIÓN DE LA SOLDADURA

Debido a los riesgos de la soldadura manual y los esfuerzos por aumentar la

productividad y aumentar la calidad de los productos, se han creado diversas formas

de mecanización y automatización. Las categorías incluyen la soldadura con

máquina y la soldadura robótica.

La soldadura con máquina puede definirse como la soldadura mecanizada con

equipo que realiza la operación bajo la revisión continua de un operador.

Normalmente se realiza mediante una cabeza para soldadura que se mueve por

medio mecánicos en relación con el trabajo estacionario, o moviendo el trabajo en

relación con la cabeza de soldadura estacionaria. El trabajador humano debe

observar continuamente e interactuar con el equipo para controlar la operación. Si el

equipo es capaz de realizar la operación sin el ajuste de los controles por parte de un

operador humano, se denomina soldadura automática. Un trabajador casi siempre

esta presente para vigilar el proceso y detectar variaciones en las condiciones

normales. Lo que distingue a la soldadura automática de la soldadura con máquina

es un controlador de ciclo de soldadura para regular el arco eléctrico y la posición de

la pieza de trabajo son atención humana continua. La soldadura automática requiere

un sujetador o posicionador de soldadura para posicionar el trabajo en relación con la



cabeza de soldadura. También se requiere un mayor grado de consistencia y

precisión en las piezas componentes usadas en el proceso. Por estas razones, la

soldadura automática sólo se justifica para grandes producciones.

En la soldadura robótica, se usa un robot industrial o un manipulador programable

que controla en forma automática el movimiento de la pieza a soldar con respecto al

trabajo. El alcance versátil del brazo del robot permite el uso de sujetadores

relativamente simples, y la capacidad del robot para reprogramarse con nuevas

configuraciones de piezas permite que esta forma de automatización se justifique

para volúmenes de producción relativamente bajas. Una típica celda robótica de

soldadura con arco consta de dos instalaciones para soldadura y un ajustador

humanos para cargar y descargar piezas mientras el robot efectúa la soldadura.

Además de la soldadura con arco, también se usan robots industriales en plantas de

ensamble final de automóviles para realizar soldadura por resistencia sobre

carrocerías (Fig. 5).

Figura 5) Parte de la línea de ensamble automotriz en la cual los robots efectúan

operaciones de soldadura (cortesía de Ford Motor Company).



2.4 UNION SOLDADA La soldadura produce una unión sólida entre dos piezas denominada unión soldada.

Ésta es el empalme de los bordes o de las superficies de las dos piezas que se han

unido mediante soldadura.

A continuación se cubren dos clasificaciones relativas a las uniones soldadas:

1. Tipos de uniones

2. Tipos de soldaduras que se usan para unir las piezas que forman la unión.

2.4.1TIPOS DE UNIONES

Existen 5 tipos básicos de uniones para pegar dos piezas de una junta. Los 5 tipos

de unión no están limitados a la soldadura, también se aplican otras técnicas de

unión y sujeción. De acuerdo con el esquema (Fig. 6), los 5 tipos de unión pueden

definirse como sigue:

a) Unión empalmada. En este tipo de unión, las piezas se encuentran en el

mismo plano y se unen en sus bordes.

b) Unión de esquina. Las piezas en una unión de esquina forman un ángulo recto

y se unen en la esquina del ángulo.

c) Unión superpuesta. Esta unión consiste en dos piezas que se sobreponen.

d) Unión en te. En la unión en te, una pieza es perpendicular a la otra en una

forma parecida a la letra T.

e) Unión de bordes. Las piezas en la unión de bordes están paralelas en al

menos uno de sus bordes en común y la unión se hace con el(los) borde(s)

común(es).

Figura 6) Cinco tipos básicos de uniones: a) empalmada; b) de esquina; c) superpuesta, d)

en te y e) en bordes.



2.4.2 TIPOS DE SOLDADURAS

Cada una de las uniones anteriores puede hacerse mediante soldadura. Es

adecuado distinguir entre el tipo de unión y el modo en que se suelda, es decir, el

tipo de soldadura. Las diferencias entre el tipo de soldadura que están en la forma (el

tipo de unión) y el proceso de soldadura.

Se usa soldadura de filete para rellenar los bordes de las placas creadas mediante

las uniones de esquina, sobrepuestas y en T, como aparece en el esquema (Fig. 7).

Se usa metal de relleno para proporcionar una sección transversal con una forma

aproximada a la del triangulo recto. Es el tipo de soldadura más común en la

soldadura de arco y en la de oxígeno y gas combustible por que requiere una mínima

preparación de los bordes, pues se usan los bordes cuadrados básicos de las partes.

Las soldaduras de filete pueden ser sencillas o dobles (es decir, pueden soldarse de

uno o de ambos lados) y continuas o intermitentes (esto es, soldadas a lo largo de

toda la longitud de la unión o con espacio sin soldar a lo largo de la pieza.

Figura 7) Diversas formas de soldadura de filete: a) unión de esquina con filete interno

único; b) unión de esquina con filete externo único; c) unión sobrepuesta con filete

doble y d) unión en te con filete doble. Las líneas punteadas muestran los bordes

originales de las piezas.

Figura 8) Algunas soldaduras con surco típicas: a) soldadura con un surco cuadrado, un

lado; b) soldadura con surco de bisel único; c) soldadura con surco en V único, d)

soldadura con surco de U único; e) soldadura con un surco en J único; f)

soldadura con surco en doble V para secciones más gruesas. Las líneas

punteadas muestran los bordes originales de las piezas.



Las soldaduras con surco por lo general requieren que se moldeen las esquinas de

las piezas en un surco para facilitar la penetración de la soldadura. Las formas con

surco incluyen un cuadrado, un bisel, la V, la U y la J, en lados sencillos o dobles,

como se muestra en el esquema (Fig. 8). Se usa metal de relleno para saturar la

unión, por lo general, mediante soldadura por arco eléctrico o con oxígeno y gas

combustible. Con frecuencia se preparan lo bordes de las piezas más allá de un

cuadrado básico, aunque se requiera de un procesamiento adicional, para aumentar

la resistencia de la unión soldada o donde se van a soldar piezas gruesas. Aunque

se asocia más estrechamente con la unión empalmada, la soldadura con surco se

usa en todos los tipos de uniones, excepto la sobrepuesta.

Las soldaduras con insertos y soldaduras ranuradas se usan para unir placas

planas, como se muestra en la ilustración (Fig. 9), usando uno o mas huecos o

ranuras en la pieza superior, que después se rellenan con metal para fundir las dos

piezas.

Figura 9) a) Soldadura con inserto y b) Soldadura ranurada.

Figura 10) a) Soldadura de puntos y b) Soldadura de costura



En la Fig. 10 se muestran la soldadura de puntos y la soldadura de costura, usadas

para uniones sobrepuestas. Una soldadura de puntos es una pequeña sección

fundida entre las superficies de dos láminas o placas.

Normalmente, se requieren varias soldaduras de puntos para unir las piezas.

Se asocia más estrechamente con la soldadura por resistencia. Una soldadura de

costura es similar a una de puntos, excepto que consiste en una sección fundida más

o menos continua entre las dos láminas o placas.

En el esquema (Fig. 11) se muestran soldaduras en bordes y soldaduras en

superficies. Una soldadura en bordes se hace en los bordes de dos (o más) piezas,

por lo general, láminas metálicas o placas delgadas en donde al menos una de las

piezas está en un reborde, como en la ilustración (Fig. 11a).

Una soldadura de superficie no se usa para unir piezas, sino para depositar material

de relleno sobre la superficie de una pieza base, en una o más gotas de soldadura.

Las gotas de soldadura pueden colocarse en una serie líneas de soldadura

sobrepuestas, con lo que cubren grandes áreas de la pieza base.

El propósito es aumentar el espesor de la placa o proporcionara un recubrimiento

protector sobre la superficie.

Figura 11) a) Soldadura en reborde y b) Soldadura en superficie



2.5 CARACTERÍSTICAS DE UNA JUNTA SOLDADA POR FUSIÓN

La mayoría de las uniones soldadas que se consideraron con anterioridad son

soldadas por fusión. Como se ilustra en la sección transversal del esquema (Fig. 12),

una junta soldada por fusión típica, a la cual se ha agregado un metal de relleno,

consiste en varias zonas:

1. Zona de fusión

2. Interfaz de soldadura

3. Zona afectada por el calor

4. Zona de metal base no afectada.

La zona de fusión consiste en una mezcla de metal de aporte y metal base que se ha

fundido por completo. Esta zona se caracteriza por un alto grado de homogeneidad

de los metales componentes que se han fundido durante la soldadura. La mezcla de

esto componentes está motivada en gran medida por la convección en la

combinación de soldadura fundida. La solidificación de la zona de fusión se asemeja

a un proceso de fundición.

En la soldadura, el molde se forma por medio de los bordes o superficies no fundidos

de los componentes que se están soldando. La diferencia significativa entre la

solidificación en fundición y soldadura es que en esta última ocurre un crecimiento

del grano epitaxial, durante la fundición se forman granos metálicos a través de la

fusión, mediante la nucleación de partículas sólidas en la pared de fusión, seguida

por el crecimiento del grano. En contraste, en el proceso de soldadura se evita la

etapa de nucleación del grano a través del mecanismo de crecimiento de grano

Figura 12) Sección transversal de una junta soldada por fusión típica: a) Zonas principales de

la unión y b) estructuras de grano tipicas.



epitaxial, en el cual los átomos de la combinación fundida se solidifican sobre los

sitios reticulares preexistentes del metal base sólido adyacente. En consecuencia, la

estructura del grano en el área de fusión cerca de la zona afectada por el calor tiende

a imitar la orientación cristalográfica de la zona afectada por el calor circundante.

Más allá, dentro de la zona de fusión se desarrolla una orientación preferencial, en la

cual los granos están aproximadamente perpendiculares a los límites de la interface

de la soldadura. La estructura resultante en la zona de fusión solidificada tiende a

presentar granos gruesos en la columna, tal y como se muestra en el esquema (Fig.

12b). La estructura del grano dependen de varios factores que incluyen el proceso de

soldadura, los metales que se sueldan (por ejemplo, metales idénticos contra

metales diferentes), si se utiliza un metal de relleno y la velocidad a la que se obtiene

la soldadura. [5] [6] [7]

La segunda zona de la unión soldada es la interface de soldadura, una estrecha

frontera que separa la zona de fusión de la zona afectada por el calor. La interfaz

consiste en una banda delgada de metal base fundido o parcialmente fundido

durante el proceso de fusión (se localiza dentro de los granos) el cual se ha

solidificado inmediatamente después, antes de mezclarse con el metal de la zona de

fusión. Por lo tanto, su composición química es idéntica a la del metal base.

La tercera zona en la soldadura por fusión típica es la zona afectada por el calor

(HAZ, por sus siglas en inglés). En esta zona, el metal he experimentado

temperaturas menores al punto de fusión, aunque lo suficientemente alta para

provocar cambios microestructurales en el metal sólido. La composición química de

la zona afectada por el calos es igual a la composición del metal base, pero esta

zona ha sido tratada con calor debido a las temperaturas de soldadura, por lo que se

han alterado sus propiedades y estructura. La cantidad de daño metalúrgico en el

HAZ depende de factores como la cantidad de calor que ha ingresado y la

temperatura pico alcanzada, la distancia de la zona de fusión, el intervalo de tiempo

en el que ha estado el metal sujeto a altas temperaturas, la velocidad de enfriamiento

y las propiedades térmicas del metal. Por lo general el efecto sobre las propiedades

metálicas en la zona afectada por el calor es negativo, y con frecuencia, en esta



región ocurren fallas en la junta soldada.

Conforme aumenta la distancia de la zona de fusión, finalmente se alcanza la zona

de metal base no afectada, e la cual no ha ocurrido cambio metalúrgico. Sin

embargo, es probable que el metal base que rodea el HAZ esté en un estado de alto

esfuerzo residual, ocasionado por la contracción de la zona de fusión. [8]


Capítulo Segundo

SOLDADURA POR EL MÉTODO CADWELD. Primera Parte

1.1 ALUMINOTERMIA

1.1.1 TERMITA

Termita es un tipo de composición pirotécnica de aluminio y un óxido metálico, el

cual produce una reacción aluminotérmica conocida como reacción termita. El

aluminio es oxidado por el óxido de otro metal, comúnmente por óxido de

hierro (herrumbre). Los productos de la reacción química son:

Óxido de aluminio + hierro elemental libre y una gran cantidad de calor.

Los reactivos normalmente se pulverizan y mezclan con un aglomerante para

mantener el material sólido y prevenir su separación.

La reacción es usada para la soldadura aluminotérmica frecuentemente utilizada

para unir rieles ferroviarios. Se pueden usar algunos otros óxidos metálicos, tales

como óxido de cromo, para generar metal elemental. La termita cúprica se produce

usando óxido de cobre y es usada para crear uniones eléctricas en un proceso

llamado CadWeld. Algunas mezclas parecidas a la termita son usadas como

iniciadores pirotécnicos como en los fuegos artificiales. [9]

Figura 13) Una mezcla de termita usando óxido de hierro (III)

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermite_mix.jpg



1.1.1.1 HISTORIA

La termita fue descubierta en 1893 y patentada en 1895 por un químico alemán, el

doctor Hans Goldschmidt. Consecuentemente, la reacción es llamada "reacción de

Goldschmidt" o "proceso Goldschmidt". El doctor Goldschmidt estaba inicialmente

interesado en producir metales muy puros evitando el uso de carbón en el proceso

de fundición, pero pronto se percató de su utilidad en la soldadura.

La primera aplicación comercial fue soldar tramos de vías ferroviarias en Essen, en

1899. DegussŜŜ, una corporación descendiente de la firma Goldschmidt, permanece

hoy en día como uno de los mayores productores de soldadura aluminotérmica. [10]

1.1.1.2 TIPOS

La magnetita (Fe3O4), producida por oxidación del hierro en una atmósfera rica en

oxígeno y a altas temperaturas, es el más común y usado de los agentes oxidantes

porque es barata y fácil de producir. La hematita (herrumbre) o Fe2O3 también puede

ser usada en su lugar. Ocasionalmente se usan otros óxidos como el dióxido de

manganeso (MnO2) en la termita manganésica, Cr2O3 en la termita crómica o bien el

óxido de cobre en la termita cúprica, pero solo para propósitos altamente

especializados. En todos los ejemplos se usa el aluminio como metal reactivo.

Los fluoropolímeros pueden ser usados en formulaciones especiales, siendo

el teflón con magnesio o aluminio un compuesto común. El magnesio/teflón/vitón es

de este tipo.

Figura 14) Una mezcla de termita usando óxido de hierro (III)

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermite_skillet.jpg



En principio, cualquier metal reactivo podría ser usado en lugar del aluminio. Esto

rara vez se da, sin embargo, a causa de las propiedades del aluminio que son

idóneas para esta reacción. Es con diferencia el más barato de los metales altamente

reactivos, y forma una capa de pasivación que lo hace más seguro de manejar que

muchos otros metales reactivos. Los puntos de fusión y ebullición del aluminio

también lo hacen ideal para las reacciones térmicas: su relativamente bajo punto de

fusión (660 °C, 1221°F) significa que es fácil fundir el metal, así que la reacción

puede ocurrir principalmente en fase líquida, avanzando así rápidamente. Al mismo

tiempo, su alto punto de ebullición (2519 °C, 4566 °F) permite la reacción a muy altas

temperaturas dado que algunos procesos tienden a limitar la temperatura máxima

hasta justo por debajo del punto de ebullición. Tal alto punto de ebullición es común

entre los metales de transición (por ejemplo, en el hierro y el cobre son de 2887 °C y

2582 °C respectivamente), pero es inusual entre metales altamente reactivos (como

el magnesio y sodio, que hierven a 1090 °C y 883 °C respectivamente).

Aunque los reactivos son estables a temperatura ambiente, arden con extrema

intensidad en una fuerte reacción exotérmica cuando son calentados a temperaturas

de ignición. Los productos emergen como líquidos debido a las altas temperaturas

alcanzadas (por encima de 2500 °C (4500 °F) con óxido de hierro (III)), aunque la

temperatura alcanzada depende de cuán rápido se escapa el calor en el entorno. La

termita contiene su propia fuente de oxígeno y no requiere de fuente alguna de aire.

Consecuentemente, no puede ser sofocada y puede arder bajo cualquier ambiente,

si se le proporciona el calor necesario inicial. Arde muy bien estando húmeda y no

puede ser extinguida con agua. El agua en pequeñas cantidades bullirá antes de

alcanzar la reacción. Si la termita es encendida bajo el agua el hierro fundido

producido generará una reacción de sustitución simple liberando hidrógeno. Este gas

puede arder a su vez al combinarse con el oxígeno del aire.



1.1.1.3 IGNICIÓN

Las reacciones convencionales de la termita requieren muy altas temperaturas de

iniciación. Esto no puede lograrse con pólvora negra, nitrocelulosa, ni con ningún

iniciador pirotécnico ni con otras sustancias que arden. Incluso cuando la termita está

caliente al rojo vivo no encenderá; más bien deberá estar al rojo blanco para iniciarse

la reacción. Es posible comenzar la ignición usando un soplete de propano si se hace

correctamente. El soplete puede precalentar la pila entera de termita, la cual puede

hacer explosión en lugar de quemarse lentamente cuando finalmente alcanza la

temperatura de ignición.

Frecuentemente se usan tiras de magnesio como iniciadores. Puesto que los metales

arden sin liberar gases de enfriamiento, tienen potencial para arder a temperaturas

extremas. Los metales reactivos como el magnesio pueden alcanzar temperaturas

suficientemente altas para iniciar la reacción de la termita. Sin embargo, éste método

es muy poco fiable: el magnesio en sí mismo es difícil de encender, y en condiciones

húmedas y de aire la tira puede sofocarse. Además, las tiras no contienen su propia

fuente de oxígeno, así que la combustión no ocurre a menos que estén expuestas al

aire. Un peligro significativo en el manejo del magnesio es el hecho de que el metal

es un excelente conductor del calor; calentar un extremo del listón de magnesio

puede ocasionar que se transmita el calor al otro extremo causando una ignición

prematura de la termita. A pesar de estos riesgos, la ignición con magnesio

permanece como uno de los más populares métodos de ignición entre los usuarios

no profesionales de la termita, principalmente porque es fácil de obtener.

La reacción entre el permanganato de potasio y la glicerina es usada como una

alternativa al método del magnesio. Cuando estas dos sustancias se mezclan,

comienza una reacción espontánea incrementando la temperatura de la mezcla

lentamente hasta que se producen flamas. El calor liberado por la oxidación de la

glicerina es suficiente para iniciar la reacción de la termita. Sin embargo este método

es poco práctico ya que el retraso entre mezcla e ignición puede variar demasiado

debido a factores como el tamaño de las partículas y la temperatura ambiente. Otra

forma de iniciar la reacción, usada por los aficionados, es el uso de luces de

bengala incandescentes para iniciar la reacción.



Estas alcanzan las temperaturas necesarias y proporcionan el tiempo suficiente

antes del punto de ignición. No obstante, éste es un método peligroso, ya que las

chispas de hierro, como el magnesio, arden a miles de grados de temperatura y

pueden desatar la reacción incluso antes de que la bengala misma haga contacto

con la mezcla. Esto es especialmente peligroso en el caso que la termita esté

finamente pulverizada.

De manera similar, la termita finamente pulverizada puede ser encendida por un

encendedor de fricción (encendedor convencional, o para soldadura oxiacetilénica),

puesto que las chispas son metal ardiente (en este caso los metales altamente

reactivos lantano y cerio pertenecientes a las tierras raras). Por tanto es inseguro

usar un encendedor de fricción cerca de la termita.

Si a la termita se le coloca en un recipiente metálico encima de bloques de hielo,

puede producirse una explosión.

Una mezcla estequiométrica de polvo fino de óxido de hierro y aluminio puede

encenderse usando fósforos rojos (cerillas), sumergiendo parcialmente la cabeza de

uno en la mezcla y encendiéndola con otro usando pinzas y guantes para evitar

quemaduras súbitas.

1.1.1.4 SEGURIDAD

El uso de la termita es peligroso debido a las temperaturas extremadamente altas

que produce y al hecho de que es casi imposible sofocar la reacción una vez

iniciada. Deben tomarse todas las precauciones apropiadas antes de encender la

termita. La reacción libera radiación ultravioleta, peligrosa para la vista, por lo que

debe evitarse el mirar la reacción directamente o debe usarse una protección

especial como una máscara de soldador. La termita no debe usarse cerca de

materiales inflamables, ya que se pueden liberar pequeñas cantidades de hierro

fundido durante la reacción, que pueden viajar distancias considerables y derretir

contenedores de metal, incendiando sus contenidos. Adicionalmente, los metales

inflamables con un punto de fusión relativamente bajo tales como el zinc, cuyo punto

de ebullición de 907 °C (1665 °F) está unos 1370 °C (2500 °F) por debajo de la

temperatura a la cual la termita funde, deben mantenerse alejados de ella debido a



que el contacto con tales metales podría hacer hervir el metal supercalentado de

manera violenta en el aire, en donde podrían arder en llamas al estar en presencia

de oxígeno.

Debe evitarse estrictamente precalentar la termita antes de su ignición. El

precalentamiento puede ocurrir accidentalmente al dejar caer una pila nueva de

termita sobre una recientemente encendida. Al encenderla, la termita precalentada

puede arder casi instantáneamente, liberando mucha más energía de la normal,

pudiendo causar quemaduras y daños a la vista incluso a lo que podría ser

normalmente una distancia de seguridad razonable. La termita debe de ser usada

con cuidado al soldar tuberías o similares con cavidades que alberguen aire, ya que

la expansión térmica de los gases puede causar que estallen. Generalmente la

ignición de la termita debe hacerse de forma que dé tiempo a los individuos cercanos

al área a moverse hasta una distancia segura antes de que comience a arder. Al

igual que con cualquier otro compuesto pirotécnico, la termita que no está siendo

usada en una tarea particular debe mantenerse alejada del sitio de ignición. Cuando

es manipulada de manera correcta por personal propiamente entrenado, la termita

suele ser razonablemente segura.

La reacción termita puede ocurrir espontáneamente de manera accidental en lugares

industriales en donde se practican cortes o abrasión de metales ferrosos. El uso de

aluminio en esta situación produce una mezcla de óxidos que pueden provocar una

reacción violentamente explosiva.

Mezclar agua con la termita o arrojar agua a la misma cuando está encendida es

peligroso porque puede provocarse una explosión freatomagmática, rociando

fragmentos incandescentes en todas direcciones.

Los ingredientes principales de la termita también fueron utilizados por sus

cualidades individuales, sobre todo por su reflectividad y aislamiento térmico, en la

pintura protectora para el Hindenburg, posiblemente contribuyendo a su terrible

destrucción. Esa es la teoría que defendió el científico ex-miembro de

la NASA Addison Bain, que fue después comprobada a pequeña escala por los

Cazadores de Mitos (Myth Busters) con resultados poco concluyentes (no se



demostró que se debiera a la reacción termita pero se conjeturó que pudo deberse a

una mezcla entre eso y el relleno de hidrógeno del Hindenburg).

1.1.1.5 USOS MILITARES

Las granadas de termita son usadas como dispositivos incendiarios para destruir

rápidamente equipo enemigo. También son usadas por fuerzas aliadas para destruir

sus propios equipos cuando están en peligro inminente de ser capturados. Debido a

la dificultad de encender la termita de hierro estándar, unida al hecho de que arde

prácticamente sin llama y a su pequeño radio de acción, es raramente usada en sí

misma como un compuesto incendiario. Se emplea más comúnmente con otros

ingredientes para elevar sus efectos incendiarios. El Thermate-TH3 es una mezcla

de termita y aditivos pirotécnicos, los cuales se han demostrado superiores a la

termita estándar para propósitos incendiarios. Su composición en peso es

generalmente 68,7% de termita, 29% nitrato de bario, 2% de azufre y 0,3%

de aglomerante. La adición de nitrato de bario incrementa los efectos térmicos,

creando llamas ardientes y reduciendo significativamente la temperatura de ignición.

Aunque el propósito primario del Thermate-TH3 es como elemento incendiario,

puede soldar y unir superficies metálicas.

Un uso militar clásico de la termita es desmantelar piezas de artillería y ha sido

usada para este propósito desde la Segunda Guerra Mundial. La termita puede

inutilizar permanentemente piezas de artillería sin el uso de cargas explosivas y por

tanto se puede usar con cierto sigilo. Hay diversas maneras de hacerlo. El método

más destructivo es soldar el arma arrojando una o más granadas de termita en la

recámara, cerrándola rápidamente. Ello hace imposible que el arma sea recargada.

Un método alternativo es insertar una granada por la boca del arma, inutilizando el

cañón. Otro método más es usar la termita para soldar el mecanismo de elevación

del arma, haciendo imposible que apunte correctamente.

La termita fue usada por nazis y aliados durante la Segunda Guerra Mundial. Las

bombas incendiarias usualmente consistían en docenas de bombas puestas en

racimo, llenas con proporciones pequeñas de termita encendidas por magnesio. Las

bombas destruyeron ciudades enteras debido al fuego violento que resultaba de su



uso. Las ciudades con construcciones de madera eran especialmente susceptibles.

Aquellas bombas incendiarias eran usadas primordialmente durante los bombardeos

nocturnos. Las bombas estratégicas eran difíciles de usar por la noche, lo que creó la

necesidad de destruir objetivos sin la necesidad de tener precisión.

1.1.1.6 USO CIVIL

La reacción de la Termita puede tener diversos usos. Fue usada originalmente para

reparar y soldar in situ ruedas de ferrocarril (Fig. 15), en donde la reparación puede

tener lugar sin quitar la pieza de su ubicación original. Puede ser usada para el corte

rápido o soldadura de raíles sin requerir de equipo pesado.

A la reacción de la termita, cuando se usa para la purificación de menas, se le

conoce como proceso termita o reacción aluminotérmica. Una adaptación de la

reacción, usada para la obtención de uranio puro, fue desarrollada como parte

del Proyecto Manhattan en el Laboratorio Ames bajo la dirección de Frank Spedding.

Algunas veces es nombrado como el Proceso Ames.

Cuando la termita es fabricada usando óxido de hierro (III), para mayor eficiencia

debe tener en masa 25,3% de aluminio y 74,7% de óxido de hierro. (Esta mezcla es

vendida bajo el nombre comercial de Thermit como fuente de calor para soldar). La

fórmula completa para la reacción usando óxido de hierro (III) es la siguiente:

Figura 15) Termita reaccionando para soldar un riel ferroviario. Después de esto el hierro

líquido fluye dentro del molde alrededor del perfil de la vía.



ΔH = -851,5 kJ/mol

Cuando la termita es fabricada con magnetita, para una máxima eficiencia debe

contener en masa 23% de aluminio y 76,3% de óxido de hierro. La fórmula de la

reacción usando magnetita es:

ΔH = -3347,6 kJ/mol

De manera interesante, una versión modificada de este proceso (verificándose bajo

una atmósfera inerte) puede ser usada para producir varias aleaciones;

generalmente la mezcla es encendida eléctricamente en ese caso. Esto ha sido

usado para preparar aleaciones de níquel-aluminio entre otras.

La termita cúprica, bajo el nombre comercial de CadWeld, es usada para unir

alambres de cobre para formar conexiones eléctricas. [11]

1.1.2 SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA

Como se describió con anterioridad, el proceso surgió a fines del siglo diecinueve en

Alemania, cuando Hans Goldschmidt descubrió que la reacción exotérmica entre el

polvo de aluminio y un oxido metálico en polvo, puede iniciarse con una fuente de

calor.

1.1.2.1 ECUACIÓN GENERAL

La ecuación general de la soldadura aluminotérmica es expresada por:

OXIDO METALICO + ALUMINIO ------- OXIDO DE ALUMINIO + METAL + CALOR

El agente reductor (Aluminio), al formar su oxido debe tener una energía de

formación mas baja que la de los óxidos a reducir.

La escoria (Al2O3), debe tener menos densidad que la del metal líquido, como en el

caso del acero.



Las reacciones Típicas son:

3Fe3 O4 + 8Al ---------- 9Fe + 4Al2 O3 + CALOR H = 3350 KJOULE

3Fe O + 2Al ---------- 3Fe + Al2 O3 + CALOR H = 880 KJOULE

Fe2 O3 + 2Al ---------- 2Fe + Al2 O3 + CALOR H = 850 KJOULE

3Cu O + 2Al ---------- 3Cu + Al2 O3 + CALOR H = 1210 KJOULE

3Cu2 O + 2Al ---------- 6Cu + Al2 O3 + CALOR H = 1060 KJOULE

También pueden utilizarse las siguientes reacciones:

3Mg O + 2Al --------- 3Mg + Al2 O3 + CALOR

3Si O2 + 4Al --------- 3Si + 2Al2 O3 + CALOR

3Ca O + 2Al --------- 3Ca + Al2 O3 + CALOR

Pero se han encontrado limitaciones en cuanto al Magnesio y el Calcio en la práctica.

El silicio en cambio se emplea en mezclas de termita para Tratamientos Térmicos,

pero casi nunca para soldar.

La primera reacción de las expuestas, que es de hecho la más común responde a la

siguiente proporción, para preparar la mezcla aluminio Oxido.

La temperatura teórica de esta reacción es de 3100 ºC. La adición de constituyentes

No Reactivos, así como la perdida de calor por conducción y radiación, reduciendo

así la temperatura a unos 2480 ºC.

Esta temperatura es cercana a la máxima tolerable, ya que el aluminio se vaporiza a

los 2500 ºC. Por otro lado, la temperatura máxima no debe ser mucho mas baja, ya

que la escoria de Aluminio (Al2 O3) solidifica a los 2040ºC.

La reacción funciona mucho más eficazmente cuanto mayor es el volumen de

mezcla. Vale aclarar que es posible agregar elementos de aleación al compuesto de

termita en forma de ferroaleaciones compatibles con la química de la pieza a soldar.

Se utilizan por ejemplo aleaciones para aumentar la fluidez y disminuir la temperatura

de solidificación de la escoria.



Se requieren de elementos como:

Un polvo de Encendido o varilla de ignición, para elevar la mezcla a unos

1200ºC, la cua es la temperatura de ignición.

Las caras a soldar deben estar bien limpias y con una separación acorde a la

sección a soldar.

Un molde ya sea hecho en campo o prefabricado y que ajuste bien a las

partes a soldar.

Además de cómo método de soldeo se utiliza como, proceso de colado en donde se

requieran portillos o salientes como para:

Compensar contracciones

Eliminar defectos

Lograr fluidez en el acero

Evitar turbulencias cuando el acero fluye el interior de la unión

1.1.2.2 APLICACIONES

Soldadura de Rieles: Genera tramos continuos. Y se pueden soldar rieles de

aleaciones como al Cr, Cr-Mo, Cr-V, Cr-Mn y al Si, así como también los de acero al

Mn.

1.1.2.2.1 FORMAS

Con Precalentamiento:

Se alinea el molde a las uniones, estas se precalientan entre 600 y 1000ºC con un

soplete dirigido al centro del molde. Luego el crisol forrado con material refractario

que contiene la carga de termita se coloca sobre las partes del molde. Se puede

colar por arriba o por un lateral. El crisol tiene un sello en la parte inferior que

segundos antes de acabar la reacción se funde. La escoria flota en el crisol y no llega

de esta manera al molde.



Sin precalentamiento:

Este método elimina la necesidad de un soplete. Los extremos se calientan por

medio de una porción del metal fundido del total que se produce. Los moldes son

fabricados con resinas fenólicas y se los denomina moldes de cancha. Con este

método a diferencia del anterior, el acero fluye directamente a la cavidad, es decir el

molde, sin la necesidad de tener contacto con la atmósfera. Existe también una

cámara debajo de las partes a soldar confeccionada como parte del molde, en la cual

se deposita la primer porción de metal utilizada para el precalentamiento y no para

los fines de unión, la misma se calcula teniendo en cuenta que para cuando se llene

las caras de las partes a soldar deberán haber tomado la temperatura y el calor

necesario. La cantidad de termita que demanda se estima como el doble de la

termita utilizada con precalentamiento con soplete. Además la Zona Afectada por el

Calor también es menor.

Soldadura de reparación:

Se reparan sectores dañados, utilizando moldes que no son prefabricados, sino que

se elaboran en campo.

1.1.2.3 APLICACIÓN DE LA SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA A

RIELES.

Preparación de la unión:

· Se practican marcas como guía dimensional, del tamaño real de la pieza.

· Se corta la sección averiada con un soplete. La anchura del lecho depende de la

sección

· La piezas se colocan entre 2 y 6mm mas separadas, debido a la contracción

posterior.

Aplicación del molde:

· Si la soldadura es grande se utiliza un patrón en cera (método de la cera perdida),

de la cavidad a soldar



· Luego se recubre este patrón con arena, una vez colocado en la zona a soldar

· se coloca el portillo de calentamiento en el centro o hacia la cara de mayor

superficie

· Se retiran los patrones de madera (bajadas de coladas, portillos de calentamiento,

etc.)

Precalentamiento:

· La cera se derrite con la ayuda de un soplete y se deja escurrir, luego se aumenta

el poder de la llama, secando bien todo el molde. A su vez se precalientan las partes

a soldar hasta obtener un rojo cereza (800 – 1000ºC). Luego se cierra el portillo de

calentamiento por donde ha escurrido la cera, con un tapón de arena.

Crisol:

· Es un recipiente formado por un material refractario y un tapón de magnesita, que

funde a la temperatura necesaria para que se cuele el metal. Dicho tapón es

recambiable. También posee un dedal que se tapona insertándole un clavo de

abertura y sobre este clavo colocando un disco de metal como fusible de abertura,

este disco se recubre con arena refractaria. Cuando se requieren retazos de metal

para producir mas carga, la mezcla de termita a utilizar se determina de la siguiente

manera:

Tratamientos Térmicos: También se suelen utilizar mezclas especiales de termita

confinadas dentro de un molde que ajusta exacto a las dimensiones de la pieza, de

manera que cuando se enciende la mezcla desprende calor necesario para

proporcionar a la pieza el tamaño requerido. [12] .



1.1.2.4 FOTOGRAMA DE LA SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA [13]

Figura 16) Preparación de los rieles, alineamiento y limpieza del área de aplicación de la

soldadura.

Figura 17) Verificación de la distancia de separación mínima normalizada.

Figura 18) Colocación del molde posterior de cera (respecto a la cámara).



Figura 19) Sujeción del molde posterior de cera (respecto a la cámara).

Figura 20) Emsamblaje y sujeción mecánica de ambas mitades del molde.

Figura 21) Se aprecian los posibles puntos de derrame de la soldadura.



Figura 22) Sellado del molde con cera.

Figura 23) Precalentamientodel molde para el derretimiento de la cera.

Figura 24) Retirado del soplete y preparación para la recepción de la carga

aluminotérmica.



Figura 25) Colocación de la carga y encendido mediante varilla reaccionante.

Figura 26) Reacción exotérmica, gereración de metal y óxido de aluminio, colado del metal

soldante.

Figura 27) Remoción del contenedor de la carga. Se observa la cantidad de calor

generada (Al rededor de 2600 °C) al observar el color rojo vivo del metal.



Figura 28) Remoción de los sujetadores mecánicos del mode.

Figura 29) Acoplamiento de una prensa para la liberación del molde.

Figura 30) Obtención de la soldadura en bruto.



Figura 31) Remoción de escoria y sobrantes de soldadura.

Figura 32) Producto final: Soldadura aluminotérmica.



1.1.2.5 REQUISITOS QUE SE DEBEN CUMPLIR EN LAS

SOLDADURAS TERMINADAS

1) Las soldaduras no deben presentar ninguna clase de defectos externos ni de

acabado y sólo se permiten tolerancias en algunos de los conceptos reglamentados

en esta Norma; no obstante, éstas se toman en cuenta al calificar la soldadura para

fines de control y garantía.

1.1) Respecto a las verificaciones geométricas de alineamientos, en las uniones

soldadas se tienen las siguientes tolerancias determinadas con regla metálica de un

(1) metro de longitud.

a) En la banda de rodamiento se permite una contraflecha de cero punto ocho

(0.8) milímetros como máximo respecto a extremo libre de la regla, la cual

deberá apoyarse en la mitad de la longitud sobre la superficie superior del

hongo. No se permite ninguna deformación con flecha al centro de la regla.

b) En la cara activa del hongo se acepta una flecha o contraflecha máxima de

uno punto cero (1.0) milímetros, en proyección horizontal, medida en el

extremo de la regla que estará colocada longitudinalmente en la cara activa

del hongo con sus extremos equidistantes del plano medio de la soldadura.

1.2) Para la identificación y evaluación de los defectos, se limpiarán mediante

cepillado y examinarán las soldaduras estando prohibido hacerles cualquier clase de

reparación por reacondicionamiento, por lo cual en caso de efectuarles estos últimos

serán rechazadas, independientemente de que el Organismo cancele la autorización

al soldador y aplique la sanción administrativa que proceda.

1.3) En las soldaduras limpias, su acabado será de tal manera satisfactoria que a

simple vista no se les puedan apreciar irregularidades no tolerables como:

a) Separación en la unión del material fundido de aportación y el material base o

bien, entre los extremos de los rieles a tope por acumulación de impurezas y

material oxidado; tampoco presentarán por oxidar fisuras, deformaciones por

excesivo precalentamiento, oquedades ni superficies ásperas o desiguales.



b) Escasez de material de aportación, acoplamiento irregular, depósitos de

material fundido, cavidades por fallas de presión a tope ni huellas de las

herramientas de desbaste.

c) Deformaciones o irregularidades en el resalto de la soldadura, rebabas,

incrustaciones ni exceso de esmerilado.

2) Prevenciones al presentarse soldaduras defectuosas.

2.1) Cuando se trate de soldaduras en vía activa y se rechace alguna por

defectuosa, ésta debe ser sustituida colocando un injerto de las mismas

características geométricas y metalúrgicas que las del riel original, con longitud

mínima de cuatro (4) metros cortando la soldadura defectuosa de tal forma que

elimine un mínimo de diez (10) centímetros a uno y otro lado de ésta. Para la

colocación del injerto, se efectuarán, pero no al mismo tiempo, dos (2) soldaduras de

acuerdo con los procedimientos y tolerancias que se estipulan

2.2) En el caso de soldaduras defectuosas hechas en taller o en riel fuera de vía, la

sustitución de soldaduras rechazadas podrá hacerse eliminando diez (10)

centímetros de cada riel a uno y otro lado de la junta cuando se trate de soldadura

aluminotérmica o bien de dos a tres (2 a 3) centímetros en el caso de soldadura por

electrorresistencia, y repitiendo el procedimiento respectivo (retopando los rieles). [14]



Segunda Parte

2.1 SOLDADURA CADWELD

2.1.1 INTRODUCCIÓN

La Soldadura CadWeld surgió, como otros tipos de soldaduras, de una necesidad:

mejorar la calidad de las uniones de los sistemas de tierra.

Uno de los principales problemas de los sistemas de puesta a tierra, ha sido siempre

el incremento de la resistencia de contacto por causa de empalmes defectuosos que

se dan entre conductores, conductores y barras copperweld, o entre conductores y

superficies.

El incremento de la resistencia por estas uniones se acrecienta en sólo pocos meses

(5 ó 6), en un 60% o más debido a las sulfataciones que se produce por el paso de

corriente a través de estos empalmes.

Para estos problemas de conexiones se han investigado distintas soluciones, siendo

la más óptima las soldaduras exotérmicas con un sin número de ventajas que

veremos mas adelante.

El primer uso conocido de la exotérmica data de finales de 1800 en Alemania, en

donde se utilizo una base de óxido de hierro mezclado con aluminio como su agente

reductor, que se utilizaba para fabricar troqueles o repararlos. Posteriormente en los

Estados Unidos fue empleado para la reparación de moldes de forja. La primera

aplicación no ferrosa conocida, fue desarrollada en 1938 por el Dr. Charles Cadwell,

del Case Institute of Technology y luego patentada por esta compañía. A este

proceso se le llamó CADWELD en honor al Dr. Cadwell, de allí que coloquialmente

se llame a la soldadura exotérmica soldadura CADWELD.

2.1.1.1 ¿QUE SIGNIFICA EXOTÉRMICO?

Exotérmico es un término químico que describe una reacción química que desprende

calor a medida que se lleva a cabo la reacción.



2.1.1.2 ¿QUE ES UNA REACCIÓN EXOTÉRMICA?

Es una reacción química en la cual la energía es liberada. El prefijo exo significa

salida y térmico significa calor o energía. Por lo tanto, se denomina reacción

exotérmica a cualquier reacción química en la cual se desprende calor. Se da

principalmente en las reacciones de oxidación.

Las reacciones exotérmicas, en relación a los metales, son la reducción de un metal

u óxido metálico por otro metal más reactivo, por lo general el aluminio. Los

materiales que componen los productos de soldaduras e ignición son mezclas de

diversas granulómemas.

Después de la ignición se produce una reacción exotérmica que resulta en metales

fundidos con temperaturas que alcanzan sobre los 2200 °C y en consecuencia la

liberación de humo localizado.

La temperatura de ignición es superior a 450 °C, para el polvo de ignición y de 900

°C para el polvo de soldadura. Iniciada la ignición el proceso culmina en unos 30

segundos. Tiempo suficiente para completar la reacción química y para que el

material fundido se solidifique.

Un ejemplo cotidiano de una reacción exotérica es la combustión de la gasolina en el

interior de los cilindros del motor de nuestros automóviles.

La reacción contraria a la exotérmica se le denomina endotérmica.

2.1.2 CONEXIONES EXOTÉRMICAS

Las conexiones eléctricas por soldado exotérmico es un proceso en el que se hace

un empalme eléctrico al verter una aleación súper calentada de cobre fundido en el

interior de un recinto en el cual se encuentran alojados los conductores a ser unidos.

Esta aleación de cobre fundido, contenida y controlada dentro de un molde de grafito

especialmente diseñado para este fin, hace que los conductores se fundan. Una vez

enfriados, los conductores se encuentran empalmados mediante una soldadura de

fusión.



El metal fundido se crea por una reacción química entre el aluminio y el óxido de

cobre. El proceso usa partículas de aluminio finamente divididas a medida que el

agente reductor con el óxido de cobre produce la siguiente reacción química:

3Cu20 + 2A1--->6Cu + A1203 + CALOR (2537°C)

Esta reacción genera una excesiva cantidad de calor, por naturaleza los metales

fundidos generalmente alcanzan temperaturas de aproximadamente 2500 °C. [15]

2.1.2.1 IMPLEMENTOS DE LA SOLDADURA CADWELD [16]

El equipo para la Soldadura CadWeld es ligero y portátil, no necesita de ninguna fuente exterior de energía y es, por tanto, idóneo para su utilización sobre el terreno, y no requiere esfuerzos considerables para conseguir conexiones eléctricas óptimas y de gran calidad mecánica, en un tiempo muy breve.

El equipo esencial para llevar a cabo este tipo de soldadura se describe a continuación:

MOLDES: Los moldes se mecanizan a partir de un bloque de material

refractario (grafito). Su duración media, en condiciones normales de utilización

es de 70-100 soldaduras. Una tapa metálica protege de las proyecciones en el

momento de la ignición.

POLVO DE SOLDADURA: El polvo de soldadura se compone de una mezcla

exotérmica de óxido de cobre y aluminio. El metal obtenido tiene como mínimo

una tensión de ruptura de 26,8 kg/mm². Este valor se basa en muestras de

12,7 mm de diámetro, sin fallas.



TENAZAS SOPORTE TSC: Están diseñadas para manejar los moldes con

total seguridad, permitiendo su apertura y cierre cuando el molde está

caliente. Se utilizan dos tipos de tenazas, dependiendo del tamaño del molde.

TENAZA MS: Está diseñada para manejar los moldes fabricados a partir de

una sola pieza de grafito, especialmente los empleados para soldar cable-

tubo.

PISTOLA DE IGNICION: Se utiliza para el encendido del polvo de ignición.

Admite piedras normales de encendedor como repuesto.



CEPILLO METALICO: Utilizado para la limpieza correcta de los cables a

soldar.

BROCHA: Para la limpieza del interior del molde después de cada soldadura.

RASCADOR DE MOLDES: Su forma está especialmente diseñada para la

limpieza de la tolva de carga del molde.



2.1.2.2 PROCESO DE UNA SOLDADURA CADWELD

El proceso de conexiones exotérmicas se caracteriza por su simplicidad y eficacia,

siendo recomendado para la soldadura de cobre, cobre-acero y acero-acero.

No requiere fuente externa de energía, ya que utiliza altas temperaturas resultantes

de la reacción química de los materiales utilizados.

Es ideal para utilizar en le campo porque además de ser un equipo liviano y portátil

garantiza una conexión perfecta, rápida, permanente eximiendo manutención y mano

de obra especializada.

La reacción se lleva a cabo en el crisol o cámara de reacción en donde estarán

almacenados los materiales que reaccionan, separada del conducto o tobera por

medio de un disco de metal que se derrite y permite que el metal de soldadura

fundido corra hacia abajo, pasando a través del conducto o tobera hacia la cavidad

de soldado o cámara de soldadura, donde se encuentran alojados los conductores o

materiales a soldar.

El metal de soldadura derretido funde los extremos de los conductores o materiales a

soldar y se solidifica rápidamente, creando la conexión soldada.

A continuación se presenta la secuencia o pasos a seguir para lograr un buen

empalme entre conductores eléctricos:

Paso 1 Si el cable dispone de aislamiento, eliminarlo en una longitud de 15 cm.

Utilizando la herramienta apropiada, cepillar las partes metálicas a soldar para

eliminar todo resto de óxido o suciedad.



Paso 2 Antes de realizar la primera soldadura, es imprescindible precalentar el molde

con una llama durante unos minutos. De esta forma, se eliminará cualquier humedad

existente en el molde y se evitaran las soldaduras porosas.

Paso 3 Abrir el molde separando los mangos del alicate. Para la colocación de los

cables.

Paso 4 Cerrar el alicate del molde y bloquearlo en dicha posición para evitar fugas de

metal fundido durante el proceso de soldadura. Colocar el disco metálico adecuado

con la parte cónica hacia abajo en el fondo de la tolva de forma que pueda obturar el

orificio de colada.



Paso 5 Abrir el cartucho recomendado para el tipo de conexión a realizar y vaciar el

contenido de polvo para soldadura en el crisol o cámara de reacción del molde.

Paso 6 Cerrar la tapa del molde. Accionar el fósforo e introducirlo a la cámara de

reacción del molde. Esperar unos momentos mientras se desarrolla la reacción

provocada por la reducción del óxido de cobre por el aluminio.



Paso 7 Esperar unos minutos antes de proceder a abrir el molde. Abrir

completamente para poder extraer la soldadura. Durante esta operación tenga un

especial cuidado en no dañar el molde de grafito.

Paso 8 Elimine la escoria de la tolva, del orificio de colada y la tapa del molde con el

rascador de moldes. Limpiar los restos de suciedad de la cámara de soldadura con

una brocha. Si el molde se mantiene todavía caliente, puede hacer una nueva

soldadura sin precalentarlo.



2.1.2.3 PREPARACIÓN DE LOS MATERIALES Y EQUIPOS PARA

UNA SOLDADURA EXOTÉRMICA

2.1.2.3.1 PREPARACION DE CONDUCTORES O CABLES

A pesar de que todos los elementos que integran una conexión eléctrica son

importantes, los conductores o cables revisten un especial cuidado, para conseguir

una perfecta soldadura el cable o conductor deberá estar perfectamente limpio, seco

y conformado.

Conformado se refiere a su forma geométrica circular, que no este deformado.

Un cable húmedo, recubierto de barro, polvo o con vestigios de suciedad provocará

una soldadura porosa y proyecciones de metal fundido fuera del molde. Para eliminar

la humedad que pudiera estar presente en los conductores se deberá secar mediante

una llama que pueda ser regulada emanada de un equipo adecuado para este fin.

Para eliminar los restos de barro o polvo cepillar los conductores siguiendo la línea

de sus hilos teniendo cuidado de no desentorcharlos.

Muchas veces nos encontramos cables tratados con aceite o grasa en su proceso de

instalación o por cualquier otra razón, en este caso se deberán limpiar con un

desengrasante preferentemente un disolvente que seque rápidamente y sin dejar

residuos. En casos extremos calentar el cable con una llama hasta eliminar

totalmente la grasa o aceite.

Cuando se emplea cables reciclados o hayan estado expuestos a la intemperie

generalmente presentan oxidación o rasgos de la misma. En estos casos los cables

se deben pulir con un cepillo metálico hasta eliminar cualquier vestigio de oxido.

Una de las causas del deterioro de los moldes de gafito lo generan los cables mal

cortados o con deformaciones en su geometría, debido a que impedirán el cierre

correcto del molde, provocando fugas de metal fundido y el esfuerzo para el cierre se

concentra solo en zonas del molde que tienden a perder su configuración.



2.1.2.3.2 PREPARACION DEL MOLDE DE GRÁFITO

La humedad en el molde provocará una soldadura porosa; por tanto deberá estar

completamente seco en el momento de realizar cualquier soldadura.

Antes de realizar la primera soldadura, se calentará el molde hasta que su

temperatura no pueda soportarse al tacto, Para eliminar a humedad que pudiera

estar presente en el molde se deberá secar mediante una llama que pueda ser

regulada emanada de un equipo adecuado para este fin o quemando un cartucho, en

este ultimo, se deberá realizar con cuidado de no dañar la tenaza o alicate que se

emplea ara su cierre.

Se debe tener precaución en la ejecución del proceso para no encender materiales

inflamables que puedan estar cercanos al área. De igual forma, los moldes húmedos

pueden producir una reacción explosiva debido a la rápida vaporización de la

humedad.

El excesivo calor en los moldes también los expone a daños por fuego.

Para las soldaduras sucesivas, el calor desarrollado entre cada aplicación mantendrá

el molde a la temperatura correcta, si el intervalo entre ellas fuese prolongado y

provocase el descenso la temperatura, deberá reiniciarse el proceso precalentando

el molde. Esto sobre todo en zonas de alta humedad.

2.1.2.3.3 PREPARACIÓN DE LAS BARRAS COPPERWELD

El extremo de la barra copperweld sobre el cual se realice la soldadura, deberá estar

perfectamente limpio, seco y exento de deformaciones al igual que lo indicado para

los cables.

Una barra recubierta de barro, polvo o con vestigios de suciedad en la zona por

donde se realizará la conexión, provocará una soldadura porosa y proyecciones de

metal fundido fuera del molde. Para eliminar los restos de barro o polvo se deberá

cepillar la zona de conexión de la barra hasta que quede pulida y libre de cualquier

vestigio de impurezas.



Para evitar el deterioro de los moldes de grafito por barras copperweld con

deformaciones en su geometría debido a que son golpeadas generalmente por el

extremo por donde se realizara la conexión, es recomendable practicar un corte en la

sección afectada siempre que sea posible o la deformación sea muy pronunciada.

Cabe recordar que estas deformaciones impedirán el cierre correcto del molde,

provocando fugas de metal fundido y el esfuerzo para el cierre se concentre en

zonas del molde que tienden a perder su configuración.

2.1.2.3.4 PREPARACION DE LAS SUPERFICIES DE ACERO

La superficie deberá estar libre de óxido, seca y plana.

En caso de que la superficie esté oxidada, con residuos de pintura, grasa o suciedad,

para limpiarse se puede recurrir a distintos métodos para remover estas impurezas,

tales como: el esmeril eléctrico, cepillado manual, frotación por pliegos de lija, entre

otros.

Para eliminar a humedad que pudiera estar presente en la superficie metálica se

deberá secar mediante una llama que pueda ser regulada emanada de un equipo

adecuado para este fin. Las superficies galvanizadas se limpiarán sin necesidad de

eliminar la capa de zinc. [17]



2.1.2.4 FOTOGRAMA DEL MÉTODO CADWELD DE SOLDADURA [18]

Figura 33) Cepillado del conductor.

Figura 34) Calentamiento del conductor y del molde.

Figura 35) Sujeción del conductor en el molde, prensado mediante las pinzas para molde



Figura 36) Instalación del disco de protección de escape de la soldadura.

Figura 37) Vaciado de carga aluminotérmica (90 gr).

Figura 38) Ignición de la soldadura.



Figura 39) Material Fundido, conductores unidos, Método CadWeld de soldadura.

Figura 40) Corte sagital del empalme soldado.

Figura 41) Análisis del corte de sección transversal de la unión soldada.



2.1.2.5 INSPECCIÓN

La conexión exotérmica terminada debe tener una apariencia sólida con relación al

tamaño, acabado superficial, coloración y porosidad. Se explicará a continuación

cada uno de estos ítems con más detalles.

Para inspeccionar conexiones exotérmicas realizadas sobre barras de puesta a tierra

y/o superficies de acero, se aplican leves golpes de martillo sobre ellas (se

recomienda de uno a tres golpes de martillo). Los golpes deben darse directamente

sobre la mayor masa de la conexión, de tal modo que no causen daño en el cable. El

criterio del inspector es importante, especialmente cuando verifique conexiones

menores, observándose el número e intensidad de los golpes.

2.1.2.5.1 TAMAÑO:

La conexión exotérmica deberá tener suficiente relleno para cubrir completamente

los conductores. Una falla en la cobertura puede indicar utilización de un cartucho

menor al requerido como una pérdida excesiva.

Los filetes de pérdida a lo largo de conductores conformados por siete hilos pueden

controlarse con pasta de sellado, sin embargo, pérdidas excesivas en las uniones del

molde y en las aberturas de los conductores son frecuentemente, el resultado de

utilizaciones prolongadas del molde.

2.1.2.5.2 COLOR:

Para obtener un mejor color de la conexión exotérmica, una vez terminada la misma,

proceda refregándola con un cepillo de cerdas leves. El color normal debe ir de oro a

bronce.

2.1.2.5.3 ACABADO SUPERFICIAL:

La superficie de la conexión debe estar razonablemente lisa y libre de depósitos

mayores de escoria que pueden tener 12,4 mm o más de diámetro y 1,5 mm o más

de profundidad bajo la superficie. El depósito mayor de escoria no debe confundirse



con la escoria normal que se presenta en el tope de todas las conexiones

exotérmicas.

2.1.2.5.4 POROSIDAD:

La conexión debe estar libre de porosidades mayores debido a la escoria. Pueden

tolerarse pequeños orificios. Una masa esponjosa o de grandes orificios y profundos

no deben tolerarse. Éstos indican generalmente:

Molde o conductor húmedo.

Aislante en los hilos del conductor.

Alquitrán o grasa de cables resistentes a los agentes atmosféricos

(intemperie) en los hilos.

Moldes y conductores secos así como la utilización de solventes pueden eliminar la

mayoría de las porosidades. Las conexiones para superficies galvanizadas algunas

veces exhiben porosidades debido al zinc que se evapora de la superficie

galvanizada. Esta condición podrá minimizarse o eliminarse retirando la parte del

zinc de la superficie galvanizada. Sin embargo, es normal la existencia de ligeros

poros en conexiones a superficies galvanizadas, especialmente en soldaduras

hechas con moldes fríos. [19]



2.1.2.6 VENTAJAS DE LA SOLDADURA EXOTÉRMICA

Cuando se realizan conexiones eléctricas mediante soldadura exotérmica y son

efectuadas debidamente, presentarán propiedades eléctricas muy similares a las

conexiones soldadas. Debido a que este proceso es una soldadura molecular cuyo

material utilizado tiene el mismo punto de fusión del cobre y cuando la soldadura esta

terminada su sección transversal es dos veces mayor que la de los conductores que

están siendo empalmados, esto nos ofrece grandes ventajas tanto económicas así

como técnicas.

2.1.2.6.1 VENTAJAS ECONÓMICAS

1. Bajos costos en los materiales requeridos para una conexión exotérmica en

comparación con otros medios de conexión.

2. La reacción es realizada dentro de un molde de grafito, que generalmente

permite la realización de más de 50 conexiones.

3. Las conexiones exotérmicas proporcionan mayor seguridad por lo tanto

menos supervisión.

4. No requieren de mantenimiento asociado al bajo costo del material utilizado.

5. El material utilizado para la realización de la conexión tiene una durabilidad

igual o mayor a los otros materiales conectados.

6. Las conexiones son permanentes debido a que son soldadas alcanzando que

no se deterioren con el tiempo.

7. Se requiere un entrenamiento mínimo para hacer una conexión, lo que evita

mano de obra especializada.

8. Las herramientas y materiales para efectuar la conexión es ligera y portátil.

9. La calidad de las conexiones se puede revisar por simple inspección visual,

sin requerir de ningún instrumento.



2.1.2.6.2 VENTAJAS TÉCNICAS

1. Las conexiones exotérmicas poseen ampacidad mayor o igual a los

conductores que la integran.

2. La capacidad de corriente de la conexión es equivalente a la del cable o

conductor.

3. Las conexiones no son dañadas cuando se producen altas irrupciones o picos

de corriente.

4. (Pruebas realizadas demostraron que corrientes elevadas como las de

cortocircuito fundieron el conductor y no la conexión exotérmica)

5. Las conexiones no se deshacen ni sufren corrosión en la parte de la

soldadura, independientemente del ambiente en que se destinan.

6. La conexión no se puede aflojar o desajustar debido a que es una unión

molecular permanente.

7. Como la conexión exotérmica se transforma en una parte integrante del

conductor, esto evita que se presentan problemas por insuficiencia de

superficie de contacto o puntos de concentración de presiones.

8. Las conexiones son permanentes debido a que son soldadas alcanzando que

no se deterioren con el tiempo.

9. Las conexiones exotérmicas no son afectadas por la corrosión de la misma

forma que el cobre.

10. No se requiere de una fuente de energía externa o generación de calor para

forjar la conexión.

11. Las soldaduras exotérmicas se pueden utilizar para empalmar materiales de

cobre, aleaciones de cobre, acero revestido con cobre, acero de diferentes

aleaciones incluyendo el inoxidable entre otros.

12. Como la reacción se consume en pocos segundos, la cantidad de calor

aplicada a los conductores o superficie es inferior a aquella aplicada con otros

métodos de soldadura. (Este aspecto es importante, en conexiones de

conductores aislados o tubos de pared fina).



2.1.2.6.3 DESVENTAJAS DE LA CONEXIÓN EXOTÉRMICA

En la mayoría de los casos, el costo asociado de las conexiones exotérmicas es

mayor que otros medios similares de conexión debido a lo largo del proceso, a los

diversos requerimientos moldes y a la potencial paralización ocasionada por lo

impredecible del clima o por las condiciones de humedad imperantes en el área de

trabajo.

Otras desventajas se relacionan a las herramientas requeridas para completar un

soldado exotérmico. No obstante, todos los métodos para efectuar conexiones

eléctricas requieren de herramientas específicas y sus correspondientes accesorios,

así como el cumplimiento de condiciones propias para poder realzar una conexión

adecuada. Es la confiabilidad de la conexión lo que se debe medir en una relación de

costo beneficio.

Entre las desventajas que presenta este método se encuentran:

1. Las condiciones climáticas inciden directamente en la realización del proceso

y pueden posponer el trabajo en sitio durante días.

2. El calor excesivo generado durante la reacción requiere de supervisión debido

a los riesgos inherentes de seguridad para el personal.

3. Se requiere de aditamento de seguridad para los operarios, tales como: lentes

de seguridad guantes u otros accesorios de protección.

4. Los materiales deben almacenarse en lugares secos, ya que están sujetos a

daños por humedad o por calor.

5. Se requieren horas hombres adicionales para la preparación previa a una

conexión, esto se debe a la necesidad de limpieza, precalentamiento de

moldes, etc.

6. Debido al recocido del conductor, las conexiones exotérmicas no se pueden

usar en aplicaciones bajo tracción.

7. El calor intenso generado durante el proceso puede dañar el aislamiento del

conductor cuando este esta presente.

8. Una instalación típica con soldadura exotérmica tarda más tiempo con

respecto a otros métodos.



2.1.2.7 INSTRUCCIONES GENERALES DE SEGURIDAD

Para realizar una soldadura exotérmica perfecta y con seguridad, es menester que

se cumplan las siguientes instrucciones:

1. Utilizar los implementos de seguridad adecuados: ropa apropiada, lentes de

seguridad y guantes cuando realice soldadura exotérmica.

2. Solamente usar materiales y equipos certificados para efectuar conexiones

exotérmicas.

3. Sólo efectuar las conexiones con el molde diseñado para esa determinada

aplicación, para lo cual utilizar los especificados impresos en la placa del

molde.

4. No utilizar moldes rotos o desgastados que podrían tener fugas de metal de

soldadura fundido.

5. Cerciorarse que el material que está siendo soldado tiene las acometidas

adecuadamente en el molde y que el molde cerrará herméticamente alrededor

de ellos.

2.1.2.7.1. INSTRUCCIONES ESPECÍFICAS DE SEGURIDAD

1. No efectuar modificaciones o alteraciones en los moldes o sus accesorios sin la

debida autorización de del fabricante.

2. Evitar respirar las concentraciones de humo, pueden ser nocivas para la salud.

3. Evitar el contacto con los materiales calientes, tales como moldes o conexiones

recién hechas.

4. Tomar precauciones de incendio en el área de la soldadura.

5. Proveer ventilación adecuada en los locales donde el flujo de aire es insuficiente

para evitar que los operadores respiren el humo.

6. Verificar que se esté utilizando el molde correcto y que el conjunto esté bien

montado.

7. Notificar a los empleados que trabajan en las proximidades que están en área de

soldadura.



8. Retirar o proteger los materiales contra peligro de incendio en las áreas próximas

a soldaduras.

9. Evitar humedad y contaminación en el molde y en los materiales que se soldaran.

10. El contacto de metal fundido con humedad o contaminantes puede provocar

salpicaduras de material candente fuera de molde.

16. Los materiales de soldadura e ignición son mezclas exotérmicas y reaccionan

produciendo materiales fundidos calientes con temperaturas superiores a 2200° C y

la liberación correspondiente del humo localizado.

17. En caso de incendio, utilizar agua o CO2 para el control de los contenedores que

se estén quemando. El agua en grandes cantidades ayudará al control de un

incendio donde los materiales exotérmicos se viesen involucrados. El agua debe ser

aplicada a distancia.

18. Capacitar adecuadamente al operador en el uso de los materiales.

19. El no acatamiento de los procedimientos indicados pueden producir soldaduras

inadecuadas, daños al material que se esté soldando o puede crear situaciones de

riesgo para el operario.

20. Cumpliendo las recomendaciones y procedimientos de soldadura se evitarán

riesgos o incendios causados por salpicaduras de material fundido.

Pueden existir aplicaciones o condiciones que requieran consideraciones especiales.

Las siguientes son ejemplos, y no se pretende que sea un listado completo de éstas

aplicaciones/condiciones.

PREPARACION DEL CONDUCTOR

1. El cable debe estar limpio y seco.

2. Los conductores que estén impregnados de aceite o grasa deben limpiarse.

Pueden limpiarse quemándolos con una antorcha o soplete.

3. Después de quemado el aceite o la grasa, debe removerse el residuo mediante un

cepillo de alambre.

4. Emplear una llama o soplete para secar los conductores que puedan estar

húmedos o mojados.



5. En caso de que los conductores estén deformes, enderezarlos antes de colocarlos

y cerrar el molde. Conductores deformes, doblados o sin redondez mantendrán al

molde abierto, ocasionando fugas.

6. El cable corroído debe limpiarse. Para limpiar el cable use un cepillo metálico.

7. Es importante que los extremos de los cables estén limpios. Esto puede lograrse el

mejor haciendo un nuevo corte en la punta del cable.

8. Quite el aislamiento del cable con la herramienta adecuada.

9. Para conductores flexibles utilice mangas. Se recomiendan estas mangas de

envoltura para cables menores a 300 MCM.

PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES DE ACERO

1. La superficie deberá estar libre de óxido.

2. Debe estar perfectamente seca y plana.

3. Cualquier capa de óxido, pintura, grasa o suciedad deberá limpiarse mediante un

disco de esmeril de grano fino preferentemente.

4. La humedad se eliminará con un soplete de llama.

5. Las superficies galvanizadas se limpiarán sin necesidad de eliminar la capa de

zinc. No obstante, es muy posible que se tenga que reponer el recubrimiento de zinc

en la superficie expuesta del acero, mediante la aplicación de productos de

galvanizado frío

6. Bajo algunas condiciones de temperatura y humedad la superficie a ser soldada

condensará causando porosidad en las soldaduras. Esto puede eliminarse

calentando previamente la superficie con un soplete o llama.

PREPARACIÓN DEL MOLDE DE GRAFITO

La humedad en el molde provocará una soldadura porosa; por tanto deberá estar

completamente seco en el momento de realizar cualquier soldadura. Antes de

realizar la primera soldadura, se calentará el molde hasta que su temperatura no

pueda soportarse al tacto, con una lámpara de soldar o quemando un cartucho o

parte del mismo, en este caso, deberá realizarse con cuidado de no dañar la tenaza.



Para las soldaduras sucesivas, el calor desarrollado entre cada soldadura,

mantendrá el molde a la temperatura correcta. Si el intervalo entre ellas provocase el

descenso de esa temperatura, deberá reiniciarse el proceso.

PREPARACIÓN DE LAS BARRAS DE PUESTA A TIERRA

El extremo o tope de la barra tipo copperweld sobre la que se realice la soldadura,

deberá estar perfectamente limpio, seco y exento de deformaciones al igual que lo

indicado para los cables.

CONEXIONES A TUBERÍAS O TANQUES

Cuando suelde tuberías considerar lo siguiente:

Efectos que la soldadura puede tener sobre miembros estructurales y tuberías que

tengan paredes delgadas. Evaluar previamente antes de una operación las tuberías

presurizadas o que porten materiales inflamables o explosivos, a objeto de evitar los

riesgos en el caso de una fusión a través del metal de la soldadura fundido caliente

que entra en contacto con cualquier material inflamable o explosivo.

MOLDES PARA SOLDADURA EXOTÉRMICAS

La reacción exotérmica de cobre, se lleva a cabo en un molde especialmente

diseñado y fabricado en grafito de alta calidad, en la figura se pueden observar las

partes que conforman este molde.

El molde esta compuesto por las siguientes partes:

Placa de características e identificación fabricante

Tapa del molde abisagrada

Crisol o cámara de reacción para almacenar los materiales que reaccionan.

Conducto o tobera de colada que conecta el crisol o cámara de reacción con

la cavidad de soldado.

Cavidad de soldado o cámara de soldadura donde se alojaran los conductores

o materiales a soldar.

Orificios para la colocación de los alicates de manipulación del molde.

Guías de acople del molde



El molde esta planteado para permite un libre flujo del metal fundido a todas las

secciones del crisol. De igual forma el crisol esta diseñado para permitir una

remoción sencilla del molde de la unión terminada para incrementar su vida útil. Esta

vida útil del molde tiene un promedio de unas 50 operaciones dependiendo de los

cuidados y el mantenimiento que reciba.

En un molde el máximo esfuerzo mecánico se localiza en los orificios por donde se

colocan los cables, debido a que, en cada unión, se utilizan conductores que se

consideran redondos, se golpean las esquinas con las puntas del conductor, etc.

En muchas ocasiones, el operador utiliza conductores o cables reciclados de cobre

con alto grado de oxidación o impurezas para sus sistemas de puesta a tierra.

Debido a la oxidación tan avanzada, en la mayoría de los casos no es posible llevar a

cabo una buena limpieza. Por lo que el uso de los moldes normales bajo estas

circunstancias nos daría resultados no muy satisfactorios. Para estos casos, se

recomienda el uso de moldes para servicio pesado o rudo, los cuales utilizan un

cartucho de soldadura metálica con mayor contenido que el empleado en el molde

normal para una misma aplicación.

El calor de la reacción con estos moldes no se incrementa pero si se prolonga por un

período mayor, permitiendo que se quemen todos los vestigios de oxidación que no

fueron removidos. La unión que se obtiene es por supuesto de mayor tamaño que la

de un molde normal.

Se puede tener la impresión que la corriente de falla teórica calculada para el

sistema de puesta a tierra pueda ser un poco más elevada de la calculada y por ende

se opte por emplear moldes para servicio pesado en lugar de los normales de forma



que se consiga una masa mayor de metal en la conexión. Esto no es necesario, las

pruebas en laboratorios han demostrado que se funde el conductor y no la conexión

realizada con moldes normales, por lo tanto esta aplicación solo incrementaría el

costo de la misma.

Tampoco debe especularse que el uso de un molde normal como un molde para

servicio pesado es posible simplemente manipulando cartuchos de soldadura

exotérmica más grandes.

Para incrementar la vida útil de los moldes, se pueden instalar desde la fábrica,

platos de refuerzo en los orificios destinados al ingreso de los conductores o cables.

Estos pueden ser suministrados en todos los moldes para cables de 70 mm2 y

mayores. [20]


Capítulo Tercero

APLICACIONES DE LA SOLDADURA CADWELD Primera Parte

1.1 APLICACIONES

La soldadura exotérmica o CadWeld tiene gran variedad de usos y aplicaciones tanto

en el área eléctrica así como en otras actividades.

En el área eléctrica su principal aplicación esta en la interconexión de conductores y

se circunscribe a las conexiones entre:

Cable a cable

Cable a barra copperweld para puesta a tierra

Cable a barras rectangulares de cobre o aluminio

Cable a superficies metálicas

Cable a rieles ferroviarios

Cable a cabillas utilizadas en la construcción

Barra a barra rectangular de cobre o aluminio

Barra copperweld a barra copperweld

Barra rectangular a superficie metálica

Otra aplicación en la industria ferrocarrilera eléctrica, es la soldadura de los

conductores del circuito eléctrico de retorno a los rieles:

Conexiones mediante soldadura exotérmica para empalmar el "tercer riel" en

las líneas de tránsito ferrocarrilero pesado.

Las conexiones mediante soldadura exotérmica también se utilizan para

conexiones subterráneas aisladas de alto voltaje.

Las Conexiones mediante soldadura exotérmica también se emplean en aplicaciones

industriales para soldar barras de cobre o de aluminio.



En otras áreas su aplicaron ha sido:

Desde sus inicios en 1938 se empleo para soldar uniones señalizadoras de

aleación de cobre a los rieles en líneas ferroviarias.

Para mediados de 1940, fue utilizado para soldar alambres protectores

catódicos a las tuberías.

En tuberías de transporte de gas y petróleo a alta presión para mayores

detalles ver la norma ASME B31.4 y B31.8

Para reparaciones de matriceria y troqueles

Para rellenos de piezas metálicas

Otras

MATERIALES APLICABLES

Conexiones de soldadura exotérmicas no exonerarán ni extenderán en resistencia

sobre la vida de la instalación.

Según lo recomendado por las regulaciones del IEC y del IEEE, todos los sistemas

de conexiones de puesta a tierra deberán concebirse con soldadura exotérmica. Las

conexiones deberán incluir sin limitarse a ello, empalmes de cable a cable, o en

formas de T, X, etc.; cables a electrodos de puesta a tierra, cables a superficies de

acero y hierro; barras a superficies de acero.

Aparte del cobre, la soldadura exotérmica también es aplicable a los siguientes

materiales:

Acero

Acero inoxidable

Rieles de acero

Acero Revestido de Cobre

Hierro Fundido

1.2 COMPARACION ENTRE SISTEMAS DE CONEXIÓN

Cuando comparamos los sistemas existentes para realizar conexiones eléctricas

debemos realizar el análisis desde un punto de vista técnico, es importante destacar



que el sistema de soldadura exotérmica surge como necesidad de mejorar los

distintos tipos de conexiones existentes, como ya hemos tratado la soldadura

exotérmica produce una unión o conexión, de rendimiento superior a la de los

conectores mecánicos a presión y contacto, conexiones de superficie a superficie, o

a las conexiones mediante abrazaderas. Debido a su unión molecular, la conexión

mediante soldadura exotérmica no se aflojará, desajustara o se corroerá, aportando

así que no se incremente la resistencia del empalme, durante toda la vida útil de la

misma, aún bajo las peores condiciones de operación.

Gracias a las múltiples ventajas que presentan los empalmes mediante soldadura

exotérmica, la tendencia de hoy en día es hacia el remplazo de los métodos

alternativos que proveen menor calidad y por lo general mayor precio.

Entre los métodos alternativos existentes para realizar conexiones eléctricas a la

soldadura exotérmica se encuentran:

1. Método por abrazaderas

2. Conectores atornillados

3. Conectores sujetos con pernos

4. Conectores sujetos por engarce

5. Conectores a compresión

Estos métodos nos permiten efectuar conexiones a superficies metálicas planas o

circulares, entre conductores o entre conductores y barras, de acuerdo a la

necesidad.

Figura 42) Conectores puramente mecánicos.



En todos los métodos anteriormente enunciados el operador debe infringir un

determinado torque o apriete a los tornillos o pernos para realizar el ajuste pertinente,

no obstante, de la precisión de este ajuste depende la calidad de la conexión, si el

operador no realiza el trabajo con la herramienta adecuada la conexión dará

problemas a futuro.

El tamaño de un conductor para un sistema de puesta a tierra se basa en la

magnitud y duración máxima de la corriente de falla disponible y por supuesto del

método de conexión que se utilice.

En la normativa Lineamientos para la seguridad en la toma a tierra de corriente

alterna en subestaciones de la IEEE Std 80-1988, se utiliza una fórmula de fusión

como base para la selección del tamaño mínimo del conector, para evitar su fusión

(derretimiento) cuando se hagan presentes las fallas. Esta fórmula se puede

simplificar hasta expresarla como sigue:

En donde:

A = Tamaño del conductor en mils circulares

K = Constante

I = Corriente de falla RMS en amperes

S = Tiempo de falla en segundos.

Tomando como base una temperatura ambiente estándar de 40°C.



De la normativa Std 80-1986 de la IEEE, hemos tomado las temperaturas listadas

para cada material que aparecen en la tabla anterior, las mismas se especifican para

ser utilizadas en las distintas alternativas de conexiones:

Para comprender lo antes expuesto observemos el siguiente ejemplo:

Supongamos que requerimos un conductor que pueda soportar 25 K A durante 2

segundos de falla, para este ejemplo en la tabla a continuaron colocaremos los

resultados calculados y el calibre comercial. Es importante destacar que el calibre

comercial es el tamaño del cable que al final instalaremos. [21]



Segunda Parte

2.1 APLICACIONES CONCRETAS DE SOLDADURA

CADWELD

2.1.2 DEMONIMACIÓN COMERCIAL, DESCRIPCION DE TIPO

ESPECÍFICO DE MOLDE Y CARGA UTILIZADA POR UNIÓN [22]

C107/B/73

Molde para soldadura de cable de 107.2mm2 (4/0AWG) terminal entrando al molde

por abajo y formando 45º con tubo vertical.

Compuesto de soldadura

Unidad de 65 g

C107/C107/11

Molde para soldadura lineal de cable de 107.2mm2 (4/0 AWG) a cable de 107mm2


Unidad de 90 g



C107/C107/12

Molde para soldadura en T horizontal de cable pasante de 107.2mm2 (4/0 AWG) a

cable terminal de 107mm2


Unidad de 150 gr

C107/C107/14

Molde para soldadura en X coplanar de cable de 107.2mm2 (4/0 AWG) con cable de

107.2mm2 (4/0AWG) en horizontal


Unidad de 150 g



C107/C107/15

Molde para soldadura en paralelo horizontal de cables de 107mm2 (4/0 AWG)


Unidad de 150 g

C107/C50/17

Molde para soldadura en paralelo de cable de 50mm2 sobre cable de 107mm2


Unidad de 150 g



C107/M/41

Molde para soldadura de cable terminal de 107.2mm2 (4/0AWG) a superficie metálica

horizontal.


Unidad de 90 g

C107/M/42

Molde para soldadura a superficie vertical de cable terminal de 107.2mm2 (4/0 AWG)


Unidad de 65 g



C107/M/46

Molde para soldadura de cable de 107.2mm2 (4/0AWG) terminal desde bajo y en 45º

a pieza metálica vertical


Unidad de 65 g

C107/T16/62

Molde para soldadura en T vertical de cable de 107mm2 (4/0 AWG) terminal sobre

pica de 15.9mm de diámetro


Unidad de 150 g



C107/T16/63

Molde para soldadura en cruz vertical de cable de 107mm2 (4/0) sobre pica de

15.9mm de diámetro (3/4)


Unidad de 115 g

C107/T16/64

Molde para soldadura en T vertical de cable pasante de 107.2mm2 (4/0 AWG) sobre

pica de 15.9mm


Unidad de 150 g

http://www.at3w.com/site/producto.php?busqueda=&f_codigo=E0115&f_tipo_busqueda=4



C107/V20/51

Molde para soldadura de cable terminal de 107mm2 (4/0AWG) en paralelo sobre

varilla de 20mm de diámetro.


Unidad de 90 g

C120/C120/13

Molde para soldadura en T vertical de cable pasante de 120mm2 sobre cable terminal

de 120mm2 de sección.


Unidad 150 g



C120/M/47

Molda para soldadura de cable pasante de 120mm2 a superficie metálica horizontal.


Unidad de 150 g

C120/P253/31

Molde para soldadura de cable terminal de 120mm2 a pletina terminal de 25,4x3mm


Unidad de 115 g



C120/P256/33

Molde para soldadura de cable pasante de 120mm2 a pletina terminal de 25x6mm en

T horizontal


Unidad de 200 g

C120/V10/57

Molde para soldadura de cable de 120mm2 sobre varilla de construcción de 10mm de

diámetro en paralelo.


Unidad de 150 g



C120/V20/54

Molde para soldadura en T de cable de 120mm2 terminal a varilla de 20mm

horizontal.


Unidad de 250 g

C120/V20/55

Molde para soldadura en T de cable de 120mm2 terminal a varilla de 20mm vertical


Unidad de 250 g



C120/V20/56

Molde para soldadura en cruz horizontal de cable de 120mm2 sobre varilla de 20mm

de diámetro.


Unidad de 115 g

C150/R3

Molde para soldadura de cable terminal de 150mm2 sobre patín de rail


Unidad de 115 g




C150/V10/53

Molde para soldadura en cruz de cable de150mm2 vertical sobre varilla de

construcción de 10mm en horizontal


Unidad de 250 g

C35/M/45

Molde para soldadura de cable de 35mm2 pasante, en paralelo a superficie metálica

vertical y que entra en molde en horizontal


Unidad de 45 g



C35/M/49

Molde para soldadura de cable de 35mm2 pasante, en paralelo a superficie metálica

vertical y que entra en molde en vertical


Unidad de 45 g

C35/P253/34

Molde para soldadura en T vertical de pletina de 25x3 pasante a cable terminal de

35mm2


Unidad de 115




C35/P304/32

Molde para soldadura de cable de 35mm2 a pletina de 30x4mm pasante en T

horizontal


Unidad de 90 g

C35/T16/61

Molde para soldadura lineal de cable de 35mm2 a pica de 15.9mm de diámetro en

vertical


Unidad de 90 g





C35/V12/54

Molde para soldadura en T horizontal de varilla de corrugado pasante de 12mm a

cable final de 35mm2


Unidad de 90 g

C35/V12/55

Molde oblicuo para soldadura en T de cable terminal de 35 a varilla de corrugado de

12mm de diámetro en vertical


Unidad de 90g





C50/B/74

Molde para soldadura en paralelo vertical de cable terminal de 50mm2 sobre tubo

horizontal


Unidad de 65 g

C50/P304/34

Molde para soldadura de pletina de 30x4mm pasante sobre cable de 50mm2 en T

vertical


Unidad de 150 g





C50/R1

Moldes para soldadura de cable de 50mm2 unido por ambos extremos a cabeza de

carril


Unidad de 45 g

C50/R2

Molde para soldadura de cable de 50mm2 terminal a cabeza de a carril.


Unidad de 45 g





C50/T14/65

Molde para soldadura en vertical de cable terminal de 50mm2 paralelo a pica de

14.3mm vertical.


Dos Unidades de 90 g

P253/P253/21

Molde para soldadura lineal en horizontal de pletinas de 25x3mm


Unidad de 90 g





2.1.3 COMBINACIÓN DE MOLDES

Cuando nos encontramos en obra o en el campo de aplicación, muchas veces no

contamos con los moldes requeridos a la mano. No obstante, esto no significa que no

podamos realizar una determinada aplicación con la combinación de otros moldes

que si tengamos a disposición en ese momento.

A continuación se presentan algunas recomendaciones o pautas para realizar

empalmes con soldadura exotérmica empleando combinaciones de otros moldes.

2.1.3.1 CONEXIÓN HORIZONTAL POR LOS EXTREMOS

Supóngase que se requiere empalmar cables 2/0 AWG, para realizar una conexión

cable a cable por sus extremos en forma horizontal. Se emplea un molde con dichas

características y un solo cartucho de soldadura.

De no tener este molde al momento de la instalación puede recurrir a las siguientes

alternativas:

Si dispone de un molde para soldadura horizontal de un cable pasante a un cable

paralelo en derivación, con este molde solo tiene que dejar que el cable del lado

pasante que va paralelo al que deriva sobresalga unos 30 mm y el que deriva

colocarlo tal como esta concebido, esta aplicación requiere un cartucho de polvo

exotérmico. Esto puede verse en la figura de abajo.

También es posible realzar la misma aplicación si se dispone de un molde para

soldadura horizontal de dos cables paralelos pasantes. En este caso, solo tiene que



dejar a cada cable que sobresalga un poco del molde tanto el de la parte superior

como inferior unos 30 mm a cada lado del molde. Tal como se aprecia en la figura de

abajo.

2.1.3.2 CONEXIONES EN TEE.

Supongamos que se requiere empalmar dos cables 2/0 AWG en una conexión cable

a cable en forma de TEE tipo horizontal. Para este tipo de conexión se emplea

normalmente el molde con las especificaciones requeridas y un cartucho de polvo

para soldadura exotérmica adecuado para esta aplicación.

Si por alguna circunstancia no se dispone de este molde al momento de realzar la

instalación, se puede recurrir a las siguientes alternativas:

En caso de disponer de un molde para soldadura horizontal de un cable pasante a un

cable paralelo en derivación, solo tiene que doblar el cable del lado de derivación en

ángulo de 90 grados y luego colocarlo tal como esta concebido. Esto puede verse en

la figura de abajo.



También es posible realzar la misma aplicación si se dispone de un molde para

soldadura horizontal de dos cables paralelos pasantes, solo tiene que doblar el cable

de derivación en ángulo de 90 grados y luego colocarlo dejando que sobresalga un

poco del molde alrededor de unos 30 mm. Tal como se aprecia en la figura de abajo.

2.1.3.3 CONEXIONES EN EQUIS O CRUZADAS.

Supongamos que se requiere empalmar cables 2/0 AWG en un empalme cable a

cable en forma de EQUIS tipo horizontal, para ello se emplea el molde de las

especificaciones indicadas y un solo cartucho destinado a esta aplicación.

No obstante, de no tener este molde al momento de la instalación puede recurrir a

las siguientes alternativas:

Utilice un molde para conexión en TEE, para obtener un empalme en EQUIS solo

tiene que realizar dos veces la operación de hacer una soldadura con el molde de

TEE sobre el mismo conductor pasante, una orientada hacia cada lado del cable

pasante, para ello requerirá de dos cartuchos iguales y un mismo molde. Tal como se

observa en la figura de abajo.



También es posible realzarla con un molde para soldadura horizontal de dos cables

paralelos pasantes, solo doble cada cable de derivación en ángulo de 90 grados y

colóquelo en cada entrada al molde.

2.1.3.4. CONEXIÓN A TOPE EN EQUIS SOBRE BARRA

COPPERWELD.

Supongamos que se requiere conectar cables 2/0 AWG a una barra copperweld o

jabalina de diámetro 5/8” en forma de EQUIS tipo horizontal, para esta aplicación se

cuenta con el molde apropiado y su correspondiente cartucho.



Para esta aplicación se requerirá utilizar dos tipos de moldes, un molde para

conexión de cable pasante a tope de barras copperweld con su cartucho adecuado,

de igual forma, se emplea el molde para empalme de cable a cable en TEE

horizontal.

Realizar el empalme de cable pasante a barra copperweld o jabalina y luego para

obtener una conexión en EQUIS, efectuar dos veces la operación de hacer una



soldadura con el molde para TEE horizontal sobre el mismo conductor pasante,

preferiblemente a cada lado de la soldadura ya realizada sobre la barra copperweld,

teniendo presente que van orientadas hacia cada lado del cable pasante, para ello se

requiere de dos cartuchos iguales y un mismo molde en el caso de las TEE.

Toda la operación en definitiva precisa de dos moldes y tres cartuchos de polvo de

soldadura exotérmica adecuada para cada molde. El resultado se puede apreciar en

la figura a continuación.

Otra manera de realizar la conexión es a través del mismo molde para conexión de

cable pasante a tope de barras copperweld con su cartucho adecuado, en

combinación con el molde para soldadura horizontal de dos cables paralelos

pasantes.

Comenzar por realizar el empalme de cable pasante a barra copperweld o jabalina y

luego sobre el cable pasante ya conectado a la barra copperweld o jabalina. Realizar

la soldadura para obtener una conexión en EQUIS, para la cual solo se debe doblar

cada cable de derivación en ángulo de 90 grados y colocarlo en cada entrada al

molde, para ello es requerido un cartucho y un mismo molde para el caso de la

EQUIS. El resultado se puede apreciar en la figura a continuación.



Otra manera de realizar la conexión es a través del mismo molde para conexión de

cable pasante a tope de barras copperweld con su cartucho adecuado, en

combinación con el para cable pasante y dos cables a tope en equis y su cartucho

destinado a esta aplicación.

Se inicia por realizar el empalme de cable pasante a barra copperweld o jabalina y

luego sobre el cable pasante ya conectado a la barra copperweld o jabalina se

procede a realizar la soldadura para obtener una conexión en EQUIS. El resultado se

puede apreciar en la figura a continuación.

2.1.3.5 CONEXIÓN A TOPE EN TEE SOBRE BARRA COPPERWELD.

Supóngase que se requiere conectar cables 2/0 AWG a una barra copperweld o

jabalina de diámetro 5/8” en forma de TEE, para esta aplicación se cuenta con el

molde especifico y su correspondiente cartucho.





Para esta aplicación se requerirá utilizar dos tipos de moldes, un molde para

conexión de cable en derivación a tope de barras copperweld con su cartucho

adecuado, de igual forma, será empleado el molde para empalme de cable a cable

en TEE horizontal y su correspondiente cartucho.

Comenzar por realizar el empalme de cable en derivación a barra copperweld o

jabalina y luego, para obtener una conexión en TEE, efectuar la operación de hacer

una soldadura con el molde para TEE horizontal sobre el mismo conductor en

derivación. Toda la operación en definitiva precisa de dos moldes y tres cartuchos de

polvo de soldadura exotérmica adecuada para cada molde. El resultado se puede

apreciar en la figura a continuación. [23]

2.1.4 PRINCIPALES PROBLEMAS, POSIBLES CAUSAS Y

CORRECTIVOS EN LA SOLDADURA CADWELD [24]

Como cualquier otro proceso de manufactura, el método CadWeld no se encuentra

exento de posibles fallas propias del equipo o por errores humanos durante su

aplicación, almacenamiento, transporte y su mantenimiento. A continuación se

presenta un listado con los errores mas frecuentes en este tipo de soldadura.


Capítulo Cuarto

PRUEBAS Y ENSAYOS APLICADOS A LA SOLDADURA

CADWELD Primera Parte

1.1 IEEE STD 837-1989 “IEEE STANDARD FOR QUALIFYING

PERMANENT CONNECTIONS USED IN SUBSTATION

GROUNDING” (ESTÁNDAR IEEE PARA LA CALIFICACIÓN

DE CONECTORES PERMANENTES USADOS EN EL SISTEMA

DE TIERRA DE SUBESTACIONES)

La norma IEEE 837-1989 es la que rige en todo aspecto las conexiones a tierra.

En ella se describen las características y propiedades que debe cumplir los

conductores y conectores utilizados en los sistemas de tierra.

Basados en estos principios, la compañía ERICO, Inc., y otras compañías

manufactureras de conectores para sistemas de tierra, desarrollaron a finales de la

década de 1980 una serie de pruebas para determinar cual de sus productos

destinados a la conexión de sistemas de tierra cumplía con todos los

requerimientos de la norma IEEE Std. 837-1989. El documento íntegro se describe

a continuación.

1.1.1 RESUMEN DEL PROGRAMA DE PRUEBAS

El sistema de tierras es necesario para asegurar la seguridad del personal, tanto el

personal operativo como el público en general, así como también proveer

protección al equipo. Esencial para el sistema de tierras son los muchos

conectores usados para interconectar los conductores de tierra y demás

estructuras dentro del sistema de tierra. Las conexiones de tierra deben ser

permanentes; deben ser capaces de durar el mismo tiempo de vida que la

instalación sin corroerse o aumentar su resistencia.

Capítulo Cuarto: PRUEBAS Y ENSAYOS APLICADOS A LA SOLDADURA CADWELD


Dos programas de pruebas independientes fueron patrocinados, en diferentes

laboratorios; para evaluar el desempeño de conectores comúnmente usador para

el sistema de tierras de las subestaciones.

Uno de los programas realizados fue una prueba completa de los requerimientos

de la norma IEEE Std. 837-1989 “IEEE Standard For Qualifying Permanent

Connections Used In Substation Grounding” (Estándar IEEE para la calificación de

conectores permanentes usados en el sistema de tierra de subestaciones). [25]

El secundo programa fue la prueba del ciclo de la corriente térmica, modificada de

la prueba de ciclo de corriente-temperatura de la norma IEEE 837-1989 para

antigüedad del conductor, duración extendida y un mayor nivel de corriente. Este

reporte presenta los resultados de estas pruebas comisionadas.

LOS RESULTADOS DEMUESTRAN DEFINITIVAMENTE QUE EL DESEMPEÑO

DE LOS CONECTORES PARA SISTEMAS DE TIERRAS, MECÁNICOS Y DE

COMPRESIÓN, NO SON EQUIVALENTES A LAS CONEXIONES DE

SOLDADURA EXOTÉRMICAS.

LOS RESULTADOS TAMBIÉN MUESTRAN QUE SOLO LAS CONEXIONES DE

SOLDADURA EXOTÉRMICAS CUMPLIERON LOS REQUERIMIENTOS DE LA

NORMA IEEE STD 837-1989.

1.1.2 INTRODUCCIÓN AL PROGRAMA DE PRUEBAS

Históricamente, muchos estudios se han hecho para determinar las corrientes de

fusión de varios materiales usados para los conductores de tierra y a los

conectores usados para interconectar a dichos conductores. Fue determinado que

los conductores usados en los sistemas de tierra, originalmente diseñados para

aplicaciones de potencia, no podrían conducir tanta corriente como el conductor

bajo condiciones de falla.

Los criterios de los sistemas de tierra en subestaciones fueron publicados por

primera vez en los Estados Unidos en la gaceta de la AIEE No. 80, Marzo 1961,



“Guide for Safety in Alternating-Current Substation Grounding” (Guía para la

seguridad en sistema de tierras para subestaciones de corriente alterna), después

cambiaron en la norma de la IEEE No. 80. La versión actual (1986) de la guía,

IEEE Standard No. 80, “IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding” [26],

afinó los requerimientos de las conexiones reconociendo que las conexiones

exotérmicas tienen la misma corriente de falla y capacidad térmica que el

conductor de tierra de cobre.

Las conexiones exotérmicas no fueron previamente consideradas sino hasta que

algunos usurarios reconocieron su capacidad, mientras que otros las clasificaban

como conexiones por fundición. Los conductores de tierra fueron degradados a

250 °C ó 300 °C cuando los conectores mecánicos eran usados.

Mientras la revisión de 1986 la normativa ANSI/IEEE Std 80 era preparada,

muchos manufactureros de conectores en la fuerza de tarea de revisión solicitaron

que un nuevo estándar fuera preparado para probar y calificar a los conductores

mecánicos de grandes corrientes de falla, posibles en las subestaciones.

Esto resulto en la publicación de la norma IEEE Std. 837-1984, “IEEE Standard for

Qualifying Permanent Connections Used in Substation Grounding” (Estándar IEEE

para la calificación de conexiones permanentes usadas en los sistemas de tierras

de las subestaciones), la cual fue posterior mente revisada en 1989. La revisión de

1986 de la norma ANSI/IEEE Std. 80 reconoció este estándar y permitió a

cualquier conector que pasara los requerimientos de la norma IEEE Std. 837 ser

usado sin la degradación de temperatura de los conductores de tierra. La revisión

de 1999 de la norma IEEE Std. 80 recomienda que sólo las conexiones que hayan

cumplido con los requerimientos de la norma IEEE Std. 837 sean usadas en los

sistemas de tierra de las subestaciones.

Éste reporte presenta los resultados de dos programas conducidos

independientemente patrocinados por ERICO, Inc. Los programas fueron

orientados a evaluar la habilidad de los conectores de tierra comúnmente usados

para compararlos con los requerimientos de las conexiones permanentes para los

sistemas de tierra en subestaciones.



1.1.3 ALCANCE

En orden de proveer resultados confiables e imparciales, al Comité de Estándares

y Comunidad de Servicios Eléctricos, ERICO, Inc. comisionó los laboratorios de

dos diferentes servicios de potencia de Norte América para llevar a cabo las

pruebas bajo contratos especificados. En 1996, Ontario Hydro Technologies

(OHT), Ontario Hydro Power, de Toronto, Canadá fue comisionado para realizar

un programa de pruebas de acuerdo a la norma IEEE Std. 837. El programa fue

realizado y los dor reportes de pruebas finales competaron la norma “Substation

Grounding Connectors IEEE STD 837-1989 Test Series” (Serie de Pruebas de los

conectores de tierras de subestaciones IEEE 837-1989) [27].

También en 1996, la Southern Electric International´s (SEI) Georgia Power

Research Center fue comisionado para realizar un análisis de ciclo de Corriente-

Temperatura modificado para ser más riguroso que el análisis de la norma IEEE

Std. 827-1989. El programa fue realizado y el reporte final completó la norma

“Comparative Grounding Connector Test” [28].

Éste reporte presenta los resultados de éstos programas pruebas comisionados.

El alcance y resultados de pruebas son presentados por separado.

1.1.3.1 PRUEBAS DEL OHT – IEEE Std. 837-1989

Las conexiones por soldadura exotérmica de la compañía solicitante, junto con los

conectores mecánicos y de compresión de tres manufactureros quienes solicitaron

que los requerimientos de la norma IEEE 837 fueran probados.

Dos tipos de conectores fueron probados; cable a cable y cable a varilla de tierra.

El cable usado fue 4/0 AWG, 19 hebras, mediano, envejecimiento natural, cobre

endurecido.

Las varillas de tierra fueron varillas de acero recubiertas de cobre de 17.3 mm (3/4

in) de diámetro. OHT adquirió todos los materiales en el mercado abierto e instaló

todos los conectores y conexiones exotérmicas siguiendo las recomendaciones

de los manufactureros. Las pruebas fueron realizadas de acuerdo a los

requerimientos prescritos en la norma IEEE 837-1989. Ésta norma requiere que un



mínimo de cuatro especímenes de conectores idénticos sean probados en cada

una de las cuatro categorías de calificación. Cuatro muestras de conectores de

cada fabricante fueron usadas en cada segmento de prueba del programa. Las

cuatro categorías son:

Prueba de tracción mecánica.

Fuerza electromecánica.

Serie de pruebas secuenciales de ácido.

Serie de pruebas secuenciales de alcalinos.

La falla de un espécimen en cada una de las cuatro series de prueba constituye la

falla del conector para cumplir los requerimientos del estándar. Los conectores

incluidos en el programa de pruebas son listados en la tabla siguiente:

CONECTORES PROBADOS POR OHT

FABRICANTE ID MUESTRA NUMERO DE PARTE

ERICO, Inc. Conexión

Exotérmica CADWELD

“CW” C-C XAC2Q2Q

“CW” C-V GTC182Q

Burndy Electrical

Conector de Compresión

“B” C-C YGL29C29

“B” C-V YGLR29C34

AMP, Inc.

Conector Apernado

“A” C-C 812281-1

“A” C-V 81229-1

Thomas & Betts


“T” C-C GG40250- 40250

“T” C-V GG500-40250

C-C es conexión de cable a cable

C-V es conexión de cable a varilla de tierra



Un criterio inicial de desempeño es que la resistencia inicial de cualquier conector

instalado, medidos entre valores estandarizados, no debe exceder el 110% de una

longitud equitativa de un conductor de control antes de que cualquier test sea

iniciado. La única excepción en la prueba de tracción mecánica, donde la

resistencia no es medida. La resistencia de una conexión es calculada como la

medida de resistencia entre ecualizadores menos la resistencia medida del

conductor de control. Todas las medidas de resistencia son hechas con el Micro-

Ohm metro “Valhalla” modelo 4300B.

1.1.3.1.1 PRUEBA DE TRACCIÓN MECÁNICA

En la prueba de tracción mecánica, una muestra de al menos 25.4 cm es colocada

en la máquina de prueba de tensión y una carga es aplicada, cuidando de no

exceder la elongación de 2.1 cm/min/metro de muestra. No está permitido el

movimiento visible del conector pre-marcado a la mínima carga de tensión.

La carga mínima para la conexión Cable-Cable es 2225 N y 4450 N para la

conexión Cable-Varilla de tierra.

La máquina de tensión usada para esta prueba fue una Máquina universal SATEC

modelo 120WHVL

1.1.3.1.2 FUERZA ELECTROMECÁNICA

La prueba de fuerza electromecánica consiste en un circuito cerrado, construido

de los conectores de un fabricante individual, conductor(es) específicado(s),

ecualizadores, e incluye un segmento del conductor control usado como una

referencia para resistencia. Los ecualizadores son integrados al circuito y son

localizados a la mitad de cada conector para proveer puntos de medida de

resistencia. La distancia entre los ecualizadores es igual al largo del conductor de

control. El circuito cerrado es sometido a una corriente asimétrica que es calculada

pera tener un valor pico de el primer medio ciclo igual a 2.7 veces la mitad del 80%

de los RMS de la corriente simétrica de fusión del conductor. El 80 % del valor del



RMS está limitado a un valor máximo de 100 kA. Una corriente asimétrica con un

valor pico de 72.9 kA fue usado. La duración del aumento de potencia es de 0.2

segundos y el aumento de potencia es aplicada 3 veces permitiendo que el

conductor control se enfríe a 100°C antes de que un subsecuente aumento de

potencia sea aplicado.

La fuente de potencia (60 Hz) fueron tres transformadores monofásicos

conectados apropiadamente para alcanzar el nivel de prueba requerido.

Los reactores de limitación de corriente fueron usados para controlar la corriente

de prueba y proveer un gran radio de X/R. El criterio de aprobación requiere que

no haya movimiento visible de del conductor pre-marcado y que el incremento

máximo de resistencia sea 50% de el valor de la resistencia inicial.

1.1.3.1.3 SERIES DE PRUEBAS SECUENCIALES

La secuencia de la prueba es como sigue: ciclo de corriente-temperatura,

congelamiento-deshielo, segmento de corrosión (ácida o alcalina) y prueba de

corriente de falla.

Cada circuito cerrado usado para las pruebas de serie secuenciales consiste en

un circuito cerrado construido por los conectores de un fabricante individual, un

conductor específicado, ecualizadores, e incluye un segmento de conductor

control usado como referencia para temperatura y resistencia. Los ecualizadores

son integrados al circuito y son localizados a la mitad de cada conector para

proveer puntos de medida de resistencia. La distancia entre los ecualizadores es

igual al largo del conductor de control. Cada conector está conectado con un cople

térmico. Circuitos cerrados separados son usados para cada serie alcalina y ácida.

1.1.3.1.3.1. CICLO CORRIENTE-TEMPERATURA

Los circuitos cerrados son sujetos a corriente alternante de un nivel suficiente para

incrementar a un nivel predeterminado la temperatura del conductor control. Una

temperatura de 350°C fue usada para ambas conexiones: conexión Cable-Cable y



conexión Cable-Varilla de tierra. La prueba consiste en 25 ciclos, de una hora a

350°C. Se le permite al circuito cerrado enfriarse al ambiente entre ciclos. La

corriente nominal para las conexiones Cable-Cable fue 1010 A y para las

conexiones Cable-Varilla de tierra fue 540 A. La resistencia y la temperatura son

medidas al principio del primer ciclo y después cada quinto ciclo. El criterio de

aprobación requiere de unincremento máximo de resistencia de un 150% del valor

inicial de la resistencia del conector y la temperatura y la temperatura del conector

no debe exceder la temperatura del conductor control.

1.1.3.1.3.2. PRUEBA DE CONGELAMIENTO-DESHIELO

Los circuitos cerrados de la prueba ciclo de Corriente-Temperatura son ahora

sometidas a la prueba de Congelamiento-Deshielo. La prueba consiste en

sumergir los circuitos cerrados en al menos 2.54 cm de agua y someterlos a 10

ciclos de Congelamiento-Deshielo. Un ciclo se constituye de 2 horas a -10°C o

menor y dos horas a 20°C o más. El criterio de aprobación requiere un valor

máximo incrementado el 150% del valor de la resistencia inicial del conector.

Las pruebas de Congelamiento-Deshielo fueron realizadas en un gran salón

Walking de experimentación ambiental, teniéndose un rango de temperatura

controlado de -50 ° C hasta 50 ° C. Los especímenes fueron perfectamente

secados antes de la medición de resistencia final.

1.1.3.1.3.3. PRUEBA DE CORROSION DE ÁCIDOS “BAJO GRADO”

Ésta porción de las pruebas secuenciales es para los conectores cuyos diseños

están diseñados para aplicación de enterrado directo. La mitad de los circuitos

cerrados de prueba fueron sujetos a este segmento de las series secuenciales,

mientras que la otra mitad fueron sujetos a la prueba de corrosión de alcalinos

“sobre grado”, descritos en la siguiente sección.



Una solución del 10% de ácido nítrico es usada para esta prueba de corrosión.

Cada conector y el 80% del conductor entre los ecualizadores son sumergidos en

el ácido por una duración de tiempo que resultaría en un decremento del 20% en

el área de sección transversal del conductor control cuando los conductores de

cobre son usados. Cuando los conductores recubiertos de cobre son usados, la

duración es definida como el tiempo que requiere aumentar la resistencia del

conductor control en un 25%. El criterio de aprobación requiere un máximo de

incremento en la resistencia de un 150% de la resistencia inicial del conector. Los

especímenes son lavados y perfectamente secados antes de realizar la medición

de resistencia final.

1.1.3.1.3.4. PRUEBA DE CORROSIÓN ALCALINA “SOBRE

GRADO”

Ésta porción de las pruebas secuenciales para conectores de aplicación “sobre

grado”. El circuito cerrado de prueba es sometido a una niebla de sal por un

periodo mínimo de 500 horas. La prueba es realizada cumpliendo con la norma

ANSI/ASTM B117-85. [29]

Una cámara industrial de filtración y bombeo de niebla de sal Mfg Co., es usa para

la prueba del conductor.

El criterio de aprobación requiere un incremento máximo en la resistencia de un

150% del valor inicial de resistencia del conector. Los especímenes fueron lavados

y perfectamente secados antes de que la medición final de resistencia fuera

realizada.

1.1.3.1.3.5. PRUEBA DE CORRIENTE DE FALLA

La prueba de corriente de falla es realizada en todos los circuitos cerrados como el

segmento final de las pruebas secuenciales. El objetivo ésta prueba final es

determinar si las conexiones que han sido condicionadas por los previos

segmentos de las pruebas. La corriente simétrica de falla es 90% de la corriente



de fusión del resto del área de sección transversal del conductor control. Tres

aumentos de potencia son aplicados con una duración de 10 min cada una. Se

permite que el conductor control se enfríe a 100°C entre cada aumento de

potencia.

El criterio de aplicación requiere de un incremento máximo de un 150% de la

resistencia inicial del conector.

1.1.3.2 PRUEBA COMPARATIVA DE CONECTORES DE TIERRA

DEL SEI

Southern Electric International (SEI) del Georgia Power Reserch fue comisionado

para realizar la prueba cíclica de Corriente-Temperatura para evaluar el

desempeño relativo de conectores de tierra permanentes instalados en el cable

enterrado, bajo condiciones de falla sostenida.

Las conexiones deben de ser fabricadas para una existencia conjunta con el

sistema de tierras (cable enterrado), esta situación no está referida en la norma

IEEE Std. 837-1989, para esto, esa condición fue simulada en este programa de

pruebas. Las conexiones exotérmicas fabricadas por la compañía solicitante y las

conexiones mecánica y de compresión de las tres mismas compañías que fueron

probadas por la OHT en las pruebas de la norma IEEE Std. 837-1989, fueron

Probadas para las conexiones Cable-Cable. SEI adquirió todos los materiales en

el mercado abierto e instalo todos los conectores y las uniones exotérmicas,

siguiendo las recomendaciones del fabricante. La lista de fabricantes y numero de

partes están incluidos en la tabla inferior.



CONECTORES PROBADOS POR SEI

FABRICANTE ID MUESTRA NUMERO DE PARTE

ERICO, Inc. Conexión

Exotérmica CADWELD CW1, CW2 TAC2V2V

Burndy Electrical


BC1, BC2 YGL29C29

Burndy Electrical

Conector Tap de

Compresión

BL1, BL2 YGHC29C29

AMP, Inc.

Conector Apernado

A1, A2 81228-1

Thomas & Betts


TB1, TB2 GG40250-40250



El conductor, 250 kcmil (127 mm2), 37 hebras, cobre blando, fue envejecido

artificialmente calentándola en un horno a 260°C por un periodo de 24 horas, para

simular a los conductores oxidados encontrados en las mallas de los sistemas de

tierra. Las series de circuitos cerrados de prueba consisten en conductor

envejecido, dos conectores de cada tipo probado, ecualizadores, y un segmento

de conductor control (1.22m), usada como referencia para temperatura y

resistencia. Los ecualizadores son integrados al circuito y son localizados a la

mitad de cada conector para proveer puntos de medida de resistencia. La

distancia entre los ecualizadores es igual al largo del conductor de control.

La prueba fue efectuada a corrientes (60 Hz) mayores que las especificadas en la

norma IEEE Std. 837-1989. Las pruebas de Corriente-Temperatura consiste de

100 ciclos a una temperatura de 550°C del conductor control (51% de la fusión del

conductor). La temperatura especificada en la norma IEEE Std. 837-1989, para

conductor de cobre es de 350°c o el 32% de la temperatura de fusión del

conductor. Tras la falla de un conector o conductor, es remplazado con un

conductor desnudo entre los ecualizadores, así que se omita la sección fallada del

circuito cerrado y permitiendo de esta manera que la prueba continúe.

Cada conector y el conductor control fueron instrumentados con dos coples

térmicos instalados en los conectores, que fueron censados al final de cada ciclo.

La resistencia fue medida y registrada al principio de la prueba y cada décimo

ciclo.

La resistencia del conector es calculada como la resistencia medida entre

ecualizadores menos la medida de la resistencia del conductor control. Los valores

de la resistencia es adecuada a 20°C. El criterio de aceptación fueron los mismos

que los establecidos en el segmento de la prueba cíclica de Corriente-

Temperatura de la norma IEEE Std. 837-1989. La temperatura del conector no

debe exceder la del conductor control. La resistencia del conductor no debe

exceder el 150% de su valor inicial. Todos los ciclos fueron video grabados.



1.1.4 RESULTADOS

Los resultados de cada programa son presentados separadamente, como a

continuación se describen:

1.1.4.1 PRUEBAS DE LA OHT – NORMA IEEE STD. 837-1989

Los resultados de la OHT son resumidos en la tabla siguiente. Los resultados

muestran que solo las conexiones exotérmicas CADWELD cumplieron con los

requerimientos de prueba de la norma IEEE Std. 837-1989. Hubo un cambio en el

método para calcular el cambio en la resistencia del conductor cuando el conector

es una varilla de acero recubierta de cobre. La resistencia normalmente

determinada es discutida en la sección 1.1.3.1.

El problema observado fue que el grosor del cobre varió en las varillas de tierra y

el grosor del conductor control es diferente del que se encuentra en las varillas

usadas en los circuitos cerrados.

Fue difícil restar la resistencia del conductor control de la resistencia del conector

espécimen. Fue determinado que si de un 8% a un 10% de cambio en la

resistencia es observado, dentro de la resistencia total del conector espécimen

(conector y conductor), esto correspondía a un 150% de aumento en la resistencia

del conector mismo. Esto por que la resistencia de sólo el conector es solo un

pequeño porcentaje de la resistencia total de los especímenes de conectores.

Para esto, los investigadores cambiaron la definición de los criterios de la variación

de resistencia permisible, cuando las varillas de tierra recubiertas de cobre fueron

usadas. Los nuevos criterios permitieron un máximo en la variación de resistencia

de todos los conectores de 10 puntos porcentuales más que aquellos del

conductor control. Por ejemplo, un cambio de 4% en el conductor significa que la

resistencia global de los especímenes de conductores será del 14%. Éste criterio

fue aplicado a todos los conductores de cobre desnudos para sistemas de tierra.



1.1.4.1.1. PRUEBA DE TRACCIÓN MECÁNICA

Las únicas fallas en este segmento de pruebas fueron ocurrieron en las

conexiones de Cable-Varilla de tierra. Las fallas ocurrieron con la muestra “A” con

el espécimen de la conexión C-V y los cuatro especímenes de la muestra “T”,

separándose la varilla de tierra de los conectores bajo un nivel de carga de 4450N.

El conector “A” C-V falló justo bajo el nivel mínimo, a 4317 N y los cuatro

especímenes de conectores “T” C-V fallaron a 966, 1633, 1455, y 1108 N, por

debajo del nivel prestablecido de 4450 N.

1.1.4.1.2. FUERZA ELECTROMECÁNICA

Las fallas resultaron en ambos tipos de conexiones, Cable-Cable y Cable-Varilla

de tierra. Las fallas en las conexiones Cable-Cable ocurrieron en tres de los cuatro

conectores de la muestra “A” C-C presentando movimiento de hasta 0.64 cm.

RESULTADOS RESUMIDOS DE LAS PRUEBAS DE LA OHT

ID MUESTRA TRACCIÓN

MECÁNICA

FUERZA

ELECTRO-

MECÁNICA

PRUEBAS

SECUENCIALES

ÁCIDO ÁLCALINO

“A” C-C 4 Pasaron 3 Fallaron 4 Fallaron 4 Fallaron

“A” C-V 1 Falló 4 Pasaron 4 Pasaron 3 Fallaron

“B” C-C 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Fallaron

“B” C-V 4 Pasaron 3 Fallaron 2 Fallaron 3 Fallaron

“T” C-C 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Fallaron 4 Fallaron

“T” C-V 4 Fallaron 3 Fallaron 1 Falló 4 Fallaron

“CW” C-C 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Pasaron

“CW” C-V 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Pasaron 4 Pasaron



Las fallas en las conexiones Cable-Varilla de tierra ocurrieron en tres de los cuatro

conectores de la muestra “B” C-V y en tres de los cuatro conectores de la muestra

“T” C-V cada uno presentando desplazamientos de 0.16 cm y 7.62 cm

respectivamente. El conductor se salió completamente en uno de los conectores

de la muestra “T” C-V en el tercer aumento de voltaje.

1.1.4.1.3. SERIE DE PRUEBAS SECUENCIALES ÁCIDAS

El único fabricante en tener ambos tipos de conectores, Cable-Cable y Cable-

Varilla de tierra, que pasaron ésta serie de pruebas fue las conexiones por

soldadura exotérmica CADWELD. Los conectores “A” C-V y “B” C-C también

pasaron éstas serie de pruebas. Las fallas de las otras conexiones ocurrieron en

varios puntos a través del desarrollo de la serie de pruebas. La falla de determino

al contrastar los conectores con el criterio del aumento del 150% en la resistencia

de dicho elemento.

Todos los especímenes de conector de la muestra “A” C-C fallaron en esta

secuencia de pruebas como el resultado de una lata resistencia. Todos fallaron

después de las series de Congelación-Deshielo (1417%, 351%,1481%, y 408%).

Todos los conectores de la muestra “A” C-V pasaron esta secuencia de pruebas.

Todos los especímenes de la muestra “B” C-C pasaron esta prueba secuencial.

Dos de los cuatro especímenes de la muestra “B” C-V fallaron en esta serie de

pruebas, como resultado de una alta resistencia. Todos los especímenes

excedieron el limite de resistencia después de las serie de pruebas de

Congelamiento-Deshielo (473%, 2590%, 841%, y 1139%). Uno de los

especímenes de conector de la muestra “T” C-V excedió la resistencia limite en la

prueba de Corriente de Falla.

Todos los especímenes de conectores de la muestra “CW” C-C y C-V pasaron

esta serie de pruebas. Las muestras “CW” tuvieron los menores valores de

resistencia inicial de todos los conectores. El mayor incremento en la resistencia,

una vez removido del baño de ácido, fue del 49% en uno de los especímenes de



la muestra “CW” C-C. La resistencia cayó al 21% en ésta conexión después de la

prueba de Corriente de Falla.

1.1.4.1.4. SERIE DE PRUEBAS SECUENCIALES ALCALINAS

Los únicos conectores que pasaron ésta prueba fueron las conexiones por

soldadura exotérmica CADWELD. Ambos tipos de conectores, de todos los

fabricantes restantes fallaron durante ésta secuencia de pruebas. Los 6

conectores que fallaron en esta prueba los hicieron por una de las siguientes

razones: falla de apertura de circuito, o se rebasó la tolerancia del 150% en la

resistencia permitida.

Todos los conectores especímenes de la muestra “A” C-C fallaron en estas series.

Un espécimen se perdió (Falla de Apertura) durante al ciclo de Corriente-

Temperatura. Dos especímenes fallaron como resultado del incremento de la

resistencia (467 y 346%), siguiendo la serie de ciclo de Corriente-Temperatura.

Arcos eléctricos fueron observados durante la prueba de falla de todos los

conectores y uno de los conductores presentó Falla de Apertura durante el tercer

ciclo de falla. La muestra que presentó esta falla durante las series de ciclo de falla

tuvo un incremento del 475% después del segmento de Congelamiento-Deshielo

de la prueba. Tres de las cuatro conectores especímenes de la muestra “A” C-V

fallaron en la prueba de corriente de falla, como resultado de una alta resistencia.

Todos los conectores especímenes de la muestra “B” C-C fallaron esta serie de

pruebas como resultado de una alta resistencia. Un espécimen falló después de la

serie de Congelamiento-Deshielo (181%). Otro espécimen falló siguiendo la serie

de pruebas de niebla de sal (154%), y los otros dos especímenes fallaron

siguiendo la prueba de corriente de falla (185% y 383%). Tres de los cuatro

conectores especímenes de la muestra “B2 C-V fallaron en la prueba de corriente

de falla a causa de una gran resistencia. Arcos eléctricos fueron observados en

uno de los especímenes de la muestra “B” C-V durante el primer ciclo de la prueba

de corriente de falla.

Todos los especímenes de las muestras “T” C-C y “T” C-V en esta secuencia de

prueba. Todos los especímenes de la muestra “T” C-C excedieron la resistencia



límite al desarrollarse la series de pruebas de Congelamiento-Deshielo (1570%,

1668%, 526%, y 1394%). Un conector espécimen de la muestra “T” C-C se fundió

durante el primer ciclo de la prueba de corriente de falla.

Tres de los conectores especímenes de la muestra “T” C-V excedieron el límite de

resistencia siguiendo la prueba de corriente de falla.

Todas las conexiones de la muestra “CW” C-C y C-V tuvieron los menores valores

de resistencia inicial de todos los conectores. El mayor incremento en la

resistencia, debido a la terminación de las pruebas de corriente de falla, fue del

7% en uno de los especímenes de la muestra “CW” C-C.

1.1.4.2. PRUEBA COMPARATIVA DE CONECTORES DE TIERRA

DEL SEI

Con la realización del primer ciclo Corriente-térmico, la temperatura de todos los

conectores, excepto las conexiones exotérmicas, excedieron la temperatura del

conductor control. Para el final del 33° ciclo, solo las dos conexiones exotérmicas

(CW1 y CW2) no presentaron falla por fusión. Hasta ese punto, ambas conexiones

exotérmicas refirieron temperaturas por debajo del conductor control. El tiempo de

falla por cada uno de los conectores probados se muestra en la gráfica siguiente

(Fig. 43).

Figura 43) Resultados del SEI (Ciclos antes de falla por fundición)



El modo de falla para los conectores “A” y “BL” el desarrollo de alto contacto

resistivo entre el conector y el conductor, como es notado por el color rojo cereza y

los arcos eléctricos observados dentro de los conductores antes de la falla.

La falla de los conectores “BC” y “TB” debido a la distribución desigual de corriente

en cada una de las hebras del conductor, resultando en la fusión de seas hebras.

Esto resulta en la sobrecarga de corriente en las hebras restantes, y

subsecuentemente, la fundición del conector adyacente al conductor.

El escenario típico es la fundición las hebras externas debido a que una mayor

densidad de corriente existe en ellas, en comparación con las hebras internas.

Esto resulta de la gran resistencia que existe entre las hebras debido a las capas

de oxido y debido al hecho de que la corriente debe pasar por las hebras externas,

las cuales son las únicas en contacto con el conector mecánico o de compresión.

Esto no ocurre con las conexiones de soldadura exotérmica, por que el proceso de

soldadura funde las terminaciones de cada hebra juntas, resultando en una

mejorada distribución de corriente entre las hebras.

Con el progreso de la prueba, los conductores en los circuitos cerrados

comenzaron a deteriorarse. Una pesada capa de óxido se desarrollo e inició a

corroer el conductor. El efecto es evidente por el constante incremento de la

resistencia en el conductor control. La gráfica (Fig. 44) presenta la resistencia de

cada conductor y del conductor control, a la falla.

El conductor en la sección que contenía la conexión por soldadura exotérmica

CW2 falló a la mitad de la distancia entre el ecualizador y la conexión, y fue

atribuida a la falla del conductor y no causada por el conector.

La figura (Fig. 45) muestra la temperatura promedio en cada ciclo, hasta la falla,

de cada conductor espécimen y del conductor control.

Es evidente el hecho de que la temperatura de todos los conectores, exceptuando

las conexiones “CW” excedió la temperatura del conductor control, tan pronto

como el final del primer ciclo.



Figura 44) Resistencia Conector/Conductor Control

Figura 45) Temperatura Conector/Conductor


1.1.5 CONCLUSIONES DEL PROGRAMA DE PRUEBAS Los resultados muestran, definitivamente que el desempeño de los conectores de

conductores de tierra mecánicos y de compresión no es equivalente la las

conexiones por soldadura exotérmica.


CONCLUSIONES

1.1 GENERALES

Como quedó demostrado por el presente trabajo monográfico, el método

CADWELD de soldadura es una tecnología relativamente reciente, el cual fue

creado basado en una necesidad: el brindar una conexión permanente a los

conductores en el sistema de tierra.

El desarrollo del método CADWELD de soldadura contó con una lenta aceptación

del medio, pero a medida en que sus capacidades fueron probadas y ratificadas,

contó con una hegemonía cada vez mayor, al grado de ser la única unión para

conductores de sistemas de tierra en cumplir con las especificaciones de la IEEE,

convirtiéndose así en los conectores por excelencia de los sistemas de tierra.

La practicidad y relativa sencillez de aplicación hacen de este método una versátil

técnica de trabajo, con lo que se puede eficientizar el tiempo de trabajo y

minimizar las maniobras y necesidades específicas que han de requerir los otros

sistemas de conexión para conductores en los sistemas de tierra.

CONCLUSIONES


1.2 ESPECÍFICAS

El método CADWELD de soldadura representa, en sí, un ahorro; desde horas

hombre de trabajo, maquinaria requerida para su aplicación e insumos, hasta en

posibles mantenimientos correctivos a futuro.

Puesto que por ser una unión perfecta, no está propensa a sufrir de las típicas

fallas que presentan los otros tipos de conectores de conductores para sistemas

de tierra. Como quedo demostrado, las conexiones por soldadura exotérmica

garantizan la completa funcionalidad de la malla de tierra, es decir, la vida útil de la

conexión soldada será igual a la vida del conductor y por ende, a la de la malla del

sistema de tierras; aunque según las pruebas comparativas desarrolladas según la

norma IEEE Std. 837-1989, hay indicios de que la conexión podría inclusive sobre

pasar la vida útil del conductor usado.

Esta conclusión se obtuvo en base a la experiencia obtenida mediante las pruebas

mencionadas anteriormente; en una prueba de cortocircuito, el elemento del

circuito de prueba que falló fue en conductor mismo, alcanzando su temperatura

de fundición antes de siquiera alcanzar la temperatura de falla por fusión de la

soldadura exotérmica.

Ahora bien, el tema de la aplicación. Si bien es cierto que se necesita personal

capacitado para aplicar la soldadura exotérmica, no se requiere de una

especialización mayor, es decir, un trabajador con un curso en aplicación, y

seguridad en el manejo de la soldadura exotérmica puede llevar a cabo este tipo

de uniones sin ningún problema. Cabe mencionar que como todo tipo de

soldadura, la práctica constante conlleva al perfeccionamiento en la aplicación del

método de soldadura exotérmica. Las partes componentes y los insumos

necesarios para realizar la unión exotérmica son especificadas por los tipos de

uniones a realizar, lo que conlleva a una sistematización del proceso, pero

presentando también la posibilidad de tener cierta flexibilidad en él.

¿Cómo explicar la flexibilidad en el proceso? Pues bien, como se mencionó en el

capítulo tercero, este método presenta la oportunidad de hacer permutaciones en

CONCLUSIONES


la estructura misma de la unión. Ejemplificarlo resulta sencillo: si se requiriera un

tipo de unión específico, puede ser sustituido por la combinación apropiada de

conexiones exotérmicas, pues en última instancia, la sustitución resulta

equivalente en los aspectos importantes, como la capacidad de distribución de la

corriente de falla. Lo anterior queda expresado gráficamente en el capítulo tercero.

Como se mencionó anteriormente, este tipo de unión garantiza estar libre de

fallas, es decir, no presenta las fallas típicas que presentaría, por ejemplo, un

conector meramente mecánico, como serian puntos de presión excesivos y am

mismo tiempo y en contraste, partes en las que no están en contacto el conductor

y el conector, creando así diferencias de potencial, resultando a su vez en campos

electromagnéticos y estos en fuerzas que se repelen, pudiendo provocar la

separación del conductor y el conector.

Tal escenario se manifestó durante las pruebas encargadas por la compañía

ERICO, Inc., cuando un espécimen en la prueba de fuerza electromecánica, el

cual resulto en la separación total del conector mecánico y el conductor.

Continuando con la cuestión de la normativa aplicable, la IEEE diseñó las normas

específicas para la calificación de los conectores utilizados para los conductores

de los sistemas de tierra, y como se discutió en el capítulo cuarto, se probaron

diferentes fabricantes de conectores resultando excelsamente superior en (por no

decir único en terminar satisfactoriamente) la serie de pruebas, por lo que las

conexiones de soldadura exotérmica consiguieron el respaldo total de la IEEE,

quedando estipulado que solo éstas deberán ser aplicadas a los sistemas de

tierra.

Ahora bien, no todo es perfección con este tipo de soldadura, pues el método

presenta algunas cuestiones que pueden ser nocivas para la soldadura, pero aun

así, la consideración final es que son más los beneficios que aporta contrastados

con los posibles inconvenientes.

CONCLUSIONES


1.3 FINALES

El método de soldadura CADWELD o exotérmica, representa una nueva

tecnología, y por ende, su conocimiento y dominio supone una ventaja para el

ingeniero mecánico electricista.

Presenta la capacidad de no necesitar mantenimiento alguno, actuar como parte

del conductor mismo y así mimetizar las capacidades de conducción de corriente

de éste, reforzar los puntos de unión entre conductores y con esto, brindar una

mayor rigidez, como un todo, a la malla de conductores.

Conocer el proceso, sus partes e insumos, medidas de seguridad, métodos de

aplicación y demás avatares afines al tema proporcionan una vasto conocimiento,

una sustancial ventaja en el campo laboral, y si se desarrolla de manera

especializada, podría incluso representar una oportunidad laboral, al desarrollar

por ejemplo, una empresa especializada en la construcción del sistema de tierras

físicas.


GLOSARIO

ACETILENO Es el alquino más sencillo. Es un gas, altamente inflamable, un poco

más ligero que el aire e incoloro. Produce una llama de hasta 3.000 º c, una de las

temperaturas de combustión más altas conocidas, superada solamente por la del

hidrógeno atómico (3400 º c - 4000 º c), el cianógeno (4525 º c) y la

del dicianoacetileno (4987 º c). La manera de obtenerlo químicamente es la

siguiente: CaC2 + 2H2O → Ca (OH)2 + C2H2. La descomposición del acetileno es

una reacción exotérmica. Asimismo su síntesis suele necesitar elevadas

temperaturas en alguna de sus etapas o el aporte de energía química de alguna

otra manera. El acetileno es un gas explosivo si su contenido en aire está

comprendido entre 2 y 82 %. También explota si se comprime solo, sin disolver en

otra sustancia, por lo que para almacenar se disuelve en acetona, un disolvente

liquido que lo estabiliza.

AMPACIDAD Capacidad de conducir corriente.

ANSI American National Standards Institute (Instituto Nacional americano de

Estándares)

ASME American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de

Ingenieros Mecánicos)

APERNAR Sujeción mecánica mediante el uso de pernos.

AWG American Wire Gauge (Calibración americana de Cables), sistema de

medición estandarizada para calibre de conductores. Ejemplo:

4/0 AWG = 107.2mm2

BENTONITA Es una arcilla color pardo, de formación natural, que es levemente

ácida, con un pH de 10,5. Puede absorber casi cinco veces su peso de agua y de

este modo, expandirse hasta treinta veces su volumen seco. Su nombre químico

es montmorillonita sódica. En terreno, puede absorber humedad del suelo

circundante y ésta es la principal razón para usarla, ya que esta propiedad ayuda

a estabilizar la impedancia del electrodo a lo largo del año. Tiene baja resistividad

GLOSARIO


- aproximadamente 5 ohm - metro y no es corrosiva. Bajo condiciones

extremadamente secas, la mezcla puede resquebrajarse ofreciendo así poco

contacto con el electrodo. La Bentonita es de carácter tixotrópica y por lo tanto se

encuentra en forma de gel en estado inerte. La Bentonita se usa más a menudo

como material de relleno al enterrar barras profundas. Se compacta fácilmente y

se adhiere fuertemente.

COALESCENCIA La coalescencia es la posibilidad de dos o más materiales de

unirse en un único cuerpo.

CONEXIÓN Unión efectiva y permanente de los elementos metálicos para formar

una trayectoria eléctrica, la cual debe garantizar la continuidad y la capacidad para

conducir en forma segura cualquier corriente transitoria impuesta.

CALOR DE COMBUSTIÓN Cantidad de energía térmica liberada cuando se

quema una cantidad específica de una sustancia.

CALOR DE FUSIÓN Cantidad de calor necesaria para convertir una cantidad

específica de un sólido en líquido en su punto de fusión.

CRECIMIENTO EPITAXIAL Al aumentar la temperatura de restauración se hacen

perceptibles en la microestructura nuevos cristales diminutos. Estos tienen

la misma composición y presentan la misma estructura cristalina que los

granos originales sin deformar, y su forma no es alargada, sino que son

aproximadamente de dimensiones uniformes.

DESENTORCHAR Desenhebrar un cable, hacer que pierda su condición como un

todo, reducirlo a cada una de sus hebras.

ESTEQUIMÉTRICA Condición de sustancia, constituida por agente reactor y

reactante, que se encuentra en una mezcla equilibrada de acuerdo a sus

propiedades moleculares, en cantidades optimas para la reacción.

FLUOROPOLÍMEROS Mezclas entre moléculas de polímeros y flúor cuyas

características principales son baja reactividad y alta polaridad del enlace

polímero-flúor. Tienden a romperse muy lentamente en el ambiente, por lo que se

GLOSARIO


considera un contaminante persistente.

FREATOMAGMÁTICA Tipo de explosión que se genera debido la acumulación de

vapor de agua supercalentado por una sustancia incandescente, en este caso, la

termita al rojo blanco.

HAZ Heat Afected Zone (Zona Afectada por el Calor).

I.E.E.E. Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de Ingenieros

Eléctricos y Electronicos).

ISO International Standards Organization (Organización Internacional de

Estándares).

MALEABILIDAD Propiedad de un material sólido de adquirir una deformación

metálica mediante una compresión sin fracturarse.

MENA Material metalífero, tal y como se extrae de la mina.

PASIVACIÓN Formación de una película relativamente inerte, sobre la superficie

de un metal, lo que lo enmascara contra la acción de agentes externos. Aunque la

reacción entre el metal y el agente externo sea termodinámicamente factible a

nivel macroscópico, la capa o película pasivante no permite que éstos puedan

interactuar, de tal manera que la reacción química o electroquímica se ve reducida

o completamente impedida.

REACCIÓN EXOTÉRMICA Se denomina a cualquier reacción química que

desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía. El prefijo exo

significa “hacia fuera”. Por lo tanto entendemos que las reacciones exotérmicas

son aquellas que liberan energía en forma de calor. El esquema general de una

reacción exotérmica puede ser escrito de la manera siguiente, donde A, B, C y D

representan sustancias genéricas. Se da principalmente en las reacciones de

oxidación. Cuando ésta es intensa puede dar lugar al fuego.

REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN Son aquellas en las cuales unos

reactantes ganan electrones, y otros los pierden. En ellas debe existir un cambio

GLOSARIO


en el estado de oxidación de algunos elementos o todos lo elementos de los

compuestos reaccionantes.

REACTANTE Sustancias iniciales que están presentes en una reacción química.

REACTIVO Sustancia de partida de una reacción química.

RESINA FENÓLICA Resina termoestable, resistente al calor y al agua, formada

por la condensación del fenol y el formaldehído, de gran resistencia al

envejecimiento, empleada en la fabricación de productos moldurados adhesivos y

revestimientos superficiales.

SOLDABILIDAD Capacidad de un metal para aceptar que se le una por

soldadura bajo condiciones específicas.

SOLDADURA DE ARCO Soldadura hecha por medio de un arco eléctrico.

SOLDADURA DE ARCODE TUNGSTENO CON GAS Soldadura de arco en la

que el arco y el metal fundido están protegidos mediante gases aportados por una

fuente externa, y el metal de aporte necesario se suministra por medio de varillas

de soldadura. Los electrodos son de tungsteno no consumible.

SOLDADURA DE ARCO METALICO CON GAS Proceso de soldadura en el que

el electrodo es un metal de aporte continuo protegido por gases allegados

exteriormente.

SOLDADURA DE ARCO METALICO PROTEGIDO Soldadura de arco en la que

tanto al arco como el metal están protegidos por los productos de descomposición

del recubrimiento de un electrodo metálico consumible.

SOLDADURA DE ESTADO SOLIDO Cualquier método de soldadura en el que se

utiliza presión, o calor y presión para realizar la soldadura sin fusión.

SOLDADURA DE FILETE Soldadura de sección transversal aproximadamente triangular que uno dos superficies situadas esencialmente en ángulo recto entre sí en una junta de traslape, en T o en una esquina. SOLDADURA EXOTÉRMICA Conexión permanente entre conductores de cobre, electrodos de puesta a tierra y/o metales de acero al carbón, unión a nivel molecular producto de una reacción exotérmica.

GLOSARIO


SOLDADURA OXIACETILENICO Soldadura efectuada con una llama

oxiacetilénica.

SOLDADURA POR ARCO METALICO Soldadura de arco con electrodos de

metal. Comúnmente se refiere a la soldadura de arco protegido utilizando

electrodos recubiertos.

TERMITA Tipo de composición pirotécnica de aluminio y un óxido metálico, el

cual produce una reacción aluminotérmica conocida como reacción termita. El

aluminio es oxidado por el óxido de otro metal, comúnmente por óxido de

hierro (herrumbre). Los productos de la reacción química son: óxido de aluminio +

hierro elemental libre y una gran cantidad de calor. Los reactivos normalmente se

pulverizan y mezclan con un aglomerante para mantener el material sólido y

prevenir su separación.

ZAC Zona afectada por el calor.


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Horwitz, H., Soldadura. Aplicaciones y Práctica, 1ª Ed, Ed. Alfaomega, 1997

[2] Groover, M. P., Fundamentos de Manufactura Moderna, 3ª ed., Ed. McGraw-

Hill, 2007.

[3] Horwitz, H., Soldadura. Aplicaciones y Práctica, 1ª Ed, Ed. Alfaomega, 1997

[4] Metals Handbook, 9ª ed., vol. 6, Welding, Brazing and Soldering. ASM

International, Materials Park, Ohio, 1993.

[5] Messler, R. W., Jr., Principles of Welding: Processes, Physics, Chemistry and

Metallurgy, John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, 1999.

[6] Metals Handbook, 9ª ed., vol. 6, Welding, Brazing and Soldering. ASM

International, Materials Park, Ohio, 1993.

[7] Welding Handbook, 8a. ed., vol. 1, Welding Technology, American Welding

Society, Miami, Florida, 1987.

[8] Groover, M. P., Fundamentos de Manufactura Moderna, 3ª ed., Ed. McGraw-

Hill, 2007.

[9] L.L. Wang, Z. A. Munir and Y. M. Maximov (1993). Reacciones de la Termita: su

utilización en la síntesis y proceso de materiales. Journal of Materials

Science 28 (14): pp. 3693-3708

[10] M. Beckert. Hans Goldschmidt y la aluminotermia. Schweissen und

Schneiden 54: pp. 522-526, 2002.

[11] L.L. Wang, Z. A. Munir and Y. M. Maximov. Reacciones de la Termita: su

utilización en la síntesis y proceso de materiales. Journal of Materials Science 28

pp. 3693-3708,1993.



[12] Soldadura de rieles por aluminotermia. Condicionantes y criterios.

http://soldadura.org.ar/index.php?option=com_content&view=article&id=40:alumin

otermia-soldadura-de-rieles&catid=21:procesos-de-soldadura&Itemid=69

(Consultado en Diciembre 18, 2011)

[13] Video: Soldadura Aluminotérmica, JL REPRESENTACIONES,

www.jlrepresentaciones.com.ar (Consultado en Enero 10, 2012). (ANEXO A).

[14] NORMA Oficial Mexicana NOM-055-SCT2-2000, Para vía continua, unión de

rieles mediante soldadura. (ANEXO B)

[15] Manual de puesta a tierra, GEDISA General Distribuidora, Edición N°. 1

Año 2007, 70 pg. (ANEXO C).

[16]Registro fotográfico de la soldadura exotérmica. Enegytel.

http://energytel.info/portal_telecom/articulos-tecnicos/37-sistemas-de-

proteccion/69-registro-fotografico-del-proceso-de-soldadura-exotermicas




[18] Registro fotográfico de la soldadura exotérmica. Enegytel.

http://energytel.info/portal_telecom/articulos-tecnicos/37-sistemas-de-

proteccion/69-registro-fotografico-del-proceso-de-soldadura-exotermicas








[22]Catálogo de soldadura exotérmica e implementos propios de esta. ATW3.

http://www.at3w.com/site/producto.php?id=4&id_sub=Molde+m%C3%BAltiple&titul

o=molde+m%C3%BAltiple (Consultado en Diciembre 28, 2011). (ANEXO D)







[25] IEEE Std 837-1989, “IEEE Standard for Qualifying Permanent Connections

Used in Substation Grounding”, The Institute of Electrical and Electronics

Engineers, Inc., 345 East 47th Street, New York, NY 10017, USA, 1989.

(ANEXO E).

[26] ANSI/IEEE Std 80-1986, “IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding”,

The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 345 East 47th Street,

New York, NY 10017, USA, 1986. (ANEXO F)

[27] Maurice C.G., “Substation Grounding Connectors IEEE Std 837-1989 Test

Series”, Report No. C-95- EST-193-P, Ontario Hydro Technologies, Electrical

Systems Technology, 1996.

[28] McKoon, T.L., “Comparative Grounding Connector Test”, Project No. C94901,

Southern Electric International, 1996.

[29] ASTM B117-85, “Method of Salt Spray (Fog) Testing, American Society of

Testing Materials, 1916 Race St, Philadelphia, PA 19103, USA, 1985.

[30] PERMANENT CONNECTIONS FOR SUBSTATION EARTHING, Curtis R.

Stidham and W. Keith Switzer, ERICO, Inc., United States of America. (ANEXO G)

Ponce Quintana

Documents

Transcript of Ponce Quintana