SOLDADURAS (Trabajo final - Procesos).docx
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ÍNDICE Contenido: 1. INTRODUCCIÓN.............................................2 2. CONTENIDO................................................3 2.1 SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES:......................3 1. Características.......................................4 2. Proceso de soldadura..................................5 3. Equipo necesario......................................6 4. Mecanismo de soldadura................................9 5. Clasificación........................................10 6. Beneficios...........................................11 7. Limitaciones.........................................13 8. Aplicaciones.........................................13 2.2 SOLDADURA BLANDA:....................................16 1. Propiedades de la soldadura heterogénea blanda.......17 2. Metal de aportación..................................17 3. Fundente o pasta limpiadora..........................20 1
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ÍNDICE
Contenido:
1. INTRODUCCIÓN...............................................................................................2
2. CONTENIDO.....................................................................................................3
2.1 SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES:............................................3
1. Características............................................................................................4
2. Proceso de soldadura.................................................................................5
3. Equipo necesario........................................................................................6
4. Mecanismo de soldadura............................................................................9
5. Clasificación..............................................................................................10
6. Beneficios..................................................................................................11
7. Limitaciones..............................................................................................13
8. Aplicaciones..............................................................................................13
2.2 SOLDADURA BLANDA:..........................................................................16
1. Propiedades de la soldadura heterogénea blanda......................................17
2. Metal de aportación.....................................................................................17
3. Fundente o pasta limpiadora.......................................................................20
4. Procesos de soldaura blanda......................................................................21
5. Tipos de soldadura blanda...........................................................................23
6. Proceso de ejecución de la soldadura blanda.............................................26
7. Soldadura de una junta................................................................................27
1
8. Soldadura de cables eléctricos....................................................................28
9. Ventajas de soldadura blanda.....................................................................28
10. Defectos típicos en la soldadura blanda....................................................29
11. Formación de óxidos.................................................................................31
12. Usos...........................................................................................................31
13. Aplicaciones...............................................................................................31
14. Características de una soldadura blanda bien realizada...........................34
15. Las pastas de soldadura............................................................................35
16. El flux.........................................................................................................37
17. Terminales de componentes......................................................................39
18. Requisitos, normativa y consejos..............................................................42
2.3 SOLDADURA POR EXPLOSIÓN:............................................................46
1. Concepto.....................................................................................................46
2. Condiciones de uso o cuando debe utilizarse.............................................47
3. Proceso........................................................................................................48
4. Velocidad de soldadura...............................................................................52
5. Zona de calor...............................................................................................52
6. Forma de la unión........................................................................................53
7. Deformación por explosión..........................................................................54
8. Secuencia de explosión...............................................................................54
9. Aplicaciones.................................................................................................54
10. Fabricación de recipientes a presión.........................................................57
11. Prevención.................................................................................................59
2
2.4 SOLDADURA POR LÁSER:....................................................................62
1. Concepto.....................................................................................................62
2. Características del proceso.........................................................................64
3. Aplicaciones.................................................................................................67
4. Ventajas e inconvenientes...........................................................................67
5. Materiales con los que se trabaja................................................................68
3. CONCLUSIONES............................................................................................69
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................70
3
SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES, SOLDADURA
BLANDA, SOLDADURA POR EXPLOSIÓN Y SOLDADURA LASER
1. INTRODUCCIÓN
La soldadura es en realidad un proceso metalúrgico, por eso entender como los
metales se comportan durante su producción y fundición es conocer los
fundamentos de la soldadura. La mayoría de los procesos de soldadura, al igual
que en la fundición de metales, requieren la generación de altas temperaturas para
hacer posible la unión de los metales envueltos.
El tipo de fuente de calor es básicamente lo que describe el tipo de proceso, Ej. :
Soldadura autógena (gas), soldadura de arco (eléctrica). Uno de los principales
problemas en soldadura, es el comportamiento de los metales ante la combinación
4
de los agentes atmosféricos y los cambios en su temperatura. El método de
proteger el metal caliente del ataque de la atmósfera es el segundo de los mayores
problemas a resolver. Las técnicas desarrolladas desde "Protección por fundente",
hasta la de Protección por gas Inerte, son más que escudos protectores en
muchos casos pero eso es básicamente para lo que fueron creados. En algunas
instancias la atmósfera es removida toda usando sistemas de vacío.
Algunos de estos procesos han sido desarrollados para algunas aplicaciones
específicas mientras otros se mantienen muy flexibles cubriendo un amplio rango
de actividades en la soldadura. Aunque la soldadura es usada principalmente
para unir metales similares y hasta partes metálicas no similares es también muy
usada, de manera muy notable, para reparar y reconstruir partes y componentes
averiados o gastados.
Existe, también, un crecimiento notable en el uso de diferentes aplicaciones para
tratar las superficies con una capa de alto endurecimiento de partes nuevas, que
provee una superficie altamente resistente a la corrosión, abrasión, impactos y
desgaste. Introducido en las últimas décadas del siglo 19, el proceso de arco se
mantiene como el más usado de todos los grupos de las técnicas de soldadura.
Como el mismo nombre lo sugiere, es un arco eléctrico que se establece entre las
partes a ser soldada y un electrodo metálico. La energía eléctrica, convertida en
calor, genera una temperatura en el arco cerca de 7,000 grados centígrados,
causando la fundición de los metales y después la unión. El equipo puede variar
5
en tamaño y complejidad, siendo la diferencia principal entre el proceso de arco,
el método usado para separar la atmósfera o crearla y el material consumible
empleado para ser aportado al proceso.
Existen muchos tipos de soldadura en la presente monografía hablaremos sobre
la Soldadura por Haz de Electrones, la Soldadura Blanda, Soldadura por
Explosión, Soldadura Laser, que es, tipos, proceso para realizarla, medidas de
seguridad y las aplicaciones de cada una.
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2. CONTENIDO
2.1 SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES:
La soldadura por haz de electrones o también conocida como (EBW), por
su nombre en inglés, es un proceso donde se produce coalescencia de
metales con el calor obtenido a partir de un haz concentrado, compuesto
principalmente de electrones a alta velocidad, los cuales chocan sobre la
unión esta operación se usa sin gas de protección y sin aplicación de
presión. Además, es un proceso de soldadura con la fusión conjunta del
metal base y posiblemente del metal de aporte, para producir un soldado.
Se genera calor en la pieza de trabajo a medida que esta es bombardeada
por el haz de electrones de alta velocidad. La energía cinética de los
electrones se transfiere para calentar bajo su impacto, dicha energía no es
excepcional, pero sí su densidad de energía, una alta densidad de energía
se obtiene concentrando el haz de electrones sobre un área muy pequeña
de la superficie de trabajo. Por otro lado, es una fuente de calor altamente
concentrado y poderoso que actúa de modo similar al arco de soldadura por
arco de tungsteno con gas o al plasma de la soldadura por arco de plasma
al hacer trabajos de soldado.
Este tipo de soldadura, posee un inconveniente y es que para realizar el
proceso se necesita hacerse en una cámara de vacío puesto que, el aire
trastorna el haz de electrón y dicha cámara tarda alrededor de una hora
para poder vaciarse dependiendo del tamaño de la cámara. Aunque hoy en
7
día se han adelantado métodos para realizar esta soldadura sin vacío entre
los que se encuentran:
SOLDADURA AL ALTO VACÍO (SAV): En la cual la soldadura se
realiza en el mismo vacío que se usa para la generación del haz.
SOLDADURA AL MEDIO VACÍO (SMV): En el cual la operación se
ejecuta en una cámara separada, en donde sólo se obtiene un vacío
parcial.
SOLDADURA SIN VACÍO (SSV): es donde el cañón con haz de
electrones se aloja en la cámara de vacío duro y hay varias cámaras
intermedias de presión reducida entre el cañón y el trabajo, este
modo de operación elimina la cámara de vació para el trabajo.
Esquema de Soldadura de haz de electrones
8
2.1.1. CARACTERÍSTICAS
Puede tener una exactitud en tamaño como el de la punta de una
aguja pero se requiere mucho equipo eléctrico y electrónico para
este proceso.
Se aplica generalmente en el interior de un recinto herméticamente
cerrado el cual se ha sometido a un vació muy elevado. Este permite
que los electrones cedan toda su energía, mientras que por otra
parte, evita la contaminación del metal por la acción de los gases
atmosféricos.
Se realiza exclusivamente en forma automática, lo que quiere decir
que el avance de la pieza por delante del cañón, siguiendo recorridos
rectos o circulares, queda asegurado por medio de combinaciones
de mecanismos, cuyos movimientos son dirigidos desde el exterior
de la cámara de vacío.
Capacidad para hacer soldaduras profundas y con cordones de
soldadura estrechos en una sola pasada.
Soldadura casi uniforme y limpia, debido a que se realiza en un
ambiente de vacío, lo cual evita la formación de óxidos y nitruros.
Cantidad reducida de calor transmitida a la pieza, por lo que su
microestructura se ve menos alterada que mediante otros
procedimientos.
9
No se necesita metal de aportación.
Las velocidades de soldadura son muy elevadas (hasta 2000
mm/min).
Permitir la unión de una gran diversidad de materiales e incluso de
multitud de materiales distintos entre sí.
El coste de los equipos es elevado.
Genera rayos X, lo que requiere extremar las precauciones.
2.1.2. PROCESO DE SOLDADURA
10
El proceso de soldadura mediante haz de electrones se efectúa en una
cámara de vacío. Encima de dicha cámara se encuentra una pistola de
electrones. Las piezas a soldar se colocan en un manipulador motorizado
dentro de la cámara de vacío produciendo así soldaduras axiales o lineales.
La pistola de haz de electrones, consta de un cátodo y un ánodo entre los
que se genera una diferencia de potencial y se induce el paso de corriente.
Debajo del ánodo, hay una lente magnética, para dirigir el haz de electrones
hacia la zona de soldadura.
Este tipo de soldadura se basa en cinco objetivos que son:
Emisión de electrones por efecto termoiónico.
Aceleración y colimación en el ánodo.
Enfoque magnético y conducción al objetivo.
Absorción de la energía cinética por parte del metal base y fusión.
Solidificación del metal fundido y establecimiento de la unión.
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2.1.3. EQUIPO NECESARIO
Se encuentra conformado por:
CAÑÓN DE HAZ DE ELECTRONES: es un instrumento para
producir y para acelerar electrones.
SUMINISTRO Y CONTROL DE ENERGÍA: La unidad adquiere
energía de la línea de servicio y proporciona la corriente del haz y
normalmente menos de un amperio.
EQUIPO DE MOVIMIENTO PARA EL CAÑÓN Y PARA EL
TRABAJO: se usa para mover la pieza de trabajo, puede ser del todo
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complejo, oscilando desde un movimiento de un solo eje hasta cinco
o más ejes de movimiento en tres planos y con movimiento rotativo.
CÁMARA DE SOLDADURA: debe ser absolutamente a prueba de
gas. Este recipiente, el cual se evacua para reducir la presión hasta
un alto vacío, debe ser extremadamente fuerte para que no se tritura
bajo la presión atmosférica.
SISTEMA DE ALINEACIÓN Y DE VISUALIZACIÓN: El sistema
óptico está conectado al dispositivo de movimiento de trabajo para
lograr una alineación precisa.
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CÁMARA DE VACÍO; La forma más usual de la cámara de trabajo es
la cúbica, ya que se puede trabajar con piezas de diferente forma,
aunque para piezas específicas como tubulares se puede diseñar
una cámara de trabajo con forma cilíndrica. La cámara de trabajo se
ha de diseñar conforme a la pieza a trabajar. Para generar la presión
de trabajo en su interior se emplean diferentes tipo de bombas de
vacío: rotativas, difusoras y turbo moleculares.
PISTOLA DE HAZ DE ELECTRONES; En la pistola de electrones se
encuentra el cátodo, formado por una banda de Wolframio, por la
cual fluye una fuerte corriente alcanzando grandes temperaturas
(2500 °C) que emitirá una corriente de electrones. Por debajo de la
pistola se encuentra un anillo ánodo que acelera los electrones hasta
un 50-70% la velocidad de la luz.
La pistola se conecta a un sistema de potencia, el cual genera la
diferencia de potencial necesaria entre cátodo y ánodo. Estos
sistemas se pueden clasificar en dos tipos: Equipos de baja tensión
(15-60kV) y Equipos de alta tensión (100-200kV).
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2.1.4. MECANISMO DE SOLDADURA
La densidad energética hace que el
material se funda y evaporice en el centro
de la sección del rayo tan rápido que casi
no se conduce calor fuera de la zona de
impacto del haz.
El vapor generado es sobre calentado y
se expande a temperaturas mayores de
aproximadamente. 2700 K. La presión del
vapor generado es suficientemente fuerte como para forzar el metal
fundido hacia abajo y hacia los lados.
Se genera por lo tanto una depresión donde el haz de electrones
ataca material que aún no se ha evaporado y lo calienta aún más. De
esta manera se forma un capilar cuyo núcleo une las piezas.
2.1.5. CLASIFICACIÓN
En función del grado de vacío que existe en la cámara donde se realiza el
proceso, el soldeo por haz de electrones se clasifica en:
a. SOLDEO DE ALTO VACÍO
El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-13 MPa.
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Es un procedimiento idóneo para:
Conseguir uniones y zonas afectadas por la temperatura de
reducidas dimensiones.
Soldeo de metales reactivos con el oxígeno y nitrógeno, al
trabajar a vacío.
Soldeo de metales de gran espesor, debido a su gran poder de
penetración.
Las limitaciones del proceso son:
La limitación del tamaño de la pieza a soldar, pues la cámara
de vacío tiene un espacio útil reducido.
La baja producción, ya que requiere altos tiempos de bombeo
para alcanzar el vacío.
b. SOLDEO DE MEDIO VACÍO
El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-3300 Pa.
Las principales ventajas de este proceso son:
La productividad es mayor al reducirse el tiempo de bombeo.
El equipo es más barato, al no ser necesaria una bomba
difusora (imprescindible para obtener el alto vacío).
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Las limitaciones más importantes del proceso son:
La alta concentración de aire en la cámara aumenta la
divergencia del haz de electrones y en consecuencia la
soldadura presenta cordones más anchos y de menor espesor.
c. SOLDEO ATMOSFÉRICO
No se practica vacío en la cámara de soldadura, pero el cañón
debe trabajar a un vacío de 13 MPa como mínimo. En este
proceso la protección de la pieza se realiza con un chorro de gas
inerte.
Las ventajas de este proceso son:
Es la soldadura de mayor productividad, al no ser necesario
esperar a que se alcancen las condiciones de vacío.
No existen tantas limitaciones en relación al tamaño de la
pieza.
Las limitaciones del proceso son:
La divergencia del haz de electrones como consecuencia de
la mayor concentración de aire da lugar a cordones
considerablemente más anchos y menos profundos que los
obtenidos con los otros procesos.
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2.1.6. BENEFICIOS
El aporte térmico es pequeño, por lo que la zona afectada por el
calor también es más pequeña y se reducen los problemas
relacionados con la distorsión de las piezas soldadas.
Es un proceso limpio, es decir, tiene un menor riesgo de
contaminación del baño de fusión y del material que en cualquier otra
técnica de soldadura.
Proporciona cordones de soldadura estrechos y profundos, permite
realizar soldaduras de grandes espesores en una sola pasada.
Es un proceso que normalmente no utiliza material de aporte.
Permite soldar materiales con alta tendencia a la oxidación y
elevadas exigencias de pureza química, como el titanio,
superaleaciones, circonio, cromo, etc.
La alta densidad de energía permite soldar a altas velocidades.
Permite la ejecución de uniones de difícil acceso ya que el haz puede
proyectarse a 510 mm de distancia y además se puede provocar su
oscilación y deflexión por medios magnéticos.
Tiene una eficiencia de conversión de energía del orden del 65%
ligeramente superior a la de los procesos de soldeo por arco y muy
superior a la del láser.
Los parámetros que controlan la cantidad de calor que el haz
suministra a la pieza de trabajo son:
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El voltaje de aceleración entre el ánodo y el cátodo, que
normalmente es del orden de 30-200 kV.
La cantidad de electrones o intensidad del haz, que
habitualmente se sitúa entre 0,5 y 1500 mA.
El grado de concentración del haz o diámetro del foco, que suele
ser de 0,25-1.3 mm.
La velocidad de soldeo.
La relación existente entre estas variables se puede comprender analizando
la expresión:
Q=η (n×qe×V )Us
Donde:
Q: es la energía necesaria para realizar la soldadura por unidad
de longitud del cordón.
η: es el rendimiento energético del proceso.
n: es la intensidad electrónica.
qe: es la carga eléctrica del electrón (1,6021*10-19 C).
V: es la tensión de aceleración de los electrones o tensión entre
el cátodo y el ánodo.
Us: es la velocidad de avance o velocidad de soldadura.
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2.1.7. LIMITACIONES
El coste de los equipos, instalaciones y medios de protección es alto.
El tamaño de las cámaras de vacío limita el tamaño de las piezas
que pueden ser soldadas.
La preparación de los bordes y ajuste deben ser de precisión ya que
el foco del haz puede ser tan solo de décimas de milímetro.
La necesidad de realizar el vacío en el soldeo de medio y alto vacío
aumenta el tiempo de procesado de la pieza y, por tanto, disminuye
su productividad.
2.1.8. APLICACIONES
Las aplicaciones en las que se ha consolidado el soldeo por haz de
electrones son:
En la soldadura de grandes espesores (mayores de 100 mm).
En soldadura de metales refractarios y resistentes a la
corrosión.
En soldaduras de responsabilidad.
Soldeo disimilar de flejes continuos de aceros endurecidos,
como los que se usan para la fabricación de sierras y otras
herramientas.
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En la soldadura de sensores y transductores, en particular de
presión.
En cuanto a los sectores que más emplean este proceso son:
2.2. AEROESPACIAL
Componentes de reactores
Piezas de estructuras
Piezas de transmisión
Sensores
2.3. GENERACIÓN DE ENERGÍA
Espacio
Tanques de titanio
Sensores
2.4. SISTEMAS DE VACÍO
2.5. MÉDICO
Cápsulas de marcapasos
Prótesis de cadera
2.6. AUTOMOTRIZ
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Piezas de transmisión
Engranaes
Piezas de turbocompresores
2.7. INDUSTRIA ELÉCTRICA/ELECTRÓNICA
Piezas fabricadas en material de cobre
2.8. NUCLEAR
Carcasas de combustible
Piezas estructurales
Válvulas
Instrumentos
2.9. CENTROS DE INVESTIGACIÓN
Piezas de cobre
Componentes de materiales con superconductividad
2.10. VARIOS
Sierras de corta bimetálico
Tuberías fuera de costa
Válvulas
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2.11. TODOS LOS METALES, INCLUSO CON ALTA
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.
Acero y acero inoxidable
Aluminio y aleaciones
Cobre y aleaciones
Aleaciones de níquel y metales refractarios
Titanio y aleaciones
Zr, Mo, Ta, Hf, W, Nb, etc.
2.12. SOLDADURA DE METALES CON PUNTOS DE FUSIÓN
DIFERENTES
Cobre al acero
Cobre a las aleaciones de níquel
Acero a las aleaciones de níquel
Tántalo a tungsteno
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2.2. SOLDADURA BLANDA:
La soldadura blanda (“soldering”) es el proceso de unión de dos piezas
mediante calor y un material de aportación que se funde a una temperatura
por debajo de los 427 ºC (800 ºF) y por debajo del punto de fusión de las
piezas a ser soldadas.
El material de aportación utilizado en soldadura blanda varía en función del
material de las piezas a unir. Las aleaciones que más se utilizan son de
estaño-plomo, estaño-plata, estaño-zinc.
El objetivo de este proceso de soldadura entre piezas de iguales o distintos
materiales, es crear una unión permanente de alta resistencia, simplificar la
operación mecánica y adoptar técnicas de producción sencilla, siempre
compatible con las exigencias de la producción en cadena entre otros.
Existen distintos métodos para realizar la soldadura blanda por ejemplo el
soplete, resistencia eléctrica, ultrasonidos o por inducción entre otros. La
soldadura blanda realizada por inducción presenta una serie de ventajas
frente a estos otros métodos.
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Consiste en realizar uniones donde el material aportado tiene menor punto
de fusión (y distintas características químico-físicas) que el material base,
realizándose la unión soldada sin fusión del material base y mediante la
fusión del material de aportación que se distribuye entre las superficies de
la unión, muy próximas entre sí por acción capilar.
La soldadura blanda se distingue de la soldadura fuerte por
la temperatura de fusión del material de aporte. La soldadura blanda utiliza
aportaciones con punto de fusión por debajo de los 450 °C y
la soldadura fuerte por encima de los 450 °C.
Es un tipo de soldadura heterogénea, es decir, los materiales a soldar
pueden ser de la misma o distinta naturaleza, se caracteriza por la
utilización de un tipo de material de bajo punto de fusión, por debajo de los
400c, normalmente emplea el estaño, cuya fusión se produce entre los
200c.
La ejecución de esta soldadura representa las siguientes ventajas; las
piezas a unir no se funden, cuando está en estado líquido el material de
aportación penetra en las irregularidades de las piezas a unir, la unión se
realiza mediante el material de aportación, no de las piezas directamente.
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Tanto los equipos así construidos como los componentes de montaje
superficial pueden ser llamados dispositivos de montaje superficial, o por
sus siglas en inglés, SMD (Surface Mount Device).
2.2.1. PROPIEDADES DE LA SOLDADURA HETEROGÉNEA BLANDA
La resistencia de estas uniones a esfuerzos cortantes o de cizallamiento,
a temperatura ambiente, dependen de:
La distancia entre los metales que se han de unir.
La temperatura de soldadura.
El tiempo de calefacción.
La composición de los metales que se desea soldar.
Las propiedades de la unión varían si la aleación de aportación se alea o no
con los metales base. La distancia entre los metales que se desea unir
pude variar bastante.
Normalmente no se recomienda la soldadura blanda para unir el aluminio,
pues para ello ya se utilizan otros métodos. Para soldar cinc o hierro
galvanizado no debe estar presente el antimonio en el metal de aportación,
ya que forman una combinación difícilmente fusible.
2.2.2. METAL DE APORTACIÓN
26
Es el metal que se añade cuando se realiza la soldadura. Las
características que debe cumplir el metal de aportación son:
Capacidad de mojar al metal base.
Apropiada temperatura de fusión y buena fluidez para permitir su
distribución, por atracción capilar en las uniones.
Se capaz de producir una unión soldada que cumpla los requisitos de
resistencia mecánica y a la corrosión en estado normal de servicio.
Se utiliza cada material de aportación para un rango de temperaturas
determinado, el metal de aportación debe interaccionar con el metal base
con el que se va a utilizar. Sin embargo no debe formar ningún compuesto
que disminuya la resistencia de la unión.
El material de aportación se comercializa en forma de barras, pastas o
carretes de hilo. Los materiales de aportación utilizados en la soldadura
blanda son los siguientes:
Estaño–Plomo: Es el metal de aportación más común y es el
utilizado en casos generales.
Estaño–Antimonio-Plomo: Se añade antimonio porque mejora las
propiedades mecánicas del material de aportación.
Estaño–Plata: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados.
Estaño–Cinc: Se utiliza para soldar aluminio.
Estaño–Bismuto: Tiene una gran aplicación en el campo de la
electrónica.
27
Plomo–Plata: Mejora la capacidad de mojado del plomo cuando éste
es empleado en la soldadura blanda de acero, fundición o cobre.
Cadmio–Plata: Se emplea en la unión de cobre y también, aunque
menos, en la soldadura aluminio-aluminio teniendo una gran
resistencia a grandes temperaturas.
Cadmio–Cinc: Se emplea en la unión de aluminio.
Cinc–Cadmio: También se hace uso en las uniones de aluminio.
Cinc–Aluminio: Se utiliza para la soldadura de aluminio obteniendo
una gran resistencia a la corrosión.
En esta transparencia y la siguiente se muestran unas tablas con datos
técnicos de las diferentes aleaciones de soldadura.
28
29
2.2.3. FUNDENTE O PASTA LIMPIADORA
El fundente juega un papel primordial para realizar la soldadura blanda,
donde sus principales funciones son:
Aislar del contacto del aire.
Disolver y eliminar los óxidos que pueden formarse.
Favorecer el “mojado” del material base por el metal de aportación
fundido, consiguiendo que el metal de aportación pueda fluir y se
distribuya en la unión.
Los fundentes son mezclas de muchos componentes químicos. Entre los
que se pueden citar están los boratos, fluoruros, bórax, ácido bórico y los
agentes mojantes.
Se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o líquido. El fundente de
polvo puede aplicarse en seco, o disolverse en agua o alcohol con lo que se
mejora su adherencia. El tipo de fundente más conocido es el fundente en
pasta; el fundente líquido es el menos utilizado.
El fundente debe aplicarse después de la limpieza de las piezas mediante
brocha, espolvoreando en el caso de polvo, o disolviéndolo con agua o
alcohol con lo que mejora su adherencia. El fundente indica cuándo el
material base ha alcanzado la temperatura de soldadura y se debe aplicar
el material de aportación, en muchos casos el fundente, cuando se funde,
30
se vuelve transparente, indicando que ha llegado el momento de aplicar el
metal de aportación.
Una vez realizado el proceso de soldado, los residuos deben limpiarse para
evitar la corrosión. Tras retirarlo es necesario aplicar un tratamiento de
decapado, para eliminar los óxidos que se hayan podido formar durante el
soldeo en las zonas no protegidas por el fundente.
Cuando se utiliza poca cantidad de fundente, o se han sobrecalentado las
piezas, el fundente queda sobresaturado con óxidos, volviéndose
generalmente de color verde o negro, siendo difícil retirarlo, para este caso
será necesario sumergir la pieza en un ácido que actuara como decapante.
2.2.4. PROCESOS DE SOLDAURA BLANDA
Se destacan los siguientes procesos por su importancia:
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Soldadura blanda con soplete
Soldadura blanda en horno
Soldadura blanda por inducción
Soldadura blanda por resistencia
Soldadura blanda por inmersión
Soldadura blanda por infrarrojos
Soldadura blanda con soldador de cobre
Soldadura blanda por ultrasonido
Soldadura blanda con pasta
Soldadura blanda con olas
Soldadura blanda con soplete
El calentamiento del metal de aportación se consigue mediante la
llama de un soplete. La soldadura puede llevarse a cabo con uno o
más sopletes y puede ser manual o no.
Es necesario aplicar un fundente para realizar el decapado. En
general, el metal de aportación se va introduciendo manualmente
entre las partes a unir.
32
Se puede utilizar como combustible: acetileno, propano, gas natural
o gas ciudad, y como comburente (aire u oxígeno). La llama
producida con oxígeno será de mayor temperatura que si se
empleara aire, el gas quemado en el aire produce una llama de baja
temperatura, sin embargo el acetileno en oxígeno produce la
temperatura más alta.
Se puede ajustar la llama para conseguir una soldadura satisfactoria,
muchas veces se prefiere una llama reductora. Una excepción es el caso
del cobre no desoxidado ya que para su soldadura es necesaria una llama
oxidante o neutra. El ajuste de la llama oxiacetilénica es fácil ya que se
puede tener diferentes llamas por simple observación. La llama producida
con otros combustibles es más difícil de distinguir.
La fusión del fundente será una indicación de que se está alcanzando la
temperatura de soldadura. En el momento en que el fundente esté
33
completamente fundido, se aplicará el metal de aportación. Cuando el metal
de aportación fluya por la unión, cesará el calentamiento.
2.2.5. TIPOS DE SOLDADURA BLANDA
Soldador manual:
El método usado fuera del ámbito industrial. Se realiza con un
soldador y el aporte de material (aleación de estaño y plomo en
relación 60/40). Más adelante se describirá con todo detalle la
técnica de soldadura.
34
El diagrama de fases de la aleación Sn-Pb: En la soldadura manual
usada en electrónica se emplea una aleación de estaño y plomo (en
ocasiones también con cierto contenido de plata) en proporciones
determinadas. El comportamiento de dichas aleaciones en función de
la temperatura viene descrito por un diagrama de fases:
En el eje horizontal tenemos la composición de la aleación Sn-Pb en
porcentajes, y en el eje vertical la temperatura. El punto en que la
aleación se encuentra en estado líquido (o sea, fundida) con
temperatura más baja se llama punto eutéctico. Dicho punto
corresponde para aleaciones de Sn-Pb a un porcentaje del 63% de
Sn y 37% de Pb a la temperatura de 183ºC. Para esta aleación el
paso de sólido a líquido se produce de forma muy abrupta.
Para aleaciones con otros porcentajes de componentes el paso de
sólido a líquido se produce de forma gradual, pasándose por un
estado pastoso intermedio en el que la aleación se encuentra en
parte fundida y en parte en estado sólido.
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Soldadura por Ola simple y doble ola:
Un tanque contiene la aleación metálica de soldadura en estado
líquido (fundida). Mediante un sistema de bomba o de rodillo giratorio
se consigue crear una ola o protuberancia en la superficie del metal
fundido. Con un sistema de guiado se hace pasar la placa de circuito
impreso (PCB) precalentada, con los componentes sin soldar, por la
ola. Tras pasar por ella los componentes quedan soldados.
36
Soldadura por inmersión o baño muerto:
La placa, una vez precalentada y con sus componentes insertados,
desciende hasta entrar en contacto con la superficie líquida de la
aleación de estaño contenida en un crisol. El tiempo de inmersión es
crítico para efectuar soldaduras correctas. Este método queda
limitado a tecnologías de fabricación mayores o iguales a 1,27mm de
paso.
37
Soldadura por placa caliente fija:
En este sistema de soldadura la placa de circuito impreso se suelda
mediante el empleo de pastas de soldadura. Sólo es válido para
componentes SMD. La soldadura se efectúa colocando sobre una
placa calefactora la placa de circuito impreso. Por el calor que de la
placa calefactora se transmite a la PCB se produce la fusión de la
pasta de soldadura.
Seguidamente se retira la PCB de la placa caliente y se deja enfriar.
Soldadura por placa caliente móvil:
Similar al método anterior, se diferencia de él en que la PCB no
reposa estática sobre la placa caliente, sino que es trasladada
durante todo el proceso mediante un mecanismo de transporte:
38
Soldadura por conducción:
El calor pasa de la fuente al punto de soldadura por contacto directo
entre materiales.
Soldadura por convección:
El calor se transporta desde la fuente al punto de soldadura por
medio del movimiento de un fluido gaseoso.
Soldadura en horno de túnel continuo:
Se realiza introduciendo la placa de circuito impreso en un horno que
posee cinco zonas a diferente temperatura. La placa va pasando por
las diferentes zonas del horno gracias a un sistema de transporte.
Las zonas del horno son las siguientes:
✔ Zona 1: 80ºC.
✔ Zona 2: 175ºC.
✔ Zona 3: 240ºC.
✔ Zona 4: 160ºC.
✔ Zona 5: 75ºC.
Este método reduce las tensiones mecánicas en la PCB debidas a
cambios bruscos de temperatura, ya que tanto el calentamiento
como el enfriamiento de la placa de circuito impreso se hace de
forma gradual.
39
Soldadura Por radiación:
La energía parte de la fuente en forma de radiación
electromagnética. En el punto de soldadura se transforma en calor.
2.2.6. PROCESO DE EJECUCIÓN DE LA SOLDADURA BLANDA
1. Preparación y limpieza de las piezas a unir:
Las zonas de las piezas a unir deben permitir un contacto lo más
perfecto posible entre ellas, para ello será necesario prepararlas.
También será necesario limpiarlas, eliminando la cascarilla, óxido o las
posibles suciedades. Para la limpieza de la pieza utilizaremos el
fundente. Los más utilizados son: cloruro de cinc, la sal de amoníaco y
las resinas. Un indicio de la buena limpieza y ausencia de óxidos de las
piezas a unir es que el material de aportación fluye con normalidad, si
están sucias se formarán gotas.
2. Preparación del soldador:
El calentamiento de las partes a unir y la fusión del material de
aportación se realizarán mediante el soldador, para ello se enchufará el
soldador a la red eléctrica para producir su calentamiento. Deberemos
tener en cuenta de que las puntas del soldador se encuentren limpias
sin ningún tipo de restos de material de otras operaciones.
3. Ejecución de la soldadura:
40
Estando las piezas juntas se aplica una capa de material fundente, se
calientan mediante el soldador eléctrico y se acerca el material de
aportación, que al fundirse cae sobre la zona de unión. Al pasar un
tiempo, al solidificarse el metal (una vez retirado el soldador de la zona
de unión), las piezas quedarán unidas.
2.2.7. SOLDADURA DE UNA JUNTA
Para soldar una junta entre 2 piezas metálicas o no metálicas puede
seguirse el siguiente proceso:
a. Colocar las 2 piezas sobre una superficie adecuada.
b. Limpiar la zona de soldadura para eliminar los posibles óxidos,
grasas o pinturas.
41
c. Sujetar convenientemente las piezas de la zona de unión.
d. Aplicar una capa de fundente adecuado sobre la zona de unión.
e. Calentar el soldador hasta que las piezas a soldar alcancen la
temperatura adecuada.
f. Aplicar varios puntos de soldadura sobre la costura para que no
se separe por efecto de la dilatación.
g. Una vez puenteada la unión a soldar, hay que empezar la
costura por un extremo de la misma, desplazando el soldador
en una sola dirección y añadiendo el material de aportación
siempre que se requiera.
h. Una vez soldada la unión, se procederá a la limpieza de la
misma para eliminar restos de fundente que se hayan podido
quedar de las operaciones anteriores.
2.2.8. SOLDADURA DE CABLES ELÉCTRICOS
Para conseguir una unión perfecta entre 2 cables, podemos seguir los
siguientes pasos:
a. Pelar los extremos de los cables en una longitud adecuada a su
sección.
b. Cuando los cables no son de hilo rígido, es necesario trenzar los
hilos de cobre para evitar que se dispersen al aplicar el estaño.
c. Aplicar una capa de fundente sobre los extremos pelados de los
cables.
42
d. Calentar el soldador hasta que las piezas a soldar alcancen la
temperatura
e. adecuada.
f. Depositar una pequeña cantidad de estaño sobre cada uno de los
extremos pelados de los cables (en toda su superficie).
g. Juntar e inmovilizar ambos extremos y aplicar la punta del soldador
sobre los mismos hasta que el material de aportación vuelva a fluir
formando una disolución homogénea, momento en el cual se ha de
separar el soldador para conseguir el enfriamiento y solidificación de
la unión (evitando los posibles movimientos de los cables).
h. Aislar la unión obtenida con algún tipo de aislante.
2.2.9. VENTAJAS DE SOLDADURA BLANDA:
Mayor eficiencia del proceso
Calor rápido y localizado
Control de temperatura
Ahorro de energía
La oxidación es menor
Creación de juntas limpias, precisas y controlables
Tecnología no contaminante, limpia y segura
Conservación de recubrimientos de los materiales base
El proceso elimina la deformación y otros cambios no deseados
metalúrgicos en diferentes regiones de las piezas a soldar
43
Industrias relacionadas que utilizan este proceso son menaje, aplicaciones
industriales, petróleo y gas y energías renovables.
2.2.10. DEFECTOS TÍPICOS EN LA SOLDADURA BLANDA
Los defectos y sus posibles causas más típicas en la soldadura blanda son
los siguientes:
Falta de material de aportación, puede no haberse conseguido
una adecuada distribución por capilaridad.
Metal de aportación no adecuado o defectuoso.
Temperatura de soldadura baja por utilizar una mala técnica.
Tiempo de soldadura muy corto.
Limpieza de las piezas a unir inadecuada.
Poca cantidad de fundente o fundente inadecuado.
Oxidación del metal base.
Separación excesiva entre piezas.
Excesiva cantidad de metal de aportación donde no se desea.
Temperatura demasiado elevada debido a la mala técnica o a un
fallo en el horno.
Tiempo de soldadura excesivo.
Demasiado metal de aportación o tipo inadecuado.
Fundente atrapado.
Fundente no adecuado para el material de aportación.
Excesiva cantidad de fundente.
44
Corrosión del metal base por el metal de aportación que reduce el
espesor del material base.
Temperatura o tiempo de soldadura excesiva debida a una mala
técnica o a un fallo en el control.
Excesiva cantidad de metal de aportación.
Utilización del metal de aportación muy cerca del límite superior
de su rango de temperaturas.
Metal de aportación no adecuado.
Whiskering: En soldadura electrónica, se dice del crecimiento
espontáneo de hilos entre soldaduras próximas con el
consiguiente riesgo de cortocircuitos. Se observó por vez primera
en la electrónica de válvulas donde se utilizaban soldaduras de
estaño puro. La adición de plomo para crear una aleación de
Estaño-Plomo mitigó este problema durante décadas. Las
recientes legislaciones medioambientales relativas a la Soldadura
sin plomo habrían vuelto a plantear el problema y motivado
excepciones a la ley en equipamiento de uso médico y militar.
La soldadura fría se evita por un lado dejando el tiempo necesario
para que el soldador alcance la temperatura de trabajo y por otro
lado calentando con éste tanto el pad de soldadura como la patilla
del componente. No olvidar que el soldador ha de permanecer
unos instantes en la soldadura tras haber aplicado el estaño. La
soldadura requemada es evidente cómo hay que evitarla.
45
En cuanto a la cantidad de estaño que se aporta a la soldadura, las
siguientes imágenes dan una idea de cuál es la cantidad correcta:
2.2.11. FORMACIÓN DE ÓXIDOS
Las atmósferas se emplean para prevenir la formación de óxidos durante el
proceso de soldado, y en mucho de los casos reducir la presencia
de óxidos, para que el metal de aportación pueda mojar y fluir mejor sobre
el metal base limpio.
El empleo mayoritario de atmósferas controladas es en hornos. Cuando
esta se utiliza se suele prescindir de la limpieza post soldeo, aunque si se
utiliza fundente si será necesario la limpieza.
46
En uniones de alta calidad es siempre aconsejable la realización de la unión
en atmósferas controladas.
Las atmósferas que se utilizan son las de dióxido de carbono, monóxido de
carbono, hidrógeno y nitrógeno. Hay que tomar las precauciones necesarias
para el empleo de ciertos gases, bien por ser tóxicos, explosivos o cualquier
otro que pueda ser dañino para la salud.
2.2.12. USOS
La soldadura blanda tiene gran cantidad de aplicaciones, desde la
fabricación de juguetes hasta de motores de aviones y vehículos
espaciales. En general se utiliza para la unión de piezas de pequeño
tamaño, donde sería muy difícil utilizar un proceso de soldadura por fusión.
La soldadura heterogénea se suele utilizar en componentes electrónicos,
como circuitos impresos o transistores, piezas ornamentales y piezas de
intercambiadores de calor.
2.2.13. APLICACIONES
47
Este tipo de soldadura consiste en unir dos fragmentos de metal, que suele
ser con asiduidad de cobre, hierro o latón, por medio de un metal de
aportación (normalmente estaño) para conseguir una continuidad eléctrica
entre los dos trozos a unir.
La unión de ambos metales debe ofrecer la menor resistencia posible al
paso de la corriente eléctrica. Se deben cumplir algunos requisitos para que
la unión se lleve a cabo con éxito. La calidad del estaño deberá tener las
proporciones adecuadas: 60% de estaño y 40% de plomo
La soldadura blanda tiene gran cantidad de aplicaciones, desde la
fabricación de juguetes hasta de motores de aviones y vehículos
espaciales. En general se utiliza para la unión de piezas de pequeño
tamaño, piezas de diferentes materiales, donde sería muy difícil utilizar un
proceso de soldadura por fusión. La soldadura blanda se suele utilizar en
componentes electrónicos, como circuitos impresos o transistores, piezas
ornamentales y piezas de intercambiadores de calor.
48
La limpieza también juega un papel fundamental a la hora de soldar. Para
realizar una buena soldadura, ambos trozos deben estar limpios de grasa,
óxido, etc.
Existen distintos métodos para limpiar las partes a soldar, pero lo más
sencillo es utilizar estaño en carretes. Éste viene presentado en forma de
hilo enrollado y tiene en su interior uno o varios hilos de resina. El papel de
la resina es simple: al fundirse, desoxidará y desengrasará los metales a
soldar.
49
Las aleaciones usadas en electrónica se pueden encontrar comercializadas
en carretes de diferente tamaño (250g, 500g, 1kg, 2kg) y con diferentes
diámetros de hilo (0,5mm, 0,7mm, 0,8mm, 1mm, 1,2mm). Suelen incluir una
o varias almas de resina (flux) para facilitar la soldadura.
Aleación de Sn/Pb 60/40: Es la aleación más usada. Muy cercana a
la del punto eutéctico proporciona una transición de sólido a líquido
lo suficientemente rápida. Empieza a fundir a 183ºC y está
totalmente fundida a 188ºC.
Aleación de Sn/Pb/Ag 62/36/2: Aleación trimetálica correspondiente
al punto eutéctico. Funde a 179ºC. Evita la lixiviación (disolución)
cuando se suelda en superficies chapadas en plata u oro. El riesgo
de fracturas en la soldadura al enfriarse ésta es menor que con otras
aleaciones.
Aleación de Sn/Pb/Ag 5/93,5/1,5: Presenta un alto punto de fusión.
Empieza a fundir a 296ºC. Está totalmente fundido a 301ºC. Se
emplea en soldaduras que puedan soportar temperaturas elevadas.
Proporciona uniones mecánicamente más resistentes que las
aleaciones normales de estaño y plomo y soporta menores
temperaturas que éstas sin volverse frágiles.
50
Aleación de Sn/Pb/Ag 18/80/2: Permite soldar aluminio, latón,
níquel, acero inoxidable y, por supuesto, cobre. Empieza a fundir a
178ºC y está totalmente fundido a 270ºC.
Aleación de Sn/Cu 99/1: Aleación sin contenido en plomo.
Actualmente se trata de eliminar el plomo de componentes y
procesos en electrónica por cuestiones de salud y medio-
ambientales. Empieza a fundir a 227ºC y está totalmente fundido a
240ºC.
2.2.14. CARACTERÍSTICAS DE UNA SOLDADURA BLANDA BIEN
REALIZADA
Aunque para conseguir efectuar una buena soldadura lo mejor es la
experiencia, para comenzar podrían seguirse los siguientes pasos:
51
Comprobar que el soldador ha adquirido la temperatura
adecuada acercando el hilo de estaño a la punta y viendo que funde con
facilidad.
Preparar los elementos o piezas a soldar.
Acercar la punta del soldador a la unión de ambas piezas y
caldearlas; mantenerlo así durante unos segundos. Es conveniente que la
punta del soldador tenga un poco de estaño, pues se facilita la transmisión
de calor.
Transcurrido ese tiempo, acercar el hilo de estaño a la zona de contacto del
soldador con las piezas que se van a soldar, comprobando que el estaño se
funde y se reparte uniformemente por las zonas caldeadas.
Cuando se crea que es suficiente el estaño aportado, retirarlo, manteniendo
el soldador unos segundos.
Transcurridos dos o tres segundos, retirar el soldador sin mover las piezas
soldadas.
Mantener las piezas inmovilizadas hasta que el estaño se haya enfriado y
solidificado; nunca se soplará la soldadura, pues sólo se conseguiría un
enfriamiento prematuro que daría como resultado una soldadura fría, mate
y, en definitiva, defectuosa.
Comprobar que la soldadura queda brillante, sin poros y cóncava. En caso
de que cualquiera de estas condiciones no se cumplieran, limpiar de estaño
las piezas y volver a comenzar el proceso. En la figura se pueden ver
52
diferentes tipos de soldadura para diversas piezas: a la izquierda se han
dibujado varias soldaduras correctas y a la derecha, varias incorrectas.
Con el tiempo y la práctica, se aprende a utilizar la cantidad de estaño
apropiada. No por aportar mucho estaño la soldadura es mejor. De hecho lo
que suele ocurrir es que se crea una “bola” sobre la unión, pero que no
llega a hacer buen contacto. Un buen indicador de que la soldadura está
bien hecha es que la superficie del estaño adquiere forma “cóncava” como
se ve en la figura, mientras que las soldaduras mal realizadas mantienen
una superficie cónvexa o esférica.
2.2.15. LAS PASTAS DE SOLDADURA
Una forma diferente de presentación de las aleaciones de estaño para la
soldadura blanda son las pastas de soldadura. Compuestas básicamente
por resinas, que actúan como decapantes facilitando la soldadura, y por una
alta concentración de partículas metálicas de la aleación de soldadura, en
53
suspensión en las resinas. Las pastas de soldadura pueden comercializarse
en botes sin dispensador o en contenedores que incluyen alguna forma de
aplicador. Así, podemos encontrar recipientes en forma de jeringa o incluso
rotulador:
54
Las pastas de soldadura están pensadas para ser empleadas con
dispositivos SMD.
Las pastas de soldadura se usan en la soldadura de componentes SMD.
Industrialmente, la pasta de soldadura se aplica a la PCB antes de colocar
los componentes mediante un proceso serigráfico. En este proceso se
pueden dar muchos fallos. Para minimizarlos se deberá tener en cuenta lo
siguiente:
La pasta de soldar se debe almacenar correctamente antes de su
uso a una temperatura entre -5ºC y 19ºC.
En el momento de usar la pasta de soldar debe estar a la
temperatura ambiente del recinto de serigrafía, que debe ser de 22ºC
a 26ºC.
Remover la pasta de forma minuciosa pero no enérgica, para
conseguir una mezcla correcta de todos sus componentes. No
remover más de dos o tres minutos.
La humedad relativa en la sala de serigrafía debe estar comprendida
entre el 40% y el 50%.
Deben evitarse las corrientes de aire sobre la pantalla serigráfica.
La pasta sobrante de un proceso serigráfico debe ser guardada a
parte de la no usada para evitar posibles contaminaciones de la
pasta no usada.
55
En el empleo de pastas de soldadura a nivel no industrial se deben
usar aquellas que se comercializan en botes con algún tipo de
aplicador, ya que la técnica de aplicación de la pasta es totalmente
manual.
2.2.16. EL FLUX
El flux es una mezcla de sustancias químicas (resinas) que tienen por
objeto facilitar el proceso de soldadura blanda. Ello lo consigue de tres
formas diferentes:
1. Limpiando las zonas a soldar de restos de óxidos, aceites y
grasas.
2. Evitando que se forme nuevo óxido debido al calor de la
soldadura.
3. Facilitando que el material de aporte fundido moje las superficies a
unir.
Para soldaduras manuales de componentes THD debe usarse una aleación
de estaño en forma de hilo que incorpore uno o varios núcleos de flux. Este
tipo de estaño se presenta en carretes:
56
Para componentes SMD se recomienda también el hilo de estaño con
almas de flux pero, además, suele ser necesario el empleo de flux líquido
en procesos manuales de soldadura.
Para que el flux sea efectivo ha de alcanzar una temperatura mínima
llamada temperatura de activación. Dicha temperatura dependerá de la
composición concreta de cada tipo de flux.
Los tipos de flux son los siguientes:
57
R – Resina, fue el primer flux utilizado en la electrónica y aun se
emplea. Esta hecho de la savia que emana de algunos árboles (no
contiene haluros -grupo formado por un átomo de C y otro de
F, Cl, Br, I o At- ni ácidos orgánicos). Adecuado para limpieza con
solvente/detergente. El flux sobrante debe de ser retirado mediante
lavado.
RMA – Resina Media Activada (bajo contenido en haluros y ácidos
orgánicos débiles).
Adecuado para limpieza con solvente/detergente.
RA – Resina Activada (contiene haluros y ácidos orgánicos débiles).
Usado por algunos como no-clean (ver más abajo), usualmente con
solvente/detergente.
RSA – Resina Super Activada (alto nivel de haluros y ácidos
orgánicos). Limpieza con solvente/detergente.
OA – Orgánico Activado (alto nivel de haluros, alto nivel de ácidos
orgánicos fuertes). Debe de ser lavado con agua o con detergente.
NO-CLEAN – Los residuos no se lavan, no degradan la Resistencia
al Aislamiento de la Superficie (SIR).
VOC-FREE – Ácidos orgánicos débiles usualmente libres de
resinas. El alcohol es reemplazado por agua.
Se recomienda el uso de flux para reparar soldaduras defectuosas.
De este modo se evita la retirada del estaño en mal estado y el
posterior aporte de nuevo fundente.
58
2.2.17. TERMINALES DE COMPONENTES
Los terminales de los componentes THD son hilos desnudos y estañados.
Para proceder a su soldadura no hay que efectuar ninguna operación
especial, salvo quizás su limpieza de restos de óxidos, grasas y adhesivos.
Por regla general, la patilla debe ser cortada tras la soldadura, no antes.
En el caso de los componentes SMD sus terminales son o bien patillas muy
cortas y cercanas unas de otras o bien unas zonas con forma de casquillo
situadas en los extremos del componente. Sobra decir que la soldadura de
este tipo de componentes es más dificultosa que la de los THD.
59
Los pads de la PCB
Los elementos visto hasta ahora pueden soldarse entre sí o bien hacerlo en
una placa de circuito impreso (PCB). Si este es el caso, en la PCB se
dispondrá de zonas específicas para ello. Estas zonas se llaman pads o
nodos de soldadura:
Los pads deberán
adaptarse adecuadamente al componente que se soldará en él. Así, si se
trata de un componente THD deberá incluir un agujero pasante. En todo
caso, deberá tener el tamaño adecuado para poder realizar la soldadura por
el método manual.
La preparación de los elementos a soldar:
60
Es el primer paso a dar. En el caso de los cables e hilos consistirá en el
pelado y estañado. En el caso de patillas de componentes consistirá en su
limpieza y doblado para su inserción en regletas o PCBs.
En el doblado de las patillas de los componentes THD se debe procurar
dejar una separación de 2 ó 3mm entre el cuerpo del componente y el
doblez.
La soldadura de elementos en una PCB:
Tras introducir la patilla del componente o el hilo o cable estañado por el
orificio pasante se deberá proceder a la soldadura. La técnica de soldado es
la siguiente:
61
Calentar de forma simultánea con el soldador tanto el pad de
la PCB como la patilla del componente durante 1 ó 2s.
Añadir aleación de estaño NO A LA PUNTA DEL
SOLDADOR, sino directamente al pad da la
PCB, teniendo en cuenta que se debe aportar la cantidad
justa de aleación de soldadura, ni más ni menos (ésto sólo lo
da la práctica).
62
El soldador no debe retirarse de forma inmediata, sino que se debe dejar 1
ó 2s más tras haber añadido estaño. Pasado este intervalo de tiempo debe
retirarse el soldador y dejar que la soldadura se solidifique sin forzar a que
lo haga, es decir, no soplar ni hacer nada que provoque un enfriamiento
prematuro de la soldadura.
Si el proceso se ha realizado correctamente, el aspecto de la soldadura
será brillante y con la cantidad justa de estaño:
2.2.18. REQUISITOS, NORMATIVA Y CONSEJOS.
El MATERIAL DE APORTACIÓN es la ALEACIÓN que durante el proceso
de soldadura una vez en contacto con la unión (tubo-accesorio)
63
suficientemente caliente, asciende y se distribuye en el espacio entre
ambos y al enfriarse los une herméticamente.
El instalador decidirá en función del uso al que vaya destinada la
instalación, qué tipo de montaje, y qué tipo de soldadura, blanda o fuerte,
será la idónea para un trabajo correcto.
El material de aportación es una aleación formada normalmente por dos o
tres metales. Hay que tener en cuenta las temperaturas de fusión de los
elementos y de las aleaciones de soldadura más usuales ya que los
mejores resultados se obtienen empleando aleaciones con temperaturas de
fusión lo más bajas posibles y con intervalos de solidificación lo más
estrechos posibles. Además es recomendable el empleo de material de
aportación con buenas propiedades capilares, quedando prohibida la
utilización de soldeo que contenga plomo o cadmio en instalaciones de
agua para el consumo humano.
En cuanto a la cantidad de material de aporte a emplear se suele usar como
referencia – en soldadura blanda – tomar una longitud de hilo igual al
diámetro del tubo a soldar (hasta tubos de 28 mm).
Se elegirá soldadura BLANDA, esto es, la realizada con material de
aportación cuyo punto de fusión está en trono a los 250-260ºC y siempre
inferior a 450ºC según norma UNE-EN 1057, en los siguientes casos:
64
Instalaciones termohidrosanitarias, redes de distribución de agua caliente o
fría, calefacción y gas de baja presión (BP) (0,05bar)
Instalaciones donde la temperatura máxima de servicio no supere los
120ºC.
En diámetros de hasta 54mm.
NORMATIVA DEL ESTAÑO
En la actualidad, la única norma en vigor existente para los materiales de
soldadura blanda es la UNE-EN ISO 9453. Esta norma contempla todas las
aleaciones normalizadas con un punto de fusión inferior a 450 ºC.
Dentro de esta norma, son aptas para su utilización en instalaciones de
agua potable, calefacción, solar térmica y gas a baja presión aquellas que
tengan un punto de fusión superior a 220 ºC y que estén exentas de plomo,
65
en este sentido las únicas aleaciones que cumplen estas características
son:
o Nº 402 Sn97Cu3
o Nº 702 Sn96Ag4
o Nº 703 Sn97Ag3
o Nº 704 Sn95Ag5
Todas las demás aleaciones no cumplirán norma y no serán idóneas para
este tipo de instalaciones. Tradicionalmente, se decía que las aleaciones de
estaño cuanta más plata tuvieran eran mejores, pero actualmente se ha
comprobado que ello no es cierto, porque el hecho de añadir más plata a la
aleación de estaño, no provoca en sí mismo mejoras sustanciales en las
características físico-mecánicas de la aleación que además justifiquen el
aumento de coste de la misma.
Para cumplir con la norma UNE-EN ISO 9453, el instalador debe saber que
no basta con elegir una de las cuatro aleaciones señaladas, sino que
además debe fijarse en que en la etiqueta delproducto aparezca la siguiente
información:
Número o designación de la aleación
Permite tener una información concreta de que material es.
Número de lote
66
Permite tener una trazabilidad del material y disponer de información
de todos los factores que han intervenido en la elaboración del
producto.
Masa y cantidad
Tiene que indicar el peso del material por lo tanto tiene que figurar el
peso neto de producto.
Nombre o marca comercial de fabricante
Para poder identificar la procedencia del producto y en su caso
reclamar.
Esta información es básica para poder tener la seguridad de que el material
que se utiliza es un material adecuado y con todas las garantías.
Desde AFACOSOL (Asociación Española de Fabricantes y
Comercializadores de Materiales para el Soldeo Fuerte y Blando) se han
encargado a diferentes Notarías en diversos puntos de la geografía
española, recogidas de muestras de carretes de soldadura blanda con la
finalidad de elaborar un informe que arroje luz sobre la situación en el
mercado de este tipo de materiales.
Los resultados del informe revelan una situación generalizada grave debido
a que se está incumplimiento la normativa vigente y preocupante por el
desamparo que está padeciendo el instalador. El 100% del material
67
analizado y ensayado, presenta algún tipo de DISCONFORMIDAD,
habiendo casos muy graves de utilización de materiales prohibidos.
Los principales incumplimientos que se han detectado en los metales de
aportación para soldadura blanda son:
o La no coincidencia entre el material que aparece descrito en la
etiqueta del producto, del que realmente está compuesto el carrete.
o La falta de coincidencia entre el peso de material indicado en la
etiqueta y el peso neto real del material suministrado.
o El incumplimiento generalizado de las características técnicas de
producto que establece la norma UNE-EN ISO 9453 que es la única
norma existente actualmente para el material de aportación para el
soldeo blando.
Desde el año 2006 y fruto del trabajo conjunto de AENOR y AFACOSOL,
existen en el mercado aleaciones de soldadura blanda con la Marca N de
AENOR. La marca de calidad N de AENOR en los metales de aportación,
garantiza al instalador que el material cumple con todos los requisitos
técnicos de seguridad y de calidad necesarios para la soldadura blanda,
pasando por los controles y ensayos que estrictamente exige la norma
UNE-EN ISO 9453.
En la actualidad existen varias empresas que poseen el certificado de
AENOR y la Marca N para sus productos de soldadura blanda,
garantizándose así el cumplimiento de la norma de aplicación.
68
Como reflexión final los instaladores nos tenemos que plantear qué es
mejor:
o Comprar un producto del que desconocemos su verdadera
composición u origen y que no reúne las características técnicas, ni
la calidad necesaria, pudiendo provocar averías o accidentes.
o Comprar un producto más económico pero cuyo peso incumple lo
que exige la norma de aplicación.
Para que el instalador no tenga problemas a la hora de realizar la
soldadura, además de seguir los 10 sencillos pasos indicados
anteriormente, debe procurar emplear metales de aportación, tubos de
cobre y accesorios de cobre con Marca N de AENOR que le garantizan la
seguridad y calidad de estos materiales, su composición, origen y el estricto
cumplimiento de la normativa.
69
2.3. SOLDADURA POR EXPLOSIÓN:
2.3.1. CONCEPTO
La soldadura por explosión es un proceso de unión de metales en estado
sólido. Utiliza la fuerza originada en una detonación controlada para lanzar
un metal contra otro, sometiendo las superficies de unión a elevadas
presiones. Esto causa una deformación plástica en forma de onda en las
superficies de los metales a unir que quedan mecánicamente enclavados.
El proceso de soldadura por explosión se conoce técnicamente como EXW
(Explosion Welding) basándose en la detonación de una carga explosiva
colocada adecuadamente y que obliga a uno de los metales que se desean
soldar a precipitarse aceleradamente sobre otro.
Un proceso de soldadura de SSW en el cual una coalescencia rápida de
dos superficies metálicas es causada por la energía de un explosivo
detonado.
No se usa metal de relleno
No se aplica calor externo
No ocurre difusión el tiempo es demasiado corto
La unión es metalúrgica, combinada con un entrelazado mecánico
que resulta de un rizado Comúnmente usado para unir dos metales
70
disimiles, en particular para revestir un metal en la superficie de un
metal base, sobre grandes aéreas.
(1) Instalación en la configuración paralela, (2) durante la detonación de la
carga explosiva
71
2.3.2. CONDICIONES DE USO O CUANDO DEBE UTILIZARSE
Una de las condiciones fundamentales para que se realice esta soldadura
es la existencia de un flujo o chorro limpiador que viaja inmediatamente por
delante del punto de colisión en el que la velocidad de la chapa, presión,
ángulo y velocidad del punto de colisión se controlan de manera que este
flujo sea forzado a salir de entre las chapas a alta velocidad, expulsando
óxidos y contaminantes, dejando así limpias las superficies de unión.
2.3.3. PROCESO
El proceso de unión de materiales diferentes mediante soldadura por
explosión comienza por la limpieza de las superficies a unir. Aunque el
barrido de la onda explosiva ejerce una limpieza de la superficie es
recomendable. A continuación se coloca el material base, chapa #1, sobre
72
el cual se va a explosionar y se le colocan una especie de pequeñas
pletinas de metal en forma de L distribuidas por toda la superficie. Su
función es únicamente que al colocar la chapa del otro material, chapa #2,
quede una separación conocida y uniforme. Después se coloca un pequeño
cerco alrededor de esta “construcción”, de forma que al colocar el polvo
explosivo sobre la chapa #2 quede distribuido por todos los puntos incluidos
los bordes y no se caiga. Por último se coloca el detonador, generalmente a
media distancia de la longitud media de la chapa pero junto a un extremo
(depende de las dimensiones de la chapa). Al realizar la detonación, la onda
expansiva aprieta una chapa contra la otra creando una “ola” que recorre
toda la chapa. Debido a esta, todas las pletinas así como suciedad son
expulsadas y con el calor generado por la explosión, los materiales quedan
unidos entre sí.
El proceso es muy rápido, por lo que el calor generado en la detonación no
llega a transmitirse a los componentes metálicos. La unión se produce sin
calentamiento y sin formación de baño de fusión, por lo que las
características metalúrgicas de estas soldaduras serán diferentes a las de
las soldaduras por fusión. No se modificarán las propiedades mecánicas y
microestructura de los metales base, ni se formará una estructura continua
en la unión por solidificación.
73
Proceso de unión explosiva mostrando la reacción a alta velocidad que
emana del punto de colisión debido a la presión ascendente
1) PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES :
Las dos superficies a unir deben ser tratadas previamente para que
adquieran una rugosidad uniforme, que dependerá del material y el grosor
de las placas metálicas. Los valores de rugosidad suelen estar entre Ra = 1
y 3 μm.
2) MONTAJE :
Las placas se colocan paralelas, separadas una determinada distancia. La
placa fija, que es normalmente la más gruesa, se coloca sobre una
superficie de apoyo. La placa móvil se apoya sobre la fija, mediante unos
soportes en sus extremos. Estos son fácilmente expulsados del sistema
durante la unión, por lo que no es importante de qué material estén
fabricados.
Cuando la placa móvil es de gran tamaño, puede pandear si solo se apoya
sobre los soportes externos, por lo que se hace necesario disponer una
serie de soportes entre las placas para mantener la distancia de separación.
Estos soportes deberán ser ligeros para que puedan ser arrastrados por el
chorro, o quedar como inclusiones metálicas dentro de la soldadura. Es
común que se fabriquen de cintas de metal o de espuma.
74
3) CARGA DEL EXPLOSIVO :
Alrededor del borde de la placa móvil se coloca un marco para contener el
material explosivo. La altura del marco se calculará para lograr en la
explosión una determinada energía específica por unidad de superficie.
El material explosivo se elegirá para conseguir una determinada velocidad
de detonación (que es la velocidad con que avanza el frente de detonación
por la capa de explosivo), elegida en función de los metales a unir. El
explosivo, que puede ser granular o líquido, se coloca sobre la placa móvil
distribuido uniformemente. El detonador se coloca en una localización
adecuada en la superficie de la placa.
El rango de detonación requerido para la soldadura por explosión es inferior
al de los explosivos más comercializados. Consecuentemente, la mayoría
de los usuarios de esta técnica usan mezclas de explosivos propias. Las
características apropiadas de detonación pueden alcanzarse por mezclas
de explosivos comerciales como amatol, dinamita o NCN.
4) PROCESO DE UNIÓN :
El detonador o carga iniciadora se enciende eléctricamente, originando un
frente de detonación que avanza a lo largo de la capa de explosivo a la
velocidad de detonación. La explosión lanza la placa móvil contra la fija con
75
un determinado ángulo y velocidad de impacto. El impacto resultante
produce una presión muy alta y localizada en el punto de choque.
Durante el proceso de unión, las capas atómicas superficiales de ambas
placas pasan a estado plasma y el impacto lo expulsa en forma de chorro,
arrastrando las impurezas de las superficies a unir. El espesor restante no
se ve afectado por el calor. Las superficies limpias son las que impactan a
grandes presiones y se forma un borde de unión consistente en una
transición brusca de la placa fija a la móvil, sin fusión ni difusión y sin variar
las propiedades de los metales originales.
5) ALISADO :
La energía de unión genera una deformación elevada, haciendo necesario
un alisado o enderezado previo a operaciones posteriores. El equipamiento
necesario es del mismo tipo que el usado en la fabricación de las placas.
6) PREPARACIÓN DE LA PIEZA (DEL PRODUCTO) REQUERIDA :
Debido a los efectos del proceso en los bordes, es una práctica habitual
cortar el producto de una placa más grande, después de unirla. Las
opciones del proceso varían con la combinación de metales e incluyen
oxicorte, corte por plasma, corte por chorro de agua, serrado y
mecanizado.
76
7) TRATAMIENTOS TÉRMICOS:
La mayoría de los sistemas metálicos no requieren procesos posteriores de
tratamientos térmicos. Sin embargo, algunas combinaciones proporcionan
propiedades superiores si se eliminan las tensiones residuales después de
la unión.
2.3.4. VELOCIDAD DE SOLDADURA
Cuando β<10º, se puede utilizar la aproximación. β y Vp son los dos más
importantes parámetros en la soldadura por explosión. La formación de un
jet es esencial.
Wittman y Deribas desarrollaron un gráfico en el que se relaciona el ángulo
β con la velocidad de soldadura Vw. Estudiaron la formación de la
77
propulsión, la presión de impacto crítica, la máxima velocidad de impacto y
la transición de velocidad ondular-suave.
2.3.5. ZONA DE CALOR
Debido a que la duración del proceso de soldadura en el punto de unión es
corta, la zona de calor es reducida así como los efectos del calentamiento
en los materiales.
78
2.3.6. FORMA DE LA UNIÓN
La presión en el punto de colisión, que puede ser entre 100,000 a
600,000 psi los cuales son suficientes para mantener el metal con
aspecto de fluido viscoso.
Durante el proceso las primeras capas de material tienen
características de plasma debido a la alta velocidad de impacto
(200 a 500 m/s, 660 to 1,640 ft/s
2.3.7. DEFORMACIÓN POR EXPLOSIÓN
La deformación produce dos efectos secundarios principales:
Reducción de espesor: Durante la colisión, las fuerzas tienden a
retorcer el metal provocando zonas de reducción de espesor.
Esta reducción está en función de la dureza inicial de los metales
base y revestimiento, y de su grosor.
79
Irregularidad en la superficie: El revestimiento usualmente
requiere un maquinado para aplanar la superficie. (ver tabla:
regularidades estándar en material de revestimiento)
2.3.8. SECUENCIA DE EXPLOSIÓN
2.3.9. APLICACIONES
Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la calderería, para
la fabricación de recipientes a presión, y la industria eléctrica, para la
fabricación de juntas de transición donde entran en juego materiales
difícilmente soldables entre sí como el aluminio y el cobre.
80
La soldadura por explosión se utiliza principalmente para la fabricación de
chapas bimetálicas a partir de chapas de los metales que la compongan.
ACEROS DE CONSTRUCCIÓN NAVAL
Tradicionalmente, para la unión del casco de acero con la superestructura
de aluminio se ha empleado el método clásico. Este sistema constructivo
consiste en efectuar dicha unión por medio de una pletina de acero unida al
casco con soldadura para posteriormente fijarle la superestructura por
medio de remaches o pernos.
Esta solución constructiva, presenta los siguientes inconvenientes:
La zona de unión entre el casco y la superestructura queda
debilitada. El proceso constructivo requiere de mucha precisión,
trayendo como consecuencia el incremento en el tiempo necesario
para lograr el ensamblaje de la estructura.
Finalmente, durante la vida útil operacional de la embarcación, son
comunes trabajos de reparación en dicha zona, dado que los
remaches y la plancha tienden a romperse permitiendo la filtración de
agua de mar.
81
Es por esto que últimamente se ha realizado una investigación de las
propiedades tecnológicas de los aceros de construcción naval.
Los aceros de construcción naval han de poseer, por una parte, una
resistencia suficientemente elevada como para soportar sin romperse ni
sufrir deformación permanente, las cargas a que se ven sometidos en
servicio, sin que ello exija recurrir a escantillones exagerados, incompatibles
con la obligada limitación en el peso de las estructuras navales. Las
Sociedades Clasificadoras permiten los siguientes parámetros.
82
En la presente investigación se emplea en la detonación de los materiales
para la obtención de la barra de metales disímiles un explosivo llamado
“ANFOS” (Ammonium Nitrate Fuel Oil Solution). Un ANFOS es una
disolución de Nitrato de Amonio con Gas oil. Esta combinación soluciona el
problema que tiene el Nitrato Amónico: gran capacidad de absorber vapor
de agua. Este producto se obtiene preparando una disolución al 94 % en
peso de Nitrato Amónico y un 6 % de combustible Gas oil. Su característica
principal es de ser muy estables, económicos y requerirán de un iniciador o
una descarga eléctrica para explotar (detonador). Básicamente los
explosivos de este tipo, se comercializa en dos tipos, el ANFOS normal y el
ANFOS aluminizado.
Calderería
83
La calderería es una especialidad profesional de la fabricación mecánica
que tiene como función principal la construcción de depósitos aptos para el
almacenaje y transporte de sólidos en forma de granos o áridos, líquidos y
gas; así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas.
Muchos de estos depósitos reciben el nombre de silos y cisternas. El
material más común que se trabaja en calderería es el acero laminado y
vigas en diferentes aleaciones, formas y espesores.
2.3.10. FABRICACIÓN DE RECIPIENTES A PRESIÓN
Los usuarios y Fabricantes de recipientes sometidos a presión, con base en
la aplicación de Normas Internacionales y a sus experiencias en el tema,
han desarrollado ciertas prácticas comunes que han resultado ser
ventajosas para encarar el proceso del diseño y construcción de los nuevos
84
recipientes sometidos a presión. Las presentes Especificaciones, que
incluyen a aquellas prácticas más ampliamente aceptadas y utilizadas, nos
permitirán interpretar mejor los procedimientos y alternativas prescriptas por
la Norma al conocer de antemano conceptos generales de diseño y de
construcción, las que ahora podrán ser fácilmente interpretadas con la
simple lectura de las mismas.
SOLDADURAS
El Fabricante no podrá comenzar a soldar hasta que el
Procedimiento de Soldadura calificado y la Habilidad del
Soldador/Operador, sean aprobados por la Inspección del
Adquirente. Todas las soldaduras se realizarán en un todo de
acuerdo con las normas AWS (American Welding Society) en cuanto
a los materiales de aporte utilizados y con el Código ASME Sección
VIII y IX en lo referente a métodos y procedimientos de soldadura.
Para la soldadura de envolvente y casquetes se utilizará la forma “a
tope” de penetración y fusión completa. El procedimiento de
soldadura más moderno, seguro y rápido es el de Arco Sumergido
(SAW) o soldadura Automática.
Una de las prácticas más comunes para soldadura de ambos lados
es, con bisel en X (2/3 ext./1/3 int.), realizando desde la cara interna
la soldadura que hará de respaldo al SAW. Este respaldo, se
realizará mediante procedimiento manual con electrodo revestido
85
(SMAW), efectuando las pasadas necesarias s/espesor (s) ó bien
con Semiautomática de alambre macizo (GMAW ó tubular (FCAW),
en ambos casos con el modo de transferencia globular.
Posteriormente, repelada la raíz, se efectuarán las pasadas externas
de SAW. que sean necesarias para completar la soldadura.
Si no es posible el acceso al interior del tanque, se utilizará bisel del
tipo “V”, para soldar totalmente desde el exterior. Para este tipo de
soldadura, es imprescindible utilizar un procedimiento adecuado que
asegure la completa penetración; a este efecto, la raíz se efectuará
preferentemente con el procedimiento TIG (GTAW o bien con SMAW
utilizando el clásico electrodo celulósico E-6010. Eventualmente se
podrá colocar un anillo interno de respaldo que quedará incorporado
en forma permanente a la soldadura al soldar desde el exterior con el
proceso SAW ó con otro procedimiento. En todos los casos, los
procedimientos, siempre deberán estar calificados bajo ASME IX.
Las restantes uniones menores (conexiones, refuerzos, etc.) podrán
realizarse con SMAW ó GMAW, utilizando material de aporte acorde
a lo especificado por AWS.
Para cada forma y tipo de junta que se adopte y según sea el grado
de control radiográfico que se efectúe, el Código ASME establece el
valor de la eficiencia de junta E que interviene en el denominador de
la fórmula de cálculo del espesor de pared del recipiente. Para el
mismo tipo de junta, a mayor control mayor será el E permitido y
86
consecuentemente, menor será el espesor mínimo requerido (ver
UW-12 ASME VIII Div.1).
2.3.11. PREVENCIÓN
RIESGO DE INCENDIO O EXPLOSIÓN EN EL MANEJO DE HUMOS!!!
Algunos polvos de metales son combustibles - La reacción
exotérmica de oxidación de algunos metales produce suficiente
cantidad de calor como para provocar un incendio o incluso una
explosión si el material se encuentra confinado. Ejemplo: polvo de
Ti, de Mg, de Al, de Zn, etc.
La mezcla de polvos de diferentes metales también puede ser
combustible.
87
Se puede producir una reacción exotérmica con la oxidación de un
metal puro en polvo en contacto con el polvo de un óxido de metal
más noble.Ej: Al + Fe2O3 = Al2O3 + Fe + CALOR. De nuevo, si
estos polvos están confinados, se puede producir incluso una
explosión.
La gran densidad superficial que supone la acumulación de finos
polvos de un metal, hace que esas reacciones sean muy rápidas y
bruscas.
Estos polvos en movimiento, dentro de un ciclón, y mezclados con
gran cantidad de aire, hacen reacciones aún más bruscas.
Al extraer los humos, deben tenerse en consideración estos riesgos
para tomar las medidas oportunas.
La calidad de la unión se logra eligiendo previamente los parámetros
adecuados para el proceso, ya que durante la realización de esta soldadura
no es posible ajustarlos. Al realizar una soldadura por explosión hay que
considerar los metales que se estén combinando, sus propiedades y el
grosor de las planchas y elegir los parámetros del proceso para lograr unas
condiciones adecuadas en la colisión.
Los parámetros que controlan el proceso son el grado de preparación de las
superficies a unir, el material explosivo (que determina la velocidad de
88
detonación), la carga de explosivo (que determina la energía específica
liberada) y la distancia de separación entre las placas.
NORMAS DE SEGURIDAD
La Ley de Prevención de Riesgos Laborales es el pilar fundamental
de la política de prevención de riesgos laborales. La Ley se asienta
en el mandato constitucional contenido en el artículo 40.2 de la
Constitución y en el acervo jurídico europeo sobre protección de la
salud de los trabajadores. El contenido del texto legal se enriquece
además con los compromisos contraídos con la Organización
Internacional de Trabajo.
Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo: textos
legislativos íntegros de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales,
las normas derivadas y otras, en la web del INSHT.
Ministerio de Ciencia y Tecnología: Buscador de Legislación
Industrial y el MCYT para consulta de textos legales a través de la
base de datos BRISA.
Ministerio de Medio Ambiente: legislación en materia
medioambiental.
Ministerio de Sanidad y Consumo: Criterios de la actividad sanitaria
de los servicios de prevención.
La Oficina de Correspondencia de la OIT en Madrid publica los
convenios ratificados por España
89
La Constitución Española reserva al Estado la competencia exclusiva
en materia de legislación laboral, sin perjuicio de su ejecución por los
órganos de las Comunidades Autónomas. Éstas pueden, al igual que
las corporaciones locales (Ayuntamientos y otros entes) no obstante,
regular en cierta medida ámbitos que inciden en la Seguridad y la
Salud. - Consultar Boletines Oficiales y páginas web.
Normativa técnica no vinculante que recoge métodos y criterios de
evaluación, que debe aplicarse cuando la evaluación de riesgos exija
algo que la normativa legal no indique.
Es un marco regulador, no es de obligado cumplimiento y se
establece con participación y consenso de todas las partes
interesadas, que aprueba un organismo reconocido a escala nacional
e internacional por su actividad normativa. En el caso de España es
AENOR (Ley 21/1992 de Industria)
AENOR edita normas UNE procedentes de las normas EN (cuyo
cumplimiento supone conformidad con las directivas comunitarias) o
de normas internacionales ISO. Las normas orientan a los
fabricantes y suministradores sobre los requisitos que deben cumplir
los productos o servicios para garantizar la seguridad del usuario.
En AENOR está el Comité 81 sobre Prevención y Medios de
Protección Personal y Colectiva en el Trabajo, cuya secretaría
ostenta el INSHT. Este Comité está compuesto de 6 subcomités:
90
Protección Colectiva, Seguridad de las Máquinas, Riesgos por
Agentes Químicos, Ergonomía y Vibraciones y Choques. Consultar la
web de AENOR.
El cumplimiento de la norma aporta a los profesionales de la
prevención, información sobre el grado de fiabilidad y calidad del bien
o servicio obtenido o/y ofrecido.
Certificar un producto es verificar que sus propiedades y
características están de acuerdo con las normas y especificaciones
técnicas que le son de aplicación.
La Entidad Nacional de Acreditación (ENAC) acredita para
certificación.
91
2.4. SOLDADURA POR LÁSER
2.4.1. CONCEPTO
La soldadura por rayo láser (LBW, de laser-beamwelding) es un proceso de
soldadura por fusión que utiliza la energía aportada por un haz láser para
fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la
correspondiente unión entre los elementos involucrados. En la soldadura
láser comúnmente no existe aportación de ningún material externo. La
soldadura se realiza por el calentamiento de la zona a soldar, y la posterior
aplicación de presión entre estos puntos. De normal la soldadura láser se
efectúa bajo la acción de un gas protector, que suelen ser helio o argón.
Mediante espejos se focaliza toda la energía del láser en una zona muy
reducida del material. Cuando se llega a la temperatura de fusión, se
produce la ionización de la mezcla entre el material vaporizado y el gas
protector (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del
plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que
prácticamente toda la energía del láser se transmite directamente y sin
pérdidas al material a soldar.
La elevada presión y elevada temperatura causadas por la absorción de
energía del plasma, continúa mientras se produce el movimiento del
cabezal arrastrando la "gota" de plasma rodeada con material fundido a lo
largo de todo el cordón de soldadura.
92
Para controlar el espesor del cordón de soldadura, la anchura y la
profundidad de la penetración se pueden utilizar otro tipo de espejos como
son los espejos de doble foco.
De esta manera se consigue un cordón homogéneo y dirigido a una
pequeña área de la pieza a soldar, con lo que se reduce el calor aplicado a
la soldadura reduciendo así las posibilidades de alterar propiedades
químicas o físicas de los materiales soldados.
Dependiendo de la aplicación de la soldadura, el láser de la misma puede
ser amplificado en una mezcla de itrio, aluminio, granate y neodimio, si se
requiere un láser de baja potencia, o el amplificado por gas como el dióxido
de carbono, con potencias superiores a los 10 kilovatios y que por tanto son
93
empleados en soldaduras convencionales y pueden llegar hasta los 100
kilovatios.
Los sistemas de varios kilovatios en continua se utilizan para secciones
gruesas lo que hace que la soldadura pueda llegar a ser más profunda.
Para evitar la formación de burbujas de oxígeno durante la fase liquida del
material se utilizan algún tipo de gas inerte, como pueden ser el argón o el
helio. De esta forma se produce un poco de porosidad, dejando escapar
dichas burbujas.
Sirve para soldar relaciones de ancho-profundidad de entre 4-10.
2.4.2. CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO
El láser de alta potencia utilizado para la soldadura se trata de un
dispositivo que amplifica la radiación en una determinada longitud de
onda y la emite como haz coherente, casi paralelo, el cual puede
enfocarse para producir una cierta cantidad de energía capaz de fundir
en material con el cual se está trabajando. Esta densidad de energía
puede ser del mismo tipo de un haz de electrones, utilizado para la
soldadura.
94
El nombre de láser está formado por las letras iniciales del proceso de
este tipo de radiaciones: light amplificationbystimulatedemission of
radiation.
1.1. Funcionamiento del láser
Los átomos o moléculas del material fluorescente son excitados
por bombardeo con luz o energía eléctrica (a) y se colocan en
niveles de energía más altos (b). Se ven debilitados por emisión
espontánea y la mayor parte de los fotones emitidos que se
encuentran desplazados a lo largo del eje del tubo generan más
potencia por emisión estimulada de otros átomos excitados
siendo así amplificada la luz (d). En el espejo reflectante (e) los
fotones se reflejan hacia atrás a lo largo del tubo para poder ser
mayormente amplificados. (f) En la ventana de salida algunos
95
fotones se reflejan para continuar amplificándose y el resto se
transforman formando el haz saliente. Las etapas anteriores se
producen casi simultáneamente.
1.2. Dentro del campo de soldadura por rayo láser podemos encontrar
varios tipos como:
Lasers de estado sólido.
Lasers de gas.
LASERS DE ESTADO SÓLIDO
Uno de los materiales más corrientes para este tipo de láser y
también capaz de entregar una potencia elevada es el ion de cromo
en un cristal de rubí. Otro material para este tipo de láser en estado
sólido es el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio o YAG.
Otra forma de carácter práctico de láser puede consistir en una varilla
de rubí de 10 mm de diámetro y 110 mm de largo con sus extremos
rectificados con una gran precisión y pulidos. El cristal puede ser
irradiado mediante un tubo de descarga de xenón. Los iones de
cromo en el cristal emiten radiación estimulada, por esto, la que va
en un sentido axial se refleja hacia un lado y otro entre los extremos
de éste. La intensidad de radiación se eleva y el haz del láser es
irradiado por el extremo que se encuentra menos pulido.
96
Los altos niveles de energía para poder producir el haz del láser solo
pueden lograrse de manera intermitente, para poder realizar este
proceso de intermitencia en el láser descargaremos una batería de
condensadores a través del tubo de descarga de xenón. Estos
condensadores se encuentran cargados a un voltaje entre 1,2 y 4,4
KV. La intensidad luminosa del tubo se eleva en 1 ms a su valor
máximo y desciende de forma exponencial dentro de un periodo de
10 ms. En aproximadamente 5 ms se produce la emisión de luz
coherente dentro de una serie de impulsos. El rendimiento total
obtenido es del 1% con una salida entre 3 y 55 julios.
Todo esto nos permite obtener una concentración de energía por
encima de los 109 W/mm2, el cual es un nivel muy óptimo para poder
fundir el material. Cuando trabajamos con estas densidades de
energía este proceso se puede utilizar también para el taladrado de
agujeros y cortado en piezas. Para poder soldar con el láser la
energía producida no debe llegar más rápida de lo que puede ser
conducida como calor; esto exige un impulso menos agudo y más
sostenido que se consigue aumentando la inductancia del tubo o
empleando una conducción de retardo.
El láser de rubí es utilizado para taladrar cojinetes de rubí para
relojes e hilera a escala microscópica.
97
LASERS DE GAS
El láser más beneficioso para la soldadura y el corte es el CO2, el
medio emisor para este tipo de láser es una mezcla de anhídrido
carbónico, nitrógeno y helio. Puede trabajar continuamente y ha sido
desarrollado para la entrega de bajos vatios e incluso por encima de
20 KW. La radiación se encuentra en la región del infrarrojo lejano
del espectro, obteniendo una longitud de onda de unos 10,6 μm. Uno
de los lasers más típicos de CO2 está comprendido por un tubo de
vidrio por el cual circula una mezcla de gas con electrodos en cada
extremo los cuales producen una descarga de alto voltaje. En uno de
los extremos del tubo se encuentra alojado un espejo reflectante de
superficie dorada enfriado por agua, mientras que en el extremo
opuesto hay una ventana reflectante en parte, el espacio entre
ambas recibe el nombre de cámara del láser. En las ventanas se
utilizan rodajas de arseniuro de germanio o galio en montajes
enfriados por agua.
El rendimiento del 10 al 25% se traduce en que del 75 al 90% de la
energía de la descarga se disipa en el gas. Un incremento de la
temperatura del gas causaría la desestabilización del anhídrido
carbónico y una caída en energía de salida, por ello debe hacerse
circular continuamente a través del tubo permitiendo que parte del
98
calor que se produce tenga contacto con las paredes de vidrio las
cuales deben ser enfriadas con agua. Este proceso es llamado láser
de flujo axial lento y en él, el gas puede deshacerse o reciclarse
mediante un intercambiador de calor.
Si el gas es transportado a través del tubo del láser de alta velocidad
mediante un soplante, la pérdida de calor producida en las paredes
es muy pequeña y por tanto es despreciable, por ello éstas no
necesitan ser enfriadas por agua, pero todo el calor en exceso
deberá de reducirse mediante un intercambiador en algún punto del
circuito del gas; este es el láser de flujo axial rápido y el gas es
recirculado por un soplante. Los láser de flujo axial lento pueden
suministrar alrededor de 50-70W por metro de longitud de la cámara,
sin embargo los láser de flujo axial rápido pueden general hasta
600W por metro. Son posibles otras disposiciones en las cuales el
gas pasa transversalmente a través de la línea de descarga y
permiten cavidades ópticas más cortas y mayores potencias de
salida. Por encima de los 2,8KW no pueden emplearse ventanas de
salida reflectantes porque se ven sometidas a excesivo calor, y en su
lugar se emplea una batería de espejos con una ventana de aluro no
reflectante, totalmente transmisora, o una abertura.
99
Cuando la densidad de potencia en el punto enfocado del láser
excede de 12KW/mm2, tiene lugar un cambio en la cantidad de
energía absorbida por la superficie. Por debajo de dicha cifra una
cantidad generosa de energía que llega a la superficie se refleja,
pero una vez se ha superado el nivel de umbral, el rayo láser incide
con características perforantes, produciendo una transferencia de
calor mejorada. Para realizar cordones lisos, es necesario proteger el
baño mediante un gas inerte observándose que cuando es utilizado
helio para este fin el plasma obtenido, es menos visible que cuando
es utilizado argón.
La soldadura en la práctica no es fiable por debajo de un nivel de
potencia de 1,7KW, pero a mayor potencia la capacidad de
penetración es de unos 2,5mm/KW. Por ello un nivel de potencia de
5KW introduce dentro de la capacidad del láser una gama amplia de
posibles aplicaciones. El corte con láser de CO2 se realiza mediante
un chorro de gas coaxial con el rayo láser. Esto se obtiene haciendo
pasar el rayo láser a través de una cámara que termina en una
boquilla de aproximadamente 1,2mm de diámetro. La cámara se
encuentra llena de gas a presión y tanto el gas como el rayo láser
salen a través de la boquilla, la cual se encuentra por encima de la
superficie a cortar entre 1 y 2mm. Cuando se cortan metales férreos
se ve aprovechada la reacción exotérmica entre el metal y el oxígeno
100
para obtener energía extra. Los óxidos fundidos producidos se
desechan a través de la pieza por la presión del chorro de oxígeno.
Si la velocidad de corte es muy baja la reacción de oxidación se
mantiene por sí misma y por esto obtenemos el resultado de un corte
irregular. A velocidades muy altas el ancho de corte es controlado
por el láser, mediante el cual se obtiene un ancho de 0,6mm. Este es
un proceso de corte de baja deformación. El grosor que se podrá
cortar dependerá de la potencia del láser y este puede ser de hasta
14mm con 2,3KW.
Para la realización de corte de materiales no metálicos deberemos
ayudarnos mediante un chorro de gas coaxial, pero no de oxígeno
porque no nos proporcionará una reacción exotérmica con tales
materiales. No obstante es factible utilizar un chorro de nitrógeno,
aire o gas inerte, que deseche los productos de descomposición y
vapores producidos por el calor del láser.
2.4.3. APLICACIONES
Se utiliza, principalmente, para soldar:
Piezas de transmisiones en la industria automotriz.
Piezas unitarias grandes.
Series grandes y con buenos acabados.
101
Piezas de electrodomésticos.
Piezas para la industria aeronáutica de aluminio, titanio o níquel.
Industria del ferrocarril.
Recipientes a presión.
Industria alimentaria, a la hora de realizar embalaje de alimentos,
cuchillas de corte.
Para instrumental médico y quirúrgico.
Odontología.
2.4.4. VENTAJAS E INCONVENIENTES
Tiene como ventajas principales las siguientes:
Se puede transmitir por el aire, por lo que no se requiere un
vacío.
Es un proceso fácilmente automatizable por el hecho de que los
rayos se pueden conformar, manipular y enfocar ópticamente
usando fibras ópticas.
Este tipo de soldadura no genera rayos X.
Produce muy poca distorsión y tiene una tendencia muy pequeña
a la fusión incompleta, a las salpicaduras y a las porosidades.
No hay desgaste de herramienta, al no estar en contacto con la
zona a soldar.
Se puede controlar fácilmente la profundidad de penetración.
102
El inconveniente es el precio de los equipos, que es muy elevado.
Al ser equipos muy automatizados y altamente precisos requieren
una tecnología muy alta.
2. MÉTODOS PARA LA REALIZACIÓN DE LA SOLDADURA POR
RAYO LÁSER
La soldadura por rayo láser se puede realizar de dos formas distintas:
a. POR CONDUCCIÓN:
En este tipo de soldaduras la profundidad de la zona fundida va
aumentando a medida que aumenta la conductividad térmica y la
intensidad de la radiación.Es utilizada para la soldadura de
chapas de espesor pequeño
b. POR PENETRACIÓN PROFUNDA:
Esta soldadura posee un gran rendimiento ya que se consigue
desplazar la zona de mayor temperatura por debajo de la
superficie del material, por la acción del vapor recalentado y se
mantiene al material fundido en el sitio deseado gracias al efecto
de la tensión superficial, gravedad y otra serie de factores.
Este tipo de soldadura, como ya hemos citado con anterioridad,
debido a su afectación térmica reducida, no necesita material de
aporte y es fácilmente automatizable por esto se convierte en
103
fundamental a la hora de realizar soldaduras en los que la calidad
requerida es alta y no se desean grandes deformaciones
dimensionales.
Además, los materiales soldados no necesitan un tratamiento
posterior para eliminar tensiones.Esta facilidad de proceso
(automatización) hace que la velocidad del proceso sea de hasta
6 veces superior a otros procesos de soldadura.
2.4.5. MATERIALES CON LOS QUE SE TRABAJA
En la actualidad ha habido un gran avance en este tipo de soldadura, ya
que se puede soldar oro, aleación ligera, materiales disimilares, y
materiales plásticos, campo que está avanzando a grandes velocidades
y que ya se encuentra muy desarrollado.
La soldadura de plásticos (termoplástico estable) se puede llegar a
realizar utilizando unos aditivos especiales, denominadas resinas. Estas
resinas nos permiten soldar sin llegar a derretir el termoplástico, cosa
que sería impensable sin la utilización de este aditivo.
También existe la soldadura láser híbrida, que es la que combina la
soldadura por rayo láser con la soldadura de arco para así poder
obtener posiciones más flexibles y velocidades de soldadura más altas.
3. CONCLUSIONES:
104
CONCLUSIONES SOLDADURA LASER
En este trabajo se recogen distintos resultados obtenidos en los
procesos de soldadura Láser de diferentes aceros (ZStE220 y
DP440) y con dos tipos diferentes de unión (a tope y a solape).
Los resultados obtenidos en la soldadura a tope de estos aceros, con
distintos espesores (Aplicación en “tailoredblanks”) han estado
centrados en las propiedades mecánicas, de deformabilidad y fatiga
de los conjuntos soldados obtenidos.
Con respecto a la soldadura a solape, y debido a que las chapas
soldadas estaban recubiertas, los resultados han estado centrados
en las variables de proceso que han permitido obtener uniones libres
de de defectos (poros).
Es un proceso fácilmente automatizable por el hecho de que los
rayos se pueden conformar, manipular y enfocar ópticamente
usando fibras ópticas.
Produce muy poca distorsión y tiene una tendencia muy pequeña a
la fusión incompleta, a las salpicaduras y a las porosidades.
CONCLUSIONES SOLDADURA POR EXPLOSIÓN
105
Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la
calderería, para la fabricación de recipientes a presión, y la industria
eléctrica, para la fabricación de juntas de transición donde entran en
juego materiales difícilmente soldables entre sí como el aluminio y el
cobre.
Los metales soldados con éste procedimiento se usan para la
construcción de depósitos resistentes a materiales corrosivos, a altas
presiones y temperaturas o a una combinación de todo.
Varios, el principal de todos, es peligroso, requiere de una licencia y
titulación para manipular explosivos, unas instalaciones adecuadas
(la mayoría de empresas que llevan a cabo soldadura por explosión
están cerca de minas en desuso para aprovechar la seguridad que
brindan los túneles excavados) y es lento, sólo se puede soldar una
plancha de cada vez.
Comúnmente usado para unir dos metales disimiles, en particular
para revestir un metal en la superficie de un metal base, sobre
grandes áreas
CONCLUSIONES SOLDADURA BLANDA
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La soldadura blanda se emplea de forma accesoria para pequeñas
placas de metal, piezas de montaje de cobre, objetos de arte y
cableado eléctrico.
Este tipo de soldadura es muy práctico puesto que los materiales a
ocupar son de fácil obtención, el proceso no es complicado ni
costoso, no implica mayores riesgos para el soldador; al igual que las
herramientas a utilizar no son difíciles de usar.
De todas maneras es importante seguir todo el proceso de la
aplicación de esta soldadura con la cautela y la higiene que esta
requiere para obtener un resultado de excelencia.
4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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http://www.fontem.com/archivos/34.pdf
http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/pro_ma/21.pdf
http://www.ondacuadrada.es/viewtopic.php?f=20&t=179
http://prezi.com/zhrpfqmrvs8s/soldadura-por-explosion/
http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_explosiva
http://kambry.es/Apuntes%20Web/Procesos%20de%20soldadura
%20.pdf
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