Soldadura: métodos y fundamentos

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Utilizar el método correcto y seguir las medidas de seguridad adecuadas son dos elementos indispensables para llevar a cabo una soldadura fuerte y libre de afectaciones

Redacción Cero Grados

La soldadura es un proceso de fabricación que consiste en un metal fundido que une dos piezas de  metal. Las piezas son adheridas al derretirse ambas, agregando un material de relleno (plástico o metal), también derretido, el cual posee un punto de fusión menor al de la pieza a soldar. Cuando las piezas se enfrían, éstas se transforman en una articulación fuerte; sin embargo, no todos los metales se pueden alear para generar una unión, pues las soldaduras funden a temperaturas menores que las piezas metálicas a unir.

En el sector HVACR, como en cualquier otro, es fundamental contar con soldaduras fuertes que garanticen tuberías firmes y que no existan fugas, ya que éstas pueden convertirse en graves problemas para los equipos.

La soldadura se puede llevar a cabo a través de diferentes métodos, que dependerán del tipo de material que se utilice, la fuerza que se desee obtener entre las uniones, entre otros. Puede ser con y sin aporte de material a las piezas unidas, donde el material de aporte es de igual o diferente tipo a las partes a unir. Es importante considerar que la soldadura cambia la estructura física de los materiales que se suelden, debido a que cambia alguna de las propiedades de los materiales que se están uniendo.

Sin importar el método con el que se trabaje, siempre se debe contar con equipo de protección personal, trabajar en un lugar seguro y contar con medidas de precaución, tanto para salvaguardar la vida del técnico, como para garantizar la protección de los equipos.

Cuando se lleva a cabo un proceso de soldadura, el técnico tiene la responsabilidad de entregar un trabajo limpio y de calidad. Para evitar efectos no deseados, el personal a cargo debe elegir el método adecuado de soldadura que mejor se adapte a las necesidades; además de elegir los elementos de sujeción correctos y estudiar previamente la secuencia de la soldadura. Los principales problemas que deben evitarse son las porosidades y grietas, así como que las piezas queden quebradizas, pues esto debilitará las uniones.

Tipos y proceso

Soldadura blanda. Se realiza a temperaturas por debajo de los 400 ºC. El material metálico de aportación más empleado es una aleación de estaño y plomo, que funde a 230 ºC, aproximadamente.

Tal tipo de soldadura se lleva a cabo cuando se exige una resistencia considerable en la unión o cuando se trata de temperaturas muy excesivas.

Para llevar a cabo el procedimiento se debe limpiar las superficies y después recubrirlas con una capa de material fundente para evitar la oxidación y facilitar la unión.

Posteriormente, se deben calentar las superficies con un soldador. Cuando la superficie alcanza la temperatura de fusión del metal de aportación, éste se aplica y se deja secar hasta que las uniones se endurezcan.

Aunque la soldadura blanda es muy fácil de efectuar, presenta el inconveniente de que su resistencia mecánica es menor que la de los metales soldados; además, da lugar a fenómenos de corrosión.

Soldadura fuerte. Con este método se alcanzan temperaturas de hasta 800 ºC. Asimismo, se utilizan aleaciones de plata y estaño o de cobre y cinc. Como material fundente para cubrir las superficies y eliminar el óxido, se emplea el bórax. Mientras, un soplete de gas aporta el calor necesario para la unión.

Las uniones de soldadura fuerte correctamente realizadas son resistentes y duraderas y permanecen ajustadas. Este tipo de soldadura es necesaria para obtener uniones resistentes a las vibraciones, a la temperatura y al esfuerzo del ciclo termodinámico.

Pasos básicos:

  • Medición y corte
  • Escariado
  • Limpieza
  • Montaje y soporte
  • Introducción de nitrógeno
  • Calentamiento
  • Aplicación del material de relleno
  • Enfriamiento y limpieza

Soldadura por presión. Es una soldadura en frío, donde la unión entre los metales se produce sin aportación de calor. Puede resultar muy útil en aplicaciones en las que sea fundamental no alterar la estructura o las propiedades de los materiales que se unen. Se puede realizar por:

Presión en frío o en caliente. Consiste en limpiar las superficies por unir; tras ponerlas en contacto, aplicar una presión sobre ellas hasta que se produzca la unión

Por fricción. Se hace girar el extremo de una de las piezas y luego se pone en contacto con la otra. El calor producido por la fricción une ambas piezas por deformación plástica

Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete). El calor aportado en este tipo de soldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno, que resulta ser fuertemente exotérmica, pues se alcanzan temperaturas del orden de los 3500 ºC

En la llama se distinguen claramente diferentes zonas: una zona fría a la salida de la boquilla del soplete, donde se mezclan los gases; a continuación, el dardo, que es la zona más brillante de la llama y tiene forma de tronco de cono; posteriormente, se encuentra la zona reductora, que es la parte más importante de la llama, donde se encuentra la mayor temperatura (puede llegar a alcanzar los 3150 ºC) y por último el penacho o la envoltura exterior de la llama.

Elementos para el proceso:

  • Botella de acetileno (la botella va provista de válvulas de seguridad, de una llave de cierre y reducción de presión y de un manómetro de control de baja y alta presión) o un generador de acetileno
  • Botella de oxígeno a gran presión provista también de manómetros de control de baja y alta presión y de válvulas de cierre y reducción
  • Varillas metálicas de la misma composición que el metal que se desea soldar
  • El desoxidante, éste depende de la naturaleza de los metales que se suelden. Generalmente se presenta en forma de polvo que recubre las varillas del material de aportación
  • Tuberías, por lo general de goma, que conducen el acetileno y el oxígeno hasta el soplete, permitiendo además que éste se pueda mover con facilidad
  • Soplete. Dispositivo en el que se realiza la combustión de la mezcla de acetileno y oxígeno, cuya composición se regula adecuadamente por medio de dos válvulas

Soldadura por arco eléctrico. Es un método que se obtienen a bajo costo, además de ser de fácil y rápida utilización, el cual es aplicable a toda clase de metales, con lo que pueden obtenerse resultados perfectos.

Procedimiento
Se provoca la fusión de los bordes que se desean soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente, formando, al enfriarse, una pieza única, resistente y homogénea. Al ponerse en contacto los polos opuestos de un generador se establece una corriente eléctrica de gran intensidad. Si se suministra la intensidad necesaria, la sección de contacto entre ambos polos se pone incandescente. Esto puede provocar la ionización de la atmósfera que rodea a la zona de contacto y que el aire se vuelva conductor; de modo que al separar los polos, el paso de corriente eléctrica se mantenga de uno a otro a través del aire. Antes de iniciar el trabajo de soldadura deben fijarse las piezas sobre una mesa o banco de trabajo, a fin de que permanezcan inmóviles a lo largo de todo el proceso. Durante la operación, el soldador debe evitar la acumulación de escoria, que presenta una coloración más clara que el metal. El electrodo ha de mantenerse siempre inclinado, formando un ángulo de 15 grados, aproximadamente, sobre el plano horizontal de la pieza, y comunicar un movimiento lento en zigzag -de poca amplitud-, para asegurar una distribución uniforme del metal que se va desprendiendo del electrodo.

El arco eléctrico genera un cráter en la pieza. Es fundamental tener en cuenta la longitud del arco (distancia entre el extremo del electrodo y la superficie del baño fundido). Si el arco es demasiado pequeño, la pieza se calienta bastante y la penetración resulta excesiva; en ese caso, puede llegar a producirse una perforación peligrosa. Por el contrario, si el arco es demasiado largo, se dispersa parte de su calor y la penetración resulta insuficiente. El soldador debe mantener el arco a la longitud adecuada. Las temperaturas que se generan son del orden de 3500 °C.

Este tipo de soldadura puede realizarse con electrodos metálicos o de carbón, lo que ha dado lugar, a lo largo de la historia de la soldadura por arco, a varios procedimientos distintos:

Soldadura por arco sumergido. Utiliza un electrodo metálico continuo y desnudo. El arco se produce entre el alambre y la pieza bajo una capa de fundente granulado que se deposita delante del arco. Tras la soldadura, se recoge el fundente que no ha intervenido en la operación. Procedimientos de unión: soldadura, que se basa en aislar el arco y el metal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte. Procedimientos:

Zerener. El arco salta entre dos electrodos de carbón, y mediante un electroimán se dirige hacia la junta que se desea soldar para mejorar la aportación de calor. Actualmente, este procedimiento ha caído en desuso, debido a que se forma óxido en la soldadura y a que resulta excesivamente complicada tanto la construcción de los portaelectrodos, como su posterior retirada

Bernardos. Sustituye uno de los electrodos de carbón por la pieza que hay que soldar, de manera que el arco salta entre ésta y el otro electrodo de carbón. Constituye una mejora del método Zerener. Aún se emplea en algunas máquinas de soldadura automática con corriente continua

Slavianoff. Este método, de origen ruso y que data de 1891, realiza la soldadura mediante el arco que salta entre la pieza y un electrodo metálico. Dichas soldaduras son bastante deficientes, pues se oxidan con el oxígeno del aire

Kjellberg. En 1908, Kjellberg comenzó a utilizar electrodos metálicos recubiertos de cal. Este revestimiento, aunque no es el más adecuado, mejora mucho la soldadura. Efectivamente, la idea respondió al fin deseado, de manera que en la actualidad se están obteniendo importantes avances en la investigación de recubrimientos apropiados (recubrimiento ácido, básico, oxidante, de rutilo, entre otros) para los electrodos, que son cada vez más gruesos y completos. El recubrimiento, además, tiene otros fines, como añadir elementos de aleación al baño fundido, formar una escoria fluida, estabilizare el arco, entre otros

TIG. La sigla TIG corresponde a las iniciales de las palabras inglesas Tungsten Inert Gas, lo cual indica una soldadura en una atmósfera con gas inerte y electrodo de tungsteno. El procedimiento TIG puede ser utilizado en uniones que requieren alta calidad de soldadura y en soldaduras de metales altamente sensibles a la oxidación (tales como el titanio y el aluminio)

MIG. El electrodo es un alambre metálico desnudo consumible y la protección se proporciona inundando el arco eléctrico con un gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automática desde una bobina a través de una pistola de soldadura.

Esta soldadura puede realizarse empleando corriente continua o alterna. La tensión más ventajosa en corriente continua es de 25 a 30 voltios, pero para cebar el arco, al comenzar la tensión ha de ser de 70 a 100 voltios; por tal motivo, es necesario intercalar una resistencia en serie que haga de regulador. La intensidad de corriente está comprendida entre 30 y 300 amperios, según la amplitud y la profundidad de la soldadura que se realizará. Las máquinas de corriente alterna para soldadura llevan un transformador que reduce la tensión de la red, generalmente de 220 voltios, a la de soldadura (inferior a 70 voltios). Estos equipos son más sencillos y económicos, por eso son los más empleados, sobre todo para algunos trabajos que se realizan en pequeños talleres.

Brazing. Dos metales se unen con el uso de calor y un material de aporte que se funde a una temperatura por encima de los 427 ºC, pero por debajo del punto de fusión de los metales base a ser soldados.

Las uniones son fuertes, dúctiles, fáciles y rápidas de hacer; cuando son realizan correctamente, no hay necesidad de emplear esmeril, rellenar o usar cualquier acabado mecánico luego de la soldadura.

Se ejecuta a bajas temperaturas, reduciendo deformaciones, sobrecalentamientos y la dilución de los metales a ser soldados.

Métodos de automatización
Como los metales base nunca se funden, retienen intactas todas sus propiedades mecánicas y físicas; esto hace posible que se puedan unir metales no similares, ya que no importa si ellos tienen diferentes puntos de fusión. Otra ventaja de las soldaduras con brazing es su excelente apariencia.

Energía radiante
Un reducido número de procesos utilizan para la soldadura energía radiante. Su importancia, dentro del volumen total del producto industrial, es todavía muy reducida, pero merecen sobresalir por lo que podrían aportar en un futuro. Lo que caracteriza a estos procedimientos es su extraordinario poder para aportar la energía en la zona exacta donde se necesita, mediante el enfoque de la fuente radiante sobre el objeto que se soldará. Como consecuencia, se reduce al mínimo la zona afectada por la unión, no produciendo deformaciones apreciables. Por todo ello, y como excepción en los procesos de soldadura, tales procedimientos aparecen como procesos de acabado, ejecutados como últimos pasos de la fabricación.

Soldadura por resistencia eléctrica. En este tipo de soldadura, el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de la unión de las piezas. Puede realizarse por la soldadura de puntos. Aquí, las piezas quedan soldadas por pequeñas zonas circulares aisladas y regularmente espaciadas que, debido a su relativa pequeñez, se denominan puntos. Las piezas se sujetan por medio de los electrodos y, a través de ellos, se hace pasar la corriente eléctrica para que funda los puntos. Cuando se solidifican, la pieza queda unida por esos puntos, cuyo número dependerá de las aplicaciones y de las dimensiones de las chapas que se unen. Este tipo de soldadura tiene gran importancia en la industria moderna.

Posiciones más comunes para soldar

  • Soldadura plana: el metal de la soldadura se deposita sobre el metal base. El metal base actúa como soporte
  • Soldadura horizontal: el metal base da sólo soporte parcial. El metal de la soldadura que se deposita debe usarse como ayuda
  • Soldadura vertical: el metal base actúa como un soporte parcial solamente, y el metal que ya ha sido depositado debe usarse como ayuda
  • Soldadura sobre la cabeza: el metal base sostiene difícilmente al metal de la soldadura depositado. Se experimentará dificultad en la soldadura sobre la cabeza.

Independientemente del método de soldadura que se utilice, el trabajador jamás deberá desempeñar su labor sin protección, pues además de arriesgar su integridad física, pone en riesgo su trabajo, disminuye la calidad y se incrementa la posibilidad de no ser contratado nuevamente, pues dará una mala impresión. Recuerda que las buenas prácticas están primero.