Principios básicos de la soldadura.

Una soldadura se puede definir como una coalescencia de metales producidos por calentamiento a una temperatura adecuada con o sin la aplicación de presión, y con o sin el uso de un material de relleno.

En la soldadura por fusión, una fuente de calor genera suficiente calor para crear y mantener un baño de metal fundido del tamaño requerido.El calor puede ser suministrado por electricidad o por una llama de gas.La soldadura por resistencia eléctrica puede considerarse soldadura por fusión porque se forma algo de metal fundido.

Los procesos de fase sólida producen soldaduras sin fundir el material base y sin la adición de un metal de aporte.Siempre se emplea presión y generalmente se proporciona algo de calor.El calor por fricción se desarrolla en las uniones ultrasónicas y por fricción, y el calentamiento del horno se suele emplear en la unión por difusión.

El arco eléctrico utilizado en la soldadura es una descarga de alta corriente y bajo voltaje, generalmente en el rango de 10 a 2000 amperios a 10 a 50 voltios.Una columna de arco es compleja pero, en términos generales, consta de un cátodo que emite electrones, un plasma de gas para la conducción de corriente y una región anódica que se vuelve comparativamente más caliente que el cátodo debido al bombardeo de electrones.Normalmente se utiliza un arco de corriente continua (CC), pero se pueden emplear arcos de corriente alterna (CA).

La entrada total de energía en todos los procesos de soldadura excede la que se requiere para producir una unión, porque no todo el calor generado se puede utilizar de manera efectiva.Las eficiencias varían del 60 al 90 por ciento, según el proceso;algunos procesos especiales se desvían mucho de esta figura.El calor se pierde por conducción a través del metal base y por radiación a los alrededores.

La mayoría de los metales, cuando se calientan, reaccionan con la atmósfera o con otros metales cercanos.Estas reacciones pueden ser extremadamente perjudiciales para las propiedades de una unión soldada.La mayoría de los metales, por ejemplo, se oxidan rápidamente cuando se funden.Una capa de óxido puede impedir la unión adecuada del metal.Las gotas de metal fundido recubiertas de óxido quedan atrapadas en la soldadura y hacen que la unión se vuelva quebradiza.Algunos materiales valiosos agregados para propiedades específicas reaccionan tan rápidamente al exponerse al aire que el metal depositado no tiene la misma composición que tenía inicialmente.Estos problemas han llevado al uso de fundentes y atmósferas inertes.

En la soldadura por fusión, el fundente tiene un papel protector al facilitar una reacción controlada del metal y luego prevenir la oxidación al formar una capa sobre el material fundido.Los fundentes pueden ser activos y ayudar en el proceso o inactivos y simplemente proteger las superficies durante la unión.

Las atmósferas inertes juegan un papel protector similar al de los fundentes.En la soldadura de arco de metal protegido con gas y de arco de tungsteno protegido con gas, un gas inerte, generalmente argón, fluye desde un anillo que rodea la antorcha en una corriente continua, desplazando el aire alrededor del arco.El gas no reacciona químicamente con el metal, sino que simplemente lo protege del contacto con el oxígeno del aire.

La metalurgia de la unión de metales es importante para las capacidades funcionales de la unión.La soldadura por arco ilustra todas las características básicas de una junta.Tres zonas resultan del paso de un arco de soldadura: (1) el metal de soldadura, o zona de fusión, (2) la zona afectada por el calor y (3) la zona no afectada.El metal de soldadura es la parte de la junta que se ha fundido durante la soldadura.La zona afectada por el calor es una región adyacente al metal de soldadura que no ha sido soldado pero ha sufrido un cambio en la microestructura o propiedades mecánicas debido al calor de la soldadura.El material no afectado es aquel que no se calentó lo suficiente como para alterar sus propiedades.

La composición del metal de soldadura y las condiciones bajo las cuales se congela (solidifica) afectan significativamente la capacidad de la unión para cumplir con los requisitos de servicio.En la soldadura por arco, el metal de soldadura comprende el material de aporte más el metal base que se ha fundido.Después de que pasa el arco, ocurre un enfriamiento rápido del metal de soldadura.Una soldadura de un solo paso tiene una estructura fundida con granos columnares que se extienden desde el borde del baño fundido hasta el centro de la soldadura.En una soldadura multipaso, esta estructura fundida puede modificarse, dependiendo del metal particular que se esté soldando.

El metal base adyacente a la soldadura, o la zona afectada por el calor, está sujeto a una variedad de ciclos de temperatura y su cambio en la estructura está directamente relacionado con la temperatura máxima en cualquier punto dado, el tiempo de exposición y las velocidades de enfriamiento. .Los tipos de metales base son demasiado numerosos para discutirlos aquí, pero se pueden agrupar en tres clases: (1) materiales que no se ven afectados por el calor de la soldadura, (2) materiales endurecidos por cambios estructurales, (3) materiales endurecidos por procesos de precipitación.

La soldadura produce tensiones en los materiales.Estas fuerzas son inducidas por la contracción del metal de soldadura y por la expansión y luego la contracción de la zona afectada por el calor.El metal sin calentar impone una restricción sobre lo anterior, y como predomina la contracción, el metal de soldadura no puede contraerse libremente y se acumula tensión en la junta.Esto se conoce generalmente como tensión residual y, para algunas aplicaciones críticas, debe eliminarse mediante tratamiento térmico de toda la fabricación.La tensión residual es inevitable en todas las estructuras soldadas y, si no se controla, se producirá el arqueamiento o la distorsión de la soldadura.El control se ejerce mediante la técnica de soldadura, las plantillas y accesorios, los procedimientos de fabricación y el tratamiento térmico final.