3- Componentes del sistema
3.1- Fuente de calor
Para elevar la temperatura de metal base, además de
para conseguir la fusión tanto del fundente que se aplique como del metal de
aporte empleado para la unión, es necesario disponer de una fuente de calor.
Existen diversas formas de conseguir este foco de
calor: mediante hornos, bobinas de inducción..., aunque entre los más comunes y
fáciles de usar, están los llamados soldadores de estaño o eléctricos, y los
sopletes de gas.
Un soldador de estaño es un dispositivo que,
mediante el efecto Joule, convierte la energía eléctrica en calor. Por lo tanto
es un soldador eléctrico, y los hay de varios tipos:
• Soldador de resistencia, donde su extremo,
generalmente de cobre, dispone de una resistencia eléctrica que le permite
mantenerse a una temperatura constante. En función del uso a que se destine, el
extremo del soldador podrá tener forma de un martillo, de varilla o de punta.
Generalmente, los soldadores de punta fina se utilizarán para trabajos de
soldadura entre componentes de electricidad y electrónica, mientras que los de
punta gruesa se utilizarán en otros trabajos de soldadura que implique
superficies más grandes.
• Soldador instantáneo de tipo pistola, cuyo extremo
permite alcanzar la temperatura necesaria rápidamente.
Además de los soldadores eléctricos, la fusión del
fundente y del metal de aportación se puede conseguir mediante la llama que
genera un soplete.
En este caso, se puede utilizar como gas
combustible el acetileno, propano, gas natural o gas ciudad, y como comburente,
aire u oxígeno puro que puede ser suministrado en botellas a presión.
Evidentemente, la llama producida con oxígeno puro será de mayor temperatura
que si se empleara sólo aire. Y de entre todas, la llama producida por la
combustión del acetileno con el oxígeno es la que producirá la temperatura más
alta.
Figura 9. Equipo con soplete de gas
3.2- Fundente
Para facilitar que el material de aportación
fundido penetre bien por capilaridad entre las superficies de las partes a
soldar se utiliza una sustancia llamada fundente o flux, que es una mezcla de
unos componentes químicos (boratos, fluoruros, bórax...) y agentes mojantes.
El flux tendrá pues la misión de facilitar que el
material de aporte fluya mejor por entre las áreas donde se va a realizar la
unión, mojando las superficies y haciendo que la soldadura que finalmente
resulte sea más resistente.
El fundente se aplica después de haber realizado la
limpieza de las piezas a soldar, mediante brocha (o espolvoreando en el caso
que el fundente se presente en forma de polvo) sobre las superficies a unir.
También se puede aplicar disolviéndolo en agua o alcohol para mejorar su
adherencia al metal base.
El fundente, además de favorecer el
"mojado" del material base, consigue aislar la zona afectada por la
soldadura del contacto directo del aire, lo que reduce la posibilidad de que se
produzcan reacciones de oxidación con el oxígeno de la atmósfera, además que
ayuda a disolver y eliminar los posibles óxidos que puedan llegar a formarse.
En efecto, cuando el proceso de soldadura tiene
lugar al aire libre es necesario aplicar sobre las superficies del metal base
una capa de material que ayude a su protección del contacto directo con el aire
de la atmósfera.
Ello es así, porque al calentarse el metal base y
estar en contacto directo con el aire, el oxígeno presente en la atmósfera
tiende a reaccionar con el metal base para la formación de óxidos sobre la
superficie.
Sin embargo, al aplicar el fundente, cuando se
proporciona el calor para calentar las superficies del metal base, el flux o
fundente se disolverá, para así poder absorber mejor los posibles óxidos que se
formen durante la soldadura. Existe una variedad de material fundente en
función de la temperatura que se vaya a alcanzar, de los materiales a unir y de
las condiciones ambientales bajo las cuales se vaya a ejecutar la soldadura.
En todo caso, sea cual sea el fundente elegido,
éste deberá fundir y volverse completamente líquido antes que el metal de
aporte funda y se vierta sobre la unión. La mayoría de los fundentes se
suministran en forma de pasta, por lo que para su aplicación deberá emplearse brocha
para extenderlo por las superficies de unión, justo antes de aplicar la fuente
de calor.
Otra características importante de los fundentes,
además de la de protección y mejorar la fluidez del metal de aportación, es
que, una vez aplicado sobre la pieza base, indica cuándo este material ha
alcanzado la temperatura adecuada para llevara a cabo la soldadura.
Esto es así porque en muchos casos cuando el
fundente alcanza su temperatura adecuada, éste se funde y se vuelve
transparente, indicando entonces que ha llegado el momento de aplicar el
material de aportación.
3.3- Material de aporte
El material de aporte que se utilice para la
ejecución de la soldadura debe poseer una excelente capacidad de mojado de la
superficie del metal base. La temperatura de fusión del material de aporte,
según se ha dicho, deberá ser inferior al del metal base donde se vaya a
aplicar.
Pero además de la apropiada temperatura de fusión
en relación al metal base, el material de aporte que se utilice debe ofrecer
una buena fluidez cuando esté fundido para permitir su correcta distribución
por capilaridad por entre los huecos de las superficies a unir.
Figura 12. Diferentes formas de comercializar el
material de aporte
Una vez aplicado y solidificado, el material de
aportación deberá cumplir con los requisitos de resistencia mecánica y de
resistencia a la corrosión para las condiciones normales de servicio para las
que haya sido diseñada la soldadura. Para ello, el material de aportación
deberá ser compatible con el metal base, y en su contacto no deberá formar
ningún compuesto que disminuya la resistencia de la unión.
La forma de comercializar el material de aporte es
en forma de hilo enrollado en un carrete, aunque también puede comercializarse
en forma de alambre o varillas o en forma de pastas metálicas. En este último
caso, cuando se utilizan pastas para soldadura fuerte y blanda, éstas, además
del metal de aporte, ya incorporan el fundente y un aglomerante que sirve para
conservar la aglutinación de los componentes en suspensión. Las pastas, al
tener una aplicación rápida y sencilla, posibilita un control más riguroso en
el uso del material, y como además la pasta no tiene forma, se puede adaptar
mejor a una gran variedad de configuraciones y geometrías diferentes de unión.
A continuación, se relaciona la composición de los
materiales de aporte más usualmente empleados:
• Estaño-plomo: posiblemente es el metal de
aportación más común y empleado para casos generales que no exijan
requerimientos específicos.
• Estaño-antimonio-plomo: sobre el tipo anterior se
le añade antimonio para mejorar las propiedades mecánicas del material de
aportación. No obstante, para soldar piezas de cinc o de acero galvanizado no
se debe emplear un material de aporte que contenga antimonio, ya que este
compuesto participa en la formación de una combinación que es difícilmente
fusible.
• Estaño-plata: cuando se requiera soldar
instrumentos de trabajo delicados.
• Estaño-cinc: este metal de aporte se emplea para
soldar piezas de aluminio.
• Estaño-bismuto: metal de aportación empleado para
soldar componentes electrónicos.
• Plomo-plata: el uso de la plata mejora la
capacidad de mojado del plomo cuando se use para soldar elementos de acero,
fundición o cobre.
• Cadmio-plata: se emplea cuando se quiera soldar
piezas de cobre y también, aunque menos, piezas de aluminio(*) entre sí,
ofreciendo buena resistencia a elevadas temperaturas.
• Cadmio-cinc: se emplea para soldar piezas de
aluminio(*).
• Cinc-aluminio: se emplea para la soldadura de
aluminio ofreciendo una gran resistencia a la corrosión.
(*) En general, no se recomienda el procedimiento
de soldadura blanda para soldar el aluminio, dado que existen métodos
específicos de soldadura para este metal.
La base fundamental en una soldadura fuerte o
blanda está en asegurar una buena fluidez del metal de aportación para que
éste, por capilaridad, pueda rellenar el espacio existente entre las
superficies en contacto de las piezas. Para que esto ocurra es necesario
realizar una buena preparación previa de las piezas a soldar.
A continuación se relacionan los pasos a seguir con
objeto de poder realizar una correcta soldadura:
1- Determinación de la separación entre piezas:
Para que el material de aporte pueda fluir
correctamente por entre las superficies por donde tendrá lugar la unión, es
necesario determinar la correcta separación entre las partes. Normalmente para
conseguir uniones lo más resistentes posibles se recomienda que la separación
entre piezas se encuentre en el intervalo entre 0,25 y 1,20 mm. Separaciones
mayores darán lugar a uniones menos resistentes.
Hay que recordar que los materiales se expanden
durante el proceso de soldadura al aplicarles calor, y se contraen
posteriormente cuando se enfrían. Esta cuestión es especialmente importante
cuando se trata de soldar metales disímiles, con diferentes coeficientes de
dilatación, cuestión que habrá que tener en cuenta a la hora de posicionar y
realizar su sujeción, con objeto de permitir su expansión ó contracción
diferencial de cada una de las partes.
2- Posicionamiento de las piezas:
Asegurar una adecuada sujeción que garantice la
correcta alineación y posicionamiento de las partes a soldar es muy importante.
Cuando se necesite de elementos auxiliares para el soporte de las piezas a
soldar, éstos se deberán elegir de materiales que no sean buenos conductores
del calor, como lo son los materiales cerámicos, inconel o de acero inoxidable.
Con ello se conseguirá minimizar las pérdidas y mejorar la eficiencia del
proceso. Se deberá comprobar además, que el sistema de sujeción o soporte que se
emplee sea compatible con los procesos de dilatación por efecto de la
generación de calor durante la soldadura, con objeto de no alterar la correcta
alineación de las partes.
Otro aspecto importante antes de comenzar la
soldadura es elegir una configuración adecuada para la unión de las piezas.
Aunque hay muchas posibilidades de realizar el ensamblaje entre las piezas,
todas son una variedad de dos fundamentales: a tope y por solape.
Figura 13. Diferentes formas de posicionamiento
entre piezas
En la unión a tope, donde ambas piezas se
posicionan enfretadas borde con borde, la resistencia de la unión dependerá en
gran medida de la magnitud de la longitud de contacto. Esta solución es la más
simple, y en ocasiones, la más ventajosa al presentar una zona de unión
consistente y de espesor constante e igual al de las piezas a unir.
Sin embargo, para aplicaciones donde se requiera
una mayor resistencia en la unión, la unión por solape es la recomendable,
debido a que se genera mayor superficie de contacto al estar solapado una pieza
sobre la otra. En este caso ocurre que en la zona de unión el espesor es doble,
al estar una pieza sobre la otra. No obstante, este hecho no es un problema en
ciertos trabajos de soldadura, como en fontanería o plomería y aplicaciones
similares.
3- Elección de la aleación correcta para el
metal de aporte:
Aleaciones de plata, cobre y aluminio son las más
comúnmente empleadas como material de aporte para soldar metales en la
soldadura fuerte y blanda. Aleaciones de plata son usadas frecuentemente porque
tienen un punto de fusión relativamente bajo, mientras que las aleaciones de
cobre, que aunque su punto de fusión es más elevado, son también muy empleadas
al ser generalmente más baratas.
Asimismo, y dependiendo del tipo de aplicación, los
materiales de aporte suelen presentarse en forma de hilos que se suministran
enrollados en rodetes, en forma de varillas o alambres, o como pasta.
4- Eliminación de la grasa y limpieza de las
superficies:
La presencia de grasa o suciedad en las superficies
de la unión impedirá un correcto fluido del material de aporte. Por ello, antes
de comenzar el proceso de ejecución de la soldadura, habrá que eliminar la
presencia de cualquier resto de grasa o aceite mediante el empleo de
disolventes, así como reducir en lo posible la presencia de cascarillas y
óxidos sobre la superficie donde se llevará a cabo la soldadura, mediante su
decapado a base de cepillado o tratamiento químico.
En última instancia, y para asegurar el mejor
estado de las superficies, se recomienda una última limpieza a fondo empleando
el propio fundente como agente limpiador. Los más utilizados son el cloruro de
cinc, la sal de amoniaco y las resinas. Un indicativo de buena limpieza en la
superficie es cuando al aplicar el material de aportación, éste fluye con
normalidad, de lo contrario se formarán gotas impidiendo que el material de
aporte moje completamente las superficies a unir del metal base.
5- Aplicación del fundente sobre las superficies:
Por último, para facilitar que el material de
aporte pueda fluir mejor, además de servir de agente protector evitando que se
produzcan óxidos que perjudiquen a la soldadura, se aplicará el material
fundente o flux sobre las superficies entre las cuales se producirá la unión.
El fundente se aplicará, como se ha visto, después
de haber realizado la limpieza de las piezas a soldar, y se llevará a cabo
mediante brocha (o espolvoreando en el caso que el fundente se presente en
forma de polvo) sobre las superficies a unir. También se puede aplicar
disolviéndolo en agua o alcohol para mejorar su adherencia al metal base.
Una vez posicionadas las piezas, y aplicado el
material fundente sobre las superficies por donde se ejecutará la unión, se
pasa a elevar la temperatura de la superficie de las piezas del metal base
mediante la activación de la fuente de calor que se vaya a emplear (horno,
bobina eléctrica de inducción, soldador eléctrico o de estaño, soplete de gas u
otros).
Si se emplea un soldador eléctrico, deberá
verificarse que el extremo de éste se encuentre limpio y libre de restos de
ningún material adherido a la punta de la herramienta provenientes de otras
operaciones previas realizadas. Una vez comprobado su limpieza, se conectará a
la red eléctrica para iniciar su calentamiento y una vez alcanzado su
temperatura, se orientará para calentar las superficies de unión del metal
base.
En caso de utilizar un soplete como fuente de
calor, se comenzará primero dando salida al gas combustible, para posteriormente
mediante una chispa tratar de encender el soplete. Luego actuando sobre el
regulador del oxígeno situado en el mango del soplete, se regulará la llama
hasta conseguir la óptima (aproximadamente se produce para volúmenes iguales de
oxígeno y acetileno).
Figura 14. Soplete de gas
Una vez completado los pasos anteriores, esto es,
aplicado el fundente sobre el metal base y posicionadas las piezas, se
activará, como se ha dicho, la fuente de calor para calentar las superficies
del metal base hasta que alcance temperatura.
Generalmente, el uso del fundente adecuado a la
naturaleza del metal base ayudará a saber cuándo se ha alcanzado la temperatura
óptima. Ello es así porque el material fundente deberá fundirse al alcanzarse
la temperatura adecuada y, en la mayoría de las ocasiones, se volverá
transparente, indicando de manera inequívoca que ha llegado el momento de
aplicar el material de aportación.
Por tanto, una vez que se ha alcanzado la
temperatura correcta, que como se ha visto ocurre una vez se haya fundido el
fundente (en algunos casos, se vuelve transparente), se acerca el material de
aporte (suministrado en forma de hilo o barrita) al foco de calor, el cual, al
fundirse caerá sobre la zona de unión del metal base.
Para conseguir una unión lo más resistente posible
se recomienda que las partes que están siendo unidas se encuentren siempre a la
misma temperatura mientras dura el proceso de calentamiento. En la mayoría de
las ocasiones, el material de aporte se aplicará en la unión una vez alcanzada
la temperatura adecuada.
Por otro lado, el material de aporte tiene
tendencia a fluir hacia áreas de la unión que se encuentren a más temperatura,
por lo que se recomienda seguir aplicando calor en el lado de la unión opuesta
de donde se está depositando el metal de aporte. De esta manera, el calor
suministrado ayudará a que el metal de aporte fundido fluya mejor por entre las
superficies que generan la unión.
Una vez vertido el suficiente material de aporte,
se retira el hilo o la barrita del material de aportación y también el soldador
para ir suprimiendo el foco de calor, con objeto de dar tiempo de solidificarse
al metal aportado, quedando así las partes finalmente soldadas.
Si el proceso se ha realizado bajo una atmósfera
protectora, generalmente no es necesaria realizar una limpieza final de la
unión. Sin embargo, cuando la soldadura se haya realizado al aire libre sí se
hace necesario realizar una limpieza final de la zona de unión para evitar que
se produzcan fenómenos de corrosión.
Los restos de fundente que queden tras la soldadura
son químicamente corrosivos y deben ser eliminados. Por ello, tras solidificar
el metal de aporte se recomienda rociar la zona de la unión con agua caliente.
En otros caso suele ocurrir que el fundente queda
sobresaturado con restos de óxidos (se vuelve de un color verdoso o negro) que
dificulta su retirada. Si esto ocurriese la mejor manera de eliminar los restos
de residuos es sumergir la pieza soldada en una solución ácida que actúe como
decapante.
Tabla 4.
Tipos de atmósferas recomendadas
|
||||||
Combinación de Soldadura
|
Tipo de atmósfera
|
|||||
Material base a soldar
|
Material de aporte
|
Al vacío
|
Hidrógeno
|
Nitrógeno
|
Argón
|
Aire
|
Acero
|
Cobre
|
Sí
|
No
|
Sí
|
Sí
|
No
|
Acero
|
Plata
|
No
|
Sí
|
No
|
No
|
Sí
|
Acero Inoxidable
|
Cobre
|
Sí
|
No
|
Sí
|
Sí
|
No
|
Acero Inoxidable
|
Plata
|
No
|
Sí
|
No
|
No
|
Sí
|
Acero Inoxidable
|
Oro
|
Sí
|
Sí
|
No
|
No
|
No
|
Acero Inoxidable
|
Níquel
|
Sí
|
Sí
|
No
|
No
|
No
|
Aluminio
|
Aluminio
|
Sí
|
No
|
No
|
No
|
Sí
|
Cobre
|
Plata
|
No
|
No
|
No
|
No
|
Sí
|
Cobre
|
Plata con Litio
|
No
|
No
|
Sí
|
Sí
|
No
|
Níquel / Iconel
|
Plata
|
Sí
|
No
|
No
|
No
|
No
|
Titanio
|
Plata con Litio
|
Sí
|
No
|
No
|
No
|
No
|
ACTIVIDADES
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