METALURGIA DE LA SOLDADURA

METALURGIA DE LA SOLDADURA

TIPOS DE UNIONES

Existen diferentes formas de disponer las uniones por soldaduras, las más usuales son:

Soldadura a Tope

Cordón de Soldadura a Tope

Soldadura a Tope con elementos en prolongación en T ó en L.
Los bordes se preparan según los tipos H, V, X, Y, Z, indicados en los gráficos; se determinan en cada caso según su espesor y por la posición de los elementos a unir según la tabla siguiente:

Espesor	En Prolongación Horizontal	En Prolongación Vertical	en T ó L
5	H	H	---
5 -10	H	V	Z
10 - 15	V	V	Z
12 - 50	V	V	Y
20 -40	X	X	Y

En caso de unir dos piezas de distinta sección dispuestas en prolongación, la que posee mayor sección se adelgaza con una pendiente no superior al 25% hasta conseguir el espesor de la pieza más delgada en la zona de contacto.
La soldadura debe ser continua a todo lo largo de la unión y con completa penetración.
En uniones de fuerza, debe realizarse por ambas caras el cordón de soldadura.
En caso de no ser posible el acceso por la cara posterior, la soldadura se realiza por medio de chapa dorsal.
El cordón de soldadura a tope no necesita dimensionarse.

Soldadura en Ángulo

Cordón de soldadura en ángulo - G.

La soldadura en ángulo puede ser en ángulo de esquina o en solape.
Se realiza con cordón continuo de espesor de garganta G, siendo G la altura del máximo triángulo isósceles inscrito en la sección transversal de la soldadura (ver gráfico).
Si la longitud del cordón no supera los 500 mm, para su ejecución se comienza por un extremo siguiendo hasta el otro.
Cuando la longitud se encuentra entre 500 mm y 1000 mm, la soldadura se ejecuta en dos tramos, iniciándola en el centro.
Cuando la longitud supera los 1000 mm, la soldadura se ejecuta por cordones parciales, terminando el tramo donde comienza el anterior.
Las esquinas de chapas donde coinciden los puntos de cruce de cordones, debe recortase para evitar el cruce.
Nunca se ejecuta una soldadura a lo largo de otra ya realizada.
Se deberá indicar en los planos del proyecto el tipo de soldadura y sus medidas (longitud y espesor de garganta G).
Los planos de taller deben indicar la preparación de bordes.

TIPOS DE JUNTA

La soldadura es el proceso de unir dos o más objetos utilizando altos niveles de calor. Un material de relleno, llamado soldadura, es añadido para formar una sustancia líquida fundida en el área en que se encuentran los objetos que se desea unir. Ésta área es llamada junta, o junta soldada. Cuando se quita la fuente de calor, el metal se enfría rápidamente para formar una unión sólida. La soldadura se utiliza en construcción, manufactura y otras aplicaciones industriales, para unir materiales como hierro u acero.

 Junta a tope

La junta a tope es el tipo más simple de junta soldada. Se utiliza para unir dos objetos que reposan sobre el mismo plano. La junta entre los dos objetos puede consistir en dos bordes cuadrados, en forma de "V" o de "U". El perfil depende de los materiales que serán soldados, y también puede depender de la aplicación que se le desea dar a esos materiales. Todas las juntas a tope pueden consistir en una soldadura simple o doble, siendo las soldaduras simples las que tienen una mejor relación costo-beneficio.

Juntas de borde

Una junta de borde es similar a una junta a tope, pero se usa sobre los bordes de dos objetos de distribución vertical. Por ejemplo, esta junta se utiliza comúnmente para crear una chapa doble de acero. Las chapas se apilan una sobre la otra, y al menos un borde se suelda mediante este método. Para añadir fuerza a la unión, deben soldarse dos o más bordes.

Juntas solapadas

Las juntas solapadas o traslapadas se usan para superponer dos objetos que no reposan directamente uno sobre el otro. Como sólo una pequeña porción de los objetos se superpone, una junta de bordes no es suficiente. En su lugar, se sueldan las juntas donde el borde de uno de los objetos toca al otro. Por ejemplo, imagínate una escalera, con los peldaños representando una serie de objetos metálicos. Una junta solapada se colocaría en la intersección de cada objeto vertical con el escalón horizontal.

Soldadura de esquinas

La soldadura de esquinas se usa para unir dos objetos en un ángulo de 90 grados. Los objetos se colocan de manera tal de que sólo se toquen sobre un borde. Ésto deja un surco en forma de "V" que debe ser rellenado con material de soldadura. Utilizar esta soldadura en "V" permite una unión mucho más fuerte, y también permite al soldador unir los objetos en un solo paso. Si los objetos fueron acomodados de una manera distinta, la unión puede requerir de dos soldaduras separadas (en la parte superior e inferior) y podría no resultar tan fuerte.

Soldadura en "T"

Las soldaduras en "T" se utilizan para unir dos objetos en el ángulo adecuado para formar una forma de "T". Un ejemplo simple sería una viga de metal suspendida de un cielorraso. La soldadura puede realizarse en uno de los dos lados de la viga, donde ésta se une con la cubierta del techo. Si el objeto metálico estuviera colocado por encima del techo en un formación de tipo cruz, el resultado de la soldadura sería lo que se conoce como una junta en forma de cruz.

ZONA AFECTADA POR EL CALOR

Los efectos de soldar pueden ser perjudiciales en el material rodeando la soldadura. Dependiendo de los materiales usados y la entrada de calor del proceso de soldadura usado, la zona afectada térmicamente (ZAT) puede variar en tamaño y fortaleza. La difusividad térmica del material base es muy importante - si la difusividad es alta, la velocidad de enfriamiento del material es alta y la ZAT es relativamente pequeña. Inversamente, una difusividad baja conduce a un enfriamiento más lento y a una ZAT más grande. La cantidad de calor inyectada por el proceso de soldadura también desempeña un papel importante, pues los procesos como la soldadura oxiacetilénica tienen una entrada de calor no concentrado y aumentan el tamaño de la zona afectada. Los procesos como la soldadura por rayo láser tienen una cantidad altamente concentrada y limitada de calor, resultando una ZAT pequeña. La soldadura de arco cae entre estos dos extremos, con los procesos individuales variando algo en entrada de calor.

Unir metales por soldadura es una habilidad que demanda exactitud y experiencia. La calidad de la soldadura depende de la combinación de los materiales usados en la base y el material de relleno.

No todos los metales se pueden soldar, y no todos los materiales de relleno trabajan bien con materiales base aceptables.  Aunque el material base y el material de relleno son complementarios, la soldadura está sujeta a efectos detrimentales debido a el proceso de soldado.

La microestructura de los materiales base siempre se altera por la fusión de su sustancia. El calor generado por la fuente de energía, seguido del enfriamiento del material causa cambios en el área alrededor de la zona de fusión. Ésta área modificada, también llamada como la zona afectada por calor (HAZ- Heat affected zone) puede variar en tamaño y fuerza. En general, la extensión y magnitud de la HAZ es inversamente proporcional a la tasa de difusividad y enfriamiento del material, por ejemplo, en el caso donde la difusividad térmica es alta, la tasa de enfriamiento del material es alta, y la HAZ es pequeña; en el caso donde la difusividad térmica es baja, la tasa de enfriamiento es más lenta y la HAZ es más grande.

En el dibujo de arriba, el gris oscuro representa la unión soldada ó zona de fusión, el gris claro representa el material base, y el gris medio es la zona afectada por calor (HAZ). De hecho, la HAZ es una porción del material base que no se ha fundido, pero que sus propiedades mecánicas han sido alteradas por el calor del proceso de soldadura. Es entendible, que esta alteración pude ser detrimental, causando esfuerzos que reducen la fuerza del material base, conduciendo a fallas catastróficas. Es por ello que la prueba de soldadura es una parte esencial del control de calidad.

Las pruebas de soldadura se dan de dos formas: Métodos No-destructivos tales como técnicas de impacto acústico que detectan la presencia de fracturas, y métodos destructivos, donde una muestra de soldadura es sujeta a una serie de pruebas de esfuerzos que al final resulta en su destrucción. Las pruebas destructivas son más fáciles de realizar, y arroja información más fácil de interpretar que un método no destructivo. Para soldaduras, la prueba de micro dureza es una forma fácil de medir la habilidad de la muestra para resistir la deformación plástica de una fuente estándar.

PRECALENTAMIENTO Y POST CALENTAMIENTO DE LA SOLDADURA

Las juntas o uniones a soldar se precalientan cuando:

Cuando la temperatura del material base se encuentra debajo de los 16º C.

Cuando en el procedimiento de soldadura se especifica una temperatura de precalentamiento determinada, como mínimo se deberá prever precalentamiento en soldaduras de acero al carbono en espesores e ³25 mm., en aceros de alto límite elástico en espesores e >20 mm., en aceros de 0,5% Mo y aceros de baja aleación al Cr-Mo en cualquier espesor, durante los procesos de soldadura.

El precalentamiento afecta a todo el espesor de la junta de manera uniforme, y se extiende hasta 100 mm. de los bordes a soldar.

La temperatura de precalentamiento se controla con termómetros de contacto, tizas termocolor o pirómetros.

Los pirómetros o termómetros de contacto se encontrarán en su periodo útil de calibración.

No está permitido el uso de sopletes oxiacetilénicos para precalentamiento.

La aplicación de precalentamiento y post calentamiento es también un facto importante en la prevención de fisuras producidas por las tensiones de contracción al disminuir  la velocidad de enfriamiento, las tensiones de contracción que se van originando tienen tiempo para distribuirse a través de la soldadura y para atenuarse mientras el metal esta aún caliente.

Las temperaturas de precalentamiento y post calentamiento dependen de la composición del metal base.

Soldabilidad

La calidad de una soldadura también depende de la combinación de los materiales usados para el material base y el material de relleno. No todos los metales son adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno trabajan bien con materiales base aceptables. Hay que tener en cuenta el 60% del espesor base menor de las placas a unir para uso de uno de los catetos de la soldadura.

Aceros

La soldabilidad de aceros es inversamente proporcional a una propiedad conocida como la templabilidad del acero, que mide la probabilidad de formar la martensita durante el tratamiento de soldadura o calor. La templabildad del acero depende de su composición química, con mayores cantidades de carbono y de otros elementos de aleación resultando en mayor templabildad y por lo tanto una soldabilidad menor. Para poder juzgar las aleaciones compuestas de muchos materiales distintos, se usa una medida conocida como el contenido equivalente de carbono para comparar las soldabilidades relativas de diferentes aleaciones comparando sus propiedades a un acero al carbono simple. El efecto sobre la soldabilidad de elementos como el cromo y el vanadio, mientras que no es tan grande como la del carbono, es por ejemplo más significativa que la del cobre y el níquel. A medida que se eleva el contenido equivalente de carbono, la soldabilidad de la aleación decrece. La desventaja de usar simple carbono y los aceros de baja aleación es su menor resistencia - hay una compensación entre la resistencia del material y la soldabilidad. Los aceros de alta resistencia y baja aleación fueron desarrollados especialmente para los usos en la soldadura durante los años 1970, y estos materiales, generalmente fáciles de soldar tienen buena resistencia, haciéndolos ideales para muchas aplicaciones de soldadura.

Debido a su alto contenido de cromo, los aceros inoxidables tienden a comportarse de una manera diferente a otros aceros con respecto a la soldabilidad. Los grados austeníticos de los aceros inoxidables tienden a ser más soldables, pero son especialmente susceptibles a la distorsión debido a su alto coeficiente de expansión térmica. Algunas aleaciones de este tipo son propensas a agrietarse y también a tener una reducida resistencia a la corrosión. Si no está controlada la cantidad de ferrita en la soldadura es posible el agrietamiento caliente. Para aliviar el problema, se usa un electrodo que deposita un metal de soldadura que contiene una cantidad pequeña de ferrita. Otros tipos de aceros inoxidables, tales como los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, no son fácilmente soldables, y a menudo deben ser precalentados y soldados con electrodos especiales.

Aluminio

La soldabilidad de las aleaciones de aluminio varía significativamente dependiendo de la composición química de la aleación usada. Las aleaciones de aluminio son susceptibles al agrietamiento caliente, y para combatir el problema los soldadores aumentan la velocidad de la soldadura para reducir el aporte de calor. El precalentamiento reduce el gradiente de temperatura a través de la zona de soldadura y por lo tanto ayuda a reducir el agrietamiento caliente, pero puede reducir las características mecánicas del material base y no debe ser usado cuando el material base está restringido. El diseño del empalme también puede cambiarse, y puede seleccionarse una aleación de relleno más compatible para disminuir la probabilidad del agrietamiento caliente. Las aleaciones de aluminio también deben ser limpiadas antes de la soldadura, con el objeto de quitar todos los óxidos, aceites, y partículas sueltas de la superficie a ser soldada. Esto es especialmente importante debido a la susceptibilidad de una soldadura de aluminio a la porosidad debido al hidrógeno y a la escoria debido al oxígeno.