La soldadura es el proceso de unión permanente de dos o más metales mediante la aplicación de calor intenso, que generalmente se logra mediante llama o electricidad. Esencialmente, los metales fundidos se vuelven uno, con el área de unión soldada asumiendo las mismas propiedades que el metal base y, en algunos casos, la parte soldada tiene la misma resistencia que el metal base. La soldadura es vital para cualquier industria que involucre la fabricación de metales, incluida la construcción, la industria aeroespacial, la aviación y la construcción naval, por nombrar algunas.
De los diversos métodos de soldadura que se utilizan en la actualidad, uno de los más utilizados y en el que se confía más se conoce como soldadura TIG.
¿Qué tan fuerte es la soldadura TIG? La soldadura TIG (“Tungsten Inert Gas”) es un proceso extremadamente fuerte y versátil de fusión de metales. Este método de soldadura no solo produce uniones increíblemente fuertes, sino que debido a que la soldadura resultante asume las mismas características anticorrosivas que el metal principal, se usa comúnmente en la fabricación de componentes críticos para naves espaciales, aeronaves, naves navales y automóviles.
Para apreciar completamente el papel crucial que juega la soldadura TIG en la sociedad industrializada actual y las características altamente específicas de las soldaduras TIG, es esencial comprender los conceptos básicos de la soldadura en general y lo que diferencia a la soldadura TIG de otros procesos de soldadura.
Conceptos básicos de soldadura
Aunque existen más de 50 métodos de soldadura diferentes para unir metales, todos comparten un objetivo común: fusionar dos o más metales, creando esencialmente una sola pieza. Para lograr este objetivo, la soldadura de metales se puede dividir en tres fases: (1) fundir el metal, (2) crear la unión soldada y (3) prevenir la contaminación de la soldadura.
No es lo mismo soldar que soldar. Mientras que los metales se calientan y se unen a través del proceso de soldadura, cuando los metales se sueldan, se derriten hasta un estado fundido y se fusionan para volverse estructuralmente homogéneos.
derretir el metal
Los soldadores emplean una variedad de tecnologías para lograr las altas temperaturas necesarias para fundir ciertos metales a su estado fundido. Los métodos más comunes para calentar y fundir metales son:
- Eléctrico – arco eléctrico
- Química – llama de gas
- Láser
- Rayo de electrones
- Fricción
- Presión
- Ultrasonido
De estos, el método de calentamiento por arco eléctrico es el más utilizado en operaciones de soldadura automáticas y manuales. Se suministra energía a un electrodo, que a su vez crea y mantiene un arco eléctrico entre la punta del electrodo y el punto de soldadura en el material de metal base. El arco eléctrico concentra una temperatura tan alta en el punto de soldadura que el metal se funde y alcanza un estado fundido (semilíquido). Este material fundido se conoce como baño de soldadura.
Crear la articulación
El objetivo principal de la soldadura es fusionar dos o más piezas de metal en una sola pieza. El punto o puntos específicos donde las piezas metálicas entran en contacto entre sí y donde la soldadura unirá las piezas se denominan juntas de soldadura.
Dependiendo de cómo estén orientadas las piezas de metal entre sí, se utilizará un tipo o estilo diferente de junta de soldadura. Por ejemplo, si dos piezas de metal son perpendiculares entre sí de borde a borde (creando así un ángulo de 90°), entonces se soldará una junta de esquina. Si una pieza de metal se orienta perpendicularmente a otra pieza creando una forma de T, entonces se soldará una unión en T. Otras juntas de soldadura comunes incluyen:
Junta a tope Se utiliza para unir dos piezas de metal que son paralelas entre sí, ya sea de extremo a extremo o de lado a lado (comúnmente utilizado en operaciones de soldadura automatizada). Junta traslapada Cuando una pieza de metal se coloca encima de otra de forma superpuesta, se utiliza una junta traslapada para fusionar las piezas en esta orientación. Junta de borde Este tipo de junta se usa típicamente para unir piezas de metal adyacentes a lo largo de un borde común (este tipo de junta rara vez se usa).
Aquí hay un buen desglose visual de la diferentes tipos de juntas de soldadura con los tipos de soldadura correspondientes.
Hay tipos específicos de soldaduras que se utilizan con juntas de soldadura específicas. El tipo de soldadura se refiere al estilo o forma particular de la propia soldadura. Cuando se trata de visualizar un tipo de soldadura en particular, es beneficioso imaginar una sección transversal de la soldadura tal como se usa en relación con la unión soldada.
Los tipos de soldadura más utilizados son las soldaduras de cordón, de filete y de ranura. Una soldadura de cordón tiene una forma uniforme similar a una cúpula, mientras que una soldadura de filete tiene la apariencia de un triángulo rectángulo cuando se ve en sección transversal. Una soldadura de ranura se puede visualizar mejor como el relleno de un vacío angular o espacio entre dos piezas de metal.
Algunos otros tipos comunes de soldaduras incluyen:
Se pueden encontrar ilustraciones de estos tipos de soldadura, junto con las juntas de soldadura que se usan comúnmente. aquí.
A medida que se crea la junta de soldadura y se calienta hasta un estado fundido, se forma un pequeño charco de material fundido. Por lo general, se agrega a este baño de soldadura un material de relleno que consta de un metal más blando como el aluminio (el material de relleno particular utilizado dependerá de los metales específicos que se suelden). El relleno sirve como agente aglutinante. Una vez que la soldadura se enfría, el material previamente fundido se endurece en una unión cohesiva que es tan fuerte y estructuralmente sólida como el material original. Las varillas de relleno vienen en varios grosores y longitudes, pero a menudo tienen la apariencia de una percha de alambre.
Prevención de la oxidación y contaminación de la soldadura
Durante el proceso de soldadura, las temperaturas extremas provocan varios cambios químicos y físicos que fusionan las superficies metálicas entre sí. Es durante este período de volatilidad controlada que se deben tomar las medidas adecuadas para proteger la entidad metálica recién formada de la contaminación u oxidación.
La oxidación del metal ocurre a nivel molecular y compromete la resistencia e integridad del metal. Un ejemplo de oxidación que podemos ver todos los días es el óxido. Sin embargo, en el caso de una soldadura, la oxidación tiene ramificaciones mucho más profundas más allá de la apariencia. Si una soldadura se oxida, la resistencia estructural del metal se debilitará, aumentando drásticamente la posibilidad de que la soldadura falle. Si dichas soldaduras se utilizan en la fabricación de partes vitales de aeronaves o automóviles, o en la construcción de componentes de naves espaciales, los resultados de una falla en la soldadura podrían ser catastróficos.
Afortunadamente, la utilización de gases de protección durante la soldadura prácticamente elimina la posibilidad de oxidación. Los gases inertes (también conocidos como gases nobles) se utilizan para proteger el metal y el relleno del oxígeno y el vapor de agua a medida que se forma el baño de soldadura y se crea la unión soldada. El gas de protección específico utilizado durante una operación de soldadura dependerá de los metales particulares que se suelden junto con el material de relleno que se utilice. Existen protocolos específicos para la selección de gases de protección y, en muchos casos, se combinan múltiples gases para su uso en una operación de soldadura en particular.
Aquí hay un gráfico de mezclas de gases de protección para soldar varios tipos de metales: es esencialmente un cuadro de recetas de gases.
¿Qué es la soldadura TIG?
El método de soldadura TIG se desarrolló en la década de 1930 para soldar magnesio en la industria aeronáutica y fue perfeccionado en 1941 por Northrop Aircraft. La soldadura TIG también se conoce como soldadura por arco de tungsteno con gas o GTAW.
El tungsteno, en su nombre, se refiere al material utilizado para el electrodo en la antorcha de soldadura. El electrodo utilizado en la soldadura TIG está hecho de tungsteno o de una aleación de tungsteno. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre todos los metales puros a 6,192° F. A esta temperatura, el electrodo de tungsteno no se derrite ni se deteriora durante el proceso de soldadura (esto también se conoce como electrodo que no consume) y permanece prácticamente intacto, lo que promueve pureza de la soldadura. (Los electrodos que se derriten durante el proceso de soldadura se conocen como electrodos consumidores).
La soldadura TIG se puede realizar en más tipos de metal que cualquier otro método de soldadura y, como resultado, se usa ampliamente en una amplia gama de industrias y aplicaciones. Los únicos metales en los que no se puede utilizar la soldadura TIG son el zinc y las aleaciones de zinc. Además, debido al electrodo de tungsteno que no consume, se puede usar una mayor cantidad de materiales de relleno, lo que permite una mejor compatibilidad entre el metal soldado y el material de relleno, lo que produce soldaduras de mayor calidad. En otras palabras, se pueden utilizar materiales de relleno específicos con tipos particulares de metal, incluso con los exóticos.
La soldadura TIG es incluso popular entre los artistas que se especializan en esculpir metales debido a la paleta increíblemente diversa de materiales con los que puede trabajar y las soldaduras detalladas e intrincadas que puede producir en manos de un soldador experimentado.
Las características únicas y los beneficios de la soldadura TIG
La soldadura TIG es un proceso de soldadura manual a dos manos, lo que significa que el soldador sostiene el soplete de soldadura con una mano mientras alimenta el material de aporte con la otra. A menudo, la intensidad del arco eléctrico y el calor resultante que se produce se pueden ajustar con pedales o un interruptor de pulgar en la antorcha. Debido a que se realiza de forma manual en lugar de automática, la soldadura TIG generalmente se reserva para aquellas aplicaciones que requieren la mayor resistencia de soldadura y la más alta calidad de soldadura.
Un soldador TIG debe tener una excelente destreza manual para manejar los múltiples procesos que ocurren simultáneamente durante la soldadura TIG, como (1) ajustar el amperaje eléctrico o la corriente que va a la antorcha de soldadura para aumentar o disminuir la intensidad del arco y, por lo tanto, la cantidad de calor aplicado al metal base, (2) el flujo de gas de protección para proteger la zona de soldadura de cualquier impureza, y (3) evaluar los niveles adecuados de penetración y profundidad del material y las soldaduras a medida que avanza la soldadura.
Como resultado, la soldadura TIG es un proceso mucho más lento y deliberado que los métodos de soldadura automatizados. Es más difícil de dominar para los soldadores debido a su naturaleza compleja, pero produce soldaduras de mayor calidad. La soldadura TIG también puede producir soldaduras más complejas, como juntas curvas o complejas.
Debido al arco estable y a las soldaduras de alta calidad constantes que produce, este método de soldadura es la opción preferida para soldar piezas delgadas de metal, incluidos acero inoxidable y metales no ferrosos (que no contienen cantidades apreciables de hierro) como aluminio, magnesio, Aleaciones de cobre. También es extremadamente versátil. Es capaz de trabajar con la gama más amplia de metales y rellenos, incluidos materiales exóticos utilizados en aplicaciones altamente especializadas, como vehículos espaciales y activos militares.
Aplicaciones para soldadura TIG
Debido a su naturaleza altamente especializada, la soldadura TIG generalmente se reserva para aplicaciones que requieren soldaduras estructuralmente sólidas y altamente precisas con tasas de falla cero. Estos parámetros ciertamente hablan no solo de la resistencia de las soldaduras TIG, sino también de su calidad y confiabilidad en general.
Estos son algunos ejemplos de industrias que utilizan la soldadura TIG con aplicaciones y usos específicos. Esta no es una lista exhaustiva, sino más bien una pequeña muestra de la gran implementación de la soldadura TIG en una amplia y diversa gama de industrias.
APLICACIONES INDUSTRIALES Y USOS DE LA SOLDADURA TIG Aeroespacial Necesidad altamente especializada de materiales duraderos pero livianos y soldadura de precisión de componentes sujetos a diferencias de temperatura extremas Ejemplos: Vehículos lunares y vehículos espaciales Fabricación de componentes de naves espaciales Equipo de entrega de naves espaciales (cohetes, propulsores) Aviación Requisitos similares a los aeroespaciales: livianos materiales y soldadura de precisión, condiciones extremas Ejemplos: Travesaños y puntales Componentes estructurales Conjuntos de tren de aterrizaje Sistemas de suministro de combustible (tuberías y tubos) Automotriz Necesidad de componentes resistentes a la corrosión sujetos a condiciones ambientales extremas (por debajo del punto de congelación hasta por encima del punto de ebullición) Ejemplos: Colectores Puntales y suspensión Guardabarros delantero y trasero Bicicletas Los cuadros de las bicicletas consisten en metales livianos formados en tubos de pequeño diámetro con paredes delgadas Ejemplos: Soldadura de tubos del cuadro de la bicicleta (barra superior, barra inferior, horquillas, tija del sillín) Ensamblaje del manillar, bielas Defensa/Militar Requisitos similares a los aeroespaciales Industrias aeroespaciales y de aviación, diferenciales de temperatura extremos, tolerancia cero para fallas de soldadura Ejemplos: Hardware y activos militares (vigas transversales, soportes, puntales) Sistemas de suministro de combustible (tuberías y tubos) Vehículos especializados (bastidores y aspectos estructurales) Energía Soldaduras estructuralmente sólidas con cero tasa de falla Ejemplos: Sistemas de suministro de combustible (tuberías y tuberías) Colectores Barriles utilizados para eliminar desechos nucleares gastados Industrial Una amplia gama de aplicaciones que van desde necesidades de equipos especializados hasta transporte de productos/materiales y procesos industriales Ejemplos: Colectores, tuberías y tuberías Elementos estructurales Manejo de materiales y transporteProcesos industriales (térmicos, hidráulicos, etc.) Medicina Soldadura de precisión de componentes de dispositivos y aparatos médicos intrincados Ejemplos: Tuberías y tuberías intrincadas Bastidores de soporte de equipos Deportes de motor Materiales ligeros con la mayor resistencia estructural posible para componentes de alta tensión que soportan cargas Ejemplos: Bastidores de motocicletas y apoyaRa puntales, travesaños y soportes de cecar Fabricación de autos de carreras Tuberías y plomería Soldadura de una amplia variedad de materiales en formas y tamaños de todo tipo en una amplia gama de diseños y configuraciones (muchos de los cuales son personalizados) Ejemplos: Tuberías de tamaños extraños Accesorios de plomería personalizados Reparación de colectores Reparación o reacondicionamiento de herramientas industriales, moldes, troqueles y otros aparatos, en particular aquellos compuestos de materiales especializados Ejemplos: Troqueles, moldes y plantillas personalizados (usando materiales altamente especializados) Reparación de herramientas de aluminio Modernización de equipos antiguos con componentes o características más nuevos
Es particularmente revelador que en el mundo industrial actual, donde la automatización está reemplazando cada vez más a la mano de obra calificada, los trabajos de soldadura críticos que requieren precisión y confiabilidad absolutas todavía se dejan en manos de un soldador TIG.
Otros métodos comunes de soldadura
Debido a su naturaleza lenta y deliberada, la soldadura TIG no es adecuada para aplicaciones que requieren una producción de alto volumen o tiempos de respuesta más rápidos. También es un proceso costoso debido a la naturaleza de alta gama del equipo y los materiales utilizados. Existen numerosas aplicaciones en las que la soldadura de precisión o la naturaleza especializada de la soldadura TIG no son necesarias o aplicables.
Otras técnicas y procesos de soldadura comunes incluyen:
Soldadura por arco de metal blindado (SMAW) También conocida como soldadura por arco de metal manual (MMAW) o soldadura con varilla, esta puede ser la forma más versátil de soldadura con el equipo y los materiales necesarios menos costosos. Se encuentra comúnmente en talleres de reparación y se utiliza para trabajos de campo. A diferencia de la soldadura TIG, el electrodo es consumible y también sirve como relleno. Se incorpora un fundente (una sustancia que inhibe la oxidación) en el núcleo alrededor del electrodo. Soldadura por arco metálico con gas (GMAW) También conocida como soldadura con gas inerte metálico (MIG). Este es un proceso de soldadura semiautomático o totalmente automatizado que logra una mayor velocidad de soldadura mediante la utilización de un electrodo de alimentación continua. Se utilizan gases inertes o semiinertes para proteger el metal de la contaminación o la oxidación. Soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW) Utiliza equipos similares a la soldadura MIG, pero utiliza un alambre con núcleo de acero integrado con material de relleno en polvo que logra una mayor velocidad de soldadura y una penetración más profunda que la soldadura MIG. Los inconvenientes son más humos y escoria (material residual que consiste en metal oxidado y contaminantes). Soldadura por arco sumergido (SAW) Este método de soldadura es popular en aplicaciones industriales por su alta calidad de arco y baja tasa de contaminación, y por su alta tasa de deposición y bajas emisiones de humo. En este método, el arco se crea y se mantiene debajo de una capa de fundente. Es particularmente adecuado para grandes trabajos de soldadura. Soldadura por electroescoria (ESW) Esta es una forma especializada de soldadura que generalmente se reserva para materiales más gruesos (de 1″ a 12″ de espesor). Este es un método de un solo paso que se realiza en una orientación vertical.