Soldadura

Soldadura a l'arc

La soldadura és un procés de fabricació on es realitza la unió de dos materials, (generalment metalls o termoplàstics), usualment aconseguit a través de la coalescència, a la qual les peces són soldades fonent ambdues i afegint un material de farciment fos (metall o plàstic), el qual té un punt de fusió menor al de la peça a soldar , per aconseguir un bany de material fos ( bany de soldadura ) que, en refredar-se, es converteix en una unió forta. A vegades la pressió és usada conjuntament amb la calor, o per si mateixa, per produir la soldadura. Això està en contrast amb la soldadura tova (en anglès Soldering ) i la soldadura forta (en anglès Brazing ), que impliquen la fosa d'un material de baix punt de fusió entre peces de treball per formar un enllaç entre ells, sense fondre les peces de treball.

Moltes fonts d'energia diferents poden ser usades per a la soldadura, incloent una flama de gas, un arc elèctric, un làser, un raig de electrons, processos de fricció o ultrasò. L'energia necessària per formar la unió entre dues peces de metall generalment prové d'un arc elèctric. L'energia per soldadures de fusió o termoplàstics generalment prové del contacte directe amb una eina o un gas calent.

Mentre que sovint és un procés industrial, la soldadura pot ser feta en molts ambients diferents, incloent l'aire lliure, sota l'aigua i en el espai. Sense importar la localització, però, la soldadura segueix sent perillosa, i s'han de prendre precaucions per evitar cremades, descàrrega elèctrica, fums verinosos, i la sobreexposició a la llum ultraviolada.

Fins al final del segle XIX, l'únic procés de soldadura era la soldadura de farga, que els ferrers han usat per segles per ajuntar metalls escalfadors i colpejant. La soldadura a l'arc i la soldadura a gas estaven entre els primers processos en desenvolupar tardanament al segle, seguint poc després la soldadura per resistència. La tecnologia de la soldadura va avançar ràpidament durant el principi del segle XX mentre que la Primera Guerra Mundial i la Segona Guerra Mundial van conduir la demanda de mètodes de juntura fiables i barats. Després de les guerres, van ser desenvolupades diverses tècniques modernes de soldadura, incloent mètodes manuals com la Soldadura per electrode revestit per arc, convertit en un dels més populars mètodes de soldadura, així com processos semiautomàtics i automàtics com ara Soldadura GMAW, soldadura d'arc submergit, soldadura d'arc amb nucli de fundent i soldadura per electroescoria. Els progressos van continuar amb la invenció de la soldadura per raig làser i la soldadura amb raig d'electrons a mitjans del segle XX. Avui en dia, la ciència continua avançant. La soldadura robotitzada està arribant a ser més corrent a les instal·lacions industrials, i els investigadors continuen desenvolupant nous mètodes de soldadura i guanyant major comprensió de la qualitat i les propietats de la soldadura.

Es diu que és un sistema perquè intervenen els elements propis d'aquest, és a dir, les 5 M: mà d'obra, materials, màquines, medi ambient i mitjans escrits (procediments). La unió satisfactòria implica que ha de passar les proves mecàniques (tensió i duplicitat). Les tècniques són els diferents processos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) Utilitzats per a la situació més convenient i favorable, el que fa que sigui el més econòmic, sense deixar de banda la seguretat.

Història

El Pilar de Ferro a Delhi.

La història de la unió de metalls es remunta a diversos mil.lennis, amb els primers exemples de soldadura des de la edat de bronze i la edat de ferro a Europa i el Orient Mitjà. La soldadura va ser usada en la construcció del Pilar de Ferro a Delhi, a l'Índia, erigit prop de l'any 310 i pesa 5,4 tones mètriques. La Edat Mitjana va portar avenços en la soldadura de farga, amb la qual els ferrers repetidament colpejaven i escalfaven el metall fins que passava la unió. El 1540, Vannoccio Biringuccio va publicar a De l'pirotechnia, que inclou descripcions de l'operació de forjat. Els artesans del Renaixement eren hàbils en el procés, i la indústria va continuar creixent durant els segles següents. No obstant això, la soldadura va ser transformada durant el el segle XIX . El 1800, Sir Humphry Davy va descobrir el arc elèctric, i els avenços en la soldadura per arc van continuar amb les invencions dels elèctrodes de metall per un rus, Nikolai Slavyanov , i un americà, C. L. Coffin a la fi dels anys 1800, fins i tot com la soldadura per arc de carbó, que usava un elèctrode de carbó, va guanyar popularitat. Al voltant de 1900, A. P. Strohmenger va llançar un elèctrode de metall recobert a Gran Bretanya, que va donar un arc més estable, i el 1919, la soldadura de corrent altern va ser inventada per C. J. Holslag, però no va arribar a ser popular per una altra dècada.

La soldadura per resistència també va ser desenvolupada durant les dècades finals del segle XIX, amb les primeres patents anant a Elihu Thomson el 1885, que va produir posteriors avenços durant els següents 15 anys. La soldadura de tèrmit va ser inventada el 1893, i al voltant d'aquest temps, es va establir un altre procés, la soldadura a gas. El acetilè va ser descobert el 1836 per Edmund Davy, però el seu ús en la soldadura no va ser pràctic fins a prop de 1900, quan va ser desenvolupat un bufador convenient. Al principi, la soldadura de gas va ser un dels més populars mètodes de soldadura degut a la seva portabilitat i cost relativament baix. No obstant això, a mesura que progressava el segle 20, va baixar en les preferències per a les aplicacions industrials. En gran part va ser substituïda per la soldadura d'arc, en la mesura que van continuar sent desenvolupades les cobertes de metall per a l'elèctrode (conegudes com fon), que estabilitzen l'arc i blindada el material base de les impureses.

La Primera Guerra Mundial va causar un repunt important en l'ús dels processos de soldadura, amb les diferents forces militars procurant determinar quins dels diversos processos nous de soldadura serien els millors. Els britànics van usar primàriament la soldadura per arc, fins i tot construint una nau, l'Fulagar, amb un casc completament soldat. Els nord-americans eren més caure, però van començar a reconèixer els beneficis de la soldadura d'arc quan el procés els va permetre reparar ràpidament les seves naus després dels atacs alemanys al port de Nova York al principi de la guerra. També la soldadura d'arc va ser aplicada primer als avions durant la guerra, ja que alguns fuselatges d'avions alemanys van ser construïts utilitzant el procés.

Durant els anys 1920, importants avenços van ser fets en la tecnologia de la soldadura, incloent-hi la introducció de la soldadura automàtica el 1920, en la qual el filferro de l'elèctrode era alimentat contínuament. El gas de protecció es va convertir en un tema rebent molta atenció, mentre que els científics procurarban protegir les soldadures contra els efectes del oxigen i el nitrogen en la atmosfera. La porositat i la fragilitat eren els problemes primaris, i les solucions que van desenvolupar van incloure l'ús del hidrogen, argó, i heli com a atmosferes de soldadura. Durant la següent dècada, posteriors avenços van permetre la soldadura de metalls reactius com el alumini i el magnesi. Això, conjuntament amb desenvolupaments en la soldadura automàtica, el corrent altern, i els fundents alimentar una important extensió de la soldadura d'arc durant els anys 1930 i llavors durant la Segona Guerra Mundial.

A mitjans del segle XX, van ser inventats molts mètodes nous de soldadura. 1.930 va veure el llançament de la soldadura de pern, que aviat va arribar a ser popular a la fabricació de naus i la construcció. La soldadura d'arc submergit va ser inventada el mateix any, i continua sent popular avui en dia. El 1941, després de dècades de desenvolupament, la soldadura d'arc de gas tungstè va ser finalment perfeccionada, seguida el 1948 per la soldadura per arc metàl·lic amb gas, permetent la soldadura ràpida de materials no ferrosos però requerint costosos gasos de blindatge. La soldadura d'arc metàl·lic blindat va ser desenvolupada durant els anys 1950, utilitzant un fundent d'elèctrode consumible cobert, i es va convertir ràpidament en el més popular procés de soldadura d'arc metàl·lic. El 1957, va debutar el procés de soldadura per arc amb nucli fundent, en què l'elèctrode de filferro auto blindat podia ser usat amb un equip automàtic, resultant en velocitats de soldadura altament incrementades, i aquest mateix any va ser inventada l' soldadura d'arc de plasma. La soldadura per electroescoria va ser introduïda el 1958, i va ser seguida el 1961 per la seva primera, la soldadura per electrogen.

Altres desenvolupaments recents en la soldadura inclouen el 1958 l'important èxit de la soldadura amb raig d'electrons, fent possible la soldadura profunda i estreta per mitjà de la font de calor concentrada. Seguint la invenció del làser el 1960, la soldadura per raig làser va debutar diverses dècades més tard, i ha demostrat ser especialment útil en la soldadura automatitzada d'alta velocitat,. No obstant això, tots dos processos continuen sent altament costosos causa de l'alt cost de l'equip necessari, i això ha limitat les seves aplicacions.

Processos de soldadura

Soldadura a l'arc

Aquests processos utilitzen una font d'alimentació per a soldadura per crear i mantenir un arc elèctric entre un elèctrode i el material base per a fondre els metalls en el punt de la soldadura. Poden usar-se tant corrent contínua (CC) com altern (CA), i elèctrodes consumibles o no consumibles. De vegades, la regió de la soldadura és protegida per un cert tipus de gas inert o semi inert, conegut com gas de protecció, i el material de farciment de vegades és usat també.

Fonts d'energia

Per proveir l'energia elèctrica necessària per als processos de la soldadura d'arc, poden ser utilitzades un nombre diferents de fonts d'alimentació. La classificació més comuna són les fonts d'alimentació de corrent constant i les fonts d'alimentació de voltatge constant. En la soldadura d'arc, la longitud de l'arc està directament relacionada amb el voltatge, i la quantitat d'entrada de calor està relacionada amb el corrent. Les fonts d'alimentació de corrent constant són utilitzades amb més freqüència per als processos manuals de soldadura com ara la soldadura d'arc de gas tungstè i soldadura d'arc metàl·lic blindat, perquè elles mantenen un corrent constant fins i tot mentre el voltatge varia. Això és important en la soldadura manual, ja que pot ser difícil sostenir l'elèctrode perfectament estable, i com a resultat, la longitud de l'arc i el voltatge tendeixen a fluctuar. Les fonts d'alimentació de voltatge constant mantenen el voltatge constant i varien el corrent, i com a resultat, són utilitzades més sovint per als processos de soldadura automatitzats com ara la soldadura d'arc metàl·lic amb gas, soldadura per arc de nucli fundent, i la soldadura d'arc submergit. En aquests processos, la longitud de l'arc és mantinguda constant, ja que qualsevol fluctuació en la distància entre material base és ràpidament rectificat per un canvi gran en el corrent. Per exemple, si el filferro i el material base s'acosten massa, el corrent augmentarà ràpidament, el que al seu torn causa que augmenti la calor i l'extremitat del filferro es funda, tornant-lo a la seva distància de separació original.11

El tipus de corrent utilitzat en la soldadura d'arc també juga un paper important. Els elèctrodes de procés consumibles com els de la soldadura d'arc de metall blindat i la soldadura d'arc metàl·lic amb gas generalment usen corrent directa, però l'elèctrode pot ser carregat positivament o negativament. En la soldadura, l'ànode carregat positivament tindrà una concentració més gran de calor, i com a resultat, canviar la polaritat de l'elèctrode té un impacte en les propietats de la soldadura. Si l'elèctrode és carregat negativament, el metall base estarà més calenta, incrementant la penetració i la velocitat de la soldadura. Alternativament, un elèctrode positivament carregat resulta en soldadures més superficials. Els processos d'elèctrode no consumibles, com ara la soldadura d'arc de gas tungstè, poden utilitzar qualsevol tipus de corrent directa, així com també corrent altern. No obstant això, amb el corrent directa, pel fet que l'elèctrode només crea l'arc i no proporciona el material de farciment, un elèctrode positivament carregat causa soldadures superficials, mentre que un elèctrode negativament carregat fa soldadures més profundes. El corrent altern es mou ràpidament entre aquests dos, donant per resultat les soldadures de mitjana penetració. Una desavantatge de la CA, el fet que l'arc ha de ser reencesa després de cada pas per zero, s'ha tractat amb la invenció d'unitats d'energia especials que produeixen un patró quadrat d'ona en comptes del patró normal de l'ona de si , fent diferents passos a zero ràpids i minimitzant els efectes del problema.

Processos

Soldadura d'arc de metall blindat

Un dels tipus més comuns de soldadura d'arc és la soldadura manual amb elèctrode revestit (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que també és coneguda com soldadura manual d'arc metàl·lic (MMA) o soldadura d' elèctrode. El corrent elèctric es fa servir per crear un arc entre el material base i la vareta d'elèctrode consumible, que és d'acer i està cobert amb un fundent que protegeix l'àrea de la soldadura contra la oxidació i la contaminació per mitjà de la producció del gas CO ₂ durant el procés de la soldadura. El nucli en si mateix de l'elèctrode actua com a material de farciment, fent innecessari un material de farciment addicional.

El procés és versàtil i pot realitzar-se amb un equip relativament barat, fent-lo adequat per a treballs de taller i treball de camp. Un operador pot fer raonablement competent amb una modesta quantitat d'entrenament i pot arribar a la mestria amb experiència. Els temps de soldadura són una mica lents, ja que els elèctrodes consumibles han de ser substituïts amb freqüència i perquè l'escòria, el residu de l'fundent, ha de ser retirada després de soldar. A més, el procés és generalment limitat a materials de soldadura ferrosos, encara que elèctrodes especialitzats han fet possible la soldadura del ferro colat, níquel, alumini, coure, i d'altres metalls.

La soldadura d'arc metàl·lic amb gas (GMAW), també coneguda com soldadura de gas de metall inert o soldadura MIG, és un procés semiautomàtic o automàtic que fa servir una alimentació contínua de filferro com elèctrode i una barreja de gas inert o semi-inert per protegir la soldadura contra la contaminació. Com amb la SMAW, l'habilitat raonable de l'operador pot ser assolida amb entrenament modest. Com que l'elèctrode és continu, les velocitats de soldat són majors per a la GMAW que per a la SMAW. També, la mida més petit de l'arc, comparat als processos de soldadura d'arc metàl·lic protegit, fa més fàcil fer les soldadures fora de posició (ex, connexions a la part alta, com seria soldant per sota d'una estructura) .

L'equip requerit per realitzar el procés de GMAW és més complex i costós que el requerit per a la SMAW, i requereix un procediment més complex de disposició. Per tant, la GMAW és menys portable i versàtil, i causa de l'ús d'un gas de blindatge separat, no és particularment adequat per al treball a l'aire lliure. No obstant això, a causa de la velocitat mitjana més alta en la qual les soldadures poden ser acabades, la GMAW és adequada per a la soldadura de producció. El procés pot ser aplicat a una àmplia varietat de metalls, tant ferrosos com no ferrosos.

Un procés relacionat, la soldadura d'arc de nucli fundent (FCAW), fa servir un equip similar però utilitza un filferro que consisteix en un elèctrode d'acer envoltant un material de farciment en pols. Aquest filferro nucleat?? és més costós que el filferro sòlid estàndard i pot generar fums i/o escòria, però permet fins i tot una velocitat més alta de soldadura i major penetració del metall.

La soldadura d'arc de gas de tungstè (GTAW), o la soldadura de gas inert de tungstè (TIG) (també a vegades designada erròniament com soldadura heliarc), és un procés manual de soldadura que utilitza un elèctrode de tungstè no consumible, una barreja de gas inert o semi-inert, i un material de farciment separat. Especialment útil per a soldar materials fins, aquest mètode és caracteritzat per un arc estable i una soldadura d'alta qualitat, però requereix una significativa habilitat de l'operador i només pot ser aconseguida a velocitats relativament baixes.

La GTAW pot ser usada en gairebé tots els metalls soldables, encara que és aplicada més sovint a metalls de acer inoxidable i lleugers. Sovint s'utilitza quan són extremadament importants les soldadures de qualitat, per exemple en bicicleta s, avions i aplicacions navals. Un procés relacionat, la soldadura d'arc de plasma, també utilitza un elèctrode de tungstè però utilitza un gas de plasma per fer l'arc. L'arc és més concentrat que l'arc de la GTAW, fent el control transversal més crític i així generalment restringint la tècnica a un procés mecanitzat. A causa del seu corrent estable, el mètode pot ser usat en una gamma més àmplia de materials gruixuts que el procés GTAW, ia més, és molt més ràpid. Pot ser aplicat als mateixos materials que la GTAW excepte al magnesi, i la soldadura automatitzada de l'acer inoxidable és una aplicació important del procés. Una variació del procés és el tall per plasma, un eficient procés de tall d'acer.

La soldadura d'arc submergit (SAW) és un mètode de soldadura d'alta productivitat en el qual l'arc es prem sota una capa de coberta de flux. Això augmenta la qualitat de l'arc, ja que els contaminants a l'atmosfera són bloquejats pel flux. L'escòria que forma la soldadura generalment surt per si mateixa, i combinada amb l'ús d'una alimentació de filferro contínua, la velocitat de deposició de la soldadura és alta. Les condicions de treball estan molt millorades sobre altres processos de soldadura d'arc, ja que el flux oculta l'arc i gairebé no es produeix cap fum. El procés és utilitzat normalment en la indústria, especialment per a productes grans i en la fabricació dels recipients de pressió soldats. Altres processos de soldadura d'arc inclouen la soldadura d'hidrogen atòmic, la soldadura d'arc de carboni, la soldadura de electroescoria, la soldadura per electrogen, i la soldadura d'arc de pern.

Soldadura a gas

Soldadura a gas d'una armadura d'acer usant el procés de oxiacetilènica.

El procés més comú de soldadura a gas és la soldadura oxiacetilènica, també coneguda com soldadura autògena o soldadura oxi-combustible . És un dels més vells i més versàtils processos de soldadura, però en anys recents ha arribat a ser menys popular a aplicacions industrials. Encara s'utilitza extensament per a soldar canonades i tubs, com també per a treball de reparació. L'equip és relativament barat i simple, generalment emprant la combustió de l'acetilè en oxigen per produir una temperatura de la flama de soldadura de prop de 3.100 ° C. Com que la flama és menys concentrada que un arc elèctric, causa un refredament més lent de la soldadura, que pot conduir a grans tensions residuals i distorsió de soldadura, encara que facilita la soldadura d'acers d'alta aliatge. Un procés semblant, generalment anomenat tall de oxicombustible, es fa servir per tallar els metalls. Altres mètodes de la soldadura a gas, com ara soldadura d'acetilè i aire, soldadura d'hidrogen i oxigen, i soldadura de gas a pressió són molt similars, generalment diferenciant-se només en el tipus de gasos usats. Una torxa d'aigua de vegades és usada per a la soldadura de precisió d'articles com joieria. La soldadura a gas també és usada en la soldadura de plàstic, encara que la substància escalfada és l'aire, i les temperatures són molt més baixes.

Soldadura per resistència

La soldadura per resistència implica la generació de calor passant corrent a través de la resistència causada pel contacte entre dos o més superfícies de metall. Es formen petits bassals de metall fos en l'àrea de soldadura a mesura que l'elevada corrent (1.000-100.000 A) passa a través del metall. En general, els mètodes de la soldadura per resistència són eficients i causen poca contaminació, però les seves aplicacions són bastant limitades i el cost de l'equip pot ser alt.

Soldador de punt

La soldadura per punts és un popular mètode de soldadura per resistència usat per ajuntar fulles de metall solapades de fins a 3 mm de gruix. Dos elèctrodes són usats simultàniament per a subjectar les fulles de metall juntes i per passar corrent a través de les fulles. Els avantatges del mètode inclouen l'ús eficient de l'energia, limitada deformació de la peça de treball, altes velocitats de producció, fàcil automatització, i el no requeriment de materials de farciment. La força de la soldadura és perceptiblement més baixa que amb altres mètodes de soldadura, fent el procés només convenient per a certes aplicacions. S'utilitza extensivament en la indústria d'automòbils - Els automòbils ordinaris pot tenir diversos milers de punts soldats fets per robots industrials. Un procés especialitzat, anomenat soldadura de xoc, pot ser usada per als punts de soldadura de l'acer inoxidable.

Com que la soldadura de punt, la soldadura de costura confia en dos elèctrodes per aplicar la pressió i el corrent per ajuntar fulles de metall. No obstant això, en comptes d'elèctrodes de punt, els elèctrodes amb forma de roda, roden al llarg i sovint alimenten la peça de treball, fent possible les soldadures contínues llargues. En el passat, aquest procés va ser utilitzat en la fabricació de llaunes de begudes, però ara els seus usos són més limitats. Altres mètodes de soldadura per resistència inclouen la soldadura de Flaix, la soldadura de projecció, i la soldadura de bolcat.

Soldadura per raig d'energia

Els mètodes de soldadura per raig d'energia, anomenats soldadura per raig làser i soldadura amb raig d'electrons, són processos relativament nous que han arribat a ser absolutament populars en aplicacions d'alta producció. Els dos processos són molt similars, diferenciant-se més notablement en la seva font d'energia. La soldadura de raig làser empra un raig làser altament enfocat, mentre que la soldadura de raig d'electrons és feta en un buit i fa servir un feix d'electrons. Ambdues tenen una molt alta densitat d'energia, fent possible la penetració de soldadura profunda i minimitzant la mida de l'àrea de la soldadura. Ambdós processos són extremadament ràpids, i són fàcils d'automatitzar, fent-los altament productius. Els desavantatges primàries són les seves molt alts costos d'equip (tot i que aquests estan disminuint) i una susceptibilitat al esquerdament. Els desenvolupaments en aquesta àrea inclouen la soldadura de làser híbrid, que utilitza els principis de la soldadura de raig làser i de la soldadura d'arc per a fins i tot millors propietats de soldadura.

Soldadura d'estat sòlid

Com el primer procés de soldadura, la soldadura de farga, alguns mètodes moderns de soldadura no impliquen fosa dels materials que són ajuntats. Un dels més populars, la soldadura ultrasònica, és usada per a connectar fulles o filferros fins fets de metall o termoplàstics, fent-los vibrar en alta freqüència i sota alta pressió. L'equip i els mètodes implicats són similars als de la soldadura per resistència, però en comptes de corrent elèctric, la vibració proporciona la font d'energia. Soldar metalls amb aquest procés no implica la fosa dels materials, en el seu lloc, la soldadura es forma introduint vibracions mecàniques horitzontalment sota pressió. Quan s'estan soldant plàstics, els materials han de tenir similars temperatures de fusió, i les vibracions són introduïdes verticalment. La soldadura ultrasònica s'usa comunament per fer connexions elèctriques d'alumini o coure, i també és un molt comú procés de soldadura de polímers.

Un altre procés comú, la soldadura explosiva, implica ajuntar materials empenyent-los junts sota una pressió extremadament alta. L'energia de l'impacte plastifica els materials, formant una soldadura, encara que només una limitada quantitat de calor sigui generada. El procés és utilitzat normalment per materials diferents, de soldadura, com ara la soldadura de l'alumini amb acer en nuclis de naus o plaques compostes. Altres processos de soldadura d'estat sòlid inclouen la soldadura de coextrusió, la soldadura en fred, la soldadura de difusió, la soldadura per fricció (incloent-hi la soldadura per agitació???), la soldadura per alta freqüència, la soldadura per pressió calenta, la soldadura per inducció, i la soldadura de corró.

Geometria

Tipus comuns de juntures de soldadura
(1) juntura per testa quadrat
(2) juntura per testa en-V
(3) juntura solapada
(4) juntura en-T.

Les soldadures poden ser preparades geomètricament de moltes maneres diferents. Els cinc tipus bàsics de juntures de soldadura són la juntura d'extrem, la juntura de falda, la juntura de cantonada, la juntura de vora, i la juntura-T. Hi ha altres variacions, com ara la preparació de juntures doble-V, caracteritzades per les dues peces de material cadascuna que Afiliar-se a un sol punt central en la meitat de la seva alçada. La preparació de juntures sol-U i doble-U són també força comuns-en lloc de tenir vores rectes com la preparació de juntures sol-V i doble-V, elles són corbades, tenint la forma d'una U. Les juntures de falda també són comunament més que dues peces gruixudes-depenent del procés utilitzat i del gruix del material, moltes peces poden ser soldades juntes en una geometria de juntura de falda.

Sovint, certs processos de soldadura fan servir exclusivament o quasi exclusivament dissenys de juntura particulars. Per exemple, la soldadura de punt de resistència, la soldadura de raig làser, i la soldadura de raig d'electrons són realitzades més freqüentment amb juntures de falda. No obstant això, alguns mètodes de soldadura, com la soldadura per arc de metall blindat, són extremadament versàtils i poden soldar virtualment qualsevol tipus de juntura. Addicionalment, alguns processos poden ser usats per fer soldadures multipàs, en què es permet refredar una soldadura, i llavors una altra soldadura és realitzada sobre de la primera. Això permet, per exemple, la soldadura de seccions gruixudes disposades en una preparació de juntura sol-V.

La secció creuada d'una juntura d'extrem soldat, amb el gris més fosc representant la zona de la soldadura o la fusió, el gris mig la zona afectada per la calor ZAT, i el gris més clar el material base.

Després de soldar, un nombre de diferents regions poden ser identificades en l'àrea de la soldadura. La soldadura en si mateixa és anomenada la zona de fusió-més específicament, aquesta és on el metall de farciment va ser posat durant el procés de la soldadura. Les propietats de la zona de fusió depenen primàriament del metall de farciment usat, i la seva compatibilitat amb els materials base. És envoltada per la zona afectada de calor, l'àrea que va tenir la seva microestructura i propietats alterades per la soldadura. Aquestes propietats depenen del comportament del material base quan està subjecte a la calor.El metall en aquesta àrea és sovint més feble que el material base i la zona de fusió, i és també on són trobades les tensions residuals.

Qualitat

Molt sovint, la mesura principal utilitzada per jutjar la qualitat d'una soldadura és la seva fortalesa i la fortalesa del material al voltant d'ella. Molts factors diferents influeixen en això, incloent-hi el mètode de soldadura, la quantitat i la concentració de l'entrada de calor, el material base, el material de farciment, el material fundent, el disseny de l'acoblament, i les interaccions entre tots aquests factors. Per provar la qualitat d'una soldadura s'usen tant assajos no destructius com assajos destructius, per verificar que les soldadures estan lliures de defectes, tenen nivells acceptables de tensions i distorsió residuals, i tenen propietats acceptables de zona afectada per la calor (FES). Existeixen codis i especificacions de soldadura per guiar els soldadors en tècniques apropiades de soldadura i en com jutjar la qualitat aquestes.

Zona afectada per la calor

L'àrea blava resulta de l'oxidació a una temperatura corresponent a 316 ° C. Això és una manera precisa d'identificar la temperatura, però no representa l'amplada de la zona afectada per la calor (ZAT). La ZAT és l'àrea estreta que immediatament envolta el metall base soldat.

Els efectes de soldar poden ser perjudicials en el material envoltant la soldadura. Depenent dels materials usats i l'entrada de calor del procés de soldadura usat, la zona afectada per la calor (ZAT) pot variar en grandària i fortalesa. La difusivitat tèrmica del material base és molt important - si la difusivitat és alta, la velocitat de refredament del material és alta i la ZAT és relativament petita. Inversament, una difusivitat baixa condueix a un refredament més lent ia una ZAT més gran. La quantitat de calor injectada pel procés de soldadura també té un paper important, ja que els processos com la soldadura oxiacetilènica tenen una entrada de calor no concentrat i augmenten la mida de la Zona Afectada. Els processos com la soldadura per raig làser tenen una quantitat altament concentrada i limitada de calor, resultant una Zona Tèrmicament afectada, petita. La soldadura d'arc cau entre aquests dos extrems, amb els processos individuals variant una mica en entrada de calor. Per calcular la calor per als procediments de soldadura d'arc, pot ser usada la següent fórmula:

$Q =\left (\frac{V\times R\times 60}{S\times 1.000}\right)\times \mathit{Rendiment}$

on

• Q = entrada de calor (kJ/mm),
• V = voltatge (V),
• I = corrent (A), i
• S = velocitat de la soldadura (mm/min)

El rendiment depèn del procés de soldadura usat, amb la soldadura d'arc de metall revestit tenint un valor de 0,75, la soldadura per arc metàl·lic amb gas i la soldadura d'arc submergit, 0,9, i la soldadura d'arc de gas tungstè, 0,8.

Distorsió i esquerdament

Els mètodes de soldadura que impliquen fondre el metall en el lloc de l'entroncament són necessàriament propensos a la contracció a mesura que el metall escalfat es refreda. Al seu torn, la contracció pot introduir tensions residuals i tant distorsió longitudinal com rotatòria. La distorsió pot plantejar un problema important, ja que el producte final no té la forma desitjada. Per alleujar la distorsió rotatòria, les peces de treball poden ser compensades, de manera que la soldadura doni lloc a una peça correctament formada. Altres mètodes de limitar la distorsió, com afermar en el lloc les peces de treball amb abraçadores, causa l'acumulació de la tensió residual a la zona afectada per la calor del material base. Aquestes tensions poden reduir la força del material base, i poden conduir a la falla catastròfica per esquerdament en fred, com en el cas de diversos accidents en els vaixells del tipus Liberty. L' esquerdament en fred està limitat als acers, i fa referència a la formació del martensita mentre que la soldadura es refreda. L'esquerdament passa a la zona afectada per la calor del material base. Per a reduir la quantitat de distorsió i estrès residual, la quantitat d'entrada de calor ha de ser limitada, i la seqüència de soldadura utilitzada no ha de ser d'un extrem directament a l'altre, sinó fent passades en petits segments. L'altre tipus de esquerdament, l' esquerdament en calent o esquerdament de solidificació, pot passar en tots els metalls, i passa a la zona de fusió de la soldadura. Per a disminuir la probabilitat d'aquest tipus de esquerdament, ha de ser evitat l'excés de material restringit, i ha de ser usat un material de farciment ( o aportació) apropiat.

Soldabilitat

La qualitat d'una soldadura també depèn de la combinació dels materials usats per al material base i el material de farciment. No tots els metalls són adequats per a la soldadura, i no tots els metalls de farciment treballen bé amb materials base acceptables.

Acers

La soldabilitat d'acers és inversament proporcional a una propietat coneguda com la trempabilitat de l'acer, que mesura la probabilitat de formar la martensita durant el tractament de soldadura o calor. La trempabilitat de l'acer depèn de la seva composició química, amb grans quantitats de carboni i d'altres elements de aliatge resultant en major trempabilitat i per tant una soldabilitat menor. Per poder jutjar els aliatges compostes de molts materials diferents, es fa servir una mesura coneguda com el contingut equivalent de carboni per comparar les Soldabilitat relatives de diferents aliatges comparant les seves propietats a un acer al carboni simple. L'efecte sobre la soldabilitat d'elements com el crom i el vanadi, mentre que no és tan gran com la del carboni, és per exemple més significativa que la del coure i el níquel. A mesura que s'eleva el contingut equivalent de carboni, la soldabilitat de l'aliatge decreix. El desavantatge d'usar simple carboni i els acers de baix aliatge és la seva menor resistència - hi ha una compensació entre la resistència del material i la soldabilitat. Els acers d'alta resistència i baix aliatge van ser desenvolupats especialment per als usos en la soldadura durant els anys 1970, i aquests materials, generalment fàcils de soldar tenen bona resistència, fent-los ideals per a moltes aplicacions de soldadura. < ref> Lincoln Electric, p 6.1-14-6.1-19 </ref>

A causa del seu alt contingut de crom, els acers inoxidables tendeixen a comportar-se d'una manera diferent a altres acers respecte a la soldabilitat. Els graus austenítics dels acers inoxidables tendeixen a ser més soldables, però són especialment susceptibles a la distorsió degut al seu alt coeficient d'expansió tèrmica. Algunes aliatges d'aquest tipus són propenses a esquerdar-se i també a tenir una reduïda resistència a la corrosió. Si no està controlada la quantitat de ferrita en la soldadura és possible l'esquerdament calent. Per alleujar el problema, es fa servir un elèctrode que diposita un metall de soldadura que conté una quantitat petita de ferrita. Altres tipus de acers inoxidables, com ara els acers inoxidables ferrítics i martensítics, no són fàcilment soldables, i sovint han de ser preescalfat i soldats amb elèctrodes especials.

Alumini

La soldabilitat dels aliatges de alumini varia significativament depenent de la composició química de l'aliatge usada. Els aliatges d'alumini són susceptibles a l'esquerdament calenta, i per combatre el problema dels soldadors augmenten la velocitat de la soldadura per reduir l'aportació de calor. El preescalfament redueix el gradient de temperatura a través de la zona de soldadura i per tant ajuda a reduir el esquerdament calent, però pot reduir les característiques mecàniques del material base i no ha de ser usat quan el material base està restringit. El disseny de l'entroncament també pot canviar-se, i pot seleccionar un aliatge de farciment més compatible per a disminuir la probabilitat de l'esquerdament calenta. Els aliatges d'alumini també han de ser netejades abans de la soldadura, amb l'objecte de treure tots els òxid s, oli s, i partícules soltes de la superfície a ser soldada. Això és especialment important a causa de la susceptibilitat d'una soldadura d'alumini a la porositat a causa del hidrogen ia la escòria a causa del oxigen.

Condicions inusuals

Soldadura subaquàtica

Encara que moltes aplicacions de la soldadura es duen a terme en ambients controlats com fàbriques i tallers de reparacions, alguns processos de soldadura s'usen amb freqüència en una àmplia varietat de condicions, com a l'aire obert, sota l'aigua i en buits (com en el espai). En usos a l'aire lliure, com ara la construcció i la reparació en exteriors, la soldadura d'arc de metall blindat és el procés més comú. Els processos que utilitzen gasos inerts per a protegir la soldadura no poden utilitzar-se fàcilment en aquestes situacions, perquè els moviments atmosfèrics impredictibles poden donar lloc a una soldadura fallida. La soldadura d'arc de metall blindat sovint també és usada en la soldadura subaquàtica en la construcció i la reparació de naus, plataformes costa fora, i canonades, però també altres són comuns, com ara la soldadura d'arc amb nucli de fundent i soldadura d'arc de gas wolframi. També és possible soldar a l'espai, va ser provat per primera vegada el 1969 per cosmonautes russos, quan van realitzar experiments per provar la soldadura d'arc de metall blindat, la soldadura d'arc de plasma, i la soldadura de feix d'electrons en un ambient despressuritza . Es van fer proves addicionals d'aquests mètodes en les següents dècades, i avui en dia els investigadors continuen desenvolupant mètodes per a usar altres processos de soldadura en l'espai, com la soldadura de raig làser, soldadura per resistència, i soldadura per fricció. Els avenços en aquestes àrees podrien provar ser indispensables per a projectes com la construcció de la Estació Espacial Internacional, que probablement utilitzarà profusament la soldadura per ajuntar en l'espai les parts manufacturades a la Terra.

Seguretat

La soldadura sense les precaucions apropiades pot ser una pràctica perillosa i nociva per a la salut. No obstant això, amb l'ús de la nova tecnologia i la protecció apropiada, els riscos de lesió o mort associats a la soldadura poden ser pràcticament eliminats. El risc de cremades o electrocució és significatiu pel fet que molts procediments comuns de soldadura impliquen un arc elèctric o flama oberts. Per prevenir, les persones que solden d'utilitzar roba de protecció, com calçat homologat, guants de cuir gruixuts i jaquetes protectores de mànigues llargues per evitar l'exposició a les espurnes, la calor i les possibles flames. A més, l'exposició a la brillantor de l'àrea de la soldadura produeix una lesió anomenada ull d'arc (queratitis) per efecte de la llum ultraviolada que s'inflama la còrnia i pot cremar les retina s. Les ulleres protectores i els cascs i caretes de soldar amb filtres de vidre fosc s'usen per a prevenir aquesta exposició, i en anys recents s'han comercialitzat nous models de cascos en què el filtre de vidre és transparent i permet veure el àrea de treball quan no hi ha radiació UV, però s'acte enfosqueix quan aquesta es produeix en iniciar-se la soldadura. Per protegir els espectadors, la llei de seguretat en el treball exigeix que s'utilitzin mampares o cortines translúcides que envoltin l'àrea de soldadura. Aquestes cortines, fetes d'una pel lícula plàstica de clorur de polivinil, protegeixen als treballadors propers de l'exposició a la llum UV de l'arc elèctric, però no han de ser usades per a reemplaçar el filtre de cristall usat en els cascs i caretes del soldador.

Sovint, els soldadors també s'exposen a gasos perillosos ia partícules fines suspeses en l'aire. Els processos com la soldadura per arc de nucli fundent i la soldadura per arc metàl·lic blindat produeixen fum que conté partícules de diversos tipus de òxid s, que en alguns casos poden produir quadres mèdics com l'anomenat febre del vapor metàl·lic. La mida de les partícules en qüestió influeix en la toxicitat dels vapors, ja que les partícules més petites presenten un perill major. A més, molts processos produeixen vapors i diversos gasos, comunament diòxid de carboni, ozó i metalls pesants, que poden ser perillosos sense la ventilació i la protecció apropiats. Per a aquest tipus de treballs, es sol portar mascareta per partícules de classificació FFP3, o bé mascareta per a soldadura. A causa de l'ús de gasos comprimits i flames, en molts processos de soldadura es planteja un risc d'explosió i foc. Algunes petita selecció dels problemes inclouen la limitació de la quantitat d'oxigen en l'aire i mantenir els materials combustibles lluny del lloc de treball.

Costos i tendències

Com un procés industrial, el cost de la soldadura juga un paper crucial en les decisions de la producció. Moltes variables diferents afecten el cost total, incloent-hi el cost de l'equip, el cost de la mà d'obra, el cost del material, i el cost de l'energia elèctrica. Depenent del procés, el cost de l'equip pot variar, des barat per mètodes com la soldadura d'arc de metall blindat i la soldadura de oxicombustible, a extremadament costós per mètodes com la soldadura de raig làser i la soldadura de feix d'electrons. A causa del seu alt cost, aquestes són només usades en operacions d'alta producció. Similarment, pel fet que l'automatització i els robots augmenten els costos de l'equip, només són implementats quan és necessària l'alta producció. El cost de la mà d'obra depèn de la velocitat de deposició (la velocitat de soldadura), del salari per hora i del temps total d'operació, incloent el temps de soldar i del maneig de la peça. El cost dels materials inclou el cost del material base i de farciment i el cost dels gasos de protecció. Finalment, el cost de l'energia depèn del temps de l'arc i la consum d'energia de la soldadura.

Per als mètodes manuals de soldadura, els costos de treball generalment són la gran majoria del cost total. Com a resultat, moltes mesures d'estalvi de cost s'enfoquen en la reducció al mínim del temps d'operació. Per fer això, poden seleccionar procediments de soldadura amb altes velocitats de deposició i els paràmetres de soldadura poden ajustar per augmentar la velocitat de la soldadura. La mecanització i l'automatització són freqüentment implementades per reduir els costos de treball, però amb sovint aquesta augmenta el cost d'equip i crea temps addicional de disposició. Els costos dels materials tendeixen a incrementar-se quan són necessàries propietats especials i els costos de l'energia normalment no sumen més que un percentatge del cost total de la soldadura.

En anys recents, per reduir al mínim els costos de treball en la manufactura d'alta producció, la soldadura industrial s'ha tornat cada vegada més automatitzada, sobretot amb l'ús de robots en la soldadura de punt de resistència (especialment en la indústria del automòbil) i en la soldadura d'arc. A la soldadura robotitzada, uns dispositius mecànics sostenen el material i realitzen la soldadura, i al principi, la soldadura de punt va ser el seu ús més comú. Però la soldadura d'arc robòtica ha incrementat la seva popularitat a mesura que la tecnologia ha avançat. Altres àrees clau de recerca i desenvolupament inclouen la soldadura de materials distinitos (com per exemple, acer i alumini) i els nous processos de soldadura, com la soldadura per agitació???, soldadura per pols magnètic , costura de calor conductor???, i la soldadura de làser híbrid. A més, es vol progressar en què mètodes especialitzats com la soldadura de raig làsers siguin pràctics per a més aplicacions, per exemple en les indústries aeroespacials i de l'automòbil. Els investigadors també tenen l'esperança d'entendre millor les freqüents propietats impredictibles de les soldadures, especialment la microestructura, les tensions residuals i la tendència d'una soldadura a esquerdar o deformar.

Especificacions de soldadura

• American Society of Mechanical Engineers - Boiler and Pressure Vessel Code - Section IX
• American Welding Society - Structural Welding Code
• American Welding Society - Bridge Welding Code

Bibliografia

• ASM International (2003). Trends in Welding Research . Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 0-87170-780-2
• Blunt, Jane and Nigel C. Balchin (2002). Health and Safety in Welding and Allied Processes . Cambridge: Woodhead. ISBN 1-85573-538-5.
• Cary, Howard B. and Scott C. Helzear (2005). Modern Welding Technology . Upper Saddle River, Nova Jersey: Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3.
• Hicks, John (1999). Weld Joint Design . New York: Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6.
• Kalpakjian, SEROP and Steven R. Schmid (2001). Manufacturing Engineering and Technology . Prentice Hall. ISBN 0-201-36131-0.
• Lincoln Electric (1994). The Procedure Handbook of Arc Welding . Cleveland: Lincoln Electric. ISBN 99949-25-82-2.
• Weman, Klas (2003). Welding processes handbook . New York: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8.

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: soldadura

• Soldadura espanyol línia training
• Tipus de soldadura en Gestió de
• GYS - SMI Technology
• Soldadures per a joieria
• de soldadures i indústries casolanes
• Mètodes de Soldadura - Ciència i Tecnologia en espanyol
• Processos de soldadura - Solter
• Soldadures d'alumini