Soldadura

La soldadura es un proceso de fabricación que une materiales, generalmente metales o termoplásticos, mediante el uso de altas temperaturas para derretir las piezas y permitir que se enfríen, provocando la fusión. La soldadura es distinta de las técnicas de baja temperatura, como la soldadura fuerte y la soldadura blanda, que no funden el metal base (metal principal).

Además de derretir el metal base, normalmente se agrega un material de relleno a la junta para formar un charco de material fundido (el baño de soldadura) que se enfría para formar una junta que, según la configuración de la soldadura (a tope, penetración total, filete, etc..), puede ser más fuerte que el material base. La presión también se puede usar junto con el calor o por sí sola para producir una soldadura. La soldadura también requiere una forma de escudo para proteger los metales de aporte o los metales fundidos de la contaminación u oxidación.

Se pueden usar muchas fuentes de energía diferentes para soldar, incluida una llama de gas (química), un arco eléctrico (eléctrico), un láser, un haz de electrones, fricción y ultrasonido. Si bien a menudo es un proceso industrial, la soldadura se puede realizar en muchos entornos diferentes, incluso al aire libre, bajo el agua y en el espacio exterior. La soldadura es una tarea peligrosa y se requieren precauciones para evitar quemaduras, descargas eléctricas, daños a la vista, inhalación de gases y humos venenosos y exposición a la radiación ultravioleta intensa.

Hasta finales del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura por forja, que los herreros habían utilizado durante milenios para unir hierro y acero mediante calentamiento y martilleo. La soldadura por arco y la soldadura con oxígeno y combustible estuvieron entre los primeros procesos que se desarrollaron a finales de siglo, y la soldadura por resistencia eléctrica siguió poco después. La tecnología de soldadura avanzó rápidamente a principios del siglo XX cuando las guerras mundiales impulsaron la demanda de métodos de unión confiables y económicos. Después de las guerras, se desarrollaron varias técnicas de soldadura modernas, incluidos métodos manuales como la soldadura por arco de metal blindado, ahora uno de los métodos de soldadura más populares, así como procesos semiautomáticos y automáticos como la soldadura por arco de metal con gas, la soldadura por arco sumergido, el flujo -Soldadura por arco con núcleo y soldadura por electroescoria. Los desarrollos continuaron con la invención de la soldadura por rayo láser, soldadura por haz de electrones, soldadura por pulsos magnéticos y soldadura por fricción y agitación en la segunda mitad del siglo. Hoy en día, a medida que la ciencia continúa avanzando, la soldadura robótica es común en los entornos industriales, y los investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y obtienen una mayor comprensión de la calidad de la soldadura.

Etimología

El término soldadura es de origen inglés, con raíces escandinavas. A menudo se confunde con la palabra en inglés antiguo weald, que significa 'un área boscosa', pero esta palabra finalmente se transformó en la versión moderna, salvaje. La palabra en inglés antiguo para soldar hierro era samod ('unir') o samodwellung ('unir caliente', con hot más relacionado con al rojo vivo o una ira creciente; en contraste con samodfæst, 'unir con cuerda o sujetadores'). El término soldar se deriva del verbo inglés medio well (wæll; plural/present tense: wælle) opozo (wællen), que significa 'calentar' (a la máxima temperatura posible); 'llevar a ebullición'. La palabra moderna probablemente se derivó del participio de tiempo pasado welled (wællende), siendo común la adición de d para este propósito en las lenguas germánicas de los anglos y los sajones. Se registró por primera vez en inglés en 1590, a partir de una versión de la Biblia cristiana que John Wycliffe tradujo originalmente al inglés en el siglo XIV. La versión original, de Isaías 2:4, dice: " ...thei shul bete togidere its swerdes in rejas... " (juntarán sus espadas en arados), mientras que la versión de 1590 se cambió a "...thei shullen welle togidere her swerdes in-to scharris... " (soldarán sus espadas en rejas de arado), lo que sugiere que este uso particular de la palabra probablemente se hizo popular en inglés en algún momento entre estos períodos.

La palabra se deriva de la antigua palabra sueca valla, que significa 'hervir'. Suecia fue un gran exportador de hierro durante la Edad Media, y muchos otros idiomas europeos usaban palabras diferentes pero con el mismo significado para referirse a la soldadura de hierro, como el ilirio (griego) variti ('hervir'), el turco kaynamak (' hervir'), Grison (suiza) bulgir ('hervir') o el letón (letón) sawdrit ('soldar o soldar', derivado de wdrit, 'hervir'). En sueco, sin embargo, la palabra solo se refiere a la unión de metales cuando se combina con la palabra para hierro (järn), como en valla järn.(literalmente: 'hacer hervir el hierro'). La palabra posiblemente ingresó al inglés del comercio de hierro sueco, o posiblemente fue importada con los miles de asentamientos vikingos que llegaron a Inglaterra antes y durante la era vikinga, ya que más de la mitad de las palabras inglesas más comunes en el uso diario son de origen escandinavo.

Historia

La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios. Los primeros ejemplos de esto provienen de la Edad del Bronce y del Hierro en Europa y Medio Oriente. El antiguo historiador griego Heródoto afirma en Las historias del siglo V a. C. que Glauco de Quíos "fue el hombre que inventó por sí solo la soldadura del hierro". La soldadura se utilizó en la construcción del pilar de hierro de Delhi, erigido en Delhi, India, alrededor del año 310 dC y con un peso de 5,4 toneladas métricas.

La Edad Media trajo avances en la soldadura de forja, en la que los herreros golpeaban el metal calentado repetidamente hasta que se producía la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia, que incluye descripciones de la operación de forja. Los artesanos del Renacimiento eran expertos en el proceso y la industria siguió creciendo durante los siglos siguientes.

En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico de pulso corto y presentó sus resultados en 1801. En 1802, el científico ruso Vasily Petrov creó el arco eléctrico continuo y posteriormente publicó "Noticias de experimentos galvánico-voltaicos" en 1803, en el que describió experimentos llevados a cabo en 1802. De gran importancia en este trabajo fue la descripción de una descarga de arco estable y la indicación de su posible uso para muchas aplicaciones, una de las cuales es la fusión de metales. En 1808, Davy, que desconocía el trabajo de Petrov, redescubrió el arco eléctrico continuo. En 1881-1882, los inventores Nikolai Benardos (ruso) y Stanisław Olszewski (polaco)creó el primer método de soldadura por arco eléctrico conocido como soldadura por arco de carbono utilizando electrodos de carbono. Los avances en la soldadura por arco continuaron con la invención de los electrodos metálicos a fines del siglo XIX por parte de un ruso, Nikolai Slavyanov (1888), y un estadounidense, CL Coffin (1890). Alrededor de 1900, AP Strohmenger lanzó un electrodo de metal revestido en Gran Bretaña, que proporcionaba un arco más estable. En 1905, el científico ruso Vladimir Mitkevich propuso usar un arco eléctrico trifásico para soldar. La soldadura de corriente alterna fue inventada por CJ Holslag en 1919, pero no se volvió popular hasta una década después.

La soldadura por resistencia también se desarrolló durante las últimas décadas del siglo XIX, y las primeras patentes fueron para Elihu Thomson en 1885, quien produjo nuevos avances durante los siguientes 15 años. La soldadura con termita se inventó en 1893, y en esa época se estableció otro proceso, la soldadura con oxicorte. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy, pero su uso no fue práctico en la soldadura hasta alrededor de 1900, cuando se desarrolló un soplete adecuado. Al principio, la soldadura con oxígeno y combustible era uno de los métodos de soldadura más populares debido a su portabilidad y costo relativamente bajo. Sin embargo, a medida que avanzaba el siglo XX, perdió el favor de las aplicaciones industriales. Fue reemplazada en gran medida por la soldadura por arco, a medida que se hacían avances en los revestimientos metálicos (conocidos como fundentes).El fundente que cubre el electrodo protege principalmente al material base de las impurezas, pero también estabiliza el arco y puede agregar componentes de aleación al metal de soldadura.

La Primera Guerra Mundial provocó un gran aumento en el uso de la soldadura, y las distintas potencias militares intentaron determinar cuál de los nuevos procesos de soldadura sería el mejor. Los británicos utilizaron principalmente soldadura por arco, incluso construyendo un barco, el "Fullagar", con un casco completamente soldado. La soldadura por arco también se aplicó por primera vez a los aviones durante la guerra, ya que algunos fuselajes de aviones alemanes se construyeron utilizando el proceso. También cabe destacar el primer puente viario soldado del mundo, el Puente Maurzyce en Polonia (1928).

Durante la década de 1920, se lograron avances significativos en la tecnología de soldadura, incluida la introducción de la soldadura automática en 1920, en la que el alambre del electrodo se alimentaba continuamente. El gas de protección se convirtió en un tema que recibió mucha atención, ya que los científicos intentaron proteger las soldaduras de los efectos del oxígeno y el nitrógeno en la atmósfera. La porosidad y la fragilidad fueron los principales problemas, y las soluciones que se desarrollaron incluyeron el uso de hidrógeno, argón y helio como atmósferas de soldadura. Durante la década siguiente, nuevos avances permitieron la soldadura de metales reactivos como el aluminio y el magnesio. Esto, junto con los desarrollos en soldadura automática, corriente alterna y fundentes, alimentó una gran expansión de la soldadura por arco durante la década de 1930 y luego durante la Segunda Guerra Mundial.En 1930, se botó el primer buque mercante totalmente soldado, el M/S Carolinian.

Durante la mitad del siglo, se inventaron muchos nuevos métodos de soldadura. En 1930, Kyle Taylor fue responsable del lanzamiento de la soldadura de espárragos, que pronto se hizo popular en la construcción y construcción naval. La soldadura por arco sumergido se inventó el mismo año y sigue siendo popular en la actualidad. En 1932, un ruso, Konstantin Khrenov, finalmente implementó la primera soldadura por arco eléctrico bajo el agua. La soldadura por arco de gas y tungsteno, después de décadas de desarrollo, finalmente se perfeccionó en 1941, y la soldadura por arco de gas y metal siguió en 1948, lo que permitió una soldadura rápida de materiales no ferrosos pero requirió costosos gases de protección. La soldadura por arco de metal blindado se desarrolló durante la década de 1950, utilizando un electrodo consumible revestido con fundente, y rápidamente se convirtió en el proceso de soldadura por arco de metal más popular. En 1957, debutó el proceso de soldadura por arco con núcleo fundente, en el que el electrodo de alambre autoprotegido se podía usar con equipos automáticos, lo que resultaba en velocidades de soldadura mucho mayores, y ese mismo año, Robert Gage inventó la soldadura por arco de plasma. La soldadura por electroescoria se introdujo en 1958 y fue seguida por su prima, la soldadura por electrogas, en 1961.En 1953, el científico soviético NF Kazakov propuso el método de enlace por difusión.

Otros desarrollos recientes en la soldadura incluyen el avance de 1958 de la soldadura por haz de electrones, que hace posible la soldadura profunda y estrecha a través de la fuente de calor concentrada. Tras la invención del láser en 1960, la soldadura por rayo láser debutó varias décadas más tarde y ha demostrado ser especialmente útil en la soldadura automatizada de alta velocidad. La soldadura por pulsos magnéticos (MPW) se ha utilizado industrialmente desde 1967. La soldadura por fricción y agitación fue inventada en 1991 por Wayne Thomas en The Welding Institute (TWI, Reino Unido) y encontró aplicaciones de alta calidad en todo el mundo. Todos estos cuatro nuevos procesos continúan siendo bastante costosos debido al alto costo del equipo necesario, y esto ha limitado sus aplicaciones.

Procesos

Soldadura de gas

El proceso de soldadura con gas más común es la soldadura con oxicorte, también conocida como soldadura con oxiacetileno. Es uno de los procesos de soldadura más antiguos y versátiles, pero en los últimos años se ha vuelto menos popular en aplicaciones industriales. Todavía se usa ampliamente para soldar tuberías y tubos, así como para trabajos de reparación.

El equipo es relativamente económico y simple, generalmente emplea la combustión de acetileno en oxígeno para producir una temperatura de llama de soldadura de alrededor de 3100 °C (5600 °F). La llama, al ser menos concentrada que un arco eléctrico, provoca un enfriamiento más lento de la soldadura, lo que puede provocar mayores tensiones residuales y distorsión de la soldadura, aunque facilita la soldadura de aceros de alta aleación. Un proceso similar, generalmente llamado corte con oxicorte, se usa para cortar metales.

Soldadura por arco

Estos procesos utilizan una fuente de alimentación de soldadura para crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el material base para fundir metales en el punto de soldadura. Pueden utilizar corriente continua (CC) o corriente alterna (CA), y electrodos consumibles o no consumibles. La región de soldadura a veces está protegida por algún tipo de gas inerte o semiinerte, conocido como gas de protección, y algunas veces también se usa material de relleno.

Procesos de soldadura por arco

Uno de los tipos más comunes de soldadura por arco es la soldadura por arco de metal blindado (SMAW); también se conoce como soldadura manual por arco metálico (MMAW) o soldadura por electrodos. La corriente eléctrica se usa para generar un arco entre el material base y la varilla del electrodo consumible, que está hecha de material de relleno (acero típico) y está cubierta con un fundente que protege el área de soldadura de la oxidación y la contaminación mediante la producción de dióxido de carbono (CO ₂). gas durante el proceso de soldadura. El núcleo del electrodo en sí mismo actúa como material de relleno, lo que hace innecesario un relleno separado.

El proceso es versátil y se puede realizar con equipos relativamente económicos, lo que lo hace muy adecuado para trabajos de taller y trabajo de campo. Un operador puede llegar a ser razonablemente competente con una cantidad modesta de capacitación y puede lograr el dominio con la experiencia. Los tiempos de soldadura son bastante lentos, ya que los electrodos consumibles deben reemplazarse con frecuencia y la escoria, el residuo del fundente, debe eliminarse después de la soldadura. Además, el proceso generalmente se limita a la soldadura de materiales ferrosos, aunque los electrodos especiales han hecho posible la soldadura de hierro fundido, acero inoxidable, aluminio y otros metales.

La soldadura por arco metálico con gas (GMAW), también conocida como soldadura con gas metálico inerte o MIG, es un proceso semiautomático o automático que utiliza una alimentación continua de alambre como electrodo y una mezcla de gas inerte o semiinerte para proteger la soldadura de la contaminación.. Dado que el electrodo es continuo, las velocidades de soldadura son mayores para GMAW que para SMAW.

Un proceso relacionado, la soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), utiliza un equipo similar pero utiliza un alambre que consta de un electrodo de acero que rodea un material de relleno en polvo. Este alambre con núcleo es más caro que el alambre sólido estándar y puede generar humos y/o escoria, pero permite una velocidad de soldadura aún mayor y una mayor penetración del metal.

La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), o soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), es un proceso de soldadura manual que utiliza un electrodo de tungsteno no consumible, una mezcla de gas inerte o semiinerte y un material de relleno separado. Especialmente útil para soldar materiales delgados, este método se caracteriza por un arco estable y soldaduras de alta calidad, pero requiere una gran habilidad del operador y solo se puede lograr a velocidades relativamente bajas.

GTAW se puede usar en casi todos los metales soldables, aunque se aplica con mayor frecuencia al acero inoxidable y los metales livianos. A menudo se usa cuando la calidad de las soldaduras es extremadamente importante, como en bicicletas, aviones y aplicaciones navales.Un proceso relacionado, la soldadura por arco de plasma, también usa un electrodo de tungsteno pero usa gas de plasma para hacer el arco. El arco está más concentrado que el arco GTAW, lo que hace que el control transversal sea más crítico y, por lo tanto, generalmente restringe la técnica a un proceso mecanizado. Debido a su corriente estable, el método se puede utilizar en una gama más amplia de espesores de material que el proceso GTAW y es mucho más rápido. Se puede aplicar a todos los mismos materiales que GTAW, excepto al magnesio, y la soldadura automatizada de acero inoxidable es una aplicación importante del proceso. Una variación del proceso es el corte por plasma, un proceso eficiente de corte de acero.

La soldadura por arco sumergido (SAW) es un método de soldadura de alta productividad en el que el arco se golpea debajo de una capa de fundente que lo cubre. Esto aumenta la calidad del arco ya que el fundente bloquea los contaminantes en la atmósfera. La escoria que se forma en la soldadura generalmente se desprende sola y, combinada con el uso de una alimentación de alambre continua, la tasa de deposición de la soldadura es alta. Las condiciones de trabajo son mucho mejores que las de otros procesos de soldadura por arco, ya que el fundente oculta el arco y casi no se produce humo. El proceso se usa comúnmente en la industria, especialmente para productos grandes y en la fabricación de recipientes a presión soldados. Otros procesos de soldadura por arco incluyen la soldadura por hidrógeno atómico, la soldadura por electroescoria (ESW), la soldadura por electrogas y la soldadura por arco de espárragos.ESW es ​​un proceso de soldadura de un solo paso altamente productivo para materiales más gruesos entre 1 pulgada (25 mm) y 12 pulgadas (300 mm) en una posición vertical o casi vertical.

Fuentes de alimentación para soldadura por arco

Para suministrar la energía eléctrica necesaria para los procesos de soldadura por arco, se pueden utilizar una variedad de fuentes de alimentación diferentes. Las fuentes de alimentación de soldadura más comunes son las fuentes de alimentación de corriente constante y las fuentes de alimentación de tensión constante. En la soldadura por arco, la longitud del arco está directamente relacionada con el voltaje y la cantidad de entrada de calor está relacionada con la corriente. Las fuentes de alimentación de corriente constante se utilizan con mayor frecuencia para los procesos de soldadura manual, como la soldadura por arco de tungsteno con gas y la soldadura por arco de metal blindado, porque mantienen una corriente relativamente constante incluso cuando varía el voltaje. Esto es importante porque en la soldadura manual, puede ser difícil mantener el electrodo perfectamente estable y, como resultado, la longitud del arco y, por lo tanto, el voltaje tienden a fluctuar. Las fuentes de alimentación de voltaje constante mantienen el voltaje constante y varían la corriente, y como resultado, se utilizan con mayor frecuencia para procesos de soldadura automatizados, como la soldadura por arco metálico con gas, la soldadura por arco con núcleo fundente y la soldadura por arco sumergido. En estos procesos, la longitud del arco se mantiene constante, ya que cualquier fluctuación en la distancia entre el alambre y el material base se rectifica rápidamente por un gran cambio en la corriente. Por ejemplo, si el cable y el material base se acercan demasiado, la corriente aumentará rápidamente, lo que a su vez hace que aumente el calor y la punta del cable se derrita, devolviéndolo a su distancia de separación original.

El tipo de corriente utilizada juega un papel importante en la soldadura por arco. Los procesos de electrodos consumibles, como la soldadura por arco de metal blindado y la soldadura por arco de metal con gas, generalmente usan corriente continua, pero el electrodo puede cargarse positiva o negativamente. En la soldadura, el ánodo cargado positivamente tendrá una mayor concentración de calor y, como resultado, cambiar la polaridad del electrodo afecta las propiedades de la soldadura. Si el electrodo está cargado positivamente, el metal base estará más caliente, aumentando la penetración de la soldadura y la velocidad de soldadura. Alternativamente, un electrodo con carga negativa da como resultado soldaduras menos profundas.Los procesos de electrodos no consumibles, como la soldadura por arco de tungsteno con gas, pueden usar cualquier tipo de corriente continua, así como corriente alterna. Sin embargo, con la corriente continua, debido a que el electrodo solo crea el arco y no proporciona material de relleno, un electrodo cargado positivamente provoca soldaduras poco profundas, mientras que un electrodo cargado negativamente produce soldaduras más profundas. La corriente alterna se mueve rápidamente entre estos dos, dando como resultado soldaduras de penetración media. Una desventaja de la CA, el hecho de que el arco debe volver a encenderse después de cada cruce por cero, se ha solucionado con la invención de unidades de potencia especiales que producen un patrón de onda cuadrada en lugar de la onda sinusoidal normal, lo que hace posible los cruces por cero rápidos y minimiza los efectos del problema.

Soldadura por resistencia

La soldadura por resistencia implica la generación de calor al pasar corriente a través de la resistencia provocada por el contacto entre dos o más superficies metálicas. Se forman pequeños charcos de metal fundido en el área de soldadura a medida que pasa una corriente alta (1000–100 000 A) a través del metal. En general, los métodos de soldadura por resistencia son eficientes y causan poca contaminación, pero sus aplicaciones son algo limitadas y el costo del equipo puede ser alto.

La soldadura por puntos es un método popular de soldadura por resistencia que se utiliza para unir láminas de metal superpuestas de hasta 3 mm de espesor. Se utilizan dos electrodos simultáneamente para sujetar las láminas de metal juntas y para pasar corriente a través de las láminas. Las ventajas del método incluyen el uso eficiente de la energía, la deformación limitada de la pieza de trabajo, las altas tasas de producción, la fácil automatización y la ausencia de materiales de relleno. La fuerza de la soldadura es significativamente menor que con otros métodos de soldadura, lo que hace que el proceso sea adecuado solo para ciertas aplicaciones. Se usa ampliamente en la industria automotriz: los automóviles comunes pueden tener varios miles de soldaduras por puntos realizadas por robots industriales. Se puede usar un proceso especializado llamado soldadura por tiro para soldar acero inoxidable por puntos.

Al igual que la soldadura por puntos, la soldadura por costura se basa en dos electrodos para aplicar presión y corriente para unir láminas de metal. Sin embargo, en lugar de electrodos puntiagudos, los electrodos en forma de rueda ruedan y, a menudo, alimentan la pieza de trabajo, lo que permite realizar soldaduras largas y continuas. En el pasado, este proceso se utilizó en la fabricación de latas de bebidas, pero ahora sus usos son más limitados. Otros métodos de soldadura por resistencia incluyen la soldadura a tope, la soldadura instantánea, la soldadura por proyección y la soldadura por recalque.

Soldadura por haz de energía

Los métodos de soldadura por haz de energía, concretamente la soldadura por haz láser y la soldadura por haz de electrones, son procesos relativamente nuevos que se han vuelto muy populares en aplicaciones de alta producción. Los dos procesos son bastante similares, y difieren más notablemente en su fuente de poder. La soldadura por rayo láser emplea un rayo láser altamente enfocado, mientras que la soldadura por rayo de electrones se realiza en el vacío y usa un rayo de electrones. Ambos tienen una densidad de energía muy alta, lo que hace posible una penetración profunda de la soldadura y minimiza el tamaño del área de soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos y fáciles de automatizar, lo que los hace altamente productivos. Las principales desventajas son sus costos de equipo muy altos (aunque estos están disminuyendo) y la susceptibilidad al agrietamiento térmico. Los desarrollos en esta área incluyen la soldadura híbrida con láser,

Soldadura de estado sólido

Al igual que el primer proceso de soldadura, la soldadura por forja, algunos métodos de soldadura modernos no implican la fusión de los materiales que se unen. Una de las más populares, la soldadura ultrasónica, se usa para conectar láminas delgadas o alambres hechos de metal o termoplástico haciéndolos vibrar a alta frecuencia y bajo alta presión.El equipo y los métodos involucrados son similares a los de la soldadura por resistencia, pero en lugar de corriente eléctrica, la vibración proporciona entrada de energía. La soldadura de metales con este proceso no implica la fusión de los materiales; en cambio, la soldadura se forma introduciendo vibraciones mecánicas horizontalmente bajo presión. Al soldar plásticos, los materiales deben tener temperaturas de fusión similares y las vibraciones se introducen verticalmente. La soldadura ultrasónica se usa comúnmente para hacer conexiones eléctricas de aluminio o cobre, y también es un proceso de soldadura de polímeros muy común.

Otro proceso común, la soldadura por explosión, implica la unión de materiales empujándolos bajo una presión extremadamente alta. La energía del impacto plastifica los materiales, formando una soldadura, aunque solo se genera una cantidad limitada de calor. El proceso se usa comúnmente para soldar materiales diferentes, incluida la unión de aluminio con acero al carbono en cascos de barcos y acero inoxidable o titanio con acero al carbono en recipientes a presión petroquímicos.

Otros procesos de soldadura de estado sólido incluyen la soldadura por fricción (incluida la soldadura por fricción y agitación por puntos), la soldadura por pulsos magnéticos, la soldadura por coextrusión, la soldadura en frío, la unión por difusión, la soldadura exotérmica, la soldadura de alta frecuencia, la soldadura por presión en caliente, la soldadura por inducción, y unión por laminación.

Geometría

Las soldaduras se pueden preparar geométricamente de muchas maneras diferentes. Los cinco tipos básicos de juntas soldadas son la junta a tope, la junta traslapada, la junta de esquina, la junta de borde y la junta en T (una variante de esta última es la junta cruciforme). También existen otras variaciones; por ejemplo, las juntas de preparación en V doble se caracterizan por dos piezas de material que se estrechan cada una hasta un único punto central a la mitad de su altura. Las juntas de preparación en U simple y en U doble también son bastante comunes: en lugar de tener bordes rectos como las juntas de preparación en V simple y V doble, son curvas y tienen la forma de una U. Las juntas traslapadas también suelen tener más de dos piezas de espesor: según el proceso utilizado y el espesor del material, muchas piezas se pueden soldar juntas en una geometría de unión traslapada.

Muchos procesos de soldadura requieren el uso de un diseño de junta particular; por ejemplo, la soldadura por puntos de resistencia, la soldadura por haz de láser y la soldadura por haz de electrones se realizan con mayor frecuencia en juntas traslapadas. Otros métodos de soldadura, como la soldadura por arco de metal blindado, son extremadamente versátiles y pueden soldar prácticamente cualquier tipo de unión. Algunos procesos también se pueden utilizar para realizar soldaduras de varias pasadas, en las que se permite que una soldadura se enfríe y luego se realiza otra soldadura encima. Esto permite la soldadura de secciones gruesas dispuestas en una junta de preparación en V simple, por ejemplo.

Después de soldar, se pueden identificar varias regiones distintas en el área de soldadura. La soldadura en sí se denomina zona de fusión; más específicamente, es donde se colocó el metal de aporte durante el proceso de soldadura. Las propiedades de la zona de fusión dependen principalmente del metal de aporte utilizado y de su compatibilidad con los materiales base. Está rodeado por la zona afectada por el calor, el área que tuvo su microestructura y propiedades alteradas por la soldadura. Estas propiedades dependen del comportamiento del material base cuando se somete al calor. El metal en esta área suele ser más débil que el material base y la zona de fusión, y también es donde se encuentran las tensiones residuales.

Calidad

Muchos factores distintos influyen en la resistencia de las soldaduras y el material que las rodea, incluido el método de soldadura, la cantidad y concentración de entrada de energía, la soldabilidad del material base, el material de relleno y el material fundente, el diseño de la unión y las interacciones. entre todos estos factores.

Por ejemplo, el factor de la posición de soldadura influye en la calidad de la soldadura, que los códigos y especificaciones de soldadura pueden requerir pruebas, tanto de procedimientos de soldadura como de soldadores, utilizando posiciones de soldadura específicas: 1G (plana), 2G (horizontal), 3G (vertical), 4G (superior).), 5G (tubería fija horizontal) o 6G (tubería fija inclinada).

Para probar la calidad de una soldadura, se utilizan comúnmente métodos de prueba destructivos o no destructivos para verificar que las soldaduras estén libres de defectos, tengan niveles aceptables de tensión residual y distorsión, y tengan propiedades aceptables de zona afectada por el calor (HAZ). Los tipos de defectos de soldadura incluyen grietas, distorsión, inclusiones de gas (porosidad), inclusiones no metálicas, falta de fusión, penetración incompleta, desgarro lamelar y socavación.

La industria metalúrgica ha instituido códigos y especificaciones para guiar a los soldadores, inspectores de soldadura, ingenieros, gerentes y propietarios en la técnica de soldadura adecuada, el diseño de soldaduras, cómo juzgar la calidad de la especificación del procedimiento de soldadura, cómo juzgar la habilidad de la persona que realiza la soldadura y cómo garantizar la calidad de un trabajo de soldadura. Métodos como la inspección visual, la radiografía, las pruebas ultrasónicas, los ultrasonidos de matriz en fase, la inspección de líquidos penetrantes, la inspección de partículas magnéticas o la tomografía computarizada industrial pueden ayudar con la detección y el análisis de ciertos defectos.

Zona afectada por el calor

La zona afectada por el calor (HAZ) es un anillo que rodea la soldadura en el que la temperatura del proceso de soldadura, combinada con las tensiones del calentamiento y enfriamiento desiguales, altera las propiedades de tratamiento térmico de la aleación. Los efectos de la soldadura en el material que rodea la soldadura pueden ser perjudiciales; según los materiales utilizados y la entrada de calor del proceso de soldadura utilizado, la ZAT puede variar en tamaño y resistencia. La difusividad térmica del material base juega un papel importante: si la difusividad es alta, la tasa de enfriamiento del material es alta y la HAZ es relativamente pequeña. Por el contrario, una baja difusividad conduce a un enfriamiento más lento y una ZAT más grande. La cantidad de calor inyectado por el proceso de soldadura también juega un papel importante, ya que procesos como la soldadura con oxiacetileno tienen una entrada de calor no concentrada y aumentan el tamaño de la ZAT. Los procesos como la soldadura por rayo láser generan una cantidad limitada y altamente concentrada de calor, lo que da como resultado una pequeña ZAT. La soldadura por arco cae entre estos dos extremos, y los procesos individuales varían un poco en la entrada de calor.Para calcular la entrada de calor para los procedimientos de soldadura por arco, se puede utilizar la siguiente fórmula:

donde Q = entrada de calor (kJ/mm), V = voltaje (V), I = corriente (A) y S = velocidad de soldadura (mm/min). La eficiencia depende del proceso de soldadura utilizado, siendo la soldadura por arco de metal blindado un valor de 0,75, la soldadura por arco de metal con gas y la soldadura por arco sumergido de 0,9 y la soldadura por arco de tungsteno con gas de 0,8. Los métodos para aliviar las tensiones y la fragilidad creadas en la ZAT incluyen el alivio de tensiones y el templado.

Extensión de por vida con métodos posteriores al tratamiento

La durabilidad y la vida útil de las estructuras de acero soldadas cargadas dinámicamente están determinadas en muchos casos por las soldaduras, en particular las transiciones de soldadura. A través del tratamiento selectivo de las transiciones mediante esmerilado (corte abrasivo), granallado, tratamiento de impacto de alta frecuencia, etc., la durabilidad de muchos diseños aumenta significativamente.

Metalurgia

La mayoría de los sólidos utilizados son materiales de ingeniería que consisten en sólidos cristalinos en los que los átomos o iones están dispuestos en un patrón geométrico repetitivo que se conoce como estructura reticular. La única excepción es el material que está hecho de vidrio, que es una combinación de un líquido sobreenfriado y polímeros que son agregados de grandes moléculas orgánicas.

La cohesión de los sólidos cristalinos se obtiene por un enlace metálico o químico que se forma entre los átomos constituyentes. Los enlaces químicos se pueden agrupar en dos tipos que consisten en iónicos y covalentes. Para formar un enlace iónico, un electrón de valencia o de enlace se separa de un átomo y se une a otro átomo para formar iones de carga opuesta. El enlace en la posición estática es cuando los iones ocupan una posición de equilibrio donde la fuerza resultante entre ellos es cero. Cuando los iones se ejercen en fuerza de tensión, el espacio interiónico aumenta creando una fuerza de atracción electrostática, mientras que domina una fuerza de repulsión bajo la fuerza de compresión entre los núcleos atómicos.

El enlace covalente tiene lugar cuando uno de los átomos constituyentes pierde uno o más electrones, y el otro átomo gana los electrones, lo que da como resultado una nube de electrones que es compartida por la molécula en su conjunto. Tanto en el enlace iónico como en el covalente, la ubicación de los iones y los electrones está restringida entre sí, lo que hace que el enlace sea característicamente frágil.

El enlace metálico se puede clasificar como un tipo de enlace covalente en el que los átomos constituyentes son del mismo tipo y no se combinan entre sí para formar un enlace químico. Los átomos perderán uno o más electrones formando una matriz de iones positivos. Estos electrones son compartidos por la red que hace que el grupo de electrones sea móvil, ya que los electrones son libres de moverse al igual que los iones. Por esto, le da a los metales su conductividad térmica y eléctrica relativamente alta, además de ser característicamente dúctiles.

Tres de las estructuras de red cristalina más utilizadas en metales son la cúbica centrada en el cuerpo, la cúbica centrada en las caras y la hexagonal compacta. El acero ferrítico tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y el acero austenítico, los metales no ferrosos como el aluminio, el cobre y el níquel tienen una estructura cúbica centrada en la cara.

La ductilidad es un factor importante para asegurar la integridad de las estructuras al permitirles soportar concentraciones de esfuerzos locales sin fracturarse. Además, se requiere que las estructuras tengan una resistencia aceptable, que está relacionada con el límite elástico del material. En general, a medida que aumenta el límite elástico de un material, se produce una reducción correspondiente en la tenacidad a la fractura.

Una reducción en la tenacidad a la fractura también se puede atribuir al efecto de fragilización de las impurezas, o para metales cúbicos centrados en el cuerpo, a una reducción en la temperatura. Los metales y, en particular, los aceros tienen un rango de temperatura de transición en el que, por encima de este rango, el metal tiene una ductilidad de entalla aceptable, mientras que por debajo de este rango, el material se vuelve quebradizo. Dentro de la gama, el comportamiento de los materiales es impredecible. La reducción de la tenacidad a la fractura se acompaña de un cambio en la apariencia de la fractura. Cuando está por encima de la transición, la fractura se debe principalmente a la coalescencia de microvacíos, lo que hace que la fractura parezca fibrosa. Cuando las temperaturas descienden, la fractura mostrará signos de facetas de escisión. Estas dos apariencias son visibles a simple vista. La fractura frágil en placas de acero puede aparecer como marcas de chevron bajo el microscopio.

La tenacidad a la fractura se mide utilizando una muestra rectangular con muescas y prefisurado, cuyas dimensiones se especifican en las normas, por ejemplo, ASTM E23. Existen otros medios para estimar o medir la tenacidad a la fractura mediante los siguientes: La prueba de impacto Charpy según ASTM A370; La prueba de desplazamiento de apertura de punta de grieta (CTOD) según BS 7448–1; La prueba integral J según ASTM E1820; La prueba de caída de peso de Pellini según ASTM E208.

Condiciones inusuales

Si bien muchas aplicaciones de soldadura se realizan en entornos controlados, como fábricas y talleres de reparación, algunos procesos de soldadura se usan comúnmente en una amplia variedad de condiciones, como al aire libre, bajo el agua y al vacío (como el espacio). En aplicaciones al aire libre, como la construcción y la reparación de exteriores, la soldadura por arco de metal blindado es el proceso más común. Los procesos que emplean gases inertes para proteger la soldadura no pueden usarse fácilmente en tales situaciones, porque los movimientos atmosféricos impredecibles pueden resultar en una soldadura defectuosa. La soldadura por arco de metal protegido también se usa a menudo en la soldadura submarina en la construcción y reparación de barcos, plataformas en alta mar y tuberías, pero también son comunes otras, como la soldadura por arco con núcleo fundente y la soldadura por arco de tungsteno con gas. La soldadura en el espacio también es posible: los cosmonautas rusos lo intentaron por primera vez en 1969 durante la misión Soyuz 6, cuando realizaron experimentos para probar la soldadura por arco de metal blindado, la soldadura por arco de plasma y la soldadura por haz de electrones en un entorno despresurizado. Se realizaron más pruebas de estos métodos en las décadas siguientes, y hoy en día los investigadores continúan desarrollando métodos para utilizar otros procesos de soldadura en el espacio, como la soldadura por rayo láser, la soldadura por resistencia y la soldadura por fricción. Los avances en estas áreas pueden ser útiles para futuros esfuerzos similares a la construcción de la Estación Espacial Internacional, que podría depender de la soldadura para unir en el espacio las piezas que se fabricaron en la Tierra. y soldadura por haz de electrones en un entorno despresurizado. Se realizaron más pruebas de estos métodos en las décadas siguientes, y hoy en día los investigadores continúan desarrollando métodos para utilizar otros procesos de soldadura en el espacio, como la soldadura por rayo láser, la soldadura por resistencia y la soldadura por fricción. Los avances en estas áreas pueden ser útiles para futuros esfuerzos similares a la construcción de la Estación Espacial Internacional, que podría depender de la soldadura para unir en el espacio las piezas que se fabricaron en la Tierra. y soldadura por haz de electrones en un entorno despresurizado. Se realizaron más pruebas de estos métodos en las décadas siguientes, y hoy en día los investigadores continúan desarrollando métodos para utilizar otros procesos de soldadura en el espacio, como la soldadura por rayo láser, la soldadura por resistencia y la soldadura por fricción. Los avances en estas áreas pueden ser útiles para futuros esfuerzos similares a la construcción de la Estación Espacial Internacional, que podría depender de la soldadura para unir en el espacio las piezas que se fabricaron en la Tierra.

Problemas de seguridad

La soldadura puede ser peligrosa e insalubre si no se toman las precauciones adecuadas. Sin embargo, el uso de nueva tecnología y la protección adecuada reduce en gran medida los riesgos de lesiones y muerte asociados con la soldadura. Dado que muchos procedimientos de soldadura comunes involucran un arco eléctrico abierto o una llama, el riesgo de quemaduras e incendios es significativo; por eso se clasifica como un proceso de trabajo en caliente. Para evitar lesiones, los soldadores usan equipo de protección personal en forma de guantes de cuero grueso y chaquetas protectoras de manga larga para evitar la exposición al calor extremo y las llamas. No se debe usar ropa sintética como el poliéster, ya que puede quemarse y causar lesiones.Además, el brillo del área de soldadura conduce a una condición llamada ojo de arco o quemaduras por destello en las que la luz ultravioleta causa inflamación de la córnea y puede quemar las retinas de los ojos. Se usan gafas protectoras y cascos para soldar con placas faciales oscuras con filtro UV para evitar esta exposición. Desde la década de 2000, algunos cascos han incluido una placa frontal que se oscurece instantáneamente al exponerse a la intensa luz ultravioleta. Para proteger a los transeúntes, el área de soldadura suele estar rodeada de cortinas de soldadura translúcidas. Estas cortinas, hechas de una película de plástico de cloruro de polivinilo, protegen a las personas que se encuentran fuera del área de soldadura de la luz ultravioleta del arco eléctrico, pero no pueden reemplazar el filtro de vidrio que se usa en los cascos.

Los soldadores a menudo están expuestos a gases peligrosos y partículas. Procesos como la soldadura por arco con núcleo fundente y la soldadura por arco de metal protegido producen humo que contiene partículas de varios tipos de óxidos. El tamaño de las partículas en cuestión tiende a influir en la toxicidad de los humos, presentando las partículas más pequeñas un mayor peligro. Esto se debe a que las partículas más pequeñas tienen la capacidad de cruzar la barrera hematoencefálica. Los humos y gases, como el dióxido de carbono, el ozono y los humos que contienen metales pesados, pueden ser peligrosos para los soldadores que no cuentan con la ventilación y la capacitación adecuadas. La exposición a humos de soldadura de manganeso, por ejemplo, incluso a niveles bajos (<0,2 mg/m3), puede provocar problemas neurológicos o daños en los pulmones, el hígado, los riñones o el sistema nervioso central.Las nanopartículas pueden quedar atrapadas en los macrófagos alveolares de los pulmones e inducir fibrosis pulmonar. El uso de gases comprimidos y llamas en muchos procesos de soldadura presenta un riesgo de explosión e incendio. Algunas precauciones comunes incluyen limitar la cantidad de oxígeno en el aire y mantener los materiales combustibles alejados del lugar de trabajo.

Costos y tendencias

Como proceso industrial, el costo de la soldadura juega un papel crucial en las decisiones de fabricación. Muchas variables diferentes afectan el costo total, incluido el costo del equipo, el costo de la mano de obra, el costo del material y el costo de la energía.Dependiendo del proceso, el costo del equipo puede variar, desde económico para métodos como la soldadura por arco de metal blindado y la soldadura con oxicorte, hasta extremadamente costoso para métodos como la soldadura por rayo láser y la soldadura por rayo de electrones. Debido a su alto costo, solo se utilizan en operaciones de alta producción. Del mismo modo, debido a que la automatización y los robots aumentan los costos de los equipos, solo se implementan cuando es necesaria una alta producción. El costo de la mano de obra depende de la tasa de deposición (la tasa de soldadura), el salario por hora y el tiempo total de operación, incluido el tiempo dedicado al ajuste, la soldadura y el manejo de la pieza. El costo de los materiales incluye el costo del material base y de relleno, y el costo de los gases de protección. Finalmente, el costo de la energía depende del tiempo de arco y de la demanda de potencia de soldadura.

Para los métodos de soldadura manual, los costos de mano de obra generalmente constituyen la gran mayoría del costo total. Como resultado, muchas medidas de ahorro de costos se enfocan en minimizar el tiempo de operación. Para hacer esto, se pueden seleccionar procedimientos de soldadura con altas tasas de deposición y se pueden ajustar los parámetros de soldadura para aumentar la velocidad de soldadura. La mecanización y la automatización a menudo se implementan para reducir los costos de mano de obra, pero esto con frecuencia aumenta el costo del equipo y genera tiempo de preparación adicional. Los costos de materiales tienden a aumentar cuando se necesitan propiedades especiales, y los costos de energía normalmente no ascienden a más de un porcentaje del costo total de soldadura.

En los últimos años, con el fin de minimizar los costes laborales en la fabricación de alta producción, la soldadura industrial se ha ido automatizando cada vez más, sobre todo con el uso de robots en la soldadura por puntos de resistencia (especialmente en la industria del automóvil) y en la soldadura por arco. En la soldadura robótica, los dispositivos mecanizados sostienen el material y realizan la soldadura.y al principio, la soldadura por puntos era su aplicación más común, pero la soldadura por arco robótica aumenta en popularidad a medida que avanza la tecnología. Otras áreas clave de investigación y desarrollo incluyen la soldadura de materiales disímiles (como acero y aluminio, por ejemplo) y nuevos procesos de soldadura, como agitación por fricción, pulso magnético, soldadura térmica conductiva y soldadura híbrida con láser. Además, se desea avanzar en la fabricación de métodos más especializados, como la soldadura por rayo láser, prácticos para más aplicaciones, como en las industrias aeroespacial y automotriz. Los investigadores también esperan comprender mejor las propiedades a menudo impredecibles de las soldaduras, especialmente la microestructura, las tensiones residuales y la tendencia de una soldadura a agrietarse o deformarse.

La tendencia de acelerar la velocidad a la que se realizan las soldaduras en la industria de la construcción en acero pone en riesgo la integridad de la conexión. Sin la fusión adecuada a los materiales base proporcionada por un tiempo de arco suficiente en la soldadura, un inspector de proyecto no puede garantizar el diámetro efectivo de la soldadura de charco, por lo que no puede garantizar las capacidades de carga publicadas a menos que sean testigos de la instalación real.Este método de soldadura por charco es común en los Estados Unidos y Canadá para unir láminas de acero a vigas de barra y miembros de acero estructural. Las agencias regionales son responsables de garantizar la instalación adecuada de la soldadura de charco en los sitios de construcción de acero. Actualmente no existe un procedimiento estándar o de soldadura que pueda garantizar la capacidad de retención publicada de cualquier conexión sin testigos, pero la Sociedad Estadounidense de Soldadura está revisando esto.

Soldadura de vidrio y plástico

Los vidrios y ciertos tipos de plásticos son comúnmente materiales soldados. A diferencia de los metales, que tienen un punto de fusión específico, los vidrios y los plásticos tienen un rango de fusión, llamado transición vítrea. Cuando se calienta el material sólido más allá de la temperatura de transición vítrea (T _g) a este rango, generalmente se volverá más suave y flexible. Cuando cruza el rango, por encima de la temperatura de fusión del vidrio (T _m), se convertirá en un líquido muy espeso, lento y viscoso, cuya viscosidad disminuirá lentamente a medida que aumente la temperatura. Por lo general, este líquido viscoso tendrá muy poca tensión superficial en comparación con los metales, convirtiéndose en una consistencia pegajosa, de caramelo a miel, por lo que la soldadura generalmente puede realizarse simplemente presionando dos superficies derretidas juntas. Los dos líquidos generalmente se mezclarán y unirán al primer contacto. Al enfriarse a través de la transición vítrea, la pieza soldada se solidificará como una pieza sólida de material amorfo.

Soldadura de vidrio

La soldadura de vidrio es una práctica común durante el soplado de vidrio. Se utiliza muy a menudo en la construcción de iluminación, letreros de neón, tubos de flash, equipos científicos y la fabricación de platos y otros artículos de vidrio. También se utiliza durante la fundición de vidrio para unir las mitades de los moldes de vidrio y fabricar artículos como botellas y frascos. La soldadura de vidrio se logra calentando el vidrio a través de la transición vítrea, convirtiéndolo en una masa líquida espesa y moldeable. El calentamiento generalmente se realiza con un soplete de gas u oxigas, o un horno, porque las temperaturas para fundir el vidrio suelen ser bastante altas. Esta temperatura puede variar, dependiendo del tipo de vidrio. Por ejemplo, el vidrio de plomo se convierte en un líquido soldable a unos 870 °C (1600 °F) y se puede soldar con un soplete de propano simple. Por otro lado, el vidrio de cuarzo (sílice fundida) debe calentarse a más de 3000 °F (1650 °C), pero pierde rápidamente su viscosidad y formabilidad si se sobrecalienta, por lo que se debe usar un soplete de oxígeno. A veces, se puede unir un tubo al vidrio, lo que permite soplarlo en varias formas, como bombillas, botellas o tubos. Cuando se presionan dos piezas de vidrio líquido, por lo general se sueldan muy fácilmente. Por lo general, soldar un asa a una jarra se puede hacer con relativa facilidad. Sin embargo, cuando se suelda un tubo a otro tubo, se utiliza una combinación de soplado y succión, y presión y tracción para garantizar un buen sellado, dar forma al vidrio y evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede usar una varilla de relleno, pero generalmente no. lo que le permite ser soplado en varias formas, como bombillas, botellas o tubos. Cuando se presionan dos piezas de vidrio líquido, por lo general se sueldan muy fácilmente. Por lo general, soldar un asa a una jarra se puede hacer con relativa facilidad. Sin embargo, cuando se suelda un tubo a otro tubo, se utiliza una combinación de soplado y succión, y presión y tracción para garantizar un buen sellado, dar forma al vidrio y evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede usar una varilla de relleno, pero generalmente no. lo que le permite ser soplado en varias formas, como bombillas, botellas o tubos. Cuando se presionan dos piezas de vidrio líquido, por lo general se sueldan muy fácilmente. Por lo general, soldar un asa a una jarra se puede hacer con relativa facilidad. Sin embargo, cuando se suelda un tubo a otro tubo, se utiliza una combinación de soplado y succión, y presión y tracción para garantizar un buen sellado, dar forma al vidrio y evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede usar una varilla de relleno, pero generalmente no. y se utiliza presión y tracción para asegurar un buen sellado, para dar forma al vidrio y para evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede usar una varilla de relleno, pero generalmente no. y se utiliza presión y tracción para asegurar un buen sellado, para dar forma al vidrio y para evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede usar una varilla de relleno, pero generalmente no.

Debido a que el vidrio es muy quebradizo en su estado sólido, a menudo es propenso a agrietarse con el calentamiento y el enfriamiento, especialmente si el calentamiento y el enfriamiento son desiguales. Esto se debe a que la fragilidad del vidrio no permite una expansión térmica desigual. Por lo general, el vidrio que ha sido soldado deberá enfriarse muy lenta y uniformemente a través de la transición vítrea, en un proceso llamado recocido, para aliviar las tensiones internas creadas por un gradiente de temperatura.

Hay muchos tipos de vidrio, y lo más común es soldar usando los mismos tipos. Diferentes vidrios a menudo tienen diferentes tasas de expansión térmica, lo que puede hacer que se agrieten al enfriarse cuando se contraen de manera diferente. Por ejemplo, el cuarzo tiene una expansión térmica muy baja, mientras que el vidrio de cal sodada tiene una expansión térmica muy alta. Cuando se sueldan diferentes vidrios entre sí, generalmente es importante hacer coincidir sus coeficientes de expansión térmica para garantizar que no se produzcan grietas. Además, algunos vidrios simplemente no se mezclarán con otros, por lo que es posible que no sea posible soldar entre ciertos tipos.

El vidrio también se puede soldar a metales y cerámicas, aunque con los metales el proceso suele ser más una adhesión a la superficie del metal que una mezcla de los dos materiales. Sin embargo, ciertos vidrios generalmente se unirán solo a ciertos metales. Por ejemplo, el vidrio de plomo se adhiere fácilmente al cobre o al molibdeno, pero no al aluminio. Los electrodos de tungsteno a menudo se usan en iluminación, pero no se adhieren al vidrio de cuarzo, por lo que el tungsteno a menudo se humedece con vidrio de borosilicato fundido, que se adhiere tanto al tungsteno como al cuarzo. Sin embargo, se debe tener cuidado para garantizar que todos los materiales tengan coeficientes de expansión térmica similares para evitar el agrietamiento tanto cuando el objeto se enfría como cuando se vuelve a calentar. A menudo se utilizan aleaciones especiales para este propósito, asegurando que los coeficientes de expansión coincidan y, a veces, sean delgados.

Soldadura de plástico

Los plásticos generalmente se dividen en dos categorías, que son "termoestables" y "termoplásticos". Un termoestable es un plástico en el que una reacción química establece los enlaces moleculares después de formar el plástico y luego los enlaces no se pueden romper nuevamente sin degradar el plástico. Los termoestables no se pueden fundir, por lo tanto, una vez que un termoestable ha fraguado, es imposible soldarlo. Los ejemplos de termoestables incluyen resinas epoxi, silicona, caucho vulcanizado, poliéster y poliuretano.

Los termoplásticos, por el contrario, forman cadenas moleculares largas, que a menudo están enrolladas o entrelazadas, formando una estructura amorfa sin ningún orden cristalino de largo alcance. Algunos termoplásticos pueden ser completamente amorfos, mientras que otros tienen una estructura parcialmente cristalina/parcialmente amorfa. Tanto los termoplásticos amorfos como los semicristalinos tienen una transición vítrea, por encima de la cual puede ocurrir la soldadura, pero los semicristalinos también tienen un punto de fusión específico que está por encima de la transición vítrea. Por encima de este punto de fusión, el líquido viscoso se convertirá en un líquido de flujo libre (ver soldabilidad reológica para termoplásticos). Los ejemplos de termoplásticos incluyen polietileno, polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo (PVC) y fluoroplásticos como Teflon y Spectralon.

La soldadura de termoplásticos es muy similar a la soldadura de vidrio. El plástico primero debe limpiarse y luego calentarse a través de la transición vítrea, convirtiendo la interfaz de soldadura en un líquido espeso y viscoso. Luego, dos interfaces calentadas se pueden presionar juntas, lo que permite que las moléculas se mezclen a través de la difusión intermolecular, uniéndolas como una sola. Luego, el plástico se enfría a través de la transición vítrea, lo que permite que la soldadura se solidifique. A menudo se puede usar una varilla de relleno para ciertos tipos de juntas. Las principales diferencias entre soldar vidrio y plástico son los tipos de métodos de calentamiento, las temperaturas de fusión mucho más bajas y el hecho de que los plásticos se quemarán si se sobrecalientan. Se han ideado muchos métodos diferentes para calentar plástico a una temperatura soldable sin quemarlo. Se pueden usar hornos o herramientas de calentamiento eléctrico para derretir el plástico. ultrasónico, láser, o el calentamiento por fricción son otros métodos. Pueden implantarse metales resistivos en el plástico, que responden al calentamiento por inducción. Algunos plásticos comenzarán a quemarse a temperaturas más bajas que su transición vítrea, por lo que la soldadura se puede realizar soplando un gas inerte calentado sobre el plástico, derritiéndolo y, al mismo tiempo, protegiéndolo del oxígeno.

Muchos termoplásticos también se pueden soldar con disolventes químicos. Cuando se pone en contacto con el plástico, el solvente comenzará a ablandarlo, convirtiendo la superficie en una solución líquida y espesa. Cuando dos superficies derretidas se presionan juntas, las moléculas en la solución se mezclan, uniéndolas como una sola. Debido a que el solvente puede penetrar el plástico, el solvente se evapora a través de la superficie del plástico, causando que la soldadura se salga de la solución y se solidifique. Un uso común de la soldadura con solvente es para unir tuberías de PVC o ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) durante la plomería, o para soldar plásticos de estireno y poliestireno en la construcción de modelos. La soldadura con solvente es especialmente efectiva en plásticos como el PVC que se queman en o por debajo de su transición vítrea,