proc. no convencionales de soldadura
DESCRIPTION
soldadura tipos de procesosTRANSCRIPT
Tipos de SoldaduraPresentado por :
Carlos Andres Cordoba Arroyo 1227809
David Aguirre Avila 1225219
Julian Velez Quintero 1325579
Juan Camilo Vernaza 1322556
INDICE TEMATICO
1. Soldadura con rayo laser
2. Soldadura con haz de electrones
3. Soldadura en estado solido
4. Soldadura por resistencia
SOLDADURA POR RAYO LÁSER
La soldadura por rayo láser se consigue mediante la aplicación de un haz de luz muy intenso y concentrado sobre una zona de la pieza a trabajar.
El haz se establece cuando se somete un rubí artificial a radiación electromagnética externa, lo cual genera una excitación de los electrones en los átomos de cromo presentes en él. (Light Amplification by Stimulated Electromagnetic Radiation).
La luz roja emitida por los electrones se focaliza en el punto deseado mediante un sistema óptico de espejos.
Sistema de focalización
La soldadura láser puede realizarse manualmente por medio de máquinas equipadas con microscopios y controles de mando, aunque también puede ser llevada a cabo por robots completamente automatizados.
Su versatilidad permite alcanzar geometrías complejas y aplicarse en diversos materiales.
Máquina para soldadura láser manual
Soldadura láser automatizada
Existen distintas maneras de aplicar la soldadura láser: Soldadura por puntos y cordón Soldadura de recargue Soldadura por conducción
térmica Soldadura por penetración Soldadura por escáner Soldadura híbrida
Ventajas: Se puede utilizar para soldar materiales
disimilares con un buen alcance de profundidad.
La zona afectada térmicamente (ZAT) es muy pequeña, por lo que tratamientos térmicos posteriores no son necesarios.
El acabado superficial es óptimo. Puesto que la fuente de calor es un haz
luminoso, no se genera desgaste de superficies y las distorsiones son minimizadas.
Se puede aplicar a materiales recubiertos de plástico o vidrio, sin afectar el revestimiento.
Desventajas: Las superficies a soldar deben estar
ubicadas con gran precisión con respecto al foco del haz.
Requiere tecnología de punta, por lo que es costoso.
Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia generadas durante el proceso pueden ser perjudiciales para el cuerpo humano.
SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES
Haz de electrones
Consiste de un flujo de electrones libres dotados de una velocidad elevada. La carga eléctrica de los electrones permite la aceleración de los mismos mediante campos electrostáticos. Dependiendo en forma directa del número de electrones y de su velocidad, el haz así formado posee una cantidad de energía.
La lente electromagnética que hace posible la concentración del haz, se crea un campo magnético al paso de la corriente eléctrica mediante una bobina de hilo conductor.
HISTORIA
Soldadura por haz de electrones fue desarrollado por el físico alemán Karl-Heinz Steigerwald de Stuttgart, Alemania Occidental antes de 1958. Steigerwald había sido la realización de experimentos en su microscopio electrónico para aumentar la potencia del alcance y descubrió para su sorpresa, que la muestra que se están examinando lo haría desaparecer. Más tarde, Steigerwald determinó que mediante el control de la configuración de energía, el espécimen se derretirían y resolidificar. Así, el soldador de haz de electrones nació.
Los diversos sistemas de haz de electrones disponibles son: alto vacío, vacío parcial, y de no vacío y se utilizan en consecuencia dependiendo de la aplicación. Hoy en día, la soldadura por haz de electrones se utiliza en muchas industrias diversificadas en todo el mundo como: nuclear, aeroespacial, aviones, automoción, instrumentación, médicos, electrónica, comercial y de talleres de trabajo.
Una corriente de 10 mA con 150.000 V es suficiente para soldar un acero inoxidable de 25mm
CARACTERÍSTICAS
Se produce transferencia de energía cinética en el choque entre electrones y átomos del material, variando a su vez la trayectoria de dichos electrones, que son quienes aportan la energía antes nombrada.
Como la energía que pierde el electrón por choque es muy pequeña, es necesario un elevado número de colisiones para que el haz de electrones pierda toda su energía a causa se los choques.
Como la transferencia de energía se realiza en pequeños volúmenes, podemos obtener elevadas concentraciones energéticas en la superficie de impacto.
Una pequeña parte de los electrones incidentes rebota al chocar con la superficie del material.
El haz formado, con el simple choque de partículas ( electrones ) con las moléculas del aire, de dispersan, y esto se debe a la reducida masa de los electrones. A causa de esto la generación y propagación directa del haz de electrones sólo son posibles en una atmósfera de vacío.
ALTO VACÍO
Conseguir uniones y zonas afectadas por la temperatura de reducidas dimensiones.
Soldeo de metales reactivos con el oxígeno y nitrógeno, al trabajar a vacío.
Soldeo de metales de gran espesor, debido a su gran poder de penetración.
Las limitaciones del proceso son:La limitación del tamaño de la pieza a soldar, pues la cámara de vacío tiene un espacio útil reducido.La baja producción, ya que requiere altos tiempos de bombeo para alcanzar el vacío.
VACÍO PARCIAL
La productividad es mayor al reducirse el tiempo de bombeo.
El equipo es más barato, al no ser necesaria una bomba difusora (imprescindible para obtener el alto vacío).
Las limitaciones más importantes del proceso son:
La alta concentración de aire en la cámara aumenta la divergencia del haz de electrones y en consecuencia la soldadura presenta cordones más anchos y de menor espesor.
NO VACÍO
No se practica vacío en la cámara de soldadura, pero el cañón debe trabajar a un vacío de 13 MPa como mínimo. En este proceso la protección de la pieza se realiza con un chorro de gas inerte.Las ventajas de este proceso son:
Es la soldadura de mayor productividad, al no ser necesario esperar a que se alcancen las condiciones de vacío.
No existen tantas limitaciones en relación al tamaño de la pieza.
Las limitaciones del proceso son:
La divergencia del haz de electrones como consecuencia de la mayor concentración de aire da lugar a cordones considerablemente más anchos y menos profundos que los obtenidos con los otros procesos.
En la soldadura por haces electrónicos, la fuente de calor es un estrecho haz electrónico emitido desde el cátodo caliente de un cañón de electrones. El haz electrónico se enfoca por medio de un arrollamiento electromagnético
El principio del funcionamiento es sencillo, se lleva un haz de electrones a una velocidad promedio de 124000 millas por segundo (2/3 de la velocidad de la luz)
Con voltajes altos se reduce el tamaño de la zona de soldadura mientras que con corrientes de mayor intensidad se obtienen zonas de soldadura mas altas
Ventajas: No requiere ningún material de aportación Las soldaduras se realizan en vacío (un entorno de alta
pureza). Esto produce soldaduras tan limpia o más limpia que el material original. Óxidos, nitruros y carburos son expulsadas por el calor y vacío. Este proceso puede penetrar ampliamente al material.
La penetración en el material se puede controlar fácilmente mediante el voltaje con el que se acelera el haz de luz, corriente del haz, foco del haz
Soldadura por haz de electrones produce aproximadamente la mitad que el calor residual como la soldadura por arco de tungsteno, para minimizar la distorsión y los problemas metalúrgicos.
Desventajas: Requiere tecnología de punta, por lo que es
costoso. Al necesitar una cámara de vacío, las
dimensiones de esta restringen el tamaño de la pieza de trabajo que se va a soldar.
Es un proceso eficiente mas no rápido El control del ambiente de soldadura debe
de ser exacto La emisión de rayos X supone un riesgo para
la salud del operario
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO
unión metalúrgica con poca o ninguna fusión de los metales base, donde debe establecerse un contacto íntimo entre los dos metales para que sus fuerzas atómicas cohesivas se atraigan una a la otra.
En el contacto físico normal entre dos superficies, la presencia de películas químicas, gases, aceites y similares prohíbe tal contacto íntimo. Para que tenga éxito la unión atómica, deben removerse estas películas y demás sustancias.
CARACTERÍSTICAS
La unión de estado sólido comprende uno o más de los siguientes fenómenos:
Difusión: transferencia de átomos a través de una interfaz.
Presión: cuanto mayor sea la presión, más fuerte será la interfaz.
Movimientos relativos interfaciales: cuando ocurren movimientos entre las superficies de contacto.
VENTAJAS RESPECTO A LA SOLDADURA POR FUSIÓN
no ocurre la fusión, entonces no hay una zona afectada por el calor, por lo que el metal que rodea la unión conserva sus propiedades originales.
producen uniones soldadas que incluyen toda la interfaz de contacto entre las dos piezas, y no en distintos puntos o costuras.
estos procesos son aplicables para unir metales distintos, sin tomar en cuenta las propiedades térmicas.
SOLDADURA EN FRIO
En este proceso se aplica presión a las piezas de trabajo mediante dados o rodillos. Debido a que implica deformación plástica, es necesario que cuando menos una (pero de preferencia las dos) de las partes coincidentes sea dúctil. Antes de soldar, la interfaz se desengrasa, se cepilla con un cepillo de alambre y se limpia a fin de retirar restos de óxidos. La soldadura en frío puede utilizarse para unir piezas de trabajo pequeñas fabricadas con metales suaves y dúctiles.
UNIÓN POR LAMINACIÓN
Es un proceso en estado sólido en el cual se aplica una presión suficiente para producir coalescencia mediante rodillos, ya sea con o sin aplicación externa de calor.
SOLDADURA ULTRASÓNICA
En la soldadura ultrasónica las superficies de empalme de los dos componentes se someten a una fuerza normal estática y a esfuerzos cortantes (tangenciales) oscilantes. Los esfuerzos cortantes se aplican mediante la punta de un transductor similar al que se utiliza para el maquinado ultrasónico.
Los esfuerzos cortantes causan deformación plástica en la interfaz de los dos componentes, lo que rompe la película de óxido y contaminantes, permite de esta manera un buen contacto y produce una fuerte unión de estado sólido.
SOLDADURA POR FRICCIÓN
Para este proceso el calor necesario para la soldadura se genera mediante fricción en la interfaz de los dos componentes a unir, Donde uno de los componentes de la pieza de trabajo permanece estacionario, mientras que el otro se coloca en un plato o una boquilla y se hace girar a alta velocidad constante. Los dos miembros a unir se ponen en contacto mediante una fuerza axial Una vez establecido suficiente contacto, el miembro giratorio se detiene con rapidez.
SOLDADURA POR EXPLOSIÓN
En la soldadura por explosión se aplica presión detonando una capa de explosivo que se ha colocado sobre uno de los componentes a unir, llamado aleta. Las presiones de contacto desarrolladas son extremadamente altas y la energía cinética de la placa que golpea al componente coincidente genera una interfaz ondulada. Este impacto engancha mecánicamente las dos superficies, de manera que también ocurre una soldadura por presión mediante deformación plástica.
UNIÓN POR DIFUSIÓN
un proceso en el que la resistencia de la unión se debe fundamentalmente a la difusión (movimiento de los átomos a través de la interfaz) y en segundo lugar a la deformación plástica de las superficies de empalme. Este proceso requiere temperaturas de alrededor de 0.5Tm (donde Tm es el punto de fusión del metal en la escala absoluta) para tener un índice de difusión suficientemente elevado entre las partes a unir.
PROCESO DE DIFUSIÓN
Hace que las dos superficies se suelden a alta temperatura y presión, aplanando las superficies de contacto, fragmentando las impurezas y produciendo un área grande de contacto de átomo con átomo.
Una vez obtenidas las superficies lo suficientemente comprimidas a temperaturas altas, los átomos se difunden a través de los límites del grano, este paso suele suceder con mucha rapidez aislando los huecos producidos por la difusión en los límites del grano.
Por último se eliminan por completo los huecos mencionados en el segundo paso, produciéndose una difusión en volumen, la cual es muy lenta respecto de la anterior.
SOLDADURA POR RESISTENCIA
Soldadura por ResistenciaEste tipo de soldadura se basa en el efecto Joule: el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de la unión de las piezas. El calor desprendido viene dado por la expresión:
Q = 0,24 x I2 x R x. t
Los principales beneficios de la soldadura por resistencia son siguientes:• Tiempo de proceso muy corto.• No requiere consumibles, como materiales o varillas de soldadura.• Operación segura a causa de la baja tensión.• Limpio y ecológico.• El resultado es una unión electro-mecánica fiable
El ciclo de soldeo se puede dividir en varias fases:
FASE DE POSICIONAMIENTO: se ejerce presión sobre los electrodos de tal forma que se consiga la unión de los materiales a soldar.
FASE DE SOLDEO: pasa la corriente eléctrica creando diferencia de potencial entre los electrodos. Se mantiene una presión entre los electrodos durante esta fase, que suele ser mejor que la ejercida en la fase de posicionamiento.
FASE DE MANTENIMIENTO: se incrementa la presión ejercida después de cortarse la corriente eléctrica.
FASE DE DECADENCIA: se reduce la presión hasta retirar la pieza una vez ya soldada.
FASES DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA
TIPOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA
- Soldadura por puntos.
- Soldadura costura.
- Soldadura a tope.
- Soldadura por PROTUBERANCIA
- Soldadura capilar
- Soldadura de hilo aislado.
SOLDADURA POR PUNTO
Las ventajas de la soldadura por puntos:
El método de soldadura por resistencia permite la unión exacta, segura y rápida de una gran variedad de tipos de materiales y formas.
Chapas, perfiles, barras, piezas estampadas, cables o cordones pueden ser soldados con mucha precisión entre electrodos puntiformes.
La soldadura por puntos es un método de probada eficacia para soldar a largo plazo piezas con un gran número de los cabezales de soldadura disponibles
SOLDADURA POR COSTURA
Ventajas:
Debido a que la soldadura por costura se realiza con rodillos, los cuales aplican una fuerza constante a la placa podremos tener soldadura mas uniformes y consistentes
Podemos controlar la corriente de soldadura para diferentes casos
SOLDADURA A TOPE
A tope. Las dos piezas que hay que soldar se sujetan entre unas mordazas por las que pasa la corriente, las cuales están conectadas a un transformador que reduce la tensión de red a la de la soldadura. Las superficies que se van a unir, a consecuencia de la elevada resistencia al paso de la corriente que circula por las piezas, se calientan hasta la temperatura conveniente para la soldadura. En este momento se interrumpe la corriente, y se aprietan las dos piezas fuertemente una contra otra. Una variante de este método es no ejercer presión sino dejar que entre las piezas se realicen múltiples arcos eléctricos, llamado por chisporroteo.
SOLDADURA CAPILAR
Las ventajas de la soldadura capilar:
Es posible soldar productos que sólo son accesibles desde un lado.
Es posible soldar productos que se encuentran aislados por un lado (reparación de tarjetas de circuitos impresos).
La corriente de soldadura no fluye a través de todo el cuerpo de la parte inferior.
Puntos de soldeo dobles en un único proceso de soldadura
SOLDADURA POR PROTUBERANCIA
Las ventajas de la soldadura por protuberancia:
La corriente de soldadura se concentra por medio de una protuberancia o perfil en uno de los elementos de la unión.
Es posible utilizar electrodos planos con una gran superficie de contacto cuya área corresponde con el área de la pieza de trabajo.
La utilización de electrodos planos tiene las siguientes ventajas: mayor vida útil, prácticamente sin deformación o decoloración de la pieza y encaje perfecto en las aplicaciones de producción de alto volumen.
El proceso de soldadura por resistencia también permite la soldadura de varias protuberancias utilizando el correspondiente número de electrodos o un par de electrodos de gran superficie suministrado por una sola fuente de energía.
SOLDADURA POR HILO DE COBRELa unión sólida de cables aislados entre sí o con las piezas del conector en la fabricación de componentes eléctricos y dispositivos que utilizan la soldadura por resistencia requiere, antes de iniciar la soldadura con la corriente real de soldadura, la eliminación de la capa de aislamiento, por ejemplo, de forma mecánica, química o térmica. Las ventajas de quitar el aislamiento y efectuar la soldadura en una sola operación son enormes.
Las ventajas de la soldadura de hilo de cobre esmaltado:
Quitar el aislamiento y formación de la cinta en una operación.
Especialmente apropiado en la automatización.
Supervisión del proceso.