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Metalurgia de la soldadura ¿Qué es la soldadura? La soldadura es un proceso de unión que une de forma permanente a dos componentes separados mediante el calor, la presión o la combinación de ambos para convertirlos en una nueva pieza. ¿Qué es la metalurgia? Es una ciencia compuesta por técnicas y operaciones industriales especializadas que se destinan tanto a la obtención como al tratamiento de los metales que se encuentran en los minerales metálicos. Metalurgia química.
Importancia de la metalurgia La metalurgia se emplea para realizar la preparación, el tratamiento físico o químico, la producción y la aleación de metales según sea su utilización. En este sentido, en la metalurgia es de suma importancia que las técnicas sean aplicadas correctamente para obtener un metal en óptimas condiciones. La metalurgia se lleva a cabo desde hace muchos siglos con el fin de elaborar herramientas más fuertes y duraderas, así como para la construcción. En la actualidad su aplicación se extiende a diversas áreas. De allí que los metales estén presentes en las actividades cotidianas de las personas, en los objetos que utilizamos, en los espacios en los que nos encontramos, entre otros. Metalurgia en la soldadura La metalurgia de la soldadura se enfoca en el análisis de los procesos de calentamiento, fusión, solidificación y enfriamiento que giran en torno a la soldadura, este proceso es uno de los métodos más usados actualmente para la unión de materiales metálicos, a la vez es el más complejo desde el punto de vista metalúrgico. En esta podemos observar los siguientes fenómenos metalúrgicos: Fusión. Solidificación. Reacciones gas-metal. Fenómenos de superficie. Reacciones en estado sólido.
La soldadura como tal se divide en dos pasos o estructuras, la estructura primaria y la estructura secundaria. Estructura primaria La estructura primaria se da gracias a la fundición de los metales, habiendo o no metal de aporte. Los metales a soldar pueden ser diferentes y el metal de aporte se escoge teniendo en cuenta las especificaciones finales de la soldadura, ya que gracias a este se pueden incrementar o disminuir ciertas propiedades mecánicas, ya en el momento de pensar en las estructuras cristalinas es necesario tener en cuenta diferentes aspectos que se dan antes y durante la solidificación de la soldadura, como lo son las reacciones metal-gas, las reacciones con fases líquidas no metálicas como lo son las escorias o los fundentes y las reacciones en estado sólido producidas durante el proceso de solidificación de la soldadura. El primer fenómeno se da cuando comienza el proceso de soldadura, el número de cristales empieza a aumentar, y a medida que el proceso se desarrolla, la rapidez a la cual se aumentan los cristales aumenta, pero al mismo tiempo dichos cristales empiezan a crecer lo que produce que llegue a un punto en el que los cristales están tan juntos que este proceso pasara a ser mucho más lento. El segundo fenómeno representa la forma en la cual crecen los cristales porque los cristales del metal mientras están rodeado de líquido suelen crecer de una forma regular, pero al haber un cristal con una diferente ubicación espacial (otro metal), los cristales crecerán de forma irregular y solo la interacción de dichos cristales podrán dictar su estructura final. La solidificación en soldaduras es la transformación de sólido a líquido está gobernada por un proceso combinado de nucleación y crecimiento de cristales, y el tamaño, orientación y distribución de los granos producidos define las propiedades mecánicas y la sanidad de la estructura solidificada.
Direcciones de crecimiento de granos El crecimiento de los cristales se da con la misma orientación cristalina que los granos de metal base parcialmente fundidos. Este fenómeno recibe el nombre de crecimiento epitaxial. La solidificación epitaxial es el mecanismo común a todos los procesos de soldadura por fusión, posibilitando la coalescencia buscada para tener continuidad entre el metal base y el metal de soldadura. Este crecimiento depende también de la pileta líquida a la hora de hacer la soldadura, la forma de la pileta líquida determina la dirección de crecimiento de los granos, así como la velocidad de crecimiento y el gradiente térmico en el líquido. Cuando la pileta de fusión tiene forma de gota, el gradiente térmico máximo permanece casi invariable en su dirección en todos los puntos del frente de solidificación y cuando la pileta de fusión es elíptica, la dirección de gradiente máximo cambia continuamente desde el borde hacia el centro del cordón. En esta figura se representa el esquema de crecimiento epitaxial de los cristales a solidificar.
Estructura secundaria Las velocidades de enfriamiento involucradas determinan que las condiciones para las transformaciones de fase mencionadas sean de no equilibrio, por esta razón, no es posible utilizar los diagramas de fase de equilibrio, se recurre entonces a los diagramas TTT (temperatura-transformación-tiempo). Diagramas TTT (temperatura-transformación-tiempo) Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo (normalmente en escala logarítmica) y la temperatura requeridos para una transformación a temperatura constante.
Los factores que modifican la forma del diagrama TTT son:
- Composición química del acero: 1.1. Elementos que mueven las líneas hacia la derecha (C, Ni, Mn, Si, Cu) 1.2. Elementos que además cambian la forma (Cr, Mo, V)
- Tamaño de grano austenítico: si es grande, disminuye la superficie de borde de grano disponible para nuclear.
- Heterogeneidad de la austenita: en las áreas segregadas la austenita se transforma de acuerdo con un diagrama modificado por el efecto local. Otro aspecto que se debe tener en cuenta en la estructura secundaria es el enfriamiento en la zona afectada por el calor (ZAC), La respuesta del área próxima a la línea de fusión en una junta soldada depende de la naturaleza del material soldado y del proceso empleado. Diagrama ZAC
El precalentamiento es un factor importante para obtener una ZAC óptima. Esta operación consiste en el calentamiento de la junta previo a la soldadura, su principal efecto es reducir la velocidad de enfriamiento de la unión soldada. Tiene como ventajas: Evitar el templado. Aumentar la difusión de hidrógeno en la junta.
Soldadura MIG Clasificación Soldadura por arco Este tipo de soldadura, popular por su bajo costo, recibe este nombre debido a que se crea un arco voltaico entre el metal que se está soldando originado durante el proceso y el electrodo del soldador, creado por una fuente de alimentación para soldadura. Este arco voltaico va a calentar el metal hasta que llegue a su punto de fusión. Entre los tipos de soldadura de arco que podemos encontrar, están: Arco eléctrico Arco blindado del metal Soldadura MIG Flujo tubular Gas inerte de Tungsteno Soldadura de arco sumergida Proceso de soldadura por arco.
Soldadura de resistencia (eléctrica) También conocida como soldadura de punto , este tipo de soldadura se basa en una corriente eléctrica entre dos pedazos distintos de metal. La corriente producida va a derretir una sección muy pequeña o un punto de ambos metales al punto de fusión, consiguiendo sellarlos juntos. Estación de trabajo para soldadura y oxicorte con oxígeno-acetileno. Soldadura de gas. Normalmente los electrodos usados son de una aleación de cobre y cromo. Resumen del funcionamiento.
La ventaja que tiene este tipo de soldadura, frente a otros como la soldadura de arco o de gas, es que es mucho más fácil de automatizar y utilizar en procesos de fabricación simples. Mientras sus grandes desventajas están en que únicamente puede utilizarse para unir dos pedazos superpuestos de metal, lo que la hace bastante limitada, y además cuenta con unos costos iniciales bastante altos. Soldadura de estado sólido La soldadura en estado sólido consigue ensamblar dos pedazos de metal mediante vibración y presión, algo que resulta bastante interesante, al no utilizar ningún tipo de calor para conseguir derretir los metales utilizados. Una alta presión y vibración consigue que los metales intercambien átomos entre ellos mediante el método de difusión, enlazando los dos pedazos en uno solo. Los tipos de soldadura de estado sólido que encontramos son los siguientes: La soldadura ultrasónica Soldadura de la explosión Soldadura de la de fricción Soldadura del rodillo Soldadura de pulso electromagnético Soldadura de co-extrusión Soldadura en frío Soldadura por resistencia eléctrica. Soldadura de estado sólido.
Tipos de soldadura para materiales metálicos Si hacemos la categorización en lo que respecta a tipos de soldadura para materiales metálicos, tenemos dos tipos según el material de aportación: Soldadura homogénea En este caso el material de aportación es de la misma naturaleza o material que las piezas a unir o incluso no se utiliza. Soldadura heterogénea Como soldadura heterogénea entendemos aquella que ha sido efectuada entre materiales que tienen diferente naturaleza, tanto con metal de aportación, como sin él, es decir, en el caso de que se necesite metal de aportación los metales pueden ser de igual naturaleza, pero en el caso de no utilizarlo los metales a unir deberán ser de diferente material para considerarse soldadura heterogénea.
Bextok. (2017, octubre 5). Normas de seguridad en soldadura frente a radiaciones. Recuperado 31 de mayo de 2020, de https://blog.bextok.com/normas-de-seguridad-en-soldadura/
