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La soldadura por puntos (o soldadura por puntos de resistencia [1] ) es un tipo de soldadura por resistencia eléctrica utilizada para soldar diversos productos de chapa metálica, a través de un proceso en el que los puntos de la superficie metálica en contacto se unen mediante el calor obtenido a partir de la resistencia a la corriente eléctrica .
El proceso utiliza dos electrodos de aleación de cobre con forma para concentrar la corriente de soldadura en un pequeño "punto" y, al mismo tiempo, sujetar las láminas. Las piezas de trabajo se mantienen juntas bajo la presión ejercida por los electrodos. Normalmente, las láminas tienen un grosor de entre 0,5 y 3 mm (0,020 y 0,118 pulgadas). Al forzar una gran corriente a través del punto, se derretirá el metal y se formará la soldadura. La característica atractiva de la soldadura por puntos es que se puede suministrar una gran cantidad de energía al punto en un tiempo muy corto (aproximadamente entre 10 y 100 milisegundos). [2] Esto permite que la soldadura se realice sin calentar excesivamente el resto de la lámina.
La cantidad de calor (energía) que se aplica al punto está determinada por la resistencia entre los electrodos y la magnitud y duración de la corriente. [3] La cantidad de energía se elige para que coincida con las propiedades del material de la lámina, su espesor y el tipo de electrodos. Aplicar muy poca energía no fundirá el metal o hará una soldadura deficiente. Aplicar demasiada energía fundirá demasiado metal, expulsará material fundido y hará un orificio en lugar de una soldadura. [4] Otra característica de la soldadura por puntos es que la energía que se aplica al punto se puede controlar para producir soldaduras confiables.
La soldadura por puntos consta de tres etapas; la primera de las cuales implica acercar los electrodos a la superficie del metal y aplicar una ligera presión. A continuación, se aplica brevemente la corriente de los electrodos, tras lo cual se retira la corriente, pero los electrodos permanecen en su lugar hasta que el material se enfríe. Los tiempos de soldadura varían de 0,01 s a 0,63 s, dependiendo del espesor del metal, la fuerza de los electrodos y el diámetro de los mismos. [ cita requerida ]
El equipo utilizado en el proceso de soldadura por puntos consta de portaherramientas y electrodos. Los portaherramientas funcionan como un mecanismo para sujetar los electrodos firmemente en su lugar y también sostienen las mangueras de agua opcionales que enfrían los electrodos durante la soldadura. Los métodos de sujeción de herramientas incluyen un tipo de paleta, de servicio ligero, universal y de desplazamiento regular. Los electrodos generalmente están hechos de una aleación de baja resistencia, generalmente cobre, y están diseñados en muchas formas y tamaños diferentes según la aplicación necesaria.
Los dos materiales que se sueldan se conocen como piezas de trabajo y deben conducir la electricidad. El ancho de las piezas de trabajo está limitado por la longitud de la garganta del aparato de soldadura y varía típicamente de 5 a 50 pulgadas (13 a 130 cm). El espesor de la pieza de trabajo puede variar de 0,008 a 1,25 pulgadas (0,20 a 32 mm). [5]
Una vez que se retira la corriente de la pieza de trabajo, esta se enfría a través de los orificios de refrigeración ubicados en el centro de los electrodos. En los mecanismos de soldadura por puntos se pueden utilizar tanto agua como una solución de salmuera como refrigerantes.
En el caso de la soldadura por puntos de resistencia, existen dos partes principales del sistema de herramientas, cuyas características influyen fundamentalmente en todo el proceso: la pistola y su tipo, y el tamaño y la forma del electrodo. En este tipo de aplicaciones, en las que la disposición de la pistola debe ser lo más rígida posible debido a las altas fuerzas de aplicación (por ejemplo, soldadura de materiales gruesos), se utiliza ampliamente la pistola de tipo C. Además de la alta rigidez resultante, esta disposición conduce a una gran flexibilidad de las herramientas, ya que el movimiento de los electrodos es colineal. A diferencia del tipo C, la denominada disposición de tipo X proporciona menos rigidez, aunque el espacio de trabajo accesible es mucho mayor que con el tipo C, por lo que esta disposición es muy común, donde se procesan objetos delgados y planos (por ejemplo, fabricación de paneles de piso o de techo). Sin embargo, ofrece menos flexibilidad en términos de herramientas, porque las trayectorias de los electrodos en movimiento no son colineales (como las puntas de una tijera), por lo que se debe utilizar una punta de electrodo en forma de cúpula.
Los electrodos utilizados en la soldadura por puntos pueden variar mucho según las diferentes aplicaciones. Cada tipo de herramienta tiene un propósito diferente. Los electrodos de estilo radial se utilizan para aplicaciones de alta temperatura, los electrodos con punta truncada para alta presión, los electrodos excéntricos para soldar esquinas, los electrodos con punta excéntrica descentrada para llegar a las esquinas y espacios pequeños y, por último, los electrodos truncados descentrados para llegar a la propia pieza de trabajo.
El proceso de soldadura por puntos tiende a endurecer el material, lo que provoca su deformación. Esto reduce la resistencia a la fatiga del material y puede estirarlo y recocerlo . Los efectos físicos de la soldadura por puntos incluyen grietas internas, grietas superficiales y una mala apariencia. La grieta alrededor de la pepita de soldadura se extenderá bajo una carga externa o fatiga para producir un tipo diferente de falla. [6] [7] Las propiedades químicas afectadas incluyen la resistencia interna del metal y sus propiedades corrosivas.
Los tiempos de soldadura suelen ser muy cortos, lo que puede causar problemas con los electrodos, que no se pueden mover lo suficientemente rápido para mantener el material sujeto. Los controladores de soldadura utilizan un pulso doble para solucionar este problema. Durante el primer pulso, es posible que el contacto del electrodo no pueda realizar una buena soldadura. El primer pulso ablandará el metal. Durante la pausa entre los dos pulsos, los electrodos se acercarán y harán un mejor contacto.
Durante la soldadura por puntos, la gran corriente eléctrica induce un gran campo magnético, y la corriente eléctrica y el campo magnético interactúan entre sí para producir también un gran campo de fuerza magnética, que impulsa al metal fundido a moverse muy rápido a una velocidad de hasta 0,5 m/s. Como tal, la distribución de energía térmica en la soldadura por puntos podría cambiar drásticamente por el rápido movimiento del metal fundido. [8] [9] [10] El rápido movimiento en la soldadura por puntos se puede observar con fotografías de alta velocidad. [11]
La soldadora por puntos básica consta de una fuente de alimentación, una unidad de almacenamiento de energía (por ejemplo, un banco de condensadores), un interruptor, un transformador de soldadura y los electrodos de soldadura. El elemento de almacenamiento de energía permite que la soldadora suministre altos niveles de potencia instantánea. Si las demandas de potencia no son altas, entonces no se necesita el elemento de almacenamiento de energía. El interruptor hace que la energía almacenada se descargue en el transformador de soldadura. El transformador de soldadura reduce el voltaje y aumenta la corriente. Una característica importante del transformador es que reduce el nivel de corriente que el interruptor debe manejar. Los electrodos de soldadura son parte del circuito secundario del transformador. También hay una caja de control que maneja el interruptor y puede monitorear el voltaje o la corriente del electrodo de soldadura.
La resistencia que se presenta al soldador es complicada. [12] Existe la resistencia del devanado secundario, los cables y los electrodos de soldadura. También existe la resistencia de contacto entre los electrodos de soldadura y la pieza de trabajo. Existe la resistencia de las piezas de trabajo y la resistencia de contacto entre las piezas de trabajo.
Al principio de la soldadura, las resistencias de contacto suelen ser altas, por lo que la mayor parte de la energía inicial se disipará allí. Ese calor y la fuerza de sujeción ablandarán y alisarán el material en la interfaz electrodo-material y harán un mejor contacto (es decir, reducirán la resistencia de contacto). En consecuencia, entrará más energía eléctrica en la pieza de trabajo y en la resistencia de unión de las dos piezas de trabajo. A medida que se suministra energía eléctrica a la soldadura y hace que la temperatura aumente, los electrodos y la pieza de trabajo conducen ese calor hacia afuera. El objetivo es aplicar suficiente energía para que una parte del material dentro del punto se derrita sin que se derrita todo el punto. El perímetro del punto conducirá mucho calor y mantendrá el perímetro a una temperatura más baja. El interior del punto tiene menos calor conducido hacia afuera, por lo que se derrite primero. Si la corriente de soldadura se aplica durante demasiado tiempo, todo el punto se derrite, el material se agota o falla de otro modo y la "soldadura" se convierte en un agujero.
El voltaje necesario para soldar depende de la resistencia del material a soldar, del espesor de la lámina y del tamaño deseado de la pieza. Al soldar una combinación común como una lámina de acero de 1,0 + 1,0 mm, el voltaje entre los electrodos es de solo 1,5 V aproximadamente al comienzo de la soldadura, pero puede caer hasta 1 V al final de la misma. Esta disminución del voltaje es resultado de la reducción de la resistencia causada por la fusión de la pieza de trabajo. El voltaje de circuito abierto del transformador es más alto que esto, generalmente en el rango de 5 a 22 voltios. [13]
La resistencia del punto de soldadura cambia a medida que fluye y se licúa. Los equipos de soldadura modernos pueden monitorear y ajustar la soldadura en tiempo real para garantizar una soldadura uniforme. El equipo puede intentar controlar diferentes variables durante la soldadura, como la corriente, el voltaje, la potencia o la energía.
Los tamaños de las soldadoras varían de 5 a 500 kVA. [14] Las soldadoras de micro puntos, utilizadas en una variedad de industrias, pueden llegar a 1,5 kVA o menos para necesidades de soldadura de precisión.
Es común que durante el proceso se expulsen gotas de metal fundido (chispas) del área de la soldadura.
La soldadura por puntos de resistencia no genera un arco brillante, por lo que no se requiere protección contra los rayos ultravioleta. La OSHA exige el uso de protectores faciales o gafas transparentes para protegerse de las salpicaduras, pero no exige ningún tipo de lente con filtro. [15]
La soldadura por puntos se utiliza normalmente para soldar determinados tipos de chapa metálica , malla de alambre soldada o malla de alambre . Las piezas más gruesas son más difíciles de soldar por puntos porque el calor fluye hacia el metal circundante con mayor facilidad. La soldadura por puntos se puede identificar fácilmente en muchos productos de chapa metálica, como baldes de metal. Las aleaciones de aluminio se pueden soldar por puntos, pero su conductividad térmica y eléctrica mucho más altas requieren corrientes de soldadura más altas. Esto requiere transformadores de soldadura más grandes, más potentes y más costosos .
Quizás la aplicación más común de la soldadura por puntos sea en la industria de fabricación de automóviles , donde se utiliza casi universalmente para soldar la chapa metálica que forma un automóvil. Las soldadoras por puntos también pueden automatizarse por completo , y muchos de los robots industriales que se encuentran en las líneas de montaje son soldadoras por puntos (el otro uso principal de los robots es la pintura).
La soldadura por puntos también se utiliza en la clínica del ortodoncista, donde se utilizan equipos de soldadura por puntos a pequeña escala para redimensionar las "bandas molares" metálicas que se utilizan en ortodoncia .
Otra aplicación es la soldadura por puntos de correas a celdas de baterías de níquel-cadmio , níquel-hidruro metálico o de iones de litio para fabricar baterías. Las celdas se unen mediante soldadura por puntos de correas delgadas de níquel a los terminales de la batería. La soldadura por puntos puede evitar que la batería se caliente demasiado, como podría suceder si se hiciera una soldadura convencional.
Las buenas prácticas de diseño siempre deben permitir una accesibilidad adecuada. Las superficies de conexión deben estar libres de contaminantes como incrustaciones, aceite y suciedad para garantizar la calidad de las soldaduras. El espesor del metal no suele ser un factor determinante para una buena soldadura.
La soldadura por proyección es una modificación de la soldadura por puntos en la que la soldadura se localiza por medio de secciones elevadas, o proyecciones, en una o ambas piezas de trabajo que se van a unir. El calor se concentra en las proyecciones, lo que permite la soldadura de secciones más pesadas o el espaciado más cercano de las soldaduras. Las proyecciones también pueden servir como un medio para posicionar las piezas de trabajo. La soldadura por proyección se utiliza a menudo para soldar pernos , tuercas y otras piezas de máquinas roscadas a placas de metal. También se utiliza con frecuencia para unir alambres y barras cruzados. Este es otro proceso de alta producción, y se pueden organizar múltiples soldaduras por proyección mediante un diseño y una plantilla adecuados. [16]
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