La soldadura por resistencia eléctrica ( ERW ) es un proceso de soldadura en el que las piezas metálicas en contacto se unen de forma permanente calentándolas con una corriente eléctrica, fundiendo el metal en la unión. [1] La soldadura por resistencia eléctrica se utiliza ampliamente, por ejemplo, en la fabricación de tuberías de acero y en el montaje de carrocerías para automóviles. [2] La corriente eléctrica puede suministrarse a electrodos que también aplican presión de sujeción, o puede ser inducida por un campo magnético externo. El proceso de soldadura por resistencia eléctrica se puede clasificar además por la geometría de la soldadura y el método de aplicación de presión a la junta: soldadura por puntos, soldadura por costura, soldadura por destello, soldadura por proyección, por ejemplo. Algunos factores que influyen en el calor o las temperaturas de soldadura son las proporciones de las piezas de trabajo, el recubrimiento de metal o la falta de recubrimiento, los materiales del electrodo, la geometría del electrodo, la fuerza de presión del electrodo, la corriente eléctrica y la duración del tiempo de soldadura. Se forman pequeños charcos de metal fundido en el punto de mayor resistencia eléctrica (las superficies de conexión o "unión") a medida que pasa una corriente eléctrica (100–100.000 A ) a través del metal. En general, los métodos de soldadura por resistencia son eficientes y causan poca contaminación, pero sus aplicaciones se limitan a materiales relativamente delgados.
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La soldadura por puntos es un método de soldadura por resistencia que se utiliza para unir dos o más láminas de metal superpuestas, pernos, salientes, colgadores de cableado eléctrico, algunas aletas de intercambiadores de calor y algunos tubos. Por lo general, las fuentes de energía y los equipos de soldadura se dimensionan según el espesor específico y el material que se va a soldar. El espesor está limitado por la salida de la fuente de energía de soldadura y, por lo tanto, por el rango del equipo debido a la corriente requerida para cada aplicación. Se tiene cuidado de eliminar los contaminantes entre las superficies de contacto. Por lo general, se utilizan simultáneamente dos electrodos de cobre para sujetar las láminas de metal y pasar corriente a través de ellas. Cuando la corriente pasa a través de los electrodos hacia las láminas, se genera calor debido a la mayor resistencia eléctrica donde las superficies entran en contacto entre sí. Como la resistencia eléctrica del material provoca una acumulación de calor en las piezas de trabajo entre los electrodos de cobre, el aumento de la temperatura provoca un aumento de la resistencia y da como resultado un baño de fusión contenido la mayor parte del tiempo entre los electrodos. A medida que el calor se disipa por toda la pieza de trabajo en menos de un segundo (el tiempo de soldadura por resistencia generalmente se programa como una cantidad de ciclos de CA o milisegundos), el estado fundido o plástico crece para encontrarse con las puntas de soldadura. Cuando se detiene la corriente, las puntas de cobre enfrían la soldadura por puntos, lo que hace que el metal se solidifique bajo presión. Los electrodos de cobre enfriados por agua eliminan el calor de la superficie rápidamente, acelerando la solidificación del metal, ya que el cobre es un excelente conductor . La soldadura por puntos por resistencia generalmente emplea energía eléctrica en forma de corriente continua , corriente alterna , corriente continua de media onda de frecuencia media o corriente continua de media onda de alta frecuencia.
Si se aplica calor excesivo o demasiado rápido, o si la fuerza entre los materiales de base es demasiado baja, o el revestimiento es demasiado grueso o demasiado conductor, entonces el área fundida puede extenderse al exterior de las piezas de trabajo, escapando a la fuerza de contención de los electrodos (a menudo hasta 30.000 psi). Esta explosión de metal fundido se llama expulsión, y cuando esto ocurre, el metal será más delgado y tendrá menos resistencia que una soldadura sin expulsión. El método común para verificar la calidad de una soldadura es una prueba de pelado. Una prueba alternativa es la prueba de tracción restringida, que es mucho más difícil de realizar y requiere equipo calibrado. Debido a que ambas pruebas son de naturaleza destructiva (resultando en la pérdida de material vendible), los métodos no destructivos como la evaluación por ultrasonidos se encuentran en diversas etapas de adopción temprana por parte de muchos OEM.
Las ventajas de este método incluyen un uso eficiente de la energía , una deformación limitada de la pieza de trabajo , altas tasas de producción, una automatización sencilla y la ausencia de materiales de relleno necesarios. Cuando se necesita una alta resistencia al corte , se utiliza la soldadura por puntos en lugar de una fijación mecánica más costosa, como el remachado . Si bien la resistencia al corte de cada soldadura es alta, el hecho de que los puntos de soldadura no formen una costura continua significa que la resistencia general suele ser significativamente menor que con otros métodos de soldadura, lo que limita la utilidad del proceso. Se utiliza ampliamente en la industria automotriz : los automóviles pueden tener varios miles de soldaduras por puntos. Se puede utilizar un proceso especializado, llamado soldadura por disparo , para soldar por puntos el acero inoxidable .
Existen tres tipos básicos de uniones por soldadura por resistencia: estado sólido, fusión y soldadura fuerte por reflujo. En una unión en estado sólido , también llamada unión por termocompresión, se unen materiales diferentes con una estructura de grano diferente, por ejemplo, molibdeno con tungsteno, utilizando un tiempo de calentamiento muy corto, una energía de soldadura alta y una fuerza alta. Hay poca fusión y un crecimiento de grano mínimo, pero una unión y una interfaz de grano definidas. Por lo tanto, los materiales realmente se unen mientras aún están en estado sólido. Los materiales unidos generalmente exhiben una excelente resistencia al corte y a la tracción, pero una mala resistencia al pelado. En una unión por fusión , materiales similares o diferentes con estructuras de grano similares se calientan hasta el punto de fusión (estado líquido) de ambos. El enfriamiento y la combinación posteriores de los materiales forman una aleación de "pepita" de los dos materiales con un mayor crecimiento de grano. Por lo general, se utilizan altas energías de soldadura en tiempos de soldadura cortos o largos, según las características físicas, para producir uniones por fusión. Los materiales unidos generalmente exhiben excelentes resistencias a la tracción, al pelado y al corte. En una unión por soldadura fuerte por reflujo , se utiliza un calentamiento por resistencia de un material de soldadura fuerte a baja temperatura, como oro o soldadura, para unir materiales diferentes o combinaciones de materiales gruesos y delgados muy variadas. El material de soldadura fuerte debe “humedecer” cada parte y poseer un punto de fusión más bajo que las dos piezas de trabajo. La unión resultante tiene interfaces definidas con un crecimiento mínimo del grano. Por lo general, el proceso requiere un tiempo de calentamiento más prolongado (de 2 a 100 ms) a baja energía de soldadura. La unión resultante exhibe una excelente resistencia a la tracción, pero poca resistencia al pelado y al corte.
La soldadura por costura por resistencia es un proceso que produce una soldadura en las superficies de contacto de dos metales similares. La costura puede ser una junta a tope o una junta superpuesta y, por lo general, es un proceso automatizado. Se diferencia de la soldadura por chispa en que la soldadura por chispa generalmente suelda toda la junta a la vez y la soldadura por costura forma la soldadura progresivamente, comenzando en un extremo. Al igual que la soldadura por puntos, la soldadura por costura se basa en dos electrodos, generalmente hechos de cobre, para aplicar presión y corriente. Los electrodos suelen tener forma de disco y giran a medida que el material pasa entre ellos. Esto permite que los electrodos permanezcan en contacto constante con el material para realizar soldaduras continuas y prolongadas. Los electrodos también pueden mover o ayudar al movimiento del material.
Un transformador suministra energía a la junta de soldadura en forma de corriente alterna de alta corriente y bajo voltaje. La junta de la pieza de trabajo tiene una resistencia eléctrica alta en relación con el resto del circuito y se calienta hasta su punto de fusión por la corriente. Las superficies semifundidas se presionan entre sí por la presión de soldadura que crea una unión de fusión, lo que da como resultado una estructura soldada uniformemente. La mayoría de los soldadores de costura utilizan refrigeración por agua a través de los conjuntos de electrodos, transformadores y controladores debido al calor generado.
La soldadura por costura produce una soldadura extremadamente duradera porque la unión se forja debido al calor y la presión aplicados. Una unión soldada correctamente mediante soldadura por resistencia puede ser fácilmente más fuerte que el material del que está formada.
Un uso común de la soldadura de costura es durante la fabricación de tubos de acero redondos o rectangulares. La soldadura de costura se ha utilizado para fabricar latas de bebidas de acero, pero ya no se utiliza para esto porque las latas de bebidas modernas son de aluminio sin costuras.
Existen dos modos de soldadura por costura: intermitente y continua. En la soldadura por costura intermitente, las ruedas avanzan hasta la posición deseada y se detienen para realizar cada soldadura. Este proceso continúa hasta que se alcanza la longitud deseada de la soldadura. En la soldadura por costura continua, las ruedas siguen girando a medida que se realiza cada soldadura.
La soldadura por resistencia eléctrica de baja frecuencia (LF-ERW) es un método obsoleto de soldadura de costuras en oleoductos y gasoductos . Se eliminó gradualmente en la década de 1970, pero a partir de 2015 algunos oleoductos construidos con este método seguían en servicio. [3]
Los tubos soldados por resistencia eléctrica (ERW) se fabrican formando en frío una lámina de acero hasta darle forma cilíndrica. Luego, se hace pasar una corriente entre los dos bordes del acero para calentarlo hasta un punto en el que los bordes se juntan a la fuerza para formar una unión sin el uso de material de relleno de soldadura. Inicialmente, este proceso de fabricación utilizaba corriente alterna de baja frecuencia para calentar los bordes. Este proceso de baja frecuencia se utilizó desde la década de 1920 hasta 1970. En 1970, el proceso de baja frecuencia fue reemplazado por un proceso ERW de alta frecuencia que produjo una soldadura de mayor calidad.
Con el tiempo, se descubrió que las soldaduras de tuberías ERW de baja frecuencia eran susceptibles a la corrosión selectiva de las costuras, grietas en forma de gancho y una unión inadecuada de las costuras, por lo que ya no se utiliza ERW de baja frecuencia para fabricar tuberías. El proceso de alta frecuencia todavía se utiliza para fabricar tuberías para su uso en la construcción de nuevas tuberías. [4]
Otros métodos ERW incluyen la soldadura por flash , la soldadura por proyección de resistencia y la soldadura por recalcado . [5]
La soldadura por chispa es un tipo de soldadura por resistencia que no utiliza ningún metal de relleno . Las piezas de metal que se van a soldar se separan a una distancia predeterminada en función del espesor del material, la composición del material y las propiedades deseadas de la soldadura terminada. Se aplica corriente al metal y el espacio entre las dos piezas crea resistencia y produce el arco necesario para fundir el metal. Una vez que las piezas de metal alcanzan la temperatura adecuada, se presionan juntas, lo que las une mediante soldadura por forja de manera efectiva. [6]
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. [7]
Con el tiempo, se descubrió que las soldaduras de tuberías ERW de baja frecuencia eran susceptibles a la corrosión selectiva de las costuras, grietas en forma de gancho y unión inadecuada de las costuras, por lo que las ERW de baja frecuencia ya no se utilizan para fabricar tuberías.
