La soldadura es un proceso de fabricación que une materiales, generalmente metales o termoplásticos , mediante el uso de altas temperaturas para fundir las piezas y permitir que se enfríen, provocando la fusión . La soldadura se diferencia de las técnicas de temperatura más baja, como la soldadura fuerte y la soldadura fuerte , que no funden el metal base (metal base).
Además de fundir el metal base, normalmente se agrega un material de relleno a la junta para formar un charco de material fundido (el charco de soldadura ) que se enfría para formar una junta que, según la configuración de la soldadura (a tope, de penetración total, de filete, etc.) .), puede ser más resistente que el material base. La presión también se puede utilizar junto con el calor o sola para producir una soldadura. La soldadura también requiere una forma de protección para proteger los metales de aportación o los metales fundidos de la contaminación u oxidación .
Se pueden utilizar 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 suele ser un proceso industrial, la soldadura se puede realizar en muchos entornos diferentes, incluso al aire libre, bajo el agua y en el espacio exterior . Soldar es una tarea peligrosa y se requieren precauciones para evitar quemaduras , descargas eléctricas , daños en la visión, inhalación de gases y vapores venenosos y exposición a intensa radiación ultravioleta .
Hasta finales del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura por forja , que los herreros utilizaban desde hacía milenios para unir hierro y acero mediante calentamiento y martilleo. La soldadura por arco y la soldadura con oxicombustible estuvieron entre los primeros procesos que se desarrollaron a finales de siglo, y poco después siguió la soldadura por resistencia eléctrica . 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 metálico con protección , ahora uno de los métodos de soldadura más populares, así como procesos semiautomáticos y automáticos como la soldadura por arco metálico con gas , la soldadura por arco sumergido y el fundente. Soldadura por arco tubular y soldadura por electroescoria . Los avances continuaron con la invención de la soldadura por rayo láser , la soldadura por haz de electrones , la soldadura por pulso magnético y la soldadura por fricción-agitación en la segunda mitad del siglo. Hoy en día, a medida que la ciencia continúa avanzando, la soldadura robótica es algo común en entornos industriales y los investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y obteniendo una mayor comprensión de la calidad de la soldadura.
El término soldar es de origen inglés, con raíces de Escandinavia . A menudo se confunde con la palabra en inglés antiguo weald , que significa "una zona boscosa", pero esta palabra finalmente se transformó en la versión moderna, salvaje . La palabra en inglés antiguo para soldar hierro era samod ('reunir') o samodwellung ('unir caliente', donde hot se relaciona más con el calor al rojo vivo o con una furia hinchada; en contraste con samodfæst , 'unir con una cuerda'). o sujetadores'). [1] El término soldar se deriva del verbo en inglés medio well ( wæll ; plural/tiempo presente: wælle ) o welling ( wællen ), que significa "calentar" (a la temperatura máxima posible); 'llevar a ebullición'. La palabra moderna probablemente se deriva del participio en tiempo pasado welled ( wællende ), siendo común la adición de d para este propósito en las lenguas germánicas de los anglos y sajones . Se registró por primera vez en inglés en 1590, a partir de una versión de la Biblia cristiana que fue traducida originalmente al inglés por John Wycliffe en el siglo XIV. La versión original, de Isaías 2:4, dice: " ...thei shul bete togidere its swerdes in rejas... " (juntarán sus espadas para formar rejas de arado), mientras que la versión de 1590 fue cambiada a " ... .thei shullen welle togidere her swerdes in-to scharris... " (soldarán sus espadas para formar 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. [2]
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 muchas otras lenguas europeas usaban palabras diferentes pero con el mismo significado para referirse a soldar hierro, como el ilirio (griego) variti ('hervir'), el turco kaynamak (' hervir'), Grison (suizo) bulgir ('hervir'), o el letón (letón) sawdrit ('soldar o soldar', derivado de wdrit , 'hervir'). En sueco, sin embargo, la palabra sólo se refería a unir metales cuando se combinaba con la palabra hierro ( järn ), como en valla järn (literalmente: 'hervir hierro'). La palabra posiblemente ingresó al inglés desde el comercio del 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 de uso cotidiano son de origen escandinavo. [3] [4]
La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios. Los primeros ejemplos de esto provienen de las Edades del Bronce y del Hierro en Europa y Oriente Medio . El historiador griego antiguo 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". [5] La soldadura de forja se utilizó en la construcción del pilar de hierro de Delhi , erigido en Delhi , India, alrededor del año 310 d.C. y que pesaba 5,4 toneladas métricas . [6]
La Edad Media trajo avances en la soldadura de forja , en la que los herreros golpeaban repetidamente el metal caliente hasta que se producía la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia , que incluye descripciones de la operación de forja. [7] Los artesanos del Renacimiento eran expertos en el proceso y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. [7]
En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico de pulso corto y presentó sus resultados en 1801. [8] [9] [10] En 1802, el científico ruso Vasily Petrov creó el arco eléctrico continuo, [10] [11] [12 ] y posteriormente publicó "News of Galvanic-Voltaic Experiments" en 1803, en el que describía los experimentos realizados 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. uno de ellos es fundir metales. [13] En 1808, Davy, que desconocía el trabajo de Petrov, redescubrió el arco eléctrico continuo. [9] [10] En 1881-1882, los inventores Nikolai Benardos (ruso) y Stanisław Olszewski (polaco) [14] crearon 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 finales del siglo XIX por parte del ruso Nikolai Slavyanov (1888) y del estadounidense CL Coffin (1890). Alrededor de 1900, AP Strohmenger lanzó en Gran Bretaña un electrodo de metal revestido que daba un arco más estable. En 1905, el científico ruso Vladimir Mitkevich propuso utilizar un arco eléctrico trifásico para soldar. La soldadura por corriente alterna fue inventada por CJ Holslag en 1919, pero no se hizo popular hasta dentro de una década. [15]
La soldadura por resistencia también se desarrolló durante las últimas décadas del siglo XIX, y las primeras patentes fueron de Elihu Thomson en 1885, quien produjo más avances durante los siguientes 15 años. La soldadura con termita se inventó en 1893, y por esa época se estableció otro proceso, la soldadura con oxicombustible . El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy , pero su uso no fue práctico en soldadura hasta aproximadamente 1900, cuando se desarrolló un soplete adecuado . [16] Al principio, la soldadura con oxicombustible 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 popularidad en las aplicaciones industriales. Fue reemplazada en gran medida por la soldadura por arco, a medida que se hicieron avances en los recubrimientos metálicos (conocidos como fundente ). [17] El fundente que cubre el electrodo protege principalmente el material base de las impurezas, pero también estabiliza el arco y puede agregar componentes de aleación al metal de soldadura. [18]
.jpg/1280px-Maurzyce_2009_(0).jpg)
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 la soldadura por arco, e incluso construyeron un barco, el "Fullagar", con el casco totalmente soldado. [19] [20] : 142 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 este proceso. [21] También es digno de mención el primer puente de carretera soldado del mundo, el puente Maurzyce en Polonia (1928). [22]
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. [23] Durante la década siguiente, nuevos avances permitieron la soldadura de metales reactivos como el aluminio y el magnesio . Esto, junto con los avances en la soldadura automática, la corriente alterna y los fundentes, alimentó una importante expansión de la soldadura por arco durante la década de 1930 y luego durante la Segunda Guerra Mundial. [24] En 1930, se botó el primer buque mercante totalmente soldado, el M/S Carolinian .
A mediados de siglo se inventaron muchos métodos nuevos de soldadura. En 1930, Kyle Taylor fue responsable del lanzamiento de la soldadura de pernos , que pronto se hizo popular en la construcción naval. La soldadura por arco sumergido se inventó el mismo año y sigue siendo popular en la actualidad. En 1932, el ruso Konstantin Khrenov finalmente implementó la primera soldadura por arco eléctrico bajo el agua. La soldadura por arco de tungsteno con gas , después de décadas de desarrollo, finalmente se perfeccionó en 1941, y en 1948 siguió la soldadura por arco de metal con gas, lo que permitió una soldadura rápida de materiales no ferrosos pero requirió costosos gases de protección. La soldadura por arco metálico protegido se desarrolló durante la década de 1950, utilizando un electrodo consumible recubierto de fundente, y rápidamente se convirtió en el proceso de soldadura por arco metálico más popular. En 1957, debutó el proceso de soldadura por arco con núcleo fundente, en el que el electrodo de alambre autoprotegido se podía utilizar con equipos automáticos, lo que daba como resultado velocidades de soldadura considerablemente 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. [25] En 1953, el científico soviético NF Kazakov propuso el método de unión por difusión . [26]
Otros avances recientes en la soldadura incluyen el avance de 1958 de la soldadura por haz de electrones, que hizo posible la soldadura profunda y estrecha a través de una fuente de calor concentrada. Tras la invención del láser en 1960, la soldadura por rayo láser debutó varias décadas después y ha demostrado ser especialmente útil en la soldadura automatizada de alta velocidad. La soldadura por impulso magnético (MPW) se utiliza industrialmente desde 1967. La soldadura por fricción-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. [27] Estos cuatro nuevos procesos siguen siendo bastante costosos debido al alto costo del equipo necesario, y esto ha limitado sus aplicaciones. [28]
El proceso de soldadura con gas más común es la soldadura con oxicombustible, [17] 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 utiliza ampliamente para soldar tuberías y tubos, así como para trabajos de reparación. [17]
El equipo es relativamente económico y simple, y generalmente emplea la combustión de acetileno en oxígeno para producir una temperatura de llama de soldadura de aproximadamente 3100 °C (5600 °F). [17] La llama, al estar 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. Para cortar metales se utiliza un proceso similar, generalmente llamado oxicorte. [17]
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 (DC) o corriente alterna (AC), 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 protector, y a veces también se utiliza material de relleno. [29]
Uno de los tipos más comunes de soldadura por arco es la soldadura por arco metálico protegido (SMAW); [30] También se conoce como soldadura manual por arco metálico (MMAW) o soldadura con electrodo revestido. Se utiliza corriente eléctrica 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 al producir dióxido de carbono (CO 2 ). gas durante el proceso de soldadura. El propio núcleo del electrodo actúa como material de relleno, lo que hace innecesario un relleno separado. [30]
El proceso es versátil y puede realizarse con equipos relativamente económicos, lo que lo hace muy adecuado para trabajos de taller y de campo. [30] [31] Un operador puede llegar a ser razonablemente competente con una cantidad modesta de capacitación y puede lograr el dominio con experiencia. Los tiempos de soldadura son bastante lentos, ya que los electrodos consumibles deben reemplazarse con frecuencia y porque la escoria, el residuo del fundente, debe eliminarse después de la soldadura. [30] Además, el proceso generalmente se limita a soldar materiales ferrosos, aunque electrodos especiales han hecho posible la soldadura de hierro fundido , acero inoxidable, aluminio y otros metales. [31]
La soldadura por arco metálico con gas (GMAW), también conocida como soldadura con gas inerte o MIG, es un proceso semiautomático o automático que utiliza una alimentación continua de alambre como electrodo y una mezcla de gases inertes o semiinertes para proteger la soldadura de la contaminación. . Dado que el electrodo es continuo, las velocidades de soldadura son mayores para GMAW que para SMAW. [32]
Un proceso relacionado, la soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), utiliza equipos similares pero utiliza alambre que consiste en 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. [33]
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. [34] Especialmente útil para soldar materiales delgados, este método se caracteriza por un arco estable y soldaduras de alta calidad, pero requiere una habilidad significativa del operador y solo se puede lograr a velocidades relativamente bajas. [34]
GTAW se puede utilizar en casi todos los metales soldables, aunque se aplica con mayor frecuencia al acero inoxidable y metales ligeros. A menudo se utiliza cuando la calidad de las soldaduras es extremadamente importante, como en aplicaciones de bicicletas , aviones y navales. [34] Un proceso relacionado, la soldadura por arco de plasma, también utiliza un electrodo de tungsteno pero utiliza gas plasma para formar 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 materiales 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. [35]
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 cobertura de fundente. Esto aumenta la calidad del arco ya que el fundente bloquea los contaminantes de la atmósfera. La escoria que se forma en la soldadura generalmente se desprende por sí 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 han mejorado mucho con respecto a otros procesos de soldadura por arco, ya que el fundente oculta el arco y casi no se produce humo. El proceso se utiliza comúnmente en la industria, especialmente para productos grandes y en la fabricación de recipientes a presión soldados. [36] Otros procesos de soldadura por arco incluyen la soldadura con hidrógeno atómico , la soldadura por electroescoria (ESW), la soldadura por electrogas y la soldadura por arco de pernos . [37] ESW es un proceso de soldadura de una sola pasada altamente productivo para materiales más gruesos entre 1 pulgada (25 mm) y 12 pulgadas (300 mm) en una posición vertical o casi vertical.
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 para soldadura más comunes son las fuentes de alimentación de corriente constante y las fuentes de alimentación de voltaje constante . En la soldadura por arco, la longitud del arco está directamente relacionada con el voltaje y la cantidad de calor aportado está relacionada con la corriente. Las fuentes de alimentación de corriente constante se utilizan con mayor frecuencia para 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 resultar difícil mantener el electrodo perfectamente estable y, como resultado, la longitud del arco y, por 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 usan 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 cable y el material base se rectifica rápidamente mediante 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 el calor aumente y la punta del cable se derrita, devolviéndolo a su distancia de separación original. [38]
El tipo de corriente utilizada juega un papel importante en la soldadura por arco. Los procesos con electrodos consumibles, como la soldadura por arco metálico protegido y la soldadura por arco metálico con gas, generalmente utilizan corriente continua, pero el electrodo se puede cargar positiva o negativamente. En la soldadura, el ánodo cargado positivamente tendrá una mayor concentración de calor y, como resultado, el cambio de polaridad del electrodo afecta las propiedades de la soldadura. Si el electrodo está cargado positivamente, el metal base estará más caliente, lo que aumentará la penetración y la velocidad de la soldadura. Alternativamente, un electrodo cargado negativamente da como resultado soldaduras más superficiales. [39] Los procesos con electrodos no consumibles, como la soldadura por arco de tungsteno con gas, pueden utilizar 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 causa soldaduras superficiales, mientras que un electrodo cargado negativamente hace soldaduras más profundas. [40] La corriente alterna se mueve rápidamente entre estos dos, lo que resulta en 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 , haciendo posibles cruces por cero rápidos y minimizando los efectos del problema. [41]
La soldadura por resistencia implica la generación de calor al hacer 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 a 100 000 A ) a través del metal. [42] 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. [42]
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. [42] Se utilizan simultáneamente dos electrodos para sujetar las láminas de metal y hacer 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 necesarios. La resistencia de la soldadura es significativamente menor que con otros métodos de soldadura, lo que hace que el proceso sea adecuado sólo para determinadas aplicaciones. Se utiliza ampliamente en la industria automotriz: los automóviles comunes pueden tener varios miles de puntos de soldadura realizados por robots industriales . Se puede utilizar un proceso especializado llamado soldadura por granalla para soldar por puntos acero inoxidable. [42]
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. Antiguamente este proceso se utilizaba en la fabricación de latas de bebidas, pero ahora sus usos son más limitados. [42] Otros métodos de soldadura por resistencia incluyen la soldadura a tope , [43] la soldadura por flash , la soldadura por proyección y la soldadura por recalcado . [42]
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 notablemente en su fuente de poder. La soldadura por rayo láser emplea un rayo láser altamente enfocado, mientras que la soldadura por haz de electrones se realiza al vacío y utiliza un haz 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 fácilmente automatizables, lo que los hace altamente productivos. Las principales desventajas son los elevados costes de los equipos (aunque están disminuyendo) y la susceptibilidad al craqueo térmico. Los avances en esta área incluyen la soldadura híbrida con láser , que utiliza principios tanto de la soldadura por rayo láser como de la soldadura por arco para obtener propiedades de soldadura aún mejores, el revestimiento por láser y la soldadura por rayos X. [44]
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 utiliza para conectar láminas o alambres delgados de metal o termoplástico haciéndolos vibrar a alta frecuencia y bajo alta presión. [46] El equipo y los métodos involucrados son similares a los de la soldadura por resistencia, pero en lugar de corriente eléctrica, la vibración proporciona energía. Soldar metales con este proceso no implica fundir 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 realizar conexiones eléctricas de aluminio o cobre, y también es un proceso de soldadura de polímeros muy común. [46]
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. [46]
Otros procesos de soldadura de estado sólido incluyen la soldadura por fricción (incluida la soldadura por fricción y agitación y la soldadura por puntos por fricción ), [47] soldadura por pulso magnético , [48] soldadura por coextrusión, soldadura en frío , unión por difusión , soldadura exotérmica , soldadura de alta frecuencia , soldadura en caliente. soldadura a presión, soldadura por inducción y unión por rodillos . [46]
Las soldaduras se pueden preparar geométricamente de muchas maneras diferentes. Los cinco tipos básicos de uniones soldadas son la unión a tope, la unión traslapada, la unión de esquina, la unión de borde y la unión en T (una variante de esta última es la unión cruciforme ). También existen otras variaciones; por ejemplo, las juntas de preparación en doble V se caracterizan por dos piezas de material, cada una de las cuales se estrecha 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 en V doble, son curvadas, formando una U. Las juntas traslapadas también suelen tener más de dos piezas de espesor: dependiendo del proceso utilizado y del grosor del material, se pueden soldar muchas piezas entre sí en una geometría de junta traslapada. [49]
Muchos procesos de soldadura requieren el uso de un diseño de unión particular; por ejemplo, la soldadura por puntos por resistencia, la soldadura por rayo láser y la soldadura por haz de electrones se realizan con mayor frecuencia en juntas superpuestas. Otros métodos de soldadura, como la soldadura por arco metálico protegido, son extremadamente versátiles y pueden soldar prácticamente cualquier tipo de unión. Algunos procesos también se pueden utilizar para realizar soldaduras de múltiples pasadas, en las que se deja enfriar una soldadura y luego se realiza otra soldadura encima. Esto permite soldar, por ejemplo, secciones gruesas dispuestas en una junta de preparación en V simple. [50]
Después de soldar, se pueden identificar varias regiones distintas en el área de soldadura. La soldadura en sí se llama zona de fusión; más específicamente, es donde se colocó el metal de aportación durante el proceso de soldadura. Las propiedades de la zona de fusión dependen principalmente del metal de aportación utilizado y de su compatibilidad con los materiales base. Está rodeada por la zona afectada por el calor , la zona 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 es también donde se encuentran las tensiones residuales. [51]
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 la 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. [52]
Por ejemplo, el factor de la posición de soldadura influye en la calidad de la soldadura, por lo que los códigos y especificaciones de soldadura pueden requerir pruebas (tanto de los procedimientos de soldadura como de los soldadores) utilizando posiciones de soldadura específicas: 1G (plana), 2G (horizontal), 3G (vertical), 4G (aérea). ), 5G (tubo fijo horizontal) o 6G (tubo fijo inclinado).
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 tensiones residuales 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 laminar y socavado.
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 las especificaciones 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. [52] Métodos como la inspección visual , la radiografía , las pruebas ultrasónicas , los ultrasonidos de matriz en fase , la inspección con tintes penetrantes , la inspección con partículas magnéticas o la tomografía computarizada industrial pueden ayudar con la detección y el análisis de ciertos defectos.
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 el aporte de calor del proceso de soldadura utilizado, la ZAC puede tener diferentes tamaños y resistencias. La difusividad térmica del material base juega un papel importante: si la difusividad es alta, la velocidad de enfriamiento del material es alta y la ZAT es relativamente pequeña. Por el contrario, una baja difusividad conduce a un enfriamiento más lento y una ZAT más grande. La cantidad de calor inyectada por el proceso de soldadura también juega un papel importante, ya que procesos como la soldadura con oxiacetileno tienen un aporte de calor no concentrado y aumentan el tamaño de la ZAT. 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 se encuentra entre estos dos extremos, y los procesos individuales varían algo en el aporte de calor. [53] [54] Para calcular el aporte de calor para los procedimientos de soldadura por arco, se puede utilizar la siguiente fórmula:
donde Q = aporte 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: la soldadura por arco metálico protegido tiene un valor de 0,75, la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco sumergido, 0,9, y la soldadura por arco de tungsteno con gas, 0,8. [55] Los métodos para aliviar las tensiones y la fragilidad creadas en la ZAC incluyen el alivio de tensiones y el templado . [56]
Un defecto importante relacionado con la ZAC sería el agrietamiento en los dedos de los pies. Debido a la rápida expansión (calentamiento) y contracción (enfriamiento), es posible que el material no tenga la capacidad de resistir el estrés y podría causar agrietamiento. Un método para controlar este estrés sería para controlar la velocidad de calentamiento y enfriamiento, como el precalentamiento y el poscalentamiento [57]
La durabilidad y vida útil de las estructuras de acero soldadas cargadas dinámicamente está determinada en muchos casos por las soldaduras, en particular por las transiciones de soldadura. Mediante el tratamiento selectivo de las transiciones mediante esmerilado (corte abrasivo) , granallado , tratamiento de impacto de alta frecuencia , tratamiento de impacto ultrasónico , etc., la durabilidad de muchos diseños aumenta significativamente.
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 conocido como estructura reticular . La única excepción es el material hecho de vidrio, que es una combinación de un líquido sobreenfriado y polímeros que son agregados de grandes moléculas orgánicas. [58]
La cohesión de los sólidos cristalinos se obtiene mediante un enlace metálico o químico que se forma entre los átomos que los constituyen. 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 con carga opuesta . El enlace en posición estática se produce cuando los iones ocupan una posición de equilibrio donde la fuerza resultante entre ellos es cero. Cuando los iones se ejercen en una fuerza de tensión , el espacio interiónico aumenta creando una fuerza de atracción electrostática, mientras que domina una fuerza de repulsión bajo una fuerza de compresión entre los núcleos atómicos. [58]
El enlace covalente se produce cuando uno de los átomos constituyentes pierde uno o más electrones y el otro átomo los gana, lo que da como resultado una nube de electrones que comparte toda la molécula. Tanto en los enlaces iónicos como en los covalentes, la ubicación de los iones y los electrones está limitada entre sí, lo que hace que el enlace sea característicamente frágil . [58]
El enlace metálico se puede clasificar como un tipo de enlace covalente en el que los átomos que lo constituyen son del mismo tipo y no se combinan entre sí para formar un enlace químico. Los átomos perderán uno o más electrones formando una serie 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. Para ello, confiere a los metales su conductividad térmica y eléctrica relativamente alta además de ser característicamente dúctiles . [58]
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 las caras. [58]
La ductilidad es un factor importante para garantizar la integridad de las estructuras al permitirles mantener concentraciones de tensiones 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, hay una reducción correspondiente en la tenacidad a la fractura . [58]
Una reducción en la tenacidad a la fractura también puede atribuirse al efecto de fragilización de las impurezas, o en el caso de los metales cúbicos centrados en el cuerpo, a una reducción de la temperatura. Los metales y en particular los aceros tienen un rango de temperatura de transición donde 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 va acompañada 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 microhuecos, lo que hace que la fractura parezca fibrosa . Cuando las temperaturas bajan, la fractura mostrará signos de facetas de escisión. Estas dos apariciones son visibles a simple vista. Las fracturas frágiles en las placas de acero pueden aparecer como marcas en forma de V bajo el microscopio . Estas crestas en forma de flecha en la superficie de la grieta apuntan hacia el origen de la fractura. [58]
La tenacidad a la fractura se mide utilizando una muestra rectangular entallada y prefisurada, 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 la punta de la grieta (CTOD) según BS 7448-1; La prueba integral J según ASTM E1820; La prueba de caída de peso de Pellini según ASTM E208. [58]
Si bien muchas aplicaciones de soldadura se realizan en entornos controlados, como fábricas y talleres de reparación, algunos procesos de soldadura se utilizan comúnmente en una amplia variedad de condiciones, como al aire libre, bajo el agua y en vacío (como el espacio). En aplicaciones al aire libre, como construcción y reparación al aire libre, la soldadura por arco metálico protegido es el proceso más común. Los procesos que emplean gases inertes para proteger la soldadura no se pueden utilizar fácilmente en tales situaciones, porque los movimientos atmosféricos impredecibles pueden provocar una soldadura defectuosa. La soldadura por arco metálico protegido también se utiliza a menudo en la soldadura submarina en la construcción y reparación de barcos, plataformas marinas 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: la intentaron por primera vez en 1969 los cosmonautas rusos durante la misión Soyuz 6 , cuando realizaron experimentos para probar la soldadura por arco metálico protegido, la soldadura por arco de plasma y la soldadura por haz de electrones en un ambiente despresurizado. En las décadas siguientes se realizaron más pruebas de estos métodos, 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 proyectos futuros similares a la construcción de la Estación Espacial Internacional , que podría depender de la soldadura para unir en el espacio las piezas que fueron fabricadas en la Tierra. [59]
La soldadura puede ser peligrosa e insalubre si no se toman las precauciones adecuadas. Sin embargo, el uso de nueva tecnología y protección adecuada reduce en gran medida los riesgos de lesiones y muerte asociados con la soldadura. [60]
Dado que muchos procedimientos de soldadura comunes implican un arco eléctrico abierto o una llama, el riesgo de quemaduras e incendio 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 gruesos y chaquetas protectoras de manga larga para evitar la exposición al calor extremo y a las llamas. No se debe usar ropa sintética como poliéster, ya que puede quemarse y provocar lesiones. [61] Además, el brillo del área de soldadura conduce a una afección llamada ojo de arco o quemaduras repentinas en las que la luz ultravioleta causa inflamación de la córnea y puede quemar las retinas de los ojos. Se usan gafas y cascos de soldadura con placas faciales oscuras que filtran los rayos UV para evitar esta exposición. Desde la década de 2000, algunos cascos incluyen una placa frontal que se oscurece instantáneamente al exponerse a la intensa luz ultravioleta. Para proteger a los transeúntes, la zona de soldadura suele estar rodeada con cortinas de soldadura translúcidas. Estas cortinas, hechas de una película plástica 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 vidrio filtrante utilizado en los cascos. [62]
.jpg/1280px-Chamber_for_Welding_Fumes_(8743403735).jpg)
Los soldadores suelen estar expuestos a gases y partículas peligrosos . Procesos como la soldadura por arco con núcleo fundente y la soldadura por arco con 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, siendo las partículas más pequeñas las que presentan un mayor peligro. Esto se debe a que las partículas más pequeñas tienen la capacidad de cruzar la barrera hematoencefálica . Los vapores y gases, como el dióxido de carbono, el ozono y los vapores que contienen metales pesados , pueden ser peligrosos para los soldadores que carecen de una ventilación y capacitación adecuadas. [63] La exposición a los humos de soldadura de manganeso , por ejemplo, incluso en niveles bajos (<0,2 mg/m 3 ), puede provocar problemas neurológicos o daños en los pulmones, el hígado, los riñones o el sistema nervioso central. [64] Las nanopartículas pueden quedar atrapadas en los macrófagos alveolares de los pulmones e inducir fibrosis pulmonar. [65] El uso de gases comprimidos y llamas en muchos procesos de soldadura plantea un riesgo de explosión e incendio. Algunas precauciones comunes incluyen limitar la cantidad de oxígeno en el aire y mantener materiales combustibles alejados del lugar de trabajo. [63]
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 . [66] Dependiendo del proceso, el costo del equipo puede variar, desde económico para métodos como la soldadura por arco metálico protegido y la soldadura con oxicombustible , hasta extremadamente costoso para métodos como la soldadura por rayo láser y la soldadura por haz de electrones. Debido a su alto costo, sólo se utilizan en operaciones de alta producción. De manera similar, debido a que la automatización y los robots aumentan los costos de los equipos, sólo 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 a montar, soldar y manipular la pieza. El costo de los materiales incluye el costo del material base y de relleno, y el costo de los gases protectores. Finalmente, el costo de la energía depende del tiempo de arco y de la demanda de potencia de soldadura. [66]
Para los métodos de soldadura manual, los costos de mano de obra generalmente representan la gran mayoría del costo total. Como resultado, muchas medidas de ahorro de costes se centran 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 frecuentemente aumenta el costo del equipo y crea tiempo de preparación adicional. Los costos de materiales tienden a aumentar cuando se necesitan propiedades especiales, y los costos de energía normalmente no representan más de un pequeño porcentaje del costo total de soldadura. [66]
En los últimos años, para minimizar los costos laborales en la fabricación de alta producción, la soldadura industrial se ha automatizado cada vez más, sobre todo con el uso de robots en la soldadura por puntos por resistencia (especialmente en la industria automotriz) y en la soldadura por arco. En la soldadura por robot, los dispositivos mecanizados sujetan el material y realizan la soldadura [67] 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 diferentes (como acero y aluminio, por ejemplo) y nuevos procesos de soldadura, como fricción-agitación, pulso magnético, costura térmica conductiva y soldadura híbrida con láser. Además, se desea avanzar para hacer que métodos más especializados, como la soldadura por rayo láser, sean 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 la soldadura a agrietarse o deformarse. [68]
La tendencia de acelerar la velocidad a la que se realizan las soldaduras en la industria de la construcción de acero supone un riesgo para la integridad de la conexión. Sin una 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 en charco, por lo tanto, no puede garantizar las capacidades de carga publicadas a menos que sea testigo de la instalación real. [69] Este método de soldadura por charco es común en los Estados Unidos y Canadá para unir láminas de acero a vigas de barras y miembros de acero estructural . Las agencias regionales son responsables de garantizar la instalación adecuada de la soldadura por charco en las obras de construcción de acero. Actualmente no existe ningún estándar o procedimiento de soldadura que pueda garantizar la capacidad de retención publicada de cualquier conexión no presenciada, pero esto está bajo revisión por parte de la Sociedad Estadounidense de Soldadura .
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 (Tg ) en este rango, generalmente se volverá más suave y flexible. Cuando cruza el rango por encima de la temperatura de fusión del vidrio (Tm ) , se convierte en un líquido muy espeso, lento y viscoso, cuya viscosidad disminuye lentamente a medida que aumenta 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 se puede realizar simplemente presionando dos superficies derretidas entre sí. Los dos líquidos generalmente se mezclarán y unirán en el primer contacto. Al enfriarse a través de la transición vítrea, la pieza soldada se solidificará como una pieza sólida de material amorfo .
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 en la fabricación de platos y otros artículos de vidrio. También se utiliza durante la fundición de vidrio para unir las mitades de 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 se realiza normalmente con un soplete de gas u oxigas, o con 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 alrededor de 1600 °F (870 °C) y se puede soldar con un simple soplete de propano. 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 utilizar un soplete de oxihidrógeno . 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, normalmente se soldarán muy fácilmente. Soldar un mango a una jarra generalmente se puede hacer con relativa facilidad. Sin embargo, al soldar un tubo a otro tubo, se utiliza una combinación de soplado, succión, presión y tracción para asegurar un buen sellado, dar forma al vidrio y evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede utilizar una varilla de relleno, pero normalmente no.
Debido a que el vidrio es muy frágil en su estado sólido, a menudo es propenso a agrietarse al calentarlo y enfriarlo, 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 cualquier tensión interna creada por un gradiente de temperatura .
Hay muchos tipos de vidrio y lo más común es soldar utilizando los mismos tipos. Los diferentes vidrios suelen tener 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 sodocálcico tiene una expansión térmica muy alta. Al soldar diferentes vidrios entre sí, suele ser importante hacer coincidir sus coeficientes de expansión térmica para garantizar que no se produzcan grietas. Además, algunos vasos simplemente no se mezclan 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 normalmente se unen solo a ciertos metales. Por ejemplo, el vidrio con plomo se adhiere fácilmente al cobre o al molibdeno , pero no al aluminio. Los electrodos de tungsteno se utilizan a menudo 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 de garantizar que todos los materiales tengan coeficientes de expansión térmica similares para evitar grietas 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, se pueden aplicar recubrimientos metálicos delgados a un metal para crear una buena unión con el vidrio. [70] [71] [ verificación fallida ]
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 por primera vez, 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. Ejemplos de termoestables incluyen epoxis , silicona , caucho vulcanizado , poliéster y poliuretano .
Los termoplásticos , por el contrario, forman largas cadenas moleculares, 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 producirse 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 que fluirá libremente (consulte soldabilidad reológica para termoplásticos ). Ejemplos de termoplásticos incluyen polietileno , polipropileno , poliestireno , cloruro de polivinilo (PVC) y fluoroplásticos como teflón y spectralon .
Soldar termoplásticos es muy similar a soldar vidrio. Primero se debe limpiar el plástico y luego calentarlo a través de la transición vítrea, convirtiendo la interfaz de soldadura en un líquido espeso y viscoso. Luego se pueden presionar juntas dos interfaces calentadas, lo que permite que las moléculas se mezclen mediante difusión intermolecular, uniéndolas como una sola. Luego, el plástico se enfría a través de la transición vítrea, permitiendo que la soldadura se solidifique. A menudo se puede utilizar 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 el plástico hasta una temperatura soldable sin quemarlo. Se pueden utilizar hornos o herramientas eléctricas para derretir el plástico. Otros métodos son el calentamiento ultrasónico, láser o por fricción. Se pueden implantar metales resistivos en el plástico, que responden al calentamiento por inducción. Algunos plásticos comenzarán a arder a temperaturas inferiores a 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. [72]
Muchos termoplásticos también se pueden soldar utilizando disolventes químicos . Cuando se coloca en contacto con el plástico, el solvente comenzará a ablandarlo, convirtiendo la superficie en una solución líquida espesa. Cuando dos superficies derretidas se presionan entre sí, las moléculas de 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, lo que hace 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 debajo de su transición vítrea, pero puede ser ineficaz en plásticos como el teflón o el polietileno que son resistentes a la descomposición química . [73]
