La soldadura por resistencia eléctrica ( ERW ) es un proceso de soldadura en el que partes metálicas en contacto se unen permanentemente 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 tubos de acero y en el montaje de carrocerías de 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 según la geometría de la soldadura y el método de aplicación de presión a la unión: soldadura por puntos, soldadura por costura, soldadura por flash, 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 metálico o la falta de recubrimiento, los materiales de los electrodos, la geometría de los electrodos, la fuerza de presión de los electrodos, 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 "en contacto") cuando una corriente eléctrica (100 a 100 000 A ) pasa 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, montantes, proyecciones, soportes de cableado eléctrico, algunas aletas del intercambiador de calor y algunos tubos superpuestos. Por lo general, las fuentes de energía y los equipos de soldadura se dimensionan según el espesor y el material específicos que se van a soldar. El espesor está limitado por la salida de la fuente de poder de soldadura y por ende 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 hacer pasar corriente a través de las láminas. Cuando la corriente pasa a través de los electrodos hasta 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 temperatura provoca un aumento de la resistencia y da como resultado un charco fundido 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 hasta llegar a las puntas de soldadura. Cuando se detiene la corriente, las puntas de cobre enfrían el punto de soldadura, lo que hace que el metal se solidifique bajo presión. Los electrodos de cobre enfriados por agua eliminan el calor superficial rápidamente, acelerando la solidificación del metal, ya que el cobre es un excelente conductor . La soldadura por puntos por resistencia normalmente 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 se aplica demasiado rápido, o si la fuerza entre los materiales base es demasiado baja, o el recubrimiento es demasiado grueso o demasiado conductor, entonces el área fundida puede extenderse hacia el exterior de las piezas de trabajo, escapando de la fuerza de contención. de los electrodos (a menudo hasta 30.000 psi). Este estallido 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 comprobar 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 (lo que resulta en la pérdida de material vendible), los métodos no destructivos, como la evaluación por ultrasonido, se encuentran en varios estados de adopción temprana por parte de muchos OEM.
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. 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 puntos de soldadura. Se puede utilizar un proceso especializado, llamado soldadura por granalla , para soldar por puntos acero inoxidable .
Hay tres tipos básicos de uniones de soldadura por resistencia: estado sólido, fusión y soldadura fuerte por reflujo. En una unión de estado sólido , también llamada unión por termocompresión, se unen materiales diferentes con estructura de grano diferente, por ejemplo, molibdeno a tungsteno, utilizando un tiempo de calentamiento muy corto, alta energía de soldadura y alta fuerza. Hay poca fusión y crecimiento mínimo del grano, pero una unión definida y una interfaz de grano. Por lo tanto, los materiales se unen mientras aún están en estado sólido. Los materiales unidos típicamente exhiben excelente resistencia al corte y a la tracción, pero pobre resistencia al pelado. En un enlace por fusión , se calientan materiales similares o diferentes con estructuras de grano similares hasta el punto de fusión (estado líquido) de ambos. El posterior enfriamiento y combinación de los materiales forma una aleación de "pepita" de los dos materiales con un mayor crecimiento de grano. Normalmente, para producir uniones por fusión se utilizan altas energías de soldadura en tiempos de soldadura cortos o largos, dependiendo de las características físicas. Los materiales unidos suelen presentar excelentes resistencias a la tracción, al pelado y al corte. En una unión de 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/delgados muy variadas. El material de soldadura debe "mojar" cada pieza y poseer un punto de fusión más bajo que el de las dos piezas de trabajo. La unión resultante tiene interfaces definidas con un crecimiento de grano mínimo. Normalmente, el proceso requiere un tiempo de calentamiento más largo (de 2 a 100 ms) con baja energía de soldadura. La unión resultante presenta una excelente resistencia a la tracción, pero una pobre resistencia al desprendimiento 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 suele ser un proceso automatizado. Se diferencia de la soldadura por flash en que la soldadura por flash generalmente suelda toda la unión 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 largas y continuas. Los electrodos también pueden mover o ayudar al movimiento del material.
Un transformador suministra energía a la junta soldada en forma de corriente alterna de alta corriente y bajo voltaje. La unión de la pieza de trabajo tiene una alta resistencia eléctrica en relación con el resto del circuito y la corriente la calienta hasta su punto de fusión. Las superficies semifundidas se presionan entre sí mediante la presión de soldadura que crea una unión por 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 formada mediante soldadura por resistencia puede ser fácilmente más resistente que el material del que está formada.
Un uso común de la soldadura por 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, ya que las latas de bebidas modernas son de aluminio sin costuras.
Hay dos modos de soldadura de costura: intermitente y continuo. En la soldadura de costura intermitente, las ruedas avanzan hasta la posición deseada y se detienen para realizar cada soldadura. Este proceso continúa hasta alcanzar la longitud deseada de la soldadura. En la soldadura de costura continua, las ruedas continúan rodando a medida que se realiza cada soldadura.
La soldadura por resistencia eléctrica de baja frecuencia (LF-ERW) es un método obsoleto para soldar costuras en oleoductos y gasoductos . Se eliminó gradualmente en la década de 1970, pero en 2015 algunas tuberías construidas con este método seguían en servicio. [3]
La tubería soldada por resistencia eléctrica (ERW) se fabrica conformando en frío una lámina de acero en forma cilíndrica. Luego se pasa corriente entre los dos bordes del acero para calentar el acero hasta un punto en el que los bordes se juntan 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 gancho y una unión inadecuada de las costuras, por lo que ya no se utilizan 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 de REG incluyen la soldadura por chispa , la soldadura por proyección por resistencia y la soldadura por recalcado . [5]
La soldadura por flash es un tipo de soldadura por resistencia que no utiliza ningún metal de aportación . Las piezas de metal a soldar se separan a una distancia predeterminada según el 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 entre sí, forjándolas de manera efectiva y soldándolas entre sí. [6]
La soldadura por proyección es una modificación de la soldadura por puntos en la que la soldadura se localiza mediante secciones elevadas, o proyecciones, en una o ambas piezas a unir. El calor se concentra en las proyecciones, lo que permite soldar secciones más pesadas o reducir el espaciamiento de las soldaduras. Los salientes también pueden servir como medio para posicionar las piezas de trabajo. La soldadura por proyección se utiliza a menudo para soldar pernos , tuercas y otras piezas roscadas de máquinas a placas de metal. También se utiliza frecuentemente para unir alambres y barras cruzadas. Este es otro proceso de alta producción y se pueden organizar múltiples soldaduras de proyección mediante un diseño y una guía 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 gancho y una unión inadecuada de las costuras, por lo que ya no se utilizan ERW de baja frecuencia para fabricar tuberías.
