Lograr una fuerza óptima en una articulación soldada: 6 pasos
Para lograr la resistencia óptima en una junta soldada, normalmente se siguen los siguientes pasos: 1. Diseño de la junta 2. Limpieza de las caras de la junta 3. Selección del flujo 4. Selección de un proceso de soldadura fuerte 5. Limpieza e inspección posteriores a la operación 6. Calor Tratamiento de componentes soldados.
Paso # 1. Diseño de juntas:
Dos tipos principales de juntas utilizadas en la soldadura fuerte son LAP JOINT y BUTT JOINT. Normalmente, las juntas traslapadas se someten a una carga de corte, mientras que las juntas a tope se someten a una carga de tracción o compresión. El SCARF JOINT a veces se selecciona en función de los requisitos de servicio, como la resistencia mecánica, la presión y la conductividad eléctrica, así como el proceso de soldadura fuerte, las técnicas de fabricación y el número de juntas que se producirán.
La articulación de la vuelta se usa donde la fuerza es una consideración primordial. Dicha junta puede diseñarse para proporcionar un área soldada suficiente para lograr una resistencia de la junta igual a la del metal original. Para lograr la máxima eficiencia de la unión, se requiere un solapamiento de tres limas del grosor del miembro más delgado. Los solapamientos mayores que esto conducen a articulaciones deficientes debido a una penetración e inclusión insuficientes, etc.
La junta de regazo también se recomienda cuando se requiere estanqueidad y buena conductividad eléctrica. Sin embargo, las articulaciones de regazo tienen una tendencia a ser desequilibradas, lo que conduce a la concentración del estrés y afecta negativamente la resistencia de la articulación. Se debe hacer todo lo posible para proporcionar una junta de solape equilibrada para llevar la carga correctamente.
La junta a tope puede proporcionar una junta lisa de grosor mínimo, sin embargo, debido a que proporciona un área limitada para la soldadura fuerte y como la resistencia del material de relleno es generalmente menor que la de la resistencia del metal original, una junta a tope no proporcionará un 100%. % eficiencia conjunta.
La unión de tic bufanda es un compromiso entre la articulación de solape y la junta de tope, ya que puede mantener el contorno suave de la articulación de tope y, al mismo tiempo, proporcionar el área grande de la articulación de la solapa. Tanto las uniones de la bufanda como las de la culata, cuando se fabrican correctamente con aleaciones de soldadura fuerte de plata, son considerablemente más resistentes que el material original. Desafortunadamente, las uniones de bufanda son más difíciles de mantener alineadas que las de tope cuadrado o de cadera.
Despeje de juntas
Juego de juntas contra la resistencia al corte de las juntas soldadas. El espacio libre de la articulación es la distancia entre las superficies de la pelea. Si la holgura de la junta es demasiado pequeña, no permitirá que la acción capilar haga que el metal de relleno fluya uniformemente en toda el área de la junta.
Si es demasiado grande, es posible que el metal de relleno no fluya por toda la junta, lo que da como resultado una junta soldada de baja resistencia. Donde se requieren flujos, las holguras utilizadas son normalmente más grandes y pueden variar entre 0-025 y 0 0635 mm. Para cualquier combinación dada de metales primarios y de relleno, hay un espacio óptimo para la unión como lo indica la curva en la Fig. 17.7.
Fig. 17.7 Juego de juntas contra la resistencia al corte de las juntas soldadas
Cuando para una junta, un miembro rodea a otro, como en las tuberías telescópicas, y el miembro interno tiene un coeficiente de expansión más alto que el espacio libre que se reducirá con el aumento de la temperatura. En tal caso, se debe utilizar el espacio libre máximo permitido. Además, durante el enfriamiento, el miembro interno se contraerá más, lo que puede provocar una fractura; por lo tanto, es esencial elegir el material de relleno correcto, es decir, el que tiene un amplio rango de temperatura entre el cuerpo sólido y el líquido, que tiene un flujo lento para que pueda salvar grandes espacios y conservar la resistencia suficiente para resistir el agrietamiento en el enfriamiento.
Paso # 2. Limpieza de las caras de las articulaciones:
Para uniones fuertes y de alta calidad, las piezas que se deben unir deben limpiarse sin aceite, suciedad, grasa y óxidos, de lo contrario, la acción capilar no se realizará. La limpieza puede hacerse mecánica o químicamente; El último método, sin embargo, da mejores resultados.
La limpieza mecánica consiste en cepillado, limado, arenado, maquinado, esmerilado o limpieza con lana de acero. Cuando se utilizan fluidos de corte durante dicho mecanizado, los mismos deben limpiarse químicamente. La limpieza mecánica elimina los óxidos y las incrustaciones y también desbasta las superficies de contacto para mejorar el flujo capilar y la humectación del metal de aportación de soldadura fuerte.
La limpieza química de grasa, aceite, suciedad, etc. implica el uso de tetracloruro de carbono, tricloroetileno o fosfato trisódico; sin embargo los óxidos se eliminan con ácidos nítricos o sulfúricos. Se comercializan una variedad de limpiadores para aplicaciones específicas.
Paso # 3. Seleccionando el Flujo:
Después de limpiar la pieza de trabajo, se utiliza un flujo para proteger la superficie de la oxidación u otra acción química indeseable durante la operación de calentamiento y soldadura fuerte. Los fundentes de soldadura fuerte son mezclas de varios de estos en gradientes y generalmente están disponibles en polvo, pasta o formas líquidas.
El bórax se ha utilizado como flujo de soldadura fuerte durante siglos. El bórax y el ácido bórico son reducidos por metales químicamente activos como el cromo para formar boruros de bajo punto de fusión. Sin embargo, los residuos del flujo de bórax después de la soldadura fuerte a menudo son como de vidrio y solo se pueden eliminar mediante enfriamiento brusco (choque térmico) o acción abrasiva o química.
Los flujos se aplican más comúnmente en forma de pasta o líquido debido al caso de aplicación a partes pequeñas y su adherencia en cualquier posición. A menudo es útil calentar la pasta ligeramente antes de la aplicación. El flujo reacciona con el oxígeno y una vez que se satura con él, pierde toda su eficacia.
La atmósfera controlada o el vacío a veces se usan para ayudar a prevenir la oxidación durante la soldadura fuerte. El vacío y algunas atmósferas eliminan la necesidad de flujo. Los gases utilizados para crear la atmósfera deseada son dióxido de carbono, monóxido de carbono, nitrógeno e hidrógeno o mediante el uso de gases inertes como el argón y el helio. El vacío es particularmente adecuado para metales de soldadura fuerte como el titanio, el circonio, el columbio, el molibdeno y el tantalio.
Material de relleno y su colocación:
En la clasificación de AWS, los materiales de relleno de soldadura fuerte se dividen en siete grupos, a saber, aleaciones de aluminio-silicio, aleaciones de magnesio, aleaciones de cobre-fósforo, aleaciones de cobre y cobre-zinc, aleaciones de plata, metales preciosos (cobre y oro) y materiales resistentes al calor. o aleaciones de níquel.
Las abreviaturas se utilizan para identificar estos materiales de relleno; B significa soldadura fuerte y RB significa que el material de relleno se puede utilizar tanto para soldadura fuerte como para soldadura fuerte. Por lo tanto, > n la clasificación RB CuZn-D, Cu y Zn se refieren a los constituyentes básicos del relleno (47% Cu, 42% Zn) mientras que D indica que también contiene 11% Ni.
Sin lugar a dudas, el grupo más popular de materiales de soldadura fuerte son las aleaciones de plata que a veces se denominan erróneamente soldaduras de plata.
El cobre puro es especialmente adecuado para la soldadura fuerte de hornos en atmósfera reducida.
Los materiales de relleno resistentes al calor se utilizan para aplicaciones de alta temperatura, como las turbinas de gas, y se usan a menudo para piezas de soldadura fuerte hechas de níquel alto y aceros inoxidables.
B Ag-10 que contiene 92% de plata y 8% de cobre y B Ag-13 que contiene 56% de plata, 42% de cobre y 2% de níquel pueden retener una buena resistencia hasta aproximadamente 870 ° C.
BNi-1 que contiene 14% de cromo, 3% de boro, 4% de silicio, 4% de hierro, 75% de níquel; y BNi-5 que contiene 19% de cromo, 10% de silicio y 71% de níquel puede conservar sus resistencias hasta casi 1050 ° C.
El boro se agrega al material de relleno resistente al calor ya que se difunde rápidamente en acero inoxidable y aceros resistentes al calor; Esto favorece la humectación y la propagación.
Los metales de relleno de soldadura fuerte están disponibles popularmente en forma de alambre o varilla; sin embargo, a veces también están disponibles como lámina, polvo y pasta o incluso como una superficie de revestimiento de la pieza a soldar.
La colocación del metal de aportación puede afectar la calidad de la junta. Para la junta de solape comúnmente utilizada, el metal de relleno debe suministrarse en un extremo y permitir que fluya completamente a través de la junta por acción capilar. Si se suministra desde ambos extremos, puede atrapar los huecos, lo que puede reducir drásticamente la resistencia de la junta. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el metal de relleno no puede fluir por acción capilar hacia una junta ciega.
Paso # 4. Selección de un proceso de soldadura fuerte:
Aunque hay una gran cantidad de procesos de soldadura fuerte, pero los de uso industrial actual e importancia incluyen los siguientes:
1. Soldadura con soplete.
2. Soldadura en horno.
3. Soldadura por inmersión.
4. Soldadura por inducción.
5. Soldadura por Resistencia.
6. Soldadura por infrarrojos.
Otros procesos de soldadura fuerte incluyen soldadura fuerte en bloque, soldadura fuerte ultrasónica por arco doble de carbón, soldadura fuerte exotérmica, proceso de arco de gas-tungsteno y el proceso de soldadura por arco de plasma.
1. Soldadura con soplete:
La soldadura fuerte con soplete se realiza calentando las piezas utilizando generalmente una llama de oxiacetileno empleando un soplete de gas normal. La soldadura manual con antorcha es quizás el método de soldadura más ampliamente utilizado. La llama utilizada es neutra o ligeramente reductora.
El metal de relleno para soldadura fuerte puede prepararse en la junta en forma de anillos, arandelas, tiras, barras, polvo, etc. o puede ser alimentado con metal de relleno manual. En el último caso, el metal de relleno se toca la junta cuando el flujo se vuelve líquido y transparente como el agua. El calor se transfiere al metal de relleno por el metal de origen y no por la llama.
La soldadura fuerte con soplete se usa cuando la pieza a soldar es demasiado grande, tiene una forma inusual o no puede calentarse por otros métodos. La soldadura manual con soplete es particularmente útil en ensamblajes que involucran secciones de masas desiguales y para trabajos de reparación.
2. Soldadura en horno:
La soldadura fuerte del horno se realiza colocando las piezas limpiadas, autoalineables, de autoenganche y ensambladas en un horno con material de relleno de soldadura fuerte preemplazado en forma de alambre, papel de aluminio, limaduras, trozos, polvo, pasta o cinta. Los hornos suelen ser del tipo de resistencia eléctrica con control de temperatura automático para que puedan programarse para los ciclos de calefacción y refrigeración.
La soldadura fuerte en el horno a menudo se realiza sin el uso de flujo, sin embargo, a veces se emplean gases inertes como el argón y el helio para obtener propiedades especiales.
La soldadura fuerte en horno también se puede emplear para la soldadura fuerte al vacío, que se usa ampliamente en la fabricación aeroespacial y nuclear cuando se unen metales reactivos o donde los flujos atrapados no son tolerables.
La soldadura fuerte del horno también se puede realizar mediante una cinta de tipo transportador, como se muestra en la Fig. 17.8, cuya velocidad regula el tiempo de calentamiento.
La soldadura fuerte en horno se adapta mejor a las piezas que tienen una masa bastante uniforme, aunque se puede utilizar para la soldadura fuerte de piezas de todos los tamaños que tienen juntas múltiples y juntas ocultas.
3. Soldadura por inmersión:
La soldadura fuerte por inmersión se realiza sumergiendo las piezas limpias y ensambladas en un baño fundido contenido en una olla adecuada. Hay dos métodos de soldadura fuerte por inmersión; Bañado por inmersión de baño químico y soldadura por baño de metal fundido.
En la soldadura química por inmersión en baño, el metal de aportación se coloca previamente en una forma adecuada y el conjunto se sumerge en un baño de sal fundida, que actúa como un flujo. El baño proporciona el calor requerido y la protección necesaria contra la oxidación. El baño de sal está contenido en un horno como se muestra en la Fig. 17.9. El horno se calienta por resistencia eléctrica o por pérdida de I 2 R en el propio baño.
Normalmente, las piezas a soldar se precalientan en un horno de circulación de aire antes de sumergirlas en el baño de sal.
En la soldadura fuerte por inmersión en baño fundido, las piezas se sumergen en un baño de metal de relleno de soldadura fuerte fundido contenido en una olla. Se mantiene una cubierta de fundente sobre la superficie del baño de metal fundido. El material de soldadura fuerte fundido fluye hacia la junta que se suelda por acción capilar. El proceso se limita en gran medida a la soldadura fuerte de piezas pequeñas, por ejemplo, alambres o tiras estrechas de metal.
Debido al calentamiento uniforme, las piezas soldadas por inmersión distorsionan menos que las piezas soldadas por soplete. Este proceso es más adecuado para ejecuciones de producción moderadas a altas, ya que las herramientas son bastante complejas.
La soldadura fuerte por inmersión se prefiere para unir piezas pequeñas a medianas con juntas múltiples o ocultas. También está bien adaptado a partes de forma irregular. Aunque este proceso puede usarse para todos los metales que pueden soldarse, pero es particularmente adecuado para unir metales que tienen puntos de fusión muy cercanos a la temperatura de soldadura fuerte, por ejemplo, el aluminio.
4. Soldadura por inducción:
En la soldadura por inducción, el calor se deriva induciendo eléctricamente una corriente de Foucault de alta frecuencia (5000 a 5000, 000 hertz) en el trabajo desde una bobina enfriada por agua de la forma deseada que rodea el trabajo.
La profundidad del calentamiento puede determinarse por la frecuencia utilizada: la fuente de energía de alta frecuencia produce calentamiento de la piel en las partes, mientras que la corriente de baja frecuencia produce un calentamiento más profundo y, por lo tanto, se utiliza para la soldadura fuerte de secciones más pesadas. El calentamiento a la temperatura deseada generalmente se logra en 10 a 60 segundos.
El flujo de soldadura fuerte puede o no ser usado. Las velocidades de calentamiento rápido de la soldadura fuerte por inducción lo hacen adecuado para la soldadura fuerte con aleaciones de metal de relleno que tienden a vaporizarse o segregarse.
La entrada de calor controlada junto con las velocidades de calentamiento rápido y el modo automático lo convierten en un proceso de alta velocidad de producción que se puede utilizar al aire libre. Sin embargo, la desventaja de la soldadura fuerte por inducción es que el calor puede no ser uniforme.
5. Soldadura por Resistencia:
En la soldadura fuerte por resistencia, las piezas a ser soldadas forman parte del circuito eléctrico. Por lo tanto, el calor requerido para la soldadura fuerte se obtiene por la resistencia al flujo de corriente a través de la junta a soldar.
Las piezas a soldar se mantienen entre dos electrodos mientras se pasa la corriente correcta a la presión aplicada requerida. Los electrodos utilizados pueden ser de carbono, grafito, metales refractarios o aleaciones de cobre de acuerdo con la conductividad requerida. Normalmente se emplea CA con alto amperaje y bajo voltaje.
Se utilizan flujos de la conductividad requerida. Por lo tanto, los flujos normales de soldadura fuerte que son aislantes cuando están frescos y secos pueden no ser útiles. En la soldadura fuerte por resistencia, el metal de aportación normalmente está preemplazado, aunque en casos especiales se puede utilizar alimentación frontal.
La soldadura fuerte por resistencia se usa normalmente para producciones de bajo volumen donde la calefacción se localiza en el área a soldar.
6. Soldadura infrarroja:
En la soldadura infrarroja, el calor se obtiene de las lámparas infrarrojas capaces de suministrar hasta 5000 vatios de energía radiante. Los rayos de calor se pueden concentrar en el lugar deseado mediante el uso de reflectores de concentración de radiación.
En la soldadura fuerte por infrarrojos, las piezas a soldar pueden mantenerse en el aire, en una atmósfera inerte o en vacío. Para atmósfera inerte o soldadura fuerte al vacío, las piezas ensambladas se pueden colocar en un recinto o se pueden encerrar tanto el conjunto como la lámpara de infrarrojos. Luego, las piezas se calientan a la temperatura deseada como lo indican los termopares. La figura 17.10 muestra la disposición para soldadura fuerte por infrarrojos; Las piezas se mueven a los platos de enfriamiento después de la soldadura fuerte.
La soldadura fuerte por infrarrojos se realiza en modo automático y no es adecuada para la aplicación manual. Normalmente, las piezas a soldar son auto-jigging y el material de relleno se coloca previamente en la junta.
Paso # 5. Post limpieza e inspección:
Es esencial eliminar todos los residuos de flujo después de que se haya completado la soldadura, de lo contrario, las piezas podrían corroerse. En general, el flujo se puede eliminar con agua corriente caliente. Si eso no sirve, entonces se puede usar vapor vivo de baja presión.
Si el residuo de fundente es duro y pegajoso, se puede producir un choque térmico mediante el enfriamiento para romperlo y retirarlo. Si las piezas se han sobrecalentado durante la soldadura fuerte, se necesita un baño químico con un enjuague de agua neutralizante.
La inspección de piezas soldadas puede implicar inspección visual, pruebas de prueba, pruebas de fugas, pruebas de penetración de líquidos, inspección ultrasónica y radiográfica.
En el caso de la inspección visual, es mejor tener una muestra estándar para comparar y saber qué es aceptable.
Las pruebas destructivas como la prueba de pelado, la prueba de torsión y la tensión y la prueba de corte también se pueden emplear en las primeras partes, y se realizan pruebas puntuales con la frecuencia que sea necesaria.
Paso # 6. Tratamiento térmico de componentes soldados:
El tratamiento térmico puede llevarse a cabo durante la operación de soldadura fuerte o después de su finalización. En el primer caso, el metal de relleno utilizado es tal que se solidifica por encima de la temperatura de tratamiento térmico requerida, mientras que en la última situación el material de relleno debe ser tal que se solidifique a la misma temperatura que la requerida para el tratamiento térmico.
