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Tecnologías de unión
TEMA 13
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura
13.2 Uniones adhesivas
13.3 Uniones cerámicas y metal-cerámica
ÍNDICE
Tecnologías de unión
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Uniones por soldadura las más empleadas en la industria actual
(aleaciones metálcas y materales pásticos termoplásticos)
Tecnologías de unión
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
ELECTRODO
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo
SOLDEO POR ARCO ELÉCTRICO
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
El electrodo se va bajando (Metal de aporte)
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1.1 Soldeo manual con arco eléctrico y electrodo revestido (SMAW)13.1.1.1 Soldeo manual con arco eléctrico y electrodo revestido (SMAW)
Productos cerámicos aglomerados
Procede de la fusión del recubrimiento. Evita la oxidación
Zona afectada térmicamente
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 SoldaduraMIG ( metal inert gas)
MAG (metal active gas)
TIG (tungsten inert gas)
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo
ZAT
13.1.1.2 Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW)13.1.1.2 Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW)
MIG/MAGMIG/MAG
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 SoldaduraMIG ( metal inert gas)
MAG (metal active gas)
TIG (tungsten inert gas)
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo
ZAT
13.1.1.2 Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW)13.1.1.2 Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW)
TIGTIG
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo
ZAT
13.1.1.3 Soldeo por arco sumergido (SAW)13.1.1.3 Soldeo por arco sumergido (SAW)
SAWSAW
SOLDADURA SOLDADURA AUTOMÁTICAAUTOMÁTICA
CONSUMIBLE
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1.3 Soldeo por arco sumergido (SAW)13.1.1.3 Soldeo por arco sumergido (SAW)
SAWSAW
SOLDADURA SOLDADURA AUTOMÁTICAAUTOMÁTICA
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.2 Ciclo térmico de soldeo13.1.2 Ciclo térmico de soldeoVc velocidad de calentamiento
Tmax temperatura máxima alcanzada
Tp tiempo de permanencia a la temperatura elevada
Ve velocidad de enfriamento
Tf temperatura final
Permite determinar si el metal sufrirá variaciones microestructurales durante el soldeo
Influye en la propensión al crecimiento de grano
Influye en la microestructura final (demasiado rápida martensita)
Figura 13.7 Ciclos térmicos de soldadura de puntos situados a diferentes distancias del cordón
(entre 10 y 25 mm)
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.2 Ciclo térmico de soldeo13.1.2 Ciclo térmico de soldeo
Todas las variables del ciclo térmico (Vc TmaxTp Ve Tf) dependen en gran medida de la distancia que separa el punto en cuestión del centro del cordón de soldadura: a menor distancia, mayores velocidades de calentamiento y enfriamiento y menor temperatura máxima
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.3 Zonas de la unión soldada13.1.3 Zonas de la unión soldada
T = f (distancia entre el punto y el centro del cordón)
Microestructura = f (Ve)
a zona fundida
b zona afectada térmicamente
b.1 zona de grano grueso
b.2 zona de grano fino
b.3 zona de austenización parcial
b.4 zona revenida
c metal base no afectado por la operación
b.1
a
b.2
cb.4b.3
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.3 Zonas de la unión soldada13.1.3 Zonas de la unión soldada
Ve lentas microestructuras ferrito-perlíticas
Ve rápidas microestructuras bainíticas y martensíticas
Microestructura = f (Ve)
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.3 Zonas de la unión soldada13.1.3 Zonas de la unión soldada
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.3 Zonas de la unión soldada13.1.3 Zonas de la unión soldada
ACEROS ACEROS
CE < 0,4% no se generan puntos duros y frágiles
CE > 0.4% hay que tratar de alterar el ciclo térmico normal (disminuir la velocidad de enfriamiento)
CE = %C + %Mn/6 + (%Cr + %Mo + %V)/5 + (%Cu + %Ni)/15
Permite predecir la aparición de zonas duras y microestructuras frágiles
Carbono Equivalente
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico
Variables que controlan el ciclo
térmico
Naturaleza del metal ~ difusividad térmica (a = λ/ cp· ρ)
Espesor de la chapa
Tipo de unión
Aporte térmico
Precalentamiento
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico
Cantidad de calor puesta en juego en la operación de soldeo
En procesos de arco eléctrico:
H = ρ1 · (U· I / v)
Rendimiento de la
operación
Aporte térmico
Voltaje
Intensidad
Velocidad de soldeo
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico
Aporte térmico
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico
Temperatura a la que se calienta la chapa antes de comenzar
la operación con el propósito de disminuir la velocidad de
enfriamiento
Precalentamiento
Figura 13.12 Influencia del aporte térmico y de la temperatura de
precalentamiento en el ciclo térmico de soldeo
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico
Precalentamiento Aporte térmico
A mayor
aporte térmico:
↓ Ve
y
↑ tiempo a
temperatura
elevada
A mayor
precalentamiento:
↓ Ve
y
~ tiempo a
temperatura
elevada
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.5 Dilución13.1.5 Dilución
Porcentaje de metal base que se incorpora al baño fundido
Dilución (%) = (metal base fundido/ metal fundido total) / 100
Dilución
20% dilución
80% dilución
0% < dilución < 100%
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.5 Dilución13.1.5 Dilución
Conocer la dilución dilución ayuda a conocer la composición química de la zona
soldada y en algunos casos la microestructura final de la misma:
Microestructura de aceros
inoxidables f (elementos
alfágenos y gammágenos)
Soldeo de aceros inoxidables
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.6 Técnicas de soldeo13.1.6 Técnicas de soldeo
Figura 13.15 Soldaduras realizadas con diferente número
de pasadas
2 pasadas con
zona de revenido
intermedia
ablandamiento de
fases duras
Múltiples pasadas
el efecto del
revenido es mucho
mayor
Inconveniente
disminución de la
productividad
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos 13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadurapostsoldadura
Precalentamiento
Mejor método para evitar los problemas de agrietamiento en frío o
durante el enfriamiento
Presencia de
microestructuras
frágiles
Alto nivel de
tensiones
residuales
Excesivo
contenido de
hidrógeno
En virtud de su
contracción y de
los cambios
estructurales
Procede de la
humedad de los
electrodos y de los
fluxes
Altas velocidades
de enfriamiento
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos 13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadurapostsoldadura
Precalentamiento disminuye la velocidad de enfriamiento retrasa la posible transformación martensítica y permite además la salida del H, reduciendo el nivel de tensiones residuales todo esto previene el agrietamento de la unión en frío
Figura13.16 Efectos de un precalentamiento en el ciclo térmico y niveles de tensión e hidrógeno
Discontinuo con precalentamiento
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos 13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadurapostsoldadura
Postcalentamento: Mantener la chapa a una determinada temperatura un cierto tiempo tras la soldadura. Sirve para prevenir el agrietamiento en frío
Discontinuo con postcalentamiento
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos 13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadurapostsoldadura
Tratamientos térmicos postsoldadura calentamiento hasta una temperatura suficientemente elevada y un mantenimiento a dicha
temperatura
Relajan en nivel de tensiones y/o producen el revenido de posibles estructuras frágiles que se hubiesen podido producir en las
operaciones de soldeo
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.1 Soldadura13.1 Soldadura
Tecnologías de unión
13.1.8 Soldeo de plásticos13.1.8 Soldeo de plásticos
Soldeo en termoplásticosbastante parecdo a los descritos en
metales, sin más que considerar que en el caso de los plásticos se
necesitan alcanzar temperaturas muy inferiores (200ºC)
Formas de aportar calor
Por movimiento relativo de las dos superficies a unir
(fricción, vibración, ultrasonidos)
Directamente
(aire caliente, placa caliente, extrusión)
TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de
unión
13.2 Uniones adhesivas13.2 Uniones adhesivas
Son cada vez más utilizadas (aleaciones metálicas, plásticos y
cerámicas)VentajasVentajas
Se realizan a temperatura ambiente o moderada (150ºC como máximo)
No generan deformaciones ni tensiones residuales
Posibilitan realizar uniones entre materiales muy diferentes entre sí (metales con cerámicas o plásticos con metales)
Cuando se unen dos metales diferentes, la presencia de la lámina adhesiva impide la corrosión galvánica (el adhesivo es aislante eléctrico)
TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de
unión
13.2 Uniones adhesivas13.2 Uniones adhesivas
Son cada vez más utilizadas (aleaciones metálicas, plásticos y
cerámicas)DesventajasDesventajas
Tienen un resistencia al calor limitada (los adhesivos son plásticos que se ablandan por encima de los 100-200ºC)
Su resistencia mecánica es baja, especialmente ante esfuerzos de tracción
Su resistencia se deteriora con el tiempo como consecuencia de la presencia de humedad ambiental
Limitadas a uniones entre capas finas (en elementos metálicos)
Recientemente se han desarrollado nuevas formulaciones adhesivas, del
tipo epoxi, con resistencia mecánica y durabilidad muy mejoradas
TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de
unión
13.2 Uniones adhesivas13.2 Uniones adhesivas
Buena unión adhesivaBuena unión adhesiva
Adhesivo en estado líquido (más o menos viscoso)
Mojar completamente las superficies a unir
Dejarlo solidificar (a temperatura ambiente o ente 100-200ºC)
TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de
unión
13.2 Uniones adhesivas13.2 Uniones adhesivas
Figuran13.18 Diferentes diseños de uniones ahdesivas metal-cerámica
Estas uniones trabajan muy bien a cortadura y compresión, pero se comportan mal bajo esfuerzos de tracción
Hay que tratar de maximizar el área de unión
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
13.3 Uniones cerámicas y metal-cerámicas13.3 Uniones cerámicas y metal-cerámicas
Tecnologías de unión