La soldadura a tope es un proceso de soldadura en el que las piezas se conectan a lo largo de todo el plano de su contacto, como resultado del calentamiento.
La soldadura a tope es uno de los procesos de soldadura a presión . Es un tipo de soldadura por contacto , por tanto, su tecnología se basa en el efecto térmico de la corriente eléctrica según la ley de Joule-Lenz y la fuerza de compresión de las piezas a soldar. Un caso especial de soldadura a tope es la soldadura a tope de condensadores .
Los principales métodos de soldadura a tope por chispa se desarrollaron a finales del siglo XIX. En 1877, en EE. UU., E. Thomson propuso la soldadura a tope por resistencia. En 1887, el inventor ruso N. N. Benardos patentó métodos para la soldadura por contacto por puntos y posteriormente por costura entre electrodos de carbono. Posteriormente, estos métodos, mejorados por el uso de electrodos de cobre y sus aleaciones, se convirtieron en los métodos de soldadura por resistencia más utilizados. Los métodos modernos de soldadura por resistencia son muy diversos. Los principales son: soldadura por puntos, relieve, costura, resistencia a tope y soldadura a tope flash. La soldadura por contacto es un proceso termomecánico de formación de una junta metálica permanente debido a la adhesión de sus átomos, en el que el calentamiento local de las piezas a soldar por el flujo de corriente eléctrica en la zona de la junta se acompaña de una deformación plástica que se desarrolla bajo la acción de una fuerza de compresión. En este caso, los enlaces interatómicos surgen en la fase sólida oa través de una capa intermedia líquida de metal fundido y permanecen después del enfriamiento y la cristalización. La soldadura a tope es un método de soldadura por resistencia, cuando las partes se conectan en el proceso de deformación plástica conjunta de los extremos de las partes calentadas por una corriente eléctrica durante el recalcado en toda el área de la sección transversal. Las partes 1 (Fig. 1) están instaladas en las abrazaderas de corriente 2 y 3, una de las cuales, por ejemplo, la abrazadera 3 es móvil y está conectada al accionamiento de fuerza de compresión de la máquina. La soldadura consta de dos etapas: calentar los extremos de las piezas y su precipitación.
El calentamiento de las piezas durante la soldadura a tope ocurre debido a que una corriente eléctrica Ib las atraviesa y se libera calor sobre la resistencia eléctrica total de las piezas R Q (ley de Joule-Lenz): Q = Ib2R / t, (1) donde : t es el tiempo de soldadura. La resistencia total de las piezas está determinada por la expresión: R = 2Rd + Rk, (2) donde: Rd es la resistencia de las piezas (salida de las piezas de los electrodos de la máquina); Rk es la resistencia de contacto entre las piezas (cuando se suelda por chispa, Rk es la resistencia eléctrica del espacio de chispa). La resistencia de las partes 2Rd depende de la resistencia eléctrica específica del metal ρ, la longitud de sus proyecciones desde los electrodos de la máquina (longitud de instalación para soldadura) Lw y el área de la sección transversal de las partes S: 2Rd = Kp ρLw /S , (3) se eleva a la temperatura de transformación ferromagnética). Según el método de calentamiento, se distinguen dos métodos de soldadura: soldadura a tope por resistencia y soldadura a tope por flash. Según el estado del metal en la zona de soldadura, se refieren a soldaduras en fase sólida, aunque en algunos casos, especialmente en la soldadura flash, la unión soldada se forma en estado sólido-líquido.
Dependiendo de la marca de metal, el área de la sección transversal de las piezas a unir y los requisitos para la calidad de la unión, la soldadura a tope se puede realizar de dos formas: por resistencia (con calentamiento de la unión hasta un estado plástico ) y tapajuntas (con calentamiento de la junta a tapajuntas).
La soldadura por resistencia se utiliza para conectar piezas con un área de sección transversal de hasta 200 mm² [1] . Se utiliza principalmente para soldar alambres, varillas y tuberías de acero con bajo contenido de carbono de secciones relativamente pequeñas [2] . Se lleva a cabo de la siguiente manera: las partes fijadas en las abrazaderas de la máquina de soldar se presionan fuertemente entre sí por las superficies a soldar, y luego se hace pasar una corriente eléctrica a través de ellas. Después de calentar las superficies a unir a un estado plástico, las partes se revuelven (comprimen) con un apagado simultáneo de la corriente.Para garantizar un calentamiento uniforme, los extremos de contacto de las piezas a soldar deben prepararse cuidadosamente. Es necesario eliminar irregularidades, impurezas y óxidos, ya que el calentamiento desigual y la oxidación del metal en los extremos reducen la calidad de la soldadura por resistencia. Cuanto mayor sea la sección transversal de las superficies soldadas, menor será la calidad de la unión soldada, principalmente debido a la formación de óxidos en la unión [3] . Esto explica el uso limitado de la soldadura por resistencia, que se utiliza para conectar piezas con un área de sección transversal de hasta 200 mm² [1] . Se utiliza principalmente para soldar alambres, varillas y tuberías de acero con bajo contenido de carbono de secciones relativamente pequeñas [2] , también la soldadura por resistencia da buenos resultados para metales con buena soldabilidad en estado plástico: aceros estructurales con bajo contenido de carbono y baja aleación, aleaciones de aluminio y cobre [3] .
La soldadura por fusión se utiliza para conectar piezas con un área de sección transversal de hasta 100 000 mm² [1] , como tuberías, refuerzo de productos de hormigón armado, juntas a tope de perfiles de acero.En la soldadura flash, las piezas primero reciben voltaje del transformador de soldadura y luego se juntan a una velocidad determinada. Cuando las partes entran en contacto en los contactos individuales formados, debido a la alta densidad de corriente, el metal de los contactos se calienta rápidamente y explota de forma explosiva. Parte del calor liberado en este caso se pierde irremediablemente en la atmósfera con salpicaduras de metal, la otra parte se acumula en la junta debido a la conductividad térmica. La acumulación de calor en el proceso de formación y destrucción continua de contactos: los puentes proporcionan calentamiento de los extremos de las piezas. Al final del proceso de calentamiento, se forma una capa continua de metal líquido en los extremos. En este momento, la velocidad de convergencia de las piezas aumenta considerablemente. Los extremos están conectados, la mayor parte del metal líquido, junto con las películas superficiales y parte del metal sólido, se expulsa de la zona de soldadura, formando un engrosamiento: rebabas. La corriente de soldadura se desconecta durante el recalcado de las piezas. La principal función tecnológica del tapajuntas es calentar las piezas hasta que se forme una capa de metal fundido en los extremos y obtener una distribución de temperatura adecuada en la zona próxima a la soldadura para el posterior recalcado y eliminación de la masa fundida y los óxidos.
Se utiliza para unir rieles de ferrocarril en vías sin juntas, para la producción de palanquillas largas de aceros, aleaciones y metales no ferrosos. En la construcción naval , se utiliza para la fabricación de cadenas de ancla, bobinas frigoríficas para barcos frigoríficos. Además, la soldadura por chispa se utiliza en la producción de herramientas de corte (por ejemplo, para soldar la parte de trabajo de un taladro hecho de acero para herramientas con una cola de acero común) [1] [2] .
La soldadura a tope por chispa tiene sus propias características asociadas con la forma geométrica de la sección transversal (el ancho es mucho mayor que el espesor). En la soldadura por resistencia, la naturaleza aleatoria de la ubicación de las áreas de contacto en la unión y el calentamiento desigual resultante de tales secciones es un gran problema. El calor generado en las zonas de contacto provoca un rápido aumento de temperatura en las mismas, que persiste incluso después de la desaparición de la resistencia de contacto hasta el final del ciclo de soldadura. Esto lleva al sobrecalentamiento del metal en estas áreas con todas las consecuencias subsiguientes - crecimiento de grano, acumulación de impurezas a lo largo de los límites de grano, etc. Las propiedades plásticas y de resistencia del metal en esta zona disminuyen y es imposible mejorarlas con altas templado utilizado en máquinas de contacto. Además, la alta densidad de corriente requerida para el calentamiento por resistencia (significativamente más alta que para el calentamiento por reflujo) provoca salpicaduras de metal durante el calentamiento y la formación de óxidos en la zona de unión.
Por lo tanto, las uniones soldadas obtenidas mediante soldadura a tope por resistencia no tienen una calidad alta y, lo que es más importante, estable. Durante la soldadura flash, los contactos individuales en la zona flash se distribuyen uniformemente en toda la sección transversal de la junta, lo que garantiza su calentamiento uniforme y la obtención de propiedades más estables de las juntas soldadas.
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