Soldadura por contacto

La soldadura por contacto  es el proceso de formación de una unión soldada integral mediante el calentamiento del metal con una corriente eléctrica que lo atraviesa y la deformación plástica de la zona de la unión bajo la acción de una fuerza de compresión.

La soldadura por resistencia se utiliza principalmente en la producción industrial en masa o en serie del mismo tipo de productos [1] . Se aplica en las empresas de ingeniería mecánica, en la industria aeronáutica.

Historia

En 1856, el físico inglés William Thomson (Lord Kelvin) fue pionero en la soldadura a tope. En 1877, el investigador estadounidense Elihu Thomson desarrolló de forma independiente la soldadura a tope y la introdujo en la industria. En el mismo 1877, el inventor ruso Nikolai Nikolaevich Benardos propuso métodos de soldadura por puntos y por costura [2] .

Para llevar a cabo los procesos de soldadura por puntos por resistencia se utilizaron pinzas especiales con electrodos de carbón, a las cuales se les suministró corriente eléctrica. Luego, dos placas de acero apiladas una encima de la otra se sujetaron con tenazas, y la corriente suministrada a los electrodos de carbono, pasando a través del metal, proporcionó una cantidad suficiente de calor para formar un punto de soldadura.

En 1886, Elihu Thomson, investigador y desarrollador de la soldadura por resistencia, solicitó una patente que protegía un método fundamentalmente nuevo de soldadura eléctrica, descrito de la siguiente manera: “Los objetos a soldar se ponen en contacto en los puntos a soldar, y un a través de ellos pasa una corriente enorme fuerzas - hasta 200,000 amperios a bajo voltaje - 1-2 voltios . El punto de contacto presentará la mayor resistencia a la corriente y por lo tanto se calentará mucho. Si en este momento comenzamos a comprimir las partes a soldar y forjamos el lugar de soldadura, luego de enfriar los objetos estarán bien soldados” [2] . El método de soldadura se denominó "forja eléctrica" ​​o "método de soldadura sin llama".

A fines del siglo XIX, la soldadura a tope se utilizó para conectar cables de telégrafo . En su investigación posterior, Elihu Thomson comenzó a combinar el calentamiento con corriente eléctrica con deformaciones plásticas, posible mediante el uso de sistemas de compresión hidráulica. A principios del siglo XX , hubo informes sobre el uso de soldadura por resistencia por parte de Fiat para la fabricación de motores de aviones.

En 1928, Stout Metal Airplane Company (una división de Ford Motor Company ) utilizó líneas de soldadura por resistencia para la fabricación de estructuras de duraluminio . A principios de la década de 1930, se probó en los EE. UU. la soldadura por resistencia de metales de bajo punto de fusión y sus aleaciones. En el curso de la investigación, se desarrollaron tecnologías y equipos que comenzaron a ser utilizados en la producción de aviones Douglas, Boeing y Sikorsky [2] .

Teoría

Los principales parámetros del modo de todos los métodos de soldadura por contacto son la fuerza de la corriente de soldadura , la duración de su pulso y la fuerza de compresión de las piezas. El calor en el metal que se suelda se libera cuando un pulso de corriente lo atraviesa con una duración de acuerdo con la ley de Joule-Lenz :

El valor se toma como la resistencia de la columna de metal entre los electrodos . A la hora de calcular la corriente de soldadura y el tiempo de pulso del transformador de soldadura,  es el parámetro inicial, ya que es de fácil cálculo conociendo el material de la pieza, su espesor y la temperatura de soldadura requerida. En este caso, se desprecian las resistencias en los contactos entre las partes y entre los electrodos y las partes.

Según la ley de Joule-Lenz, un aumento debería aumentar la cantidad de calor liberado . Pero según la ley de Ohm, un aumento no siempre aumenta la cantidad de calor liberado durante la soldadura , mucho depende de la relación e impedancia del circuito secundario del transformador de soldadura.

Donde  está el voltaje en el circuito secundario de la máquina de soldar, a  es la impedancia del circuito secundario, que incluye . Con un aumento en la resistencia , la fuerza de la corriente de soldadura disminuirá , lo cual se tiene en cuenta en la ley de Joule-Lenz al cuadrado. Varias implicaciones prácticas se derivan de esto. Con un aumento en la resistencia total del circuito secundario de 50 a 500 μΩ, la liberación de calor en la zona de soldadura disminuye aproximadamente 10 veces a medida que cae. La falta de calor se compensa aumentando la tensión ( ) o el tiempo de soldadura. El proceso de soldadura en máquinas de contacto con baja resistencia del circuito secundario (~ 50 μOhm) va acompañado de un aumento intensivo del calentamiento a medida que cae en el proceso de aumento del núcleo de soldadura. Cuando se alcanza la igualdad , el calentamiento alcanza un máximo, y luego, a medida que disminuye aún más (al alcanzar el tamaño de núcleo requerido), disminuye. Así, la soldadura en máquinas de contacto con baja resistencia del circuito secundario (y la mayoría [3] ) se acompaña de calentamiento no estacionario y calidad inestable de las uniones. Este inconveniente se puede reducir comprimiendo de forma fiable las piezas limpias, asegurándose de que se mantenga en un nivel mínimo, o manteniendo un nivel alto debido a una compresión débil de las piezas y dividiendo el pulso de corriente de soldadura en varios pulsos más cortos. Este último también ahorra energía y proporciona una conexión precisa con una deformación residual de 2 ... 5%.

Cuando se suelda en máquinas con alta resistencia del circuito secundario (> 500 µOhm), la disminución del proceso de soldadura prácticamente no afecta la liberación de calor, el calentamiento permanece estacionario, lo cual es típico para soldar en máquinas suspendidas con un cable largo en el circuito secundario Las uniones soldadas sobre ellos tienen una calidad más estable [3] .

Tecnología

Preparación de superficies para soldadura por contacto

Los métodos de preparación de la superficie son diferentes. En su forma más completa, incluyen varias operaciones sucesivas: desengrase, eliminación de películas iniciales, principalmente de óxido, pasivación, neutralización, lavado, secado, control

Requisitos básicos para la preparación de superficies para soldadura por resistencia:

Contacto maquinas de soldar

La soldadura por contacto se lleva a cabo en máquinas de soldadura por contacto, que son estacionarias, móviles y suspendidas, universales y especializadas. Por la naturaleza de la corriente en el circuito de soldadura, pueden ser máquinas AC o DC a partir de un pulso de corriente rectificado en el circuito primario del transformador de soldadura oa partir de una descarga de condensador . Según el método de soldadura, se distinguen máquinas para soldadura por puntos , en relieve , de costura y a tope [3] . El transformador de soldadura de la máquina reduce la tensión de red a 1-15 voltios . Los electrodos fabricados con aleaciones de cobre se utilizan para comprimir piezas y suministrar corriente con una potencia de 1 a 200 kA . Potencia de la máquina 0,5-500 kVA . Se crea una fuerza de compresión de 0,01 a 100 kN (1 a 10 000 kgf ) mediante un accionamiento neumohidráulico o un mecanismo de resorte de palanca. La duración de la corriente de 0,01 a 10 segundos se activa mediante contactores controlados electrónicamente [5] .

Cualquier máquina de soldadura por resistencia consta de partes eléctricas y mecánicas, sistemas neumáticos o hidráulicos y sistemas de refrigeración por agua. La parte eléctrica , a su vez, consta de un transformador de soldadura, un interruptor primario del transformador de soldadura y un regulador del ciclo de soldadura que proporciona una determinada secuencia de operaciones del ciclo y ajuste de los parámetros del modo de soldadura. La parte mecánica consta de un accionamiento de compresión (máquinas de punta), un accionamiento de compresión y un accionamiento de rotación de rodillos (máquinas de costura) o accionamientos para sujeción y recalcado de piezas (máquinas a tope). El sistema neumático-hidráulico consta de equipos de preparación ( filtros , lubricadores que lubrican las partes móviles), regulación ( reductores , manómetros , válvulas de estrangulamiento) y suministro de aire al accionamiento de compresión (válvulas electroneumáticas, válvulas de cierre, grifos, accesorios ). El sistema de refrigeración por agua incluye racores para los peines de distribución y recepción, cavidades refrigeradas por agua en el transformador y en el circuito secundario, mangueras de distribución, válvulas de corte y relés hidráulicos que apagan la máquina si falta o hay poca agua. Las máquinas de punto y costura se encienden con un pedal con contactos, máquinas a tope, con un conjunto de botones. Se reciben comandos de los controles para comprimir los electrodos o sujetar piezas, para encender y apagar la corriente de soldadura, para girar los rodillos, para encender el controlador del ciclo de soldadura. [3] .

Electrodos de soldadura de contacto

A través de los electrodos de soldadura por resistencia, se cierra el circuito de soldadura secundario. Los rodillos de electrodos durante la soldadura de costura por resistencia mueven las piezas a soldar. También mantienen las piezas en su lugar durante su calentamiento y recalcado.

Dado que los electrodos se desgastan rápidamente durante la soldadura por resistencia, están sujetos a requisitos de estabilidad de retención de forma cuando se calientan hasta 600 grados y fuerzas de compresión de choque de hasta 5 kg/mm2.

Los electrodos están hechos de cobre y bronce (bronce de cromo-zirconio BrKhTsrA; bronce de cadmio BrKd1; bronce de cromo BrKh, etc.).

Los electrodos para soldadura en relieve se fabrican de forma similar al producto, para máquinas de costura, en forma de discos.

Defectos de soldadura y control de calidad

La calidad de las uniones soldadas realizadas mediante soldadura por resistencia depende de la correcta preparación de la superficie de las piezas y de la elección de los modos de soldadura. Los principales indicadores de la calidad de la soldadura por puntos y por costura incluyen el tamaño del núcleo del punto de soldadura, que debe ser igual a tres espesores S de la lámina más delgada a soldar. La profundidad de penetración debe estar dentro de 20 ... 80% S. Superar estos límites conduce a la falta de penetración o salpicaduras del metal.

Los defectos de soldadura se controlan mediante inspección y mediante cualquier método de prueba no destructivo disponible. Una característica del control de la unión durante la soldadura por resistencia es la dificultad de detectar la falta de fusión, que no se detecta debido a que los contactos se presionan entre sí. En el punto de contacto, la radiación electromagnética y los ultrasonidos no se reflejan ni se atenúan. Una forma de detectar un defecto es la destrucción de muestras de control. En ausencia de falta de penetración, la destrucción atraviesa todo el metal de una de las partes. En este caso, se mide el diámetro del núcleo fundido, realizado mediante soldadura por puntos o por costura.

Variedades de soldadura por contacto

Soldadura por puntos

La soldadura por puntos es un proceso de soldadura en el que las piezas se unen en uno o varios puntos al mismo tiempo. La fuerza de la junta está determinada por el tamaño y la estructura del punto de soldadura, que dependen de la forma y el tamaño de la superficie de contacto de los electrodos, la fuerza de la corriente de soldadura , el tiempo que fluye a través de la pieza de trabajo, la fuerza de compresión y el estado de las superficies de las piezas a soldar. Con la soldadura por puntos, puede crear hasta 600 uniones en 1 minuto [5] . Se utiliza para conectar las partes más delgadas (hasta 0,02 micras ) de dispositivos electrónicos, para soldar estructuras de acero a partir de láminas de hasta 20 mm de espesor en la construcción de automóviles , aviones y barcos , en ingeniería agrícola y otras industrias [5] .

Soldadura por proyección

La soldadura en relieve es un proceso de soldadura en el que las piezas se conectan en uno o varios puntos al mismo tiempo, teniendo salientes-relieves especialmente preparados. Este método es similar a la soldadura por puntos. La principal diferencia: el contacto entre las partes está determinado por la forma de su superficie en la unión, y no por la forma de la parte activa de los electrodos, como en la soldadura por puntos. Los salientes en relieve se preparan previamente mediante estampado o de otro modo y pueden estar presentes en una o ambas partes a soldar.

La soldadura en relieve se utiliza en la industria automotriz para unir soportes a piezas de láminas (por ejemplo, para unir soportes al capó de un automóvil , para unir bisagras para colgar puertas a una cabina); para conectar sujetadores- pernos , tuercas y espárragos . En electrónica de radio , se utiliza para unir cables a piezas delgadas [6] .

Soldadura por resistencia de costura

La soldadura por costura es un proceso de soldadura en el que las piezas se conectan mediante una costura que consta de una serie de puntos de soldadura separados (zonas fundidas), que se superponen parcialmente o no se superponen entre sí. En el primer caso, la costura será sellada. En el segundo caso, la soldadura de costura realizada por puntos individuales sin superposición prácticamente no diferirá de una serie de puntos obtenidos por soldadura por puntos . El proceso de soldadura de costura se lleva a cabo en máquinas de soldadura especiales con dos (o uno [7] ) rodillos-electrodos de discos giratorios, que comprimen, enrollan y sueldan firmemente las piezas a unir. El espesor de las chapas soldadas oscila entre 0,2 y 3 mm [7] [8] . Se utiliza en la fabricación de varios contenedores donde se requieren costuras selladas: tanques de gas , tuberías, barriles, fuelles , etc.

Soldadura a tope

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. Dependiendo del grado del 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 varias maneras: resistencia, tapajuntas continuo y tapajuntas caliente.

La soldadura por resistencia se utiliza para conectar piezas con un área de sección transversal de hasta 200 mm² [9] . Se utiliza principalmente para soldar alambres, varillas y tuberías de acero con bajo contenido de carbono de secciones relativamente pequeñas [6] .

La soldadura por fusión se utiliza para conectar piezas con un área de sección transversal de hasta 100 000 mm² [9] , como tuberías, refuerzo de productos de hormigón armado, juntas a tope de perfiles de acero, sierras de cinta . 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 usa 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 parte trasera hecha de acero común) [6] [9] .

Otros procesos de soldadura por resistencia

Una de las variedades de soldadura por contacto es la soldadura por pulsos , en la que el arco arde incluso en las pausas entre los pulsos de corriente aplicados, sin afectar significativamente la profundidad de fusión del metal. Los pulsos de corriente adicionales se superponen a la corriente de soldadura principal con una frecuencia de varias decenas de hercios. También se ha desarrollado una tecnología de doble pulso con modulación de pulso de corriente. La modulación le permite cambiar la forma del pulso, el ángulo de inclinación de su frente de onda, lo que le permite controlar la transferencia de pequeñas gotas de metal durante la soldadura [10] .

Las ventajas de la soldadura pulsada son la quema de arco estable, se eliminan los cráteres de los puntos de soldadura y se reducen las áreas superpuestas en la soldadura.

La soldadura pulsada se utiliza para soldar diferentes grados de acero y aluminio, cobre, aleaciones de níquel y titanio con espesores de piezas de 1 a 50 mm [11] .

Notas

  1. ↑ Soldadura por contacto, el principio de la soldadura por resistencia . Fecha de acceso: 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 3 de enero de 2012.
  2. ↑ 1 2 3 Desarrollo del proceso de soldadura eléctrica por resistencia (enlace inaccesible) . Consultado el 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 5 de abril de 2012. 
  3. ↑ 1 2 3 4 Soldadura por contacto (enlace inaccesible) . Consultado el 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 4 de abril de 2012. 
  4. ↑ Soldadura por contacto (enlace inaccesible) . Consultado el 4 de diciembre de 2009. Archivado desde el original el 18 de enero de 2010. 
  5. ↑ 1 2 3 [bse.sci-lib.com/article064083.html Soldadura eléctrica por contacto] . Consultado el 24 de octubre de 2012. Archivado desde el original el 25 de octubre de 2012.
  6. ↑ 1 2 3 Soldadura por contacto . Consultado el 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 2 de marzo de 2013.
  7. ↑ 1 2 Soldadura por costura (enlace inaccesible) . Consultado el 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 6 de marzo de 2012. 
  8. ↑ Soldadura de rodillos (costuras) (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 9 de enero de 2013. 
  9. ↑ 1 2 3 Soldadura a tope (enlace inaccesible) . Consultado el 24 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 6 de marzo de 2012. 
  10. ↑ Soldadura pulsada: ventajas y posibilidades . Consultado el 29 de abril de 2020. Archivado desde el original el 7 de agosto de 2020.
  11. ↑ Soldadura por arco pulsado en gases de protección . Consultado el 4 de agosto de 2016. Archivado desde el original el 22 de julio de 2016.

Literatura

Enlaces

  Ir al elemento de Wikidata  diccionarios y enciclopedias