Comparación de Procesos de Soldadura

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En este tema vemos los procesos de soldadura más utilizados actualmente en la industria.

Intentamos desarrollar las ventajas y limitaciones de cada uno y con ello proporcionar una guía que permita ayudar en la selección del proceso idóneo para cada aplicación particular:

1. SOLDADURA OXI-LLAMA (OFW) 

Se trata quizá de la soldadura en caliente utilizada desde la antigüedad. Este proceso está muy en desuso para soldadura en sí.

Recordemos que “Soldadura” o “Welding” es un concepto que se aplica cuando se logra la fusión del metal que estamos soldando. Por supuesto, aplicando llama se pueden fundir la mayoría de metales, por lo que sería un proceso adecuado para soldar. Pero la productividad que se obtiene así como la difusión del calor en la zona que se calienta, con los efectos que esto conlleva, hace que este proceso no sea el más escogido para soldar.

En cambio sí es un proceso de uso común para “Soldadura Fuerte o Brazing“, en el que se superan temperaturas en los metales de 450ºC, pero no se llega a fundirlos, pero sí el metal que se puede usar como consumible para rellenar las juntas de los metales a soldar. Este consumible suelen ser aleaciones de cobre, plata o mezclas de ambos metales, y otras aleaciones con puntos de fusión muy por debajo del de los metales que se unen. Es una aplicación muy común en conducciones de cobre, en intercambiadores de calor, y en reparaciones de materiales con difícil soldabilidad si se llegara a su punto de fusión.

Y también se usa para “Soldadura Blanda o Soldering“, en el que no se alcanzan temperatura de 450ºC, y lo que se funde es un metal de aporte o consumible de bajo punto de fusión, como las aleaciones de estaño. Es un proceso muy utilizado en conducciones de cobre y otros metales cuando no se precisa una resistencia a presión elevada ni tampoco hay exposición a altas temperaturas de servicio.

El Oxi-Fuel sí es en cambio un proceso muy utilizado para Corte (OFC):

En la aplicación de corte, el OFC es el proceso que permite el corte más efectivo de aceros de gran espesor de pared, a partir de 50 mm.

Para corte de aceros de menor espesor o de otros materiales , como son acero inoxidable, aluminio, aleaciones de níquel, cobre, y otros, el OFC no es aplicable. En estas aplicaciones se recurre al corte por Plasma (PAC) o Láser en los metales de menor espesor (LC)

Llama limpia de oxi hidrógeno

Soldadura Fuerte manual (OFW)

Corte Oxifuel manual (OFC)

Corte Oxifuel automático (OFC)

Las mesas pueden combinarse para realizar varios procesos de corte (ej. oxi-corte y plasma)

2. SOLDADURA TIG Ó GTAW

 Este proceso es en su aplicación muy similar en su utilización al proceso OFW:

  • En lugar de una llama, se utiliza un arco eléctrico como fuente de calor.
  • El electrodo no se consume en el proceso
  • Su ventaja frente a la soldadura OFW es que el arco es mucho más concentrado y controlado que la llama. Además, al estar el arco protegido por una atmósfera inerte, el resultado es la fusión del metal en ausencia de gases contaminantes. Esto proporciona una elevada calidad de soldadura.
  • Cuando se realiza por soldadores experimentados, la calidad que se obtiene, así como el aspecto de la soldadura, es excelente.
  • Es un proceso más lento y requiere una mayor pericia y dependencia de un buen soldador.
  • Es el proceso escogido en calderería, tubería, estructuras y otros campos, debido a su calidad. Para ello se asume que el coste de su ejecución es mayor.
  • Es el proceso idóneo para la realización de la pasada de raíz en tubería, calderería y otras aplicaciones, cuando no se tiene acceso por el otro lado, o cuando no es posible o conveniente resanar el cordón de raíz, y por tanto se debe realizar una soldadura “burn-through”, o pasada de raíz con alta calidad del cordón por el lado interior.

Para mejorar la velocidad y productividad y evitar la dependencia de la pericia del soldador, existen automatizaciones en diferentes grados, como lo es la soldadura orbital.

Soldadura TIG manual (GTAW)

Soldadura GTAW Orbital (GTAW)

 

3. SOLDADURA PLASMA – PAW 

Este proceso ha tenido una aparición muy breve. Venía a mejorar la productividad y facilidad de uso, así como a controlar parámetros para poder soldar materiales muy finos, en aplicaciones en las que el proceso TIG o GTAW encontraba limitaciones.

Sus desventajas principales son el coste de los equipos de soldadura y la complejidad de la programación de parámetros.

La reducción de coste muy reciente producida en los equipos de soldadura láser ha supuesto un gran competidor para la aplicación más generalizada de la soldadura plasma.

Soldador manual de plasma

Soldadura Plasma manual (PAW)

4. SOLDADURA LÁSER – LW 

Este proceso está resultando muy práctico y aplicable en muchas aplicaciones, sobre todo en las que se busca un resultado estético, en las que se estaba utilizando soldadura TIG ó GTAW.

La reducción de coste de los equipos que ha supuesto la introducción en el mercado de equipos de procedencia china, empiezan a hacer de este proceso una tecnología casi irresistible para aplicaciones.

Las ventajas principales son:

  • la velocidad de soldadura: prácticamente 10 veces la que se alcanza con el proceso GTAW.
  • la concentración del rayo láser, lo cual minimiza el Aporte Térmico y la Zona Afectada Térmicamente, lo cual repercute en:
    • una deformación mínima de los componentes que se sueldan, que es muy importante en materiales de espesor fino
    • una menor concentración de tensiones debidas a soldaduras en diferentes zonas de un componente
    • posibilidad de soldar sin marcar por el otro lado, aceros con pulido espejo y otras aplicaciones
    • posibilidad de realizar micro-soldaduras con la fuente de láser adecuada (YAG-Pulsado)

Las limitaciones son:

  • Las juntas deben estar muy bien preparadas, con mínimo gap o separación para obtener el rendimiento que proporciona el proceso. Esta limitación se ha visto reducida con la introducción de la aportación de hilo frío a la soldadura o con las tecnologías de láser híbrido (combinan un láser como fuente principal de fusión con otros procesos como GTAW para aportación de hilo en caliente).
  • Su uso está limitado, por el momento, a espesores finos de materiales.

Soldadura Láser (LW)

5. SOLDADURA CON ELECTRODOS RECUBIERTOS  

Este proceso fue el más utilizado durante la primera mitad del siglo XX, pues se desarrolló haciendo uso de la electricidad y resultó mucho más rápido, práctico y de mejor calidad en muchas aplicaciones frente a la soldadura OFW.

En la actualidad continúa siendo el proceso escogido para aplicación en trabajos al aire libre, como montajes de todo tipo de plantas energéticas, químicas o de procesos, y estructuras metálicas. También es el proceso más utilizado para pequeños trabajos de mantenimiento y bricolaje, por el reducido coste de inversión y portabilidad que han aportado los modernos equipos “inverter” de poco peso y reducidas dimensiones.

En estas aplicaciones encuentra rival con el proceso de soldadura FCAW-SS, en el que se usa un hilo continuo tubular, y tampoco precisa de protección gaseosa, evitando los trastornos de botellas de gases y que estos no son útiles cuando hay corrientes de aire.

En producción dentro de taller, el electrodo recubierto se ha ido sustituyendo muy rápidamente por soldadura GMAW o MIG/MAG y por soldadura FCAW-GS, pues la principal desventaja del electrodo recubierto es que tiene una longitud corta, de máximo 500 mm, y con esto el Factor de Marcha del proceso es pequeño, y así la productividad.

Otra desventaja para algunas aplicaciones es la necesidad de limpiar la escoria que protege el baño de soldadura de los gases atmosféricos contaminantes. Esta desventaja no la tiene la soldadura GMAW ó MIG/MAG.

Aunque la producción es escoria resulta una ventaja en soldadura en posición (vertical, cornisa, techo), y en esas aplicaciones, el electrodo recubierto resulta de aplicación más práctica que el proceso GMAW. Pero para esas aplicaciones, la soldadura FCAW-GS en producción en taller o la FCAW-SS para producción en campo, son cada día más preferidas en lugar del electrodo recubierto.

Debe considerarse que el grado de pericia de un soldador de electrodo, soldadura que se realiza completamente de forma manual, es muy superior a la que se precisa con un soldador de hilo continuo, considerada como soldadura “semi-automática” que usa GMAW o FCAW.

Pero debo añadir que hay que tener cuidado en aplicaciones de responsabilidad en las que se recurre a soldadura semiautomática para mejorar la producción, pero en las que no debe menospreciarse el que debe ser un soldador con gran pericia y consciencia de responsabilidad en la calidad de su producción, sea quien realice esas soldaduras. En mi experiencia y opinión, debiera ser un soldador de electrodo entrenado para manejar GMAW ó FCAW, el escogido para realizar soldaduras semiautomáticas o automatizadas de responsabilidad.

Soldadura con Electrodo REcubierto (SMAW)

6. SOLDADURA GMAW Ó MIG/MAG 

Es el proceso más ampliamente utilizado en la industria de todo tipo. Con las salvedades ya mencionada en los procesos anteriores.

Sus grandes ventajas son:

– Facilidad de manejo

– Ausencia de escoria

– Elevada productividad

– Posibilidad de automatización y robotización.

– Mejora de calidad y productividad con la introducción de los más modernos “hilos tubulares metal-cored”.

Las limitaciones podrían resumirse en:

– Desconocimiento de soldadores de los principios de la soldadura

– Limitación en uso en todas posiciones

– Riesgo de falta de fusión al trabajar en transferencia en “corto-circuito” = parámetros bajos necesarios para soldadura de chapa fina, pasadas de raíz, o soldadura en posiciones vertical, cornisa o techo.

Soldadura con Hilo Macizo o Tubular Metal-Cored (GMAW)

7. SOLDADURA FCAW-GS (con protección de gas) 

Es un proceso que se introdujo a finales de los años 80 para evitar las limitaciones del proceso GMAW.

Su utilización no varía respecto al proceso GMAW, usándose los mismos equipos, con pequeñas variaciones en sus accesorios para asegurar un buen arrastre del hilo hasta el arco.

Al depositar escoria que protege el baño y tamibén lo retiene, es ideal cuando se debe soldar en todas posiciones.

Debe asegurarse una buena limpieza de la escoria y llevar la misma posición y dirección de soldeo que se usa con el electrodo recubierto, para evitar inclusiones de escoria durante la ejecución de la soldadura (esto no es muy conocido por muchos soldadores que pasan de soldar GMAW a FCAW pensando que se ejecuta igual, pero es importante para asegurar la calidad de la soldadura.

El resto de ventajas del proceso son las mismas que las indicadas para la soldadura GMAW.

Soldadura con Hilo Tubular Protegido con Gas (FCAW-GS)

8. SOLDADURA FCAW-SS (sin gas de protección) 

Es un proceso ideal en aplicaciones de soldadura de montaje, especialmente estructural, al aire libre.

Estructuras metálicas de puentes, edificios, jackets de plataformas off-shore, o fabricación de tanques de almacenamiento, son ejemplos de aplicación típica de este proceso.

Reúne las ventajas de los procesos “semiautomáticos”, pero no precisa de gas de protección, el cual resultaría del todo inútil en aplicaciones al aire libre.

Las limitaciones fundamentales son la necesaria limpieza de la escoria, y la limitación en el número de aleaciones disponibles, que se reducen a aceros al carbono y de baja aleación, y también para aplicaciones de recargues duros que se usan para la reconstrucción de componentes desgastados por erosión o abrasión.

Soldadura con Hilo Tubular Auto-Protegido (FCAW-SS)

9. SOLDADURA ARCO SUMERGIDO – SAW 

Es el proceso idóneo para soldadura de largas longitudes y normalmente espesor a partir de 15 o 20 mm.

Su uso está extendido para fabricación de vigas y componentes estructurales así como para fabricación de virolas en calderería a presión o torres eólicas.

También se utiliza ampliamente en fabricación de tanques de almacenamiento para la unión en cornisa de las virolas que van componiendo los diferentes niveles.

Las ventajas de este proceso se pueden resumir:

– Elevada penetración en la junta de cada cordón de soldadura

– Productividad sin comparación, especialmente con el uso de variantes del proceso como “tándem”, “ice”, y otros

– Gran calidad de las soldaduras

– Facilidad de manejo al ser un proceso normalmente automatizado

Las limitaciones:

– Elevado coste de inversión

– Sólo es posible soldadura en plano y cornisa.

– Más difícil aplicación en espesores finos.

Soldadura de Arco Sumergido (SAW)

FIN DEL TEMA

Como ves, todos los temas que estamos desarrollando están relacionados.

Sólo tendrás un conocimiento completo tras finalizar los temas del curso y, por supuesto, irás ganando con la experiencia y el estudio continuado.

Si has entendido los conceptos de este tema, no olvides dar a COMPLETAR en la parte superior del tema.

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