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Tecnologías de unión TEMA 13 TECNOLOGÍA DE MATERIALES.

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1 Tecnologías de unión TEMA 13 TECNOLOGÍA DE MATERIALES

2 13.1 Soldadura 13.2 Uniones adhesivas 13.3 Uniones cerámicas y metal-cerámica ÍNDICE Tecnologías de unión

3 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Uniones por soldadura las más empleadas en la industria actual (aleaciones metálcas y materales pásticos termoplásticos) Tecnologías de unión

4 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo

5 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura ELECTRODO Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo SOLDEO POR ARCO ELÉCTRICO

6 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura El electrodo se va bajando (Metal de aporte) Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo Soldeo manual con arco eléctrico y electrodo revestido (SMAW) Productos cerámicos aglomerados Procede de la fusión del recubrimiento. Evita la oxidación Zona afectada térmicamente

7 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura MIG ( metal inert gas) MAG (metal active gas) TIG (tungsten inert gas) Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo ZA T Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW) MIG/MAG

8 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura MIG ( metal inert gas) MAG (metal active gas) TIG (tungsten inert gas) Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo ZA T Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW) TIG

9 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo ZA T Soldeo por arco sumergido (SAW) SAW SOLDADURA AUTOMÁTICA CONSUMIBLE

10 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Procedimientos de soldeo Soldeo por arco sumergido (SAW) SAW SOLDADURA AUTOMÁTICA

11 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Ciclo térmico de soldeo V c velocidad de calentamiento T max temperatura máxima alcanzada T p tiempo de permanencia a la temperatura elevada V e velocidad de enfriamento T f 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)

12 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 Soldadura Tecnologías de unión Ciclo térmico de soldeo Todas las variables del ciclo térmico (V c T max T p V e T f ) 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

13 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Zonas de la unión soldada T = f (distancia entre el punto y el centro del cordón) Microestructura = f (V e ) 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 c b.4 b.3

14 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Zonas de la unión soldada V e lentas microestructuras ferrito-perlíticas V e rápidas microestructuras bainíticas y martensíticas Microestructura = f (V e )

15 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Zonas de la unión soldada

16 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Zonas de la unión soldada 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

17 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Variables que controlan el ciclo térmico Naturaleza del metal ~ difusividad térmica (a = λ/ c p · ρ) Espesor de la chapa Tipo de unión Aporte térmico Precalentamiento

18 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión 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 = ρ 1 · (U· I / v) Rendimiento de la operación Aporte térmico Voltaje Intensidad Velocidad de soldeo

19 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Aporte térmico

20 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión 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

21 Figura Influencia del aporte térmico y de la temperatura de precalentamiento en el ciclo térmico de soldeo TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Precalentamiento Aporte térmico A mayor aporte térmico: V e y tiempo a temperatura elevada A mayor precalentamiento: V e y ~ tiempo a temperatura elevada

22 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión 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%

23 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Dilución dilución Conocer la 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

24 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Técnicas de soldeo Figura 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

25 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadura 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

26 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadura 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

27 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadura Postcalentamento: Mantener la chapa a una determinada temperatura un cierto tiempo tras la soldadura. Sirve para prevenir el agrietamiento en frío Discontinuo con postcalentamiento

28 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadura 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

29 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1 Soldadura Tecnologías de unión Soldeo de plásticos Soldeo en termoplásticos bastante 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)

30 TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.2 Uniones adhesivas Son cada vez más utilizadas (aleaciones metálicas, plásticos y cerámicas) Ventajas 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)

31 TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.2 Uniones adhesivas Son cada vez más utilizadas (aleaciones metálicas, plásticos y cerámicas) Desventajas Tienen un resistencia al calor limitada (los adhesivos son plásticos que se ablandan por encima de los ºC) 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

32 TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.2 Uniones adhesivas Buena unión adhesiva Adhesivo en estado líquido (más o menos viscoso) Mojar completamente las superficies a unir Dejarlo solidificar (a temperatura ambiente o ente ºC)

33 TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.2 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

34 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.3 Uniones cerámicas y metal-cerámicas Tecnologías de unión


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