TECNOLOGÍA DE MATERIALES TEMA 13 Tecnologías de unión

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

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

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1.1 Procedimientos de soldeo Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1.1 Procedimientos de soldeo Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo SOLDEO POR ARCO ELÉCTRICO ELECTRODO

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1.1 Soldeo manual con arco eléctrico y electrodo revestido (SMAW) El electrodo se va bajando (Metal de aporte) Productos cerámicos aglomerados Procede de la fusión del recubrimiento. Evita la oxidación Zona afectada térmicamente

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1.1 Procedimientos de soldeo Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo MIG ( metal inert gas) MAG (metal active gas) TIG (tungsten inert gas) 13.1.1.2 Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW) MIG/MAG ZAT

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1.1 Procedimientos de soldeo Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo MIG ( metal inert gas) MAG (metal active gas) TIG (tungsten inert gas) 13.1.1.2 Soldeo semiautomático (GMAW, GTAW) TIG ZAT

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1.1 Procedimientos de soldeo Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1.3 Soldeo por arco sumergido (SAW) CONSUMIBLE SAW SOLDADURA AUTOMÁTICA ZAT

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 13.1.1 Procedimientos de soldeo Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.1 Procedimientos de soldeo 13.1.1.3 Soldeo por arco sumergido (SAW) SAW SOLDADURA AUTOMÁTICA

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.2 Ciclo térmico de soldeo TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.2 Ciclo térmico de soldeo Vc velocidad de calentamiento Tmax temperatura máxima alcanzada Tp tiempo de permanencia a la temperatura elevada Ve velocidad de enfriamento Tf temperatura final Influye en la propensión al crecimiento de grano Influye en la microestructura final (demasiado rápida martensita) Permite determinar si el metal sufrirá variaciones microestructurales durante el soldeo

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.2 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 Figura 13.7 Ciclos térmicos de soldadura de puntos situados a diferentes distancias del cordón (entre 10 y 25 mm)

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Microestructura = f (Ve) Tecnologías de unión T = f (distancia entre el punto y el centro del cordón) 13.1 Soldadura 13.1.3 Zonas de la unión soldada 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 a b.1 b.2 b.3 b.4 c

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.3 Zonas de la unión soldada TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.3 Zonas de la unión soldada Microestructura = f (Ve) Ve lentas  microestructuras ferrito-perlíticas Ve rápidas  microestructuras bainíticas y martensíticas

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.3 Zonas de la unión soldada

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.3 Zonas de la unión soldada TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.3 Zonas de la unión soldada Carbono Equivalente CE = %C + %Mn/6 + (%Cr + %Mo + %V)/5 + (%Cu + %Ni)/15 Permite predecir la aparición de zonas duras y microestructuras frágiles 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)

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Naturaleza del metal ~ difusividad térmica (a = λ/ cp· ρ) Espesor de la chapa Variables que controlan el ciclo térmico Tipo de unión Aporte térmico Precalentamiento

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Rendimiento de la operación Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Aporte 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 Velocidad de soldeo Voltaje Intensidad

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Aporte térmico

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Precalentamiento Temperatura a la que se calienta la chapa antes de comenzar la operación con el propósito de disminuir la velocidad de enfriamiento

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.4 Influencia de las variables de soldeo en el ciclo térmico Precalentamiento Aporte térmico A mayor precalentamiento: ↓ Ve y ~ tiempo a temperatura elevada A mayor aporte térmico: ↓ Ve y ↑ tiempo a temperatura elevada Figura 13.12 Influencia del aporte térmico y de la temperatura de precalentamiento en el ciclo térmico de soldeo

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.5 Dilución Dilución Porcentaje de metal base que se incorpora al baño fundido Dilución (%) = (metal base fundido/ metal fundido total) / 100 20% dilución 0% < dilución < 100% 80% dilución

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Soldeo de aceros inoxidables Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.5 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

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.6 Técnicas de soldeo TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.6 Técnicas de soldeo Múltiples pasadas  el efecto del revenido es mucho mayor Inconveniente disminución de la productividad 2 pasadas con zona de revenido intermedia  ablandamiento de fases duras Figura 13.15 Soldaduras realizadas con diferente número de pasadas

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.7 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 Altas velocidades de enfriamiento En virtud de su contracción y de los cambios estructurales Procede de la humedad de los electrodos y de los fluxes

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Discontinuo con precalentamiento Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.7 Precalentamiento, postcalentamiento y tratamientos térmicos postsoldadura Discontinuo con precalentamiento Figura13.16 Efectos de un precalentamiento en el ciclo térmico y niveles de tensión e hidrógeno 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

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Discontinuo con postcalentamiento Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.7 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

TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.7 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

Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.8 Soldeo de plásticos TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tecnologías de unión 13.1 Soldadura 13.1.8 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 Directamente (aire caliente, placa caliente, extrusión) Por movimiento relativo de las dos superficies a unir (fricción, vibración, ultrasonidos)

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)

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 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 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 100-200ºC)

Tecnologías de unión 13.2 Uniones adhesivas TECNOLOGÍA DE MATERIALES 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 13.2 Uniones adhesivas Figuran13.18 Diferentes diseños de uniones ahdesivas metal-cerámica

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