SOLDADURA POR RESISTENCIA 1. Soldadura Soldadura por resistencia resistencia:: La sold soldad adur ura a por por resi resist sten enci cia a se real realiz iza a medi median ante te un grup grupo o de procesos en los cuales se genera el calor necesario para soldar, por la resistencia de las partes al paso de una corriente eléctrica. Difere de los procesos de soldadura por usión en que requiere, además del calor, calor, la aplica aplicació ción n de presi presión ón mecáni mecánica, ca, para para unir unir las partes partes por orjado. La presión refna la estructura de los cristales, y produce una soldadura con propiedades fsicaza en que la mayoría de los casos son iguales, y a veces superiores a las del metal de ase. Las dos piezas de metal que van a unirse son presionadas juntas por los electrodos de la máquina soldadora de manera que !agan un uen uen contac contacto to eléctr eléctrico ico.. "ntonc "ntonces es se pasa pasa la corrien corriente te eléctr eléctrica ica a través de ellos, se los calienta !asta que empiecen a derretir en el punto donde están en contacto. "l metal undido de las dos piezas #uye y las piezas se unen$ entonces la corriente se apaga y el metal undido se solidifca, ormando una cone%ión metálica sólida entre las dos piezas. "l término &'oldadura de (esistencia& viene del !ec!o de que es la propiedad eléctrica de la resistencia del metal a ser soldado la que causa el calor que se generará cuando la corriente #uye a través de él.
1
2. Procesos Procesos de soldadu soldadura ra por resisten resistencia: cia: )omo )omo se !izo !izo menció mención, n, las soldadur soldadura a por resisten resistencia cia no es un proceso de soldadura por usión sino en realidad constituye toda una amilia de varios métodos cuya característica principal es que la unión o coalescencia de las superfcies en contacto se produce a través del calor otenido por la resistencia de las piezas de traajo al #ujo de la corriente eléctrica de la soldadura en un circuito en el cual las piezas de traajo son una parte y se encuentran sometidas a una presión de contacto. Dentro de esta amilia es interesante poder dierenciar los métodos o procesos de soldadura por resistencia, entre las cuales tenemos* +
'old 'oldad adur ura a por por punt puntos os spo spott -el -eldi ding ng
+
'old 'oldad adur ura a de de cos costu tura ra sea seam m -el -eldi ding ng
+
'oldad 'oldadura ura por proye proyecci cción ón proye proyecti ction on -eldin -elding g
+
'old 'oldad adur ura a por por resi resist sten enci cia a con con sali salien ente tes s
+
'old 'oldad adur ura a por por arco arco con con pr presió esión n
+
'old oldadu adura co con rec recal alca cado do
+
'old oldadu adura po por per percu cus sión ión
.
Solda Soldadu dura ra por por pun punto tos s !spo !spott "el "eldi din# n#$: $:
Soldadura por
puntos
2
La soldadura por puntos es la orma que más se aplica entre las de soldadura por resistencia. De acue acuerd rdo o a la norm norma a /0' /.1. /.1.2 2 322 3224 4 la sold soldad adur ura a por por puntos se defne como un proceso de soldadura por resistencia que produce una soldadura en las superfcies de contacto de una unión, por por el calo calorr ote oteni nido do de la resis esiste tenc ncia ia al #ujo #ujo de cor corrien riente te de soldadura soldadura a través través de las piezas piezas de traajo desde los electrod electrodos os que sirven para concentrar la corriente de soldadura y la presión en el área de soldadura. "n su aplicación más simple, la soldadura por puntos consiste simplemente en prensar dos o más piezas de metal laminado entre dos electrodos de soldar, de core o de una aleación de core, y pasar una corriente eléctrica de sufciente intensidad por las piezas, para dar lugar a su soldadura o unión. "l tama5o y la orma del punto de soldadura se determina por medio de la punt punta a de elec electr trod odo, o, la or orma de elec electr trod odo o más más com6 com6n n es redon redonda$ da$ pero pero tamié tamién n se usan usan ormas ormas !e%ag !e%agona onales les,, cuadra cuadradas das y otra otras. s. La pepi pepita ta de sold soldad adur ura a resu result ltan ante te tien tiene e norm normal alme ment nte e un diámetro de 7 a 42 mm, con una zona aectada por el calor que se e%tiende un poco más allá de la pepita dentro de los metates ase. Los materiales usados para los electrodos en la '8( consisten en dos dos grup grupos os prin princi cipa pale les* s* 4 alea aleaci cion ones es asa asada das s en cor core. e. Los Los electrodos son usados de core, porque, comparado con la mayoría de los metales, el core tiene una resistencia eléctrica más aja y una cond conduc ucti tivi vida dad d tér térmica mica más más alta alta,, esto esto aseg asegur ura a que que el calo calorr será será generado en la pieza de traajo y no en los electrodos, en la siguiente tala, se muestra algunas de estas propiedades. 3 compuestos de metales reractarios, tales como cominaciones de core y tungsteno. "l segundo segundo grupo tiene una mayor mayor resisten resistencia cia al desgaste. desgaste. 9gual que en la mayoría de los procesos de manuactura, las !erramientas para la sold soldad adur ura a de punt puntos os se desg desgas asta tan n grad gradua ualm lmen ente te con con el uso uso. )uando )uando,, es posil posile e llevar llevarlo lo a cao, cao, los electr electrodo odos s se dise5 dise5an an con canales internos para enriamiento con agua.
3
:etal /cero 4232
)onductividad térmica 73
(esistividad eléctrica 4<.= E −6
8unto de usión ; ) 4722
/luminio
4>2
?32
@inc
443
7.2 E −6 7.> E −6
)ore
1A7
4.< E −6
42A7
=32
La secuencia de una soldadura por puntos está ormada por* •
Tiempo Tiempo de compresión compresión:: el tiempo comprendido entre la aplicación
inic inicia iall de la pres presió ión n del del elec electr trod odo o sor sore e la piez pieza a de tra traaj ajo, o, y la primera aplicación de la corriente la !acer soldaduras de puntos y de costura por soldadura por resistencia y en la soldadura de piezas salientes o de juntas con deormación.
•
Tiempo Tiempo de soldad soldadura ura:: el tiempo en el que pasa la corriente de
soldar a través de las partes que se están uniendo, el cual se e%presa ordinariamente en ciclos. ciclos. 8or ejemplo, ejemplo, al soldar un conjunto conjunto de 2,437 2,437 pulgadas de espesor, de acero '/" 4242, con corriente, de recuencia de ?2 Bz Bertz, el tiempo de soldadura sería de 42 ciclos, o 42 cC?2 Bz cCs 4C? s.
•
Tiempo de mantenimiento de la presión: el tiempo durante el cual
se sigue sigue aplica aplicando ndo presi presión ón en el punto punto de soldad soldadura ura,, despué después s de !aer cesado el paso de la corriente de soldar. "ste tiempo tiene por ojeto permitir que se enríe o endurezca la peque5a región plástica de soldadura, después de lo cual se suprime la presión y se retira la punta. La soldadura soldadura por puntos puntos es 6til en láminas láminas metálicas, metálicas, aplicale aplicale normalmente entre 2,7 y 1 mm de espesor.
4
a$ Secuencia #ra%ca durante la e&ecuci'n de una soldadura de puntos. ($ Tra)ectoria Tra)ectoria de la corriente de soldadura en una soldadura de puntos. c$ *ona a+ectada por el calor en relaci'n con el (ot'n de soldadura.
máquinas as .1. .1. ,-u ,-uin ina as pa parra la sold solda adu dura ra de pu pun ntos: os: las máquin normalizadas de soldadura por puntos, para uso general, comprenden las máquinas de razo oscilante, las máquinas de puntos del tipo de presión, y las máquinas para soldar partes salientes. La maquina de brazo oscilante es oscilante es el tipo más sencillo y tamién el más más usad usado o. 'e le pued puede e adap adapta tarr áci ácilm lmen ente te para para la sold soldad adur ura a ordi ordina nari ria a por por punt puntos os en la mayo mayorí ría a de los los meta metale les s sold solda ale les, s, y 5
generalmente se la orece en tres tipos de uncionamiento* con aire, por pedal, y por medios mecánicos
,-uina est-ndar de soldadura de puntos por resistencia accionada por aire ) con (rao oscilante
,-uina de soldadura de puntos por resistencia accionada por pedal ) con (rao oscilante
,-uina de soldadura de puntos por resistencia accionada a 0otor ) con (rao oscilante
/. Soldadura
de
costura
!sea0 "eldin#$:
6
Soldadura de costura
La soldadura de costura por rodamiento, o soldadura de costura, com como se llam llama a com com6nme 6nment nte, e, cons consiiste ste en !acer acer una seri serie e de soldad soldadura uras s de puntos puntos a trasla traslape. pe. Eal solda soldadur dura a es normal normalmen mente te !ermética a gases y líquidos. 'e emplean dos electrodos circulares rotatorios ruedas electrodos, o un electrodo rotatorio y uno de tipo de arra para transmitir la corriente. 'on dos los tipos generales de costura* la longitudinal y la circular. "ntr "ntre e los los mate materi rial ales es que que pued pueden en sold soldar arse se desp despué ués s de ser ser limpiados correctamente se incluyen los aceros con alto contenido de carono, los ino%idales, y los recuiertos, así como las aleaciones de aluminio, níquel y magnesio. Fo se recomienda aplicar la soldadura de costura al core o las aleaciones con alto contenido de core.
/.1. ,-uinas para soldadura de costura: + Máquina longitudinal: tiene longitudinal: tiene sus electrodos dispuestos en orma tal que que alim alimen enta tan n la piez pieza a de tra traaj ajo, o, !aci !acién éndo dola la avan avanza zarr !aci !acia a la garganta de la máquina. - Máquinas Máquinas circulares: circulares: tienen los electrodos dispuestos de tal orma que alimentan la pieza de traajo transversalmente a la garganta de la maquina. 7
+ Máquin Máquina a univer universal sal:: es aque aquell lla a en la cual cual puede uede cam amiars iarse e rápidamente los electrodos de longitudinales a circulares y viceversa.
,-uina lon#itudinal
,-uina circular
3. Soldadura Soldadura por pro)ecci' pro)ecci'n n !pro)ection !pro)ection "eldin#$: "eldin#$:
8
Soldadura por pro)ecci'n
La 'oldadura por proyección, es un proceso de soldadura por resistencia en el cual ocurre la coalescencia en uno o mas puntos de cont contad ado o rela relati tiva vame ment nte e pequ peque5 e5os os en la part partes es.. "sto "stos s punt puntos os de contacto se determinan mediante el dise5o de las partes que se van a unir y pueden consistir en proyecciones, graados o intersecciones localizadas de las partes. Gn caso normal en el cual se sueldan dos partes de c!apas de metal se descrie en la siguiente fgura. La parte superior se !a aricado con dos puntos graados para entrar en contacto
con
la
otra parte
al
principio
del
proceso.
8uede
argumentarse que la operación de graado aumenta el costo de la parte, parte, pero pero este este incre incremen mento to queda queda más que compen compensad sado o por los a!orros a!orros en el costo de la soldadura
Soldadura por pro)ecci'n !RP4$
"n la siguiente se muestra dos variales de la soldadura por proyección. "n una, es posile unir permanentemente sujetadores con proyecciones maquinadas u ormadas en láminas o placas mediante (0, lo que acilita las operaciones de ensamle susecuentes. Htra vari varia ale le,, llam llamad ada a soldad soldadura ura de alam alambr bre e tran transv sver ersa sal, l, se usa usa para para aric aricar ar produ producto ctos s de alamr alamre e soldad soldados, os, tales tales como como alamr alamrada adas, s, carros para supermercado y parrillas de estuas. "n este proceso, las superfcies de los alamres redondos que !acen contacto uncionan
9
como las proyeccio proyecciones nes y permiten permiten uicar el calor calor de resistencia resistencia para la soldadura.
Dos 5aria(les de soldadura por pro)ecci'n: !a$ soldadura de un su&etador 0auinado o +or0ado so(re una parte de c6apa de 0etal ) !($ soldadura de ala0(re trans5ersal t rans5ersal
7. Otras Otras operaciones operaciones de soldadura soldadura por resistenc resistencia: ia: /demás de los procesos de soldadura por resistencia principales recién descritos, deen se5alarse varios procesos adicionales en este grupo: grupo: inst instan antá táne nea, a, a tope tope con con recal ecalca cado do,, por por per percusi cusión ón y por por resistencia de alta recuencia. usada normal normalmen mente te para para 7.1. En la solda ldadura ura instant-nea: usada uniones empalmadas, se ponen en contacto o se acercan las dos superfcies que se van a unir y se aplica una corriente eléctrica para calentar las superfcies !asta su punto de usión, después de lo cual las superfcies se oprimen juntas para ormar la soldadura. Los dos paso asos se detal etalla lan n en la fgura gura.. /demá demás s del del cale calent ntam amie ient nto o por por resistencia, se generan ciertos arcos llamados destellos instantáneos de a!í el nomre dependiendo del alcance del contacto entre las superf superfcie cies s empalm empalmant antes, es, por lo que la soldadura soldadura instantáne instantánea a se clasifca en ocasiones en el grupo de soldadura con arco eléctrico. 8or lo general, la corriente se detiene durante el recalcado. 'e desorda 10
un poco de metal de la unión, al igual contam contamina inante ntes s en las superf superfcie cies, s, que despué después s dee dee maquin maquinars arse e para para propo proporc rcion ionar ar una unió unión n de tama5 ama5o o
uniorme. Las Las apli aplica caci cion ones es de la sold soldad adur ura a
instantánea incluyen las soldaduras de tiras de acero en operaciones con laminadoras, la unión de e%tremos en el estirado de alamres y la soldadura de partes tuulares. Los e%tremos que se van a unir deen tene tenerr las las mism mismas as secc seccio ione nes s tran transv sver ersa sale les. s. 8ara ara esto estos s tipo tipos s de aplicaciones de alta producción, la soldadura instantánea es rápida y económica, pero el equipo es costoso.
Soldadura instant-nea: !1$ calenta0iento 0ediante resistencia el8ctrica ) !2$ recalcado !las partes se aprietan una contra la otra$.
7.2. La soldadura a tope con recalcado: es similar a la soldadura instantánea, e%cepto que en la primera las superfcies empalmantes se aprietan una contra la otra durante el calentamiento y se recalcan. "n la soldadura instantánea, los pasos de calentamiento y presión se sepa separa ran n dura durant nte e el ciclo ciclo.. "l cale calent ntam amie ient nto o en la G0 se oti otien ene e comp comple leta tame ment nte e medi median ante te resi resist sten enci cia a eléc eléctr tric ica a gene genera rada da en las las superf superfcie cies s que !acen !acen contac contacto$ to$ no se produ producen cen arcos arcos eléctr eléctrico icos. s. )uan )uando do las las supe superf rfci cies es empa empalm lman ante tes s se !an !an cale calent ntad ado o a una una temperatura conveniente aajo del punto de usión, se aumenta la uerza que presiona a las partes una contra otra para producir el recalcado y la coalescencia en la región de contacto. 8or tanto, la soldadura a tope con recalcado no es un proceso de soldadura por usión en el mismo sentido que los otros procesos de soldadura que 11
!emos analizado. Las aplicaciones de la G0 son similares a las de la sold soldad adur ura a inst instan antá táne nea* a* unió unión n de e%tr e%trem emos os de alam alamr res es,, tuo tuos, s, depósitos y similares.
7.. La soldadura por percusi'n: tamién es similar a la soldadura inst instan antá táne nea, a, e%ce e%cept pto o que que la dura duraci ción ón del del cicl ciclo o de sold soldad adur ura a es e%tremadamente reve, por lo general sólo transcurren de 4 a l2 milésimas de segundo. "l calentamiento se otiene rápidamente a través de las veloces descargas de energía eléctrica entre las dos supe superf rfci cies es que que se van van a unir unir,, para para cont contin inua uarr con con la per percusi cusión ón inmediata de una parte contra la otra para ormar la soldadura. "l calentamiento está muy localizado y esto !ace atractivo el proceso para aplicaciones electrónicas, en las cuales las dimensiones son muy peque5as y los componentes pueden ser sensiles al calor. calor.
7./. ./.
La solda resistenc encia ia de alta frecuencia: es un soldadu dura ra por resist
proceso un proceso en el cual se usa una corriente alterna de alta recuencia para el calentamiento, seguido de la aplicación rápida de una uerza de recalcado para producir coalescencia, igual que en la fgura a continuación parte a. Las recuencias están en el rango de 42 a 722 722 I!z. I!z. y los los elec electr trod odos os !ace !acen n cont contac acto to con con el tra traaj ajo o en la vecindad inmediata de la unión soldada. "n una variación del proceso, denominada soldadura por inducción de alta frecuencia, frecuencia , la corriente de cale calent ntam amie ient nto o se indu induce ce en las las part partes es medi median ante te un roll rollo o de inducción de alta recuencia, igual que en la fgura parte ."l rollo no !ace contacto ísico con el traajo. Las aplicaciones principales de la BJ(0 y de la BJ90 son la soldadura empalmada de engargolados longitudinales en conductos y tuos metálicos.
12
Soldadura de en#ar#olados de tu(os 0ediante !a$ soldadura por resistencia de alta +recuencia ) !($ soldadura por inducci'n de alta +recuencia.
9. uente uente de ener#;a en la soldadura soldadura por resistenci resistencia: a: La ener energí gía a calo caloríf rífca ca apli aplica cada da a la oper operac ació ión n de sold soldad adur ura a depende del #ujo de corriente, la resistencia del circuito y el intervalo del tiempo en que se aplica la corriente. "sto se e%presa mediante la ecuación* H
2
=
I Rt
Donde H = calor generado, en 0s o K$ = corriente, en /$ ! = resistencia eléctrica, en Ω $ t = tiempo, en segundos. La cor corrien riente te usad usada a en las las oper operac acio ione nes s de sold soldad adur ura a por por resistencia es muy alta por lo com6n de 7222 a 32 222 /, aunque el volt voltaj aje e es relat elativ ivam amen ente te ajo ajo nor norma malm lmen ente te meno menos s de 42. 42. La duración de la corriente es reve en la mayoría de los procesos, tal vez vez de 2.4 2.4 a 2.= 2.= seg seg en una una oper operac ació ión n de sold soldad adur ura a de punt puntos os normal. Las razones por las que la corriente es tan alta es la soldadura por resistencia son* a el término al cuadrado en la ecuación amplifca el eecto de la corriente la resistencia es muy aja alrededor de 2.2224 0. 13
La resistencia en el circuito de soldadura es la suma de* a La resistencia de los electrodos La resistencia de las partes de traajo c "as resistencias de contacto entre los electrodos y las partes de traajo d La resistencia de contacto de las superfcies empalman tez sean la resistencia más grande en la suma, dado que ésta es la posición deseada para la soldadura. La resis resisten tencia cia de los electr electrodo odos s se minimi minimiza za usando usando metale metales s con resistividades muy ajas, tales como el core. La resistencia de las partes partes de traajo es una unción unción de las resistivi resistividades dades de los metales ase ase impl implíc ícit itos os y los los espe espeso sore res s de las las part partes es.. La resi resist sten enci cia a de contacto entre los electrodos y las partes se determina mediante las áreas de contacto tama5o y orma del electrodo y la condición de las superfcies por ejemplo, la limpieza de las superfcies de traajo y el ó%ido en el electrodo. 8or 6ltimo, la resistencia en las superfcies empalman tez depende del acaado de la superfcie, la limpieza, el área de contacto y la presión. Fo dee e%istir pintura, grasa, suciedad u otros contaminantes que separen las superfcies que !acen contacto.
<. =aria(les aria(les en la soldadura soldadura por resiste resistencia: ncia: "l é%ito en la soldadura por resistencia depende tanto de la presión como del calor.
>. Prin Princi cipa pale les s +unc +uncio ione nes s de la pr pres esi' i'n n en la sold soldad adur ura a por por resistencia: Las principales unciones de la presión en la soldadura por resistencia son* a Hli Hliga garr a que que !agan agan cont contac acto to los los elec electr trod odos os y las las part partes es de traajo+al igual que las dos superfcies de traajo+ antes de aplicar una corriente. 8resi 8resiona onarr las super superfci fcies es que empalm empalman an una contra contra otra otra para para otene otenerr una coale coalesce scenci ncia a cuando cuando se alcanc alcance e la temperatu temperatura ra para soldadura correcta.
1?. 1?.
=enta enta&a &as s de la sold soldad adur ura a por res resis iste tenc ncia ia:: 14
Las ventajas generales de la soldadura por resistencia son* a Fo se requiere un metal de relleno. 'on posiles altas tasas de producción. c 'e presta para la mecanización y la automatización. d "l nivel de !ailidad del operador es menor al que se requiere para la soldadura con arco eléctrico. e "s ácil de repetir y es confale.
11. Des5enta&as de la soldadura por resistencia: Las desventajas son* a "l cost costo o inic inicia iall del del equi equipo po es alto alto,, por por lo gene genera rall muc!o muc!o más costoso que la mayoría de las operaciones de soldadura con arco eléctrico. Los tip tipo os de uniones que pueden soldarse están limitados a las uniones sorepuestas para la mayoría de los procesos de (0.
11.
@i(lio#ra+;a:
+
!ttp*CClog.pucp.edu.peCitemC4<7>7
+
!ttp*CC---.root+-elding.comCimagesCspot-eld.jpg
+
!ttp*CCmaterias.cyt.umss.edu.oCtecno+99C8DJCcap+=13.pd
+
Benry Benry Bor-i Bor-itz, tz, 'ol 'oldad dadura ura,, /plicac /plicacion iones es y prác práctic tica a , 4>
ANEOS EBE,PLO 'e ejecut ejecuta a una operac operación ión de solda soldadur dura a de puntos puntos por resis resisten tencia cia sore dos piezas de láminas de acero de 3 mm de grosor, usando 43 222 222 / para para una una dura duraci ción ón de 2.31 2.31 seg. seg. Los Los elec electr trod odos os tien tienen en un diámetro diámetro de < mm en las superfcies superfcies que !acen !acen contacto contacto.. 'e supone que que la resi resist sten enci cia a es 2.22 2.2224 24 Ω , y que que la pepi pepita ta de sold soldad adur ura a 15
resultante tiene un diámetro de < mm y un espesor de 1 mm. La unid unidad ad de ener energí gía a de usi usión ón para para el meta metall
U m
42 42
J / mm
3
. MNué
parte del calor generado se usó para ormar la soldadura y que parte se disipó dentro del metal circundanteO
Soluci'n: La ecuación =.> proporciona el calor generado en la operación como* 2
H = (12000) (0.0001)(0.23)
=
3312W − seg .
que el calor convierte a 1143 K. "l volumen de la pepita de soldadura se supone que tiene orma de disco es* V = 3
Π
4
(7) 2
115 .454 J . = 115
"l calor requerido para undir este volumen de metal es* H m
115 .454(10) = 1154 .54 J = 115
"l calor restante, 1143+447=.7=347<.=? ?7P del total lo asore el metal circundante.
16
,auinaria e0pleada para realiar el proceso de soldadura por resistencia !""".detra.co0 """.detra.co0$. $.
17
