parte 5 - materials joining

Manufactura avanzada

Manufactura Avanzada


1. Materials joining.

2. Robotics, mechatronics and manufacturing

automation.

3. Precision engineering, inspection measurement

and metrology.

Parte 2 del curso


1. Unión de materiales

1.1. Métodos de unión.

1.2. Procesos de soldadura.

1.3. Nuevos procesos de soldadura por fusión.

1.4. Procesos de soldadura en estado sólido.

1.5. Adhesivos.


• Robert W. Messler . Joining of materials and structures, El Sevier,

2004.

• P.J. Modenesi et al. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia,

UFMG, 2005.

• Mikell P. Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing, Wiley,

4ta edición, 2010.

• Mahesh C. Chaturvedi. Welding and joining of aerospace

materials, Woodhead Publishing, 2012.

• Alphonsus V. Pocius. Adhesion and Adhesives Technology,

Hanser, 3ra edición, 2012.

Referencias


1.1. Métodos de unión

Motivos:

• Imposible manufacturar productos en

una sola pieza.

• Más práctico y económico fabricarlos

en partes para luego unirlas.

Clasificación:

Fijación mecánica unión metalúrgica y

adhesivos.

Unión: Término genérico que indica que dos o más elementos

fueron puestos en contacto para su funcionamiento


Los objetivos de los métodos avanzados de unión

1. Unir cualquier tipo de material.

2. Minimizar los cambios microestructurales en los elementos unidos.

3. Aumento en la precisión en las estructuras manufacturadas.

4. Disminución de reprocesos o procesos adicionales.

5. Disminuir riesgos en la salud.

6. Ambientalmente correctos.

7. Masificación de los nuevos sistemas.


1. Unir cualquier tipo de material.

a. Creando nuevos y modificación de los procesos existentes.

b. Diseñando nuevos materiales considerando su procesamiento, incluyendo su unión.

2. Minimizar los cambios micro y estructurales en los elementos unidos.

a. En el caso de unión metalúrgica, disminuyendo el aporte de calor.

b. Reemplazo de los sistemas de fijación mecánica.

3. Aumento en la precisión en las estructuras manufacturadas.

a. Mejorando los sistemas de posicionamiento.

b. Con sistemas que mejoren el control de los parámetros del procesos

c. Sistemas de medida en planta o campo.

4. Disminución de reprocesos o procesos adicionales.

a. Estandarizando los procesos de unión.

b. Eliminando procesos con aporte térmico alto o que requieran limpieza posterior.

c. Calificación del personal en varios niveles.

¿Cómo alcanzar los objetivos?


5. Disminuir riesgos en la salud.

a. Suprimido la intervención humana en la ejecución en los procesos.

b. Eliminando todos los elementos nocivos en los mismos: Humos, resinas toxicas,

elevadas temperaturas.

c. Controlando las condiciones ambientales hostiles.

6. Ambientalmente correctos.

a. Eliminando la formación de residuos y humos.

b. Aumentando la eficiencia de los mismos.

c. Disminuyendo el consumo de energía.

d. Permitiendo la construcción mas duraderos.

7. Masificación de los nuevos sistemas.

a. Diseñando sistemas con costos competitivos.

b. Capacitando al personal en diferentes niveles.

c. Con sistemas que permitan reducir tiempos y costos de producción.

¿Cómo alcanzar los objetivos?


https://www.youtube.com/watch?v=zSsGpFhJJP4

https://www.youtube.com/watch?v=GAzV0ICRcO4

Soldadura por oxiacetiléno

Soldadura por plasma

https://www.youtube.com/watch?v=zSsGpFhJJP4


Método

Resis

ten

cia

Vari

ab

ilid

ad

de

dis

eñ

o

Pie

zas

peq

ueñ

as

Pie

zas g

ran

des

To

lera

ncia

s

Co

nfi

ab

ilid

ad

Facil

idad

de

man

ten

imie

nto

Insp

ecció

n

vis

ual

Co

sto

Soldadura de arco 1 2 3 1 3 1 2 2 2 Soldadura por resistencia 1 2 1 1 3 3 3 3 1 Latonado 1 1 1 1 3 1 3 2 3 Tornillos y tuercas 1 2 3 1 2 1 1 1 3 Remachado 1 2 3 1 1 1 3 1 2 Sujetadores 2 3 3 1 2 2 2 1 3 Sellado, fruncido 2 2 1 3 3 1 3 1 1 Adhesión 3 1 1 2 3 2 3 3 2 Nota: (1) Muy bueno; (2) Bueno; (3) Malo.

Kalpakjian (2002)


Fijación mecánica

Engargolado o plegado

Grapas Pernos

Remaches Uniones fijas y desmontables.

Permiten movimiento relativo entre elementos.

Fácil mantenimiento y bajo costo.

Principios: Bloqueo mecánico (acción-reacción), fricción.


Unión metalúrgica

Unión permanente a nivel atómico o molecular.

No son distinguibles fronteras entre uno u otro elemento.

Soldadura es el proceso de unión más importante.

La soldadura se aplica en metales y polímeros termoplásticos.

Es posible realizar uniones soldadas en cerámicos, compuestos y vidrios.

Principios: Intercambio atómico por calentamiento o deformación.


Adhesivos

Unión atómica o molecular por métodos químicos.

Permiten unión de metales, polímeros y cerámicos.

Fácil mantenimiento y bajo costo.

Resistencia moderada en la unión.

Gran cantidad en el mercado.

Principio: Adhesión entre los materiales y fuerza

cohesiva en el adhesivo.


La soldada sucede cuando los átomos de las dos piezas

son mezclados de forma tal que consiguen formar una

estructura macroscópicamente continua y

microscópicamente uniforme, siendo indistinguible la

división inicial entre las piezas

Existe unión metalúrgica sí los átomos, iones o moléculas de los materiales, son

unidos íntimamente mediante fuerzas electrostáticas.

Soldadura es el proceso de unión más importante.

La soldadura es abordada como: unión, recubrimiento y corte de materiales.

No confundir, soldadura corresponde a unión de materiales.

1.2. Procesos de soldadura


Fuente: AWS A3.0, 2010


Muchos procesos se Basan en la fusión del material, para su posterior

consolidación o solidificación serrando la abertura o separación entre las piezas.

Paradójicamente los primeros procesos no incluían la fusión y sí la deformación de

los metales.

Acero de Damasco

Oriente medio 1100-1700 DC

Fabricación de espadas

Multicapas; hasta 100

Principio fundamental el intercambio de los

materiales a nivel atómico.

¿Cómo?

• Fundiendo.

• Deformando.

• Mezclando.

• Difundiendo los átomos.

¿Cómo hacer esto?

• Calentando: Combustibles, electricidad, fricción, radiación, sonido.

• Presionando: Cargas estática o dinámica.


http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SMAW.jpg

http://www.youtube.com/watch?v=TeBX6cKKHWY

http://www.youtube.com/watch?v=wC1lkBDak2I

http://www.youtube.com/watch?v=_h1KqFzi5DI

https://www.youtube.com/watch?v=cQbgFfHKw7o

https://www.youtube.com/watch?v=_jdk0q9dccc

https://www.youtube.com/watch?v=SWbUJh4XuMQ

https://www.youtube.com/watch?v=mztI-YTjEps

https://www.youtube.com/watch?v=-aEuAK8bsQg

Procesos convencionales


































Procesos ampliamente utilizados a nivel mundial.

Estos procesos involucran la fusión de los metales mediante el calentamiento por:

• Combustible: Oxigeno-acetileno.

• Electricidad: Arco eléctrico (plasma) y resistencia eléctrica (efecto Joule).

Aporte térmico elevado: Cambios microestructurales severos, esfuerzos residuales

elevados, distorsión significativa de los elementos.

Con oxígeno y gas combustible (Oxifuel Gas Welding, OFW)

• Por oxígeno acetileno

Por arco (Arc Welding, AW)

• Con electrodo revestido (SMAW)

• Por arco metálico protegido por gas (GMAW)

• Por arco de tungsteno protegido por gas (GTAW)

Por resistencia (Resistence Welding, RW)

• Por punto con resistencia (RSW)

Blanda (Soldering, S)

• Por resistencia (RS)

Fuerte (Brazing, B)

• Por antorcha (TB)


PROCESOS DE

SOLDADURA POR

ARCO CAW

FCAW

GMAW

PAW

SMAW

SAW

SW

BRAZING &

SOLDERING

DFB

DB

DS

RS

SOLDADURA POR

RESISTENCIA

RSW

FW

RSEW


Procesos no convencionales

Procesos con fusión:

• Alta densidad de energía.

• Sin arco eléctrico ni resistencia eléctrica.

• Fuentes de calor alternativa: Haz de electrones, laser.

Aporte térmico bajo: Zona afectada por el calor pequeña, esfuerzos residuales

bajo, distorsión muy pequeña.

Procesos sin fusión (en estado sólido):

• Por difusión.

• Por fricción.

• Por deformación en frío o en caliente (laminación y forja).

• Por explosión.

Aporte térmico bajo.

Mejora en las propiedades en la región soldada.

Procesos con y

sin fusión


Equipo para soldadura por haz

de electrones

Baja Pesp y DE: 9 x 109-1011 W.m-2. Equipos convencionales de

soldadura por arco

Baja Pesp y DE:106-109 W.m-2.

Potencia específica (Pesp): Potencia necesaria para conseguir fundir

Baja densidad de energía (DE): Concentración de energía.


• Un secador con 1,5 kW de potencia, próximo a una chapa de acero 304 con

espesor de 1,6 mm, con área de transferencia corresponde a una circunferencia

de diámetro 50 mm, y no es suficiente para formar el charco de soldadura.

• Sin embargo, esta misma potencia, en el proceso TIG, en una área concentrada

de 6 mm puede fácilmente producir la fusión del metal base.

• Densidad de energía -en realidad densidad de potencia- corresponde a la

potencia transferida a la junta soldada por unidad de área (W.mm-2).

Proceso de soldadura Densidad de energía

(W.mm-2)

Oxiacetilénica 10

Por arco eléctrico 50

Por resistencia eléctrica 1000

Por laser (LBW) 9000

Por haz de electrones (EBW) 10000

LBW

EBW

Densidad de energía


• Un secador con 1,5 kW de potencia, próximo a una chapa de acero 304 con

espesor de 1,6 mm, con área de transferencia corresponde a una circunferencia

de diámetro 50 mm, y no es suficiente para formar el charco de soldadura.

• Sin embargo, esta misma potencia, en el proceso TIG, en una área concentrada

de 6 mm puede fácilmente producir la fusión del metal base.

Comprende los procesos

convencionales de

soldadura

Densidad de energía de la fuente

Aport

e t

érm

ico a

la p

ieza

Incremento en la penetración.

Aumento velocidad de soldadura.

Mayor calidad de la soldadura.

Equipos costosos.

Incremento en daño

de la pieza

Soldadura

con gas

combustible

Soldadura

con arco

eléctrico

Soldadura

con haz de

electrones


1.3. Nuevos procesos de soldadura por fusión

• Procesos con alta densidad de energía.

• Equipos especializados.

• Soldaduras especiales.

• Alta precisión o alto volumen de material depositado.

• Procesos semi o automáticos.

• Mejoras de procesos convencionales, nuevas técnicas o híbridos.

a. Soldadura por electrodo con núcleo fundente (FCAW).

b. Soldadura por plasma (PAW).

c. Soldadura con gas de protección y transferencia en frío (GMAW-CMT).

d. Soldadura por láser (LBW).

e. Soldadura por haz de electrones (EBW).


W.m-2

104

106

108

1010

1012

1014 Soldadura imposible

Soldadura imposible

Arco

Plasma

Láser

Haz de

electrones

Vaporización

Conducción

sin fusión

Conducción

con fusión

Vaporización,

conducción y

fusión

Potencia específica o densidad de energía


• FCAW: Flux Cored Arc Welding.

• Una mezcla de los procesos SMAW y GMAW.

• El proceso SMAW es el más popular.

• Arco eléctrico formado por una vara (electrodo) y la pieza.

• Medio de protección: Evaporación del recubrimiento.

• Proceso manual.

• Equipos de corriente contante.

• Proceso por corriente alterna o continua.

• Soldadura de casi todos los metales.

• Soldadura en industria o campo.

• Baja productividad.

• Generación de escoria y gases.

• Requiere de limpieza después de cada pase.

Soldadura por electrodo con núcleo fundente


• Proceso GMAW muy popular a nivel mundial.

• Usa gas de protección y no produce escoria.

• Conocido como MIG (Metal Iner Gas) MAG (Metal Active Gas).

• Arco entre electrodo continuo (consumible) y la pieza.

• MIG con gas de protección inerte (Ar o He).

• MAG con gas de protección es activo (CO2 o mezcla Ar, O y CO2).

• Mayor nivel de producción que SMAW.

• Proceso semiautomático.

• Equipos de voltaje constante.

Gas Fuente de

potencia

Alimentador de

alambre Boquilla Alambre

Pieza Cable

s


Soldadura por electrodo con núcleo fundente


https://www.youtube.com/watch?v=pVyYvcEqkcQ

Alimentación

Alambre tubular

Núcleo fundente

Gas de protección

(opcional)

Boquilla

(opcional)

Guía del

alambre

Escoria

Soldadura

Gas de protección

(opcional)

Arco

Metal base Charco de

soldadura






• El proceso FCAW mezcla el efecto del recubrimiento de SMAW, con el depósito

continuo de material mediante un alambre como en GMAW.

• Los elementos en el núcleo corresponden a elementos de aleación.

• Esto último permite soldar cualquier de acero aleados e inoxidables.

• Utiliza corrientes más altas que en GMAW.

• La cantidad de metal depositado es mayor que en SMAW y GMAW.

• Puede ser auto protegido por el gas resultante de la evaporación del núcleo.

• Puede usar gas de protección mejorando la estabilidad del arco.

• La ventana de parámetros de soldadura es más amplia.

• Produce escoria requiriendo limpieza posterior.

• El proceso semiautomático.

• Equipos de voltaje constante.

• Costo de los equipos relativamente bajo.


• PAW: Plasma Arc Welding.

• Una mejora del proceso GTAW.

• GTAW es más conocido como TIG (Tungsten Iner Gas).

• Arco entre electrodo no consumible de tungsteno y pieza.

• Protección del electrodo y el metal fundido por medio de

un gas inerte (Ar o He).

• Puede o no utilizar metal de adición.

• Manual o automático.

Gas

Fuente

Ignición

Pieza

Gas Arco

Boquilla

Aporte

Charco

MB MS



Electrodo Boquilla de

constricción

Boquilla de

protección

Metal de adición

Metal

base

Charco de

soldadura

GTAW

PAW

• En PAW el plasma no se genera entre el electrodo y la

pieza, sino entre el electrodo y la boquilla de constricción.

• El plasma es concentrado por el bocal.

• Temperatura de 17000 a 33000

C.


• Una pequeña cantidad de argón pasa por el bocal de constricción.

• El gas es ionizado por un arco piloto: Baja corriente y voltaje de alta frecuencia.

• La elevada temperatura mantiene el gas ionizado.

• Plasma transferido: Es proyectado hacia la pieza cuando esta cierra el circuito.

• Plasma no transferido: Es proyectado hacia la pieza por el flujo del gas inerte.

• El plasma no transferido permite soldadura en metales no conductores.

• El plasma no transferido es empleado en transferencia spray.


• En el modo de plasma transferido existen dos aplicaciones.

• Operación convencional y keyhole.

• Operación convencional (melt-in).

a. Soldadura de láminas de 0,02 a 3,0 mm de espesor.

b. Transferencia de calor del plasma a la superficie del metal por conducción

c. Corriente baja de 1-10 A:

d. Microplasma.

• Operación keyhole.

• Soldadura con penetración total.

• Soldadura en un único pase de chapas de 10 mm de espesor.

• El plasma evapora el metal fundiendo el fondo y los contornos de la cavidad.

• El metal fundido alrededor del agujero cae al fondo llenando la junta.

• Corriente alta de 50-100 A.

• Alta penetración de soldadura (20 mm) y posterior relleno.


• PAW puede ser aplicado en metales y no metales, pero el proceso es más

complejo y costoso.

• La boquilla constrictora siempre debe ser refrigerada.

• La alta velocidad de fusión requieren velocidades de soldadura elevadas: 120 a

1000 mm.min-1.

• Un segundo flujo de gas protege el plasma.

• El gas de protección argón, nitrógeno, mezclas.

ZAT MF ZAT MF



https://www.youtube.com/watch?v=588EJInHLsc

https://www.youtube.com/watch?v=VSeEhCmSbEM

https://www.youtube.com/watch?v=dC7CLjpFw3U

Plasma

Alimentación

partículas Gas primario

Electrodo

Agua

Recubrimiento por spray

https://www.youtube.com/watch?v=4Uek3qEb8TA








Soldadura con gas de protección y transferencia de

metal en frío

• GMAW-CMT: Gas Metal Arc Welding - Cold Metal Transfer.

• Modificación de los modos de transferencia de metal de GMAW.

• Corto circuito (short arc), globular (globular) y aerosol (spray arc).

Corto circuito Globular Aerosol

• Estos modos son definidos por la

corriente, el diámetro del alambre, la

longitud del arco y el gas.

• Aporte térmico diferente.

• Modo de desprendimiento del material

diferente.


• Modo corto circuito.

a. Para alambres entre 0,8 y 1,2 mm.

b. Bajas tensiones (longitud de arco corta) y corrientes de soldadura.

c. Bajo aporte térmico.

• Modo globular.

a. Para valores de corriente y tensión por encima de los de cortocircuito.

b. Las gotas tienen diámetro mayor que el alambre.

c. Desprendimiento de la gota por gravedad.

• Modo aerosol.

a. Pequeñas gotas impulsada por la fuerza electromagnética.

b. Para valores de corriente y tensión por encima del modo globular.

c. Posible con alambre de gran diámetro.

d. Alto aporte térmico y tasas de deposito.

e. Buena fusión y penetración.

f. Para espesores mayores a 2,4 mm.


Short Circuit Transfer: GMAW Acero, 85Ar - 15CO2


Globular: GMAW Acero, 70Ar - 30CO2


Spray Transfer: GMAW Acero, 85 Ar – 15CO2


• GMAW-CMT proceso desarrollado en 2005 por Fronius.

• Reducción significativa del aporte térmico al combinar los modos de

transferencia de material por corto-circuito y globular.

• Extinción del arco durante el deposito del material.

• Arco presente únicamente para la fusión del metal.

Movimiento del

aporte hacia el metal

base durante el

periodo del arco

Contacto entre la

gota y el metal base

provocando la

extinción del arco

Retracción alambre y

desprendimiento de

la gota sin presencia

del arco

Apertura del arco,

fusión del metal,

formación de la gota

e inicio del proceso


• Debido al bajo aporte térmico permite.

• Unión de láminas delgadas.

• Unión de juntas disímiles sin perdida significativa de ductilidad.

• Debido a la forma de transferencia del metal no produce salpicadura.

Vo

ltaje

[V

]

Corriente [A]


Soldadura con gas de protección y transferencia de metal en frío

https://www.youtube.com/watch?v=_WrhWf9XLHM

https://www.youtube.com/watch?v=n5XdmT1jFrk

https://www.youtube.com/watch?v=nWElhO54MZc

• Proceso controlado de forma completamente digital.

• Equipos de soldadura del tipo inversor.

• Doble sistema de desplazamiento del alambre.

• El sistema de control detecta el corto circuito y retrae el alambre.

• Proceso semiautomático.

• Alta velocidad de depósito.









Soldadura por haz de electrones

• EBW: Electron Beam Welding.

• Método completamente diferente para el

calentamiento.

• Las partículas sub atómicas pueden

interactuar entre sí.

• Efecto fotoeléctrico: Fotones transfieren

energía a electrones en la materia.

Efecto fotoeléctrico

Haz de electrones

Átomos en el metal

• Electrones acelerados pueden transferir toda su energía cinética el elemento

que los recibe (transferencia de momento).

L.E. Boltzmann


Fuente de

electrones

Bonina para

alineamiento

del haz

Sistema

óptico

Bobina para

focalizar el haz

Bobina para

desplazar el haz

Cámara

de vacío Pieza

• Electrones emitidos por un

filamento por emisión termoiónica

(cátodo).

• Electrones atraídos por un ánodo.

• Corriente en el haz: 50 - 1000 mA.

• Aceleración: 20 - 220 kV.

• Diámetro del haz: 0,3 - 0,8 mm.

• Densidad de energía: 1010 Wm-2.

• Bajo aporte térmico.

• ZAT estrecha y pocas distorsiones.


Las moléculas del aire dispersan los

electrones en el haz

Necesidad de vacío

• Equipo altamente especializado.

• Alto costo de inversión (US $1.000.000) y mantenimiento especializado.

• Requiere vacío de 0,13 a 133 mPa (alto vacío) y 0,13 a 3000 Pa (medio vacío).

• Uso de vacío reduce el tiempo de producción.


Soldadura por haz de electrones

https://www.youtube.com/watch?v=zX9tvdTEAEo

https://www.youtube.com/watch?v=NONurFigP5I

https://www.youtube.com/watch?v=DEKjlfwa6XE

• Debido al tamaño reducido es necesario un

sistema de posicionamiento.

• Es necesario maquinar las piezas de la

junta.

• El cordón de soldadura es estrecho.

• Soldar piezas gruesas en un único pase:

100 mm acero: 150 mm aluminio.

• Unión de metales disímiles, desde que sea

posible su unión metalúrgica.

• Soldadura de juntas a tope y sobrepuestas.

Arco sumergido vs EBS

Acero al manganeso

EBW GTAW










Soldadura por láser

• LBW: Laser Beam Welding.

• Láser es un haz de luz coherente, monocromático y de alta intensidad.

• Proceso basado en el calentamiento del metal por transferencia de energía

cinética de partículas.

• Los fotones tienen energía asociada a su longitud de onda.


William Herschel • Aumento de longitud de onda mayor energía.

• Los colores en la luz blanca presentan diferente

longitud de onda.

• La luz infrarroja es responsable por el calor que

recibimos del sol.

• Electrones de átomos excitados a un nivel energético

superior, se relajan liberando un fotón.

• Energía de excitación exacta para emitir fotones con

la misma longitud de onda.


• Sistema láser.

a. Material activo: Permite por medio de sus moléculas emitir los fotones con

la energía necesaria; generar ganancia o amplificar.

b. Fuente externan de energía o bombeo: Para excitar las moléculas del

medio activo (poner las moléculas en un nivel cuántico mayor). Fuente

externa electrónico, radio frecuencia, sonido, luz.

c. Sistema de retroalimentación: Emisión en cascada de fotones (fotones

iguales) que atraviesen de forma continua (ida y vuelta) el medio activo.

Mediante espejos paralelos (cavidad resonante). Vidrios plásticos,

cerámicos y metálicos. Uno de los vidrios es parcialmente refractante..

• El medio activo definen el tipo

de láser:

a. Neón: Láser rojo.

b. Helio: Láser verde.

c. Rubí: Diferentes gamas

de colores.

Retroalimentación

Medio activo

Medio de

excitación

Espejo

100 %

refractante

Espejo

parcialmente

refractante


• Haz de luz coherente, concentrado, monocromático y de alta intensidad.

• Coherencia (espacial y temporal).

• Fotones con energía específica (monocromática).

• Fuente de luz continua de dióxido de carbono o YAG (Ytrium Aluminum Garnet)

en estado sólido .

• El láser puede ser transmitido en el aire.

• El láser puede ser fácilmente direccionado y posicionado.

Fuente de luz

Fuente de

energía

Láser Espejo

Lente de

focalización

Pieza

• Densidad de 1010 w.m-2.

• Sistema de espejos para

posicionamiento del haz.

• Lente para concentrar el haz.


• Proceso de alta velocidad de soldadura.

• La alta intensidad vaporiza parcialmente el metal fundido en el charco (keyhole).

• Láser YAG baja potencia (3-5 kV), mientras CO2 mayor potencia (15 kV).

• Láser de YAG de 5 kV para soldadura de acero de 2,5 mm a 3,9 m.min-1.

• La eficiencia del proceso es baja; requiere refrigeración continua.

Soldadura por láser

https://www.youtube.com/watch?v=djo_25Ze6eY


https://www.youtube.com/watch?v=b5Xi1LfeJdw

https://www.youtube.com/watch?v=yuTIR5E98Dw

• Equipos sofisticados de elevado costo (US

$500.000).

• Requieren posicionamiento de alta precisión.

• El proceso puede usar gas de protección para el

charco de soldadura.













1.4. Procesos de soldadura en estado sólido

• Procesos con baja densidad de energía.

• Aporte térmico medio-bajo.

• Soldaduras especiales.

• Equipos especializados.

• Uniones soldadas más resistentes que el metal de base.

• Soldaduras en planta.

• Fundamento de los procesos es la difusión o deformación del metal.

a. Soldadura por forja (FOW).

b. Soldadura por difusión (DFW).

c. Soldadura por explosión(EXW).

d. Soldadura por fricción (FRW).


Soldadura por forja

• FOW: Forge Welding.

• La técnica es muy antigua.

• Deformación plástica (con temperatura).

• Carga dinámica sobre los metales a unir.

• Métodos alternativos de calentamiento: Electro-forja.

Soldadura por forja

https://www.youtube.com/watch?v=E7bnffUHYUI

https://www.youtube.com/watch?v=yfpeGaxoG1o

https://www.youtube.com/watch?v=pp-X7Q1hJZw

Molde

Rebaba • Microestrutura deformada.

• Permite uniones disímiles.

• Menor temperatura, mejores

propiedades.














Soldadura por difusión

• DFW: Diffusion Welding.

• Desplazamiento atómico a través de la intercara.

• Para metales, polímeros y cerámicos.

• Carga estática a “elevada” temperatura (0,5 Tf).

• Métodos alternativos de calentamiento.

• En metales se requiere vacío.

Soldadura por difusión

https://www.youtube.com/watch?v=IQYZHGSf_8E

https://www.youtube.com/watch?v=5EhMYMr834o

https://www.youtube.com/watch?v=E3srWQfrQBk











Soldadura por explosión

• EXW: Explosion Welding.

• Onda mecánica a alta velocidad (8500 m.s-1).

• Zona de alta presión, colisión de las placas.

• Detonación controlada.

• Exclusivo para láminas gruesas.

• Métodos de bajo costo.

• Excelente para cladeado.


• Deformación severa en la intercara.

• Sin difusión.

• Superficies químicamente preparadas.

Soldadura por explosión

https://www.youtube.com/watch?v=XN5TR_Vssj0

https://www.youtube.com/watch?v=CIvAQ_mZwCg

Explosión Explosivo

Chorro de plasma









Soldadura por fricción

• FRW: Friction Welding.

• Desarrollado en los 60’s en la Unión Sovietica.

• Calentamiento por fricción.

• Material en estado pastoso.

• Inicialmente solo para elementos cilíndricos.

• Nuevas vertientes de soldadura por fricción.

• Movimiento relativo entre los elementos.

Rotación

Lineal



• Mayor resistencia del metal de soldadura.

• Formación de estructura con grano pequeño.

• Equipo especializado.

• Robot de gran potencia.


Soldadura por fricción


https://www.youtube.com/watch?v=sWVBSZccLeE

https://www.youtube.com/watch?v=Z5-PMb5jJ0I

https://www.youtube.com/watch?v=kf2IYFLoUuM

















1.5. Adhesivos

• Sustancia no metálica que aplicada entre las superficies de dos materiales

permite una unión resistente a la separación.

• Unión microscópica (a nivel atómico o molecular) por medios químicos.

• Proceso antiguo: Adhesivos naturales (extractos plantas y animales).

• Uniones de baja resistencia mecánica y estabilidad química.

• Técnica industrialmente aplicada a partir del siglo XX.

• Explosión de la industria petroquímica y el desarrollo de polímeros.

• Aumento en la resistencia de los elementos unidos.

• Mayor variedad materiales a unir: Metales, cerámicos, polímeros, compuestos.

• Adhesión: interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la interfase

adhesivo/adherente.


• Diferentes fuerzas involucradas en la unión.

• Enlaces químicos:

a. Entre átomos del adhesivo (Cohesión).

b. Entre átomos del adhesivo y el sustrato (Adhesión).

• Dos tipos de adhesivos:

a. Adhesivo estructurales: De alta resistencia capaz de transmitir los esfuerzos

sin comprometer su integridad mecánica.

b. Adhesivo no estructurales: De baja resistencia para soportar el peso de los

elementos o evitar fugas de fluidos a baja presión.


• Los adhesivos sintéticos son los más importantes.

• Clasificación según el tipo de polímero.

• Adhesivos termoplásticos: Pueden ser calentados.

a. Acrilatos.

b. Cianoacrilatos.

c. Epoxy curados mediante radiación ultravioleta.

d. Acrilatos curados mediante radiación ultravioleta.

• Adhesivos termoestables: No reprocesables.

a. Adhesivos de Epoxy.

b. Adhesivos de Poliéster insaturados.

c. Adhesivos de Poliuretano de 1 componente

d. Adhesivos anaeróbicos.

• Adhesivos elastómeros: Termoplásticos o estables.

a. Adhesivos de poliuretanos de 2 componentes.

b. Adhesivos de poliuretanos de 1 componente.

c. Adhesivos en base siliconas.

d. Adhesivos de silanos modificados.


• Distribución homogénea de los esfuerzos.

• Sin distorsiones.

• Ductilidad en la unión.

• Bajo costo.

• Posibilita unir grandes superficies.

• Unir diferentes materiales.

• Materiales de diferente espesor.

• Protector contra líquidos y gases.

• Resistencia a la corrosión.

• Aislamiento.

• Baja estabilidad térmica.

• Requiere preparación de las superficies.

• No existe normatividad para su aplicación y evaluación.

• Utilizado frecuentemente de la mano de otro método de unión.

parte 5 - materials joining

Documents

procesos de unin

curso manufactura avanzada

manufactura avanzada

manufactura avanzada

nuevos sistemas

procesos adicionales

nuevos procesos de soldadura

procesos existentes