TEMA 1. LOS PROCESOS DE MANUFACTURA EN LA INGENIERIA INDUSTRIAL

Ingeniería, Ingeniería industrial, proceso y manufactura

Ingeniería.
Conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilización de la materia y de las fuentes de energía// 

Ingeniero, ra. (De ingenio, máquina o artificio) Persona que profesa o ejerce la ingeniería. //2. El que discurre con ingenio las trazas y modos de conseguir o ejecutar una cosa. // etc. etc. 

Ingenio

( Del Lat. Ingenium.) Facultad del hombre para discurrir o inventar con prontitud y facilidad. 1992.

Concepto de proceso en la Ingeniería Industrial

«Proceso es el conjunto de actividades relacionadas y ordenadas con las que se consigue un objetivo determinado»

En la ingeniería industrial el concepto de proceso adquiere gran importancia, debido la práctica en esta carrera, requiere:

  Planear, integrar, organizar, dirigir y controlar

Estas actividades permiten a los Ingenieros Industriales lograr sus objetivos en el ejercicio de su profesión.

El ingeniero industrial debe considerar a los procesos de producción como una herramienta para:  

El diseño y definición de planes, programas y proyectos

El diseño, integración, organización, dirección y control de sistemas  

La optimización del trabajo

La evaluación de resultados  

Establecimiento de normas de calidad  

El aumento y control de la eficiencia  

Etc.  

Concepto de manufactura

Manufactura:

Conjunto de actividades organizadas y programadas para la transformación de materiales, objetos o servicios en artículos o servicios útiles para la sociedad.

Manufactura y el ingeniero industrial

El ingeniero industrial observa a la manufactura como un mecanismo para la transformación de materiales en artículos útiles para la sociedad. También es considerada como la estructuración y organización de acciones que permiten a un sistema lograr una tarea determinada.  

Clasificación de los procesos de manufactura

De manera general los procesos de manufactura se clasifican en tres grupos:

1) Procesos que cambian la forma del material:

Fundición o moldeo, Conformado por deformación en frío y en caliente, Metalurgia de polvos.

2) Procesos que provocan desprendimiento del material

Maquinarias de conformación por arranque de viruta, Maquinados no convencionales.

3)  Procesos para acabar las superficies

Desprendimiento de partículas, Pulido, Por recubrimiento

Para que estos procesos sean de utilidad para los ingenieros industriales se deben considerar los siguientes temas:

Criterios para la producción económica con finalidad de beneficio económico.

Criterios de producción económica con finalidad de efectividad.

Criterios de la producción con fines de beneficio económico

Costos: aceptables y competitivos

Rentabilidad: ganancias superiores a las que proporciona el banco

Calidad: solo la necesaria

Criterios de la producción con fines de la efectividad

Proyecto: diseños funcionales que permitan la manufactura calculada y controlada

Materiales: selección de los materiales adecuados y económicamente aceptables

Procesos de manufactura: sistemas para la transformación de los materiales con la calidad adecuada, considerando las necesidades del cliente de manera eficiente y económica.

Factor humano: motivación, trato, facilidad, capacitación, seguridad

Proceso administrativo: planeación, integración y organización

Efectividad y Eficiencia

Eficiencia: La relación numérica que existe entre la cantidad lograda por un sistema y la máxima cantidad que dicho sistema pueda lograr.

Efectividad: La estimación del cumplimiento de objetivos, fines o funciones de un sistema o proceso, sin que exista evaluación numérica o estándares predeterminados.

TEMA 2: INTRODUCCION A LOS PROCESOS DE FABRICACION

Fabricación de productos

El objeto de la fabricación o Producción es la obtención de productos o bienes para el consumo. Este proceso esta formado por una sucesión de pasos relacionados entre si por un sistema organizado y coherente que garantice la consecución del objetivo fijado de forma eficiente, económica y segura. Nos referimos a procesos industriales, destinados tanto a la obtención de productos semielaborados (materiales que sirven de materia prima para otros procesos, por ejemplo laminados metálicos o materiales para realizar recubrimientos superficiales) como a piezas terminadas y los conjuntos formados por estas.

Sistemas Productivos

La fabricación se realiza en el entorno de sistemas productivos de diferentes características que están equipados con un conjunto de elementos interactivos destinados a la obtención del objetivo prefijado. Estos elementos productivos pueden estar agrupados en una única planta (fábrica o factoría) o departamentos de estas, o distribuidos en varias plantas o departamentos.

Organización de los Sistemas Productivos

Todo sistema productivo está formado por una entrada de materias primas, incluyendo energia, y una salida de productos. Entre estos dos extremos, existen flujos de materiales que van siendo sometidos a una serie de procesos que los van trasformando mediante los elementos que integran el sistema (, maquinaria, sistema de almacenamiento y de trasporte, etc.) hasta adquirir las propiedades especificadas en el diseño.

Flujo de Proceso

Es habitual clasificar los procesos de fabricación mediante el tipo de flujo que siguen los materiales a lo largo de todo el proceso. Se consideran:

Sistemas Productivos Continuos. También llamados “de proceso”, son aquellos en los que la ruta que siguen los materiales a lo largo del sistema es invariable. Se utilizan pocas materias primas y los productos obtenidos son pocos o único y se contabilizan en peso (toneladas) o volumen (m3). Son instalaciones de alto coste, rígidas (no admiten variaciones en el proceso) y muy automatizadas, características de sistemas de producción de productos semielaborados o commodities, por ejemplo, la industria siderurgica, el refino del petróleo, la fabricación de cemento, papel o alimentos no elaborados (harina, azúcar).

Sistemas Productivos Discretos. Son conocidos también como “taller” y están orientados a la fabricación de una gran variedad de distintos productos ya que se caracterizan por su flexibilidad, tanto de la maquinaria como de la organización. Se organizan por departamentos (mecanizado, tratamientos térmicos, montaje, etc) y son procesos difícilmente automatizables. Los productos se contabilizan en piezas o unidades, siendo su número habitualmente bajo. La gran variedad de productos y de materia prima utilizados determina uno de los mayores problemas de estos sistemas: la coordinación logistica.

Sistemas combinados. Aunque en la práctica pueden existir sistemas de taller o de proceso continuo puro, la mayoria de los sistemas productivos existentes se situan entre los dos anteriores.

Por un lado, en un extremo cercano a los sistemas productivos continuos, estan los sistemas de “montaje”. Suelen utilizarse en la fabricación de automóviles o electrodomesticos y estan basados en cadenas de montaje mas o menos automatizadas. Son sistemas esencialmente rigidos, pero la actual utilización de la informatica y la robotica ha permitido ampliar su flexibilidad de un modo notable.

Por otra parte, en el extremo mas cercano a los procesos de taller, se encuentran los sistemas de fabricación por “lotes”, o sea, productos que se fabrican en paquetes de un numero limitado de unidades, que pueden ir de desde algunas decenas ( por ejemplo, los sectores aeroespacial o ferroviario) hasta algunos cientos ( equipos electrónicos o maquinaria industrial).

La Fabricación Flexible

Esta es la tendencia actual en la fabricación de bienes de consumo que sustituye progresivamente los conceptos previos de “planificación de la producción” entendiéndose como tal, la fabricación basada en la estimación de cifras de venta a largo plazo y de “producción en serie” en la acepción que se refiere a la fabricación continua de grandes lotes.

Se trata de abastecer la demanda mediante la fabricación de lotes lo mas pequeños posible, basados en las ventas realizadas o previsibles en un corto  plazo ( mensual, semanal, diario ….). esto permite ahorros financieros en  capital inmovilizado, en materia prima, personal, equipamiento y almacenaje. En estos procesos, los equipos controlados por ordenador ( control numérico computerizado. CNC) y la organización de la fabricación en células flexibles, han hecho posible conjugar flexibilidad con una buena productividad.

Fase, Subfase y Operación

La organización de los procesos de fabricación se basa en la subdivisión de este en una secuencia lógica y adecuada a los fines perseguidos. Es habitual utilizar la siguiente secuencia:

Fase. Es un conjunto de trasformaciones tecnológicamente afines que se llevan a cabo sobre el producto en la misma maquina, instalación, equipo o puesto de trabajo o, a veces, en un conjunto de ellos. Por ejemplo, una fase del proceso podría ser el mecanizado o, si se considera una misma maquina, las fases de torneado, fresado y cepillado.

Subfase. A veces se distinguen dentro de una fase distintas etapas. Para el caso de una misma maquina, por ejemplo la fase torno, podrian ser subfases diferentes dos distintos posicionados de la pieza o diferentes tipos de operaciones.

Operación. Se denomina asi a cada una de las tareas elementales que se pueden llevar a cabo en una maquina o puesto de trabajo que realiza un proceso determinado. Las operaciones pueden ser “productivas”, cuando producen efectivamente trasformaciones en los materiales (por ejemplo, una embutición o un cilindrado en el torno) o “no productivos”, cuando se trata de operaciones necesarias para el proceso pero que no producen modificaciones en los materiales, por ejemplo, movimientos o cambios de herramientas, operaciones de almacenaje o preparación de las maquinas.

Relación entre el Diseño y la Fabricación

El tiempo que se tarda en resolver el diseño de un producto, incide directamente en los costes y, en consecuencia, en la posición de la empresa frente al mercado. En el diseño de un producto deben tenerse en cuenta tanto las necesidades funcionales de calidad, duración o seguridad, como las económicas, de mercado y los métodos y procesos de fabricación que serán necesarios. Estan todas en íntima relación y deben considerarse en conjunto.

Por ello en la actualidad se pone un fuerte acento en minimizar tiempos y costes de diseño optimizando los recursos disponibles de la manera mas eficiente posible y por tanto, disminuyendo el tiempo de diseño y los costes. Este diseño es conocido como Ingeniería Simultánea o Concurrente.

Costes de Fabricación

El precio de costo de un producto es el conjunto de gastos en que se incurrirá hasta tenerlo listo para su venta, y los diversos aspectos que lo integran constituyen la “estructura de costes” del producto y queda definida por los siguientes conceptos:

A) Diseño del producto

-Requerimientos funcionales.

-Demanda del mercado.

-Ciclo de vida.

-Previsión de  futuras modificaciones.

B)Selección de materiales

-Propiedades mecánicas y físicas.

-Propiedades de fabricación y geométricas.

– fiabilidad del suministro.

– Costes de materiales.

C) Definición del proceso

– Posibilidades del proceso.

– Influencia en las propiedades.

– Volumen de producción y nivel de automatización.

– Tipo de montaje.

– Coste final.

Tiempo de Fabricación

La fabricación involucra una serie de etapas que consumen un determinado tiempo. El tiempo total para la fabricación de una unidad de producto se denomina “tiempo unitario de fabricación”. Para que el precio de un producto sea competitivo es prioritario minimizar en lo posible este valor. Podemos distinguir los siguientes componentes:

Tiempos Productivos. También llamados de trasformación,  son aquellos durante los cuales los materiales están efectivamente sujetos a procesos de trasformación.

Tiempos Inproductivos. Son tiempos en que se incurre inevitablemente durante el proceso de fabricación, pero en ellos no se producen trasformaciones de los materiales.

Dada su diferente naturaleza, consideraremos por separado el tiempo consumido en preparación de las maquinas y el tiempo de maniobra. Este incluye a su vez los tiempos invertidos en la colocación y cambio de piezas y herramientas.

La suma de los tiempos de trasformación y de maniobra se conoce como tiempo de máquina. Representa el tiempo de residencia de la pieza en la máquina, en las operaciones de mecanizado, recibe el nombre de tiempo de mecanizado.

Tema 3. metrologia

1.- PRECISION EN LA INDUSTRIA

El gran desarrollo industrial en los dos últimos siglos ha sido posible gracias a la gran cantidad de productos fabricados con una calidad y un precio aceptable, se ha abandonado totalmente el proceso artesanal en el cual una persona o muy pocas realizaban un proceso complejo en todos sus aspectos y se ha dado paso a un proceso de fabricación en serie donde un operario fabrica multitud de piezas. Esta forma de producción impuesta por el factor económico, ha creado la necesidad del intercambio para que el montaje de un mecanismo complejo pueda realizarse a partir de cualquier conjunto de sus piezas, componentes y pueda sustituirse una o varas de ellas sin fallos en el conjunto.

La consecución de estos objetivos ha obligado a aumentar el control de calidad en la fabricación, pese al elevado coste económico que supone.

Un aspecto de este control es:

La normalización para homogeneizar criterios de diseño.

Empleo de tolerancias para conseguir los correspondientes ajustes.

Verificación sistemática de las máquinas, piezas y herramientas mediante el empleo de calibres durante el proceso de fabricación.

Y por último la comprobación final da los mecanismos y de los instrumentos de medida, para con todo ello, asegurar que las piezas obtenidas por distintos aparatos son correctos y por tanto intercambiables.

Además de conseguir la intercambiabilidad, el desarrollo técnico ha conducido a conseguir precisiones cada vez más estrechas. Para estos factores resulta primordial el control de las piezas a través de técnicas de medición, lo cual cuando se ha llegado al orden de la milésima de milímetro trae consigo la aplicación de técnicas muy específicas. 

En la palabra control se engloba un conjunto amplísimo de operaciones a partir de cuyos resultados se ha de dictaminar sobre la aceptación o rechazo del producto de acuerdo con la calidad exigida.

Un grupo de operaciones de importancia primordial en la fabricación es el control metrotécnico de cuya realización se encarga la metrotécnia.

METROTECNIA: Es la metrología aplicada a la técnica, pero así como la metrología es esencialmente la ciencia de la medida en su más amplio sentido, la metrotecnia se ocupa con preferencia de problemas dimensionales, orientando su tarea en dos vertientes:

Una n la que se mide, es decir mediante instrumentos adecuados se obtiene el valor numérico de las cotas.

Y la otra mediante comparadores o calibres. Establece comparaciones con prototipos o sistemas que los representan, para comprobar si sus dimensiones están o no en el campo de tolerancias establecido.

TEMA 4: COMFORMACION POR MOLDEO

El moldeo llamado también fundición o colada, es un proceso de conformación basado en la fusión de los metales. Consiste en una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un hueco o molde de arena, metal o material refractario, que reproduce la forma de la pieza que se desea fabricar, en el cual se vierte o cuela el metal fundido dejándolo enfriar hasta que solidifica completamente.

Como proceso tecnológico, su principal ventaja consiste en que con su ayuda se pueden fabricar con facilidad y economía piezas de formas muy complicadas, como bloques de cilindros, culatas de motores de explosión, carburadores, bancadas de maquinas-herramienta, etc. que son muy difíciles o imposibles de obtener por otros métodos.

Permite además el empleo de metales y aleaciones que no son aptos para el conformado por deformación o soldadura, por ejemplo: la fundición gris.

1

.- OPERACIONES FUNDAMENTALES DE LA CONFORMACION

Para realizar este tipo de conformado son necesarias tres clases de operaciones fundamentales:

1.1.- Operaciones de fusión

La fusión de los metales y aleaciones se realizan en distintos tipos de hornos, cada no de los cuales es adecuado para cada metal o aleación a temperaturas comprendidas entre ciertos límites mayores que una temperatura mínima, para que el metal fundido tenga fluidez y menores que una temperatura máxima para evitar el quemado del metal y la pérdida del mismo por vaporización o por oxidación.

1.2.- Operaciones de moldeo y desmoldeo

Comprende en primer lugar la preparación del molde , hay que hacer una reproducción de la pieza que se desea fabricar, que se llama modelo.

Después se coloca este modelo, en una caja de moldeo se llena de arena y se apisona fuertemente, se retira el modelo posteriormente y queda el hueco de la pieza a reproducir.

En este molde se vierte el metal fundido en una operación que se llama colada, y una vez enfriado el metal, se abre o rompe el molde y se saca la pieza, esta operación se llama desmoldeo.

1.3.- Operaciones de acabado

Se procede a limpiar de arena a las piezas y a romper los conductos por donde se ha metido el metal y que han quedado adheridos a la pieza, y ya queda o totalmente terminada o lista para el mecanizado posterior.

Los metales o aleaciones aptos para ser conformados por fundición son : Fe, Cu, Al, Mg, Zn, sus aleaciones y aleaciones antifricción.

Aunque teóricamente se pueden moldear cualquier metal, normalmente sólo se moldean las más adecuadas para ser conformadas por este proceso y existen incluso aleaciones concebidas especialmente para ello, como casi todas las de cobre.

2.- MOLDEO EN ARENA

Desde tiempos prehistóricos se han usado moldes de arena o mineral, las operaciones básicas no han cambiado simplemente se ha agregado maquinaría para hacer las tareas difíciles y aunque se automatice el equipo los conceptos básicos no han cambiado.

Además de ser el método más antiguo para hacer piezas fundidas, la fundición en arena es aún el método más usado.

En este proceso se llama molde a la cavidad que reproduce la forma exterior de la pieza que se va a fundir. Se obtiene generalmente comprimiendo arena de moldeo sobre el modelo el cual se retira después. Por tanto si el molde que con el se obtiene se llena con metal fundido, obtenemos una pieza maciza. Si a de ser hueca, para obtener las cavidades se necesita colocar otras piezas especiales denominadas machos o noyos que no son más que bloques macizos de arena u otro material, cuyo exterior es la forma interior  que queremos reproducir.

3.- PLACAS MODELO

Por lo general consta de un modelo metálico, de madera, yeso o plástico, montados sobre una placa metálica. Los metálicos tienen la ventaja de ser más duraderos, de mayor exactitud y suministran superficies más lisas.

Son el elemento fundamental en el moldeo mecánico.

4

.- CAJAS DE MOLDEAR

Son marcos de madera, aluminio, fundición o acero, de formas y dimensiones muy variadas, destinadas a contener la arena del molde.

Consta de una parte superior y de otra inferior o de fondo, provistas espigas o clavijas y de orejas en correspondencia para fijar su posición durante el moldeo. Si hay más de dos a las otras se las llama “intermedios o arcos”.

Las paredes de estas cajas suelen llevar, sobre todo si son grandes, una serie de agujeros o ranuras para facilitar la salida de gases del molde y además las aligeran de peso.

5

.- ARENAS DE MOLDEO

Las arenas silicoaluminosas denominadas tierras de moldeo son el material que más se emplean para la fabricación de moldes y machos. Están compuestos químicamente por cuarzo, arcilla, cal y feldespatos.

El cuarzo puro es la sílice y es el principal componente de la arena 80-90%, ya que tiene una elevada dureza que de la escala de Mohs. Tiene además una elevada resistencia a la temperatura ya que empieza a reblandecer a los 2.400 Cº aproximadamente.

La arcilla está compuesta fundamentalmente por silicato de aluminio hidratado. Está en una proporción del 10% y se encuentra rodeando los granos de sílice y constituye el material aglutinante, que une a estos y da cohesión al conjunto.

Todas las arenas naturales contienen siempre un % de agua variable y que suele ser generalmente inferior al 10%, pero lo ideal es que este comprendido entre el 5 y el 7%. Si el % es menor la resistencia mecánica de la arena disminuye con peligro de arrastre de porciones del molde y forme inclusiones en la pieza fundida.

Si el % es más alto el volumen de vapor producido  dentro del molde aumentaría se riesgo de sopladuras o poros.

6.- METODOS DE MOLDEO

Una primera clasificación sería por la forma de realizarlo:

Moldeo a mano: Como su nombre indica todas las operaciones son manuales. Requiere personal muy cualificado y sólo es adecuado para obtener un número muy reducido de piezas o cuando las piezas son muy complicadas y no se puede utilizar el moldeo mecánico.

Moldeo mecánico: En los talleres de fundición de gran producción y producción en serie para elaboración de moldes y machos se sustituyen los métodos manuales por el moldeo mecánico.

Sus ventajas son las siguientes:

No necesita personal especializado.

Se pueda utilizar de forma más racional al personal especializado, ya que se le libera de una serie de operaciones auxiliares.

Posibilita que el operario adquiera con rapidez la habilidad de elaborar los  moldes a máquina mientras que el aprendizaje manual es más lento.

Es posible obtener piezas de forma complicada con precisión y rapidez.

Se pueden obtener piezas con espesores muy pequeños.

Los moldes adquieren una resistencia más alta, con lo cual las piezas quedan mejor terminadas.

Se facilita la operación de desmoldeo sin deteriorar el molde con el consiguiente ahorro de gastos de reparación.

Se disminuye el número de piezas defectuosas y se mejora la calidad.

7.- MOLDEO EN MOLDES METALICOS

Los moldes metálicos también llamados coquillas, sustituyen ventajosamente a los de arena cuando se trata de fabricar  grandes series  de una misma pieza. Las coquillas se componen de dos partes principales: Una el cuerpo del molde. Y otras que son los machos o núcleos, que reproducen los huecos o entrantes de las piezas y pueden ser metálicos o de arena.

El  material más utilizado para fabricar el cuerpo  del molde es la fundición gris de grano fino.

La duración de las coquillas, depende de la clase de material empleado en su fabricación, del material que se moldee, y del cuidado que se ponga en su manipulación. Un molde bien fabricado y bien utilizado suele resistir la fundición de 10.000 a 40.000 piezas sin retoques de importancia.

Las principales ventajas del moldeo en coquilla son:

Se logra mayor precisión en las cotas de las piezas que en el moldeo con arena.

Las contracciones lineales son menores que en arena.

Necesita menos espacio y menos manejo de materiales que en arena.

Siempre que se deseen fabricar series de más de mil piezas, la fundición resulta más económica que en arena-

Inconvenientes:

El elevado costo de las coquillas y de los accesorios.

El tiempo y coste de la puesta a punto de la fabricación de cada pieza.

8.- MOLDEO EN COQUILLA POR PRESION

Difiere del moldeo en coquilla por gravedad en que el metal en estado líquido o pastoso se introduce en el hueco del molde bajo presión, esto favorece el rápido llenado del molde y la reproducción fiel de sus más finos detalles. También asegura la eliminación de la porosidad en las secciones macizas de la pieza.

La presión debe ser tanto más elevada cuanto mayor sea la tendencia de la aleación a presentar sopladuras.

Las piezas después de eliminado el bebedero quedan completamente terminadas y no necesitan mecanizado posterior, la estructura del metal es de grano fino y las características mecánicas muy elevadas.

9.- MOLDEOS ESPECIALES

1

.- Moldeo en cáscara

Consiste en esencia en obtener un molde con una delgada cascara de arena de sílice aglomerada con resinas sintéticas termoestables depositándola sobre una placa modelo metálica calentada a temperatura conveniente.

Este proceso se realiza en máquinas que ejecutan las siguientes operaciones.

Calientan la placa modelo a unos 200ºC.

Pulverizan sobre la placa un agente de desmoldeado a base de siliconas para facilitar el desmoldeo.

Colocan la placa modelo sobre un dispositivo parcialmente lleno de la mezcla.

Se invierte el depósito cayendo la arena sobre la placa modelo  y empieza a formarse la cáscara.

Se vuelve a girar el depósito con la placa modelo, hasta colocarlo en su posición original con la cual la arena no aglomerada cae otra vez al depósito quedando en contacto con la placa modelo la cáscara.

Se lleva la placa con  la cáscara pegada a él, a una estufa donde se termina el endurecimiento de la misma, calentándola a una temperatura entre 350 y 450 Cº durante 2 minutos.

9

.2.- Moldeo a la cera perdida

Se realiza de la siguiente manera:

Se hace un modelo en cera del objeto que se a de moldear.

Se recubre este modelo con una capa gruesa de yeso y arena de sílice mezclada.

Después de secarse al aire el modelo de cera con su envoltura, se cuece en un horno. La cera entonces se funde y queda el recubrimiento formando el verdadero molde, que reproduce con gran exactitud la superficie exterior del modelo de cera.

Se emplea mucho este proceso para la fabricación de piezas pequeñas en serie que se obtienen con excelente acabado superficial y gran precisión, lo que hace innecesario su mecanizado posterior. Se pueden fabricar fresas y brocas de acero de corte rápido, álabes para turbinas de vapor, de gas y de motores de reacción con aceros inoxidables o aleaciones refractarias; tijeras e instrumental quirúrgico con aceros martensíticos, pequeños imanes permanentes de formas complicadas Piezas de maquinaria textil de máquinas de coser, de armas automáticas, de motores de combustión, herramientas calibradas, matrices de estampación, partes de electrodomésticos, etc.

Las limitaciones de este procedimiento se deben al coste elevado y a la limitación del tamaño de las piezas, que suele ser menor de 500 gr. La gran mayoría no sobrepasan los 30 gr., pero se han llegado a obtener piezas de gasta  20 kg.

10.- COLABILIDAD

Aún cuando los conductos del sistema de distribución estén perfectamente diseñados, existe la posibilidad de que el metal comience a solidificar antes de haber llenado por completo al molde, sobre todo en sus partes más delgadas.

Para que esto no suceda, la aleación debe tener una colabilidad adecuada, entendiéndose por tal su mayor o menor aptitud para llenar por completo la cavidad del molde. Será función de la cantidad de calor que puede perder el metal antes de solidificar y en consecuencia de la temperatura de sobrecalentamiento. Depende también de las condiciones de enfriamiento del metal en el molde y de la velocidad de la colada.

11.- INSPECCIÓN DE LAS PIEZAS FUNDIDAS

Los métodos más corrientes son:

Examen visual: se debe realizar inmediatamente después del desmoldeo para evitar gastos de limpieza en piezas con defectos visibles.

Control de dimensiones: con calibres especiales si la serie es grande o en una mesa de trazado si es pequeña.

Prueba de sonoridad: Se efectúa golpeando con un mazo de madera la pieza colgada de un gancho y por el sonido que emite se sabe si la pieza está rota o no.

Ensayos no destructivos: Se utilizan métodos de partículas magnéticas, líquidos penetrantes, rayos X y ultrasonidos.

Examen metalográfico: Para determinar el tamaño del grano y las microporosidades.

Ensayos mecánicos: Como pueden ser dureza, tracción, flexión, fatiga, etc…

Análisis químico: Para ver si la composición se ha mantenido dentro de los límites deseados.

Acabado superficial: Valorando el mismo con el rugosímetro.

TEMA 5: Metalurgia de polvos o pulvimetalurgia

Se conoce con el nombre de metalurgia de polvos o pulvimetalurgia, al proceso empleado en la fabricación de piezas a partir de polvos metálicos estos polvos se prensan dentro de moldes, se extraen de dichos moldes y se calientan a temperaturas inferiores de punto de fusión del metal.

Es un proceso utilizado principalmente para metales difíciles de maquinar y consta principalmente de las etapas siguientes:

Obtención del polvo.

Proporcionar un tratamiento al polvo.

Moldear la masa de polvo mediante prensado.

Sinterizar la pieza obtenida por compactación.

Hoy día, este método tiene un gran campo de aplicación como por ejemplo:

Piezas de aleaciones de hierro, cobre, etc. para las que factores técnicos y económicos aconsejan este método por la supresión del metal.

Para cojinetes autolubricantes con un 30% de poros en bronce sintetizado, estos cojinetes se impregnan de aceite o de teflón.

Pseudoaleaciones de metales con temperaturas de fusión muy dispares, como pueden ser cobre-wolframio, plata-wolframio, plata-molibdeno, etc. y que se emplean en los contactos eléctricos en la zona donde se produce la chispa de ruptura. En este sitio necesitamos la buena conductividad del cobre y de la plata y la buena resistencia al desgaste del wolframio o el molibdeno, de aquí la importancia de este tipo de aleaciones y en la actualidad se utilizan contactos de plata endurecida con un 10% de oxida de cadmio.

Preparación de metales pesados o pseudoaleaciones con un 85-95% de wolframio, 3-10% de níquel y 2-5% de cobre. Estos materiales se caracterizan por tener una altísima densidad y se utilizan para la fabricación da giróscopos, pantallas para rayos x y rayos gamma, apantallamiento de pilas nucleares, etc. 

Fabricación de filtros resistentes a los golpes y a las variaciones bruscas de temperatura por ejemplo filtros en metal monell (acero inoxidable y titanio) aceite para las válvulas de inyección en los motores diese, filtros para refrigeradores, etc.

Preparación de carburos de wolframio, titanio, etc. y pseudoaleaciones de wolframio-acero, estos compuestos se caracterizan porque tienen una dureza elevada, buena resistencia a la abrasión y alta tenacidad, debido a su alto punto de fusión, sólo se pueden fabricar por este procedimiento.

Tratamiento de metales rebeldes a la forja o al moldeo como puede ser la realización de aleaciones especiales de tipo alnico que se utilizan mucho para imanes permanentes y para imanes sintetizados de naturaleza cerámica.

Tratamiento de metales refractarios, como wolframio, molibdeno y niobio, ya que el elevado punto de fusión hace prohibitivo el darles forma por moldeo.

Fabricación de cermets, que son aglomerados obtenidos por sinterización de metal con elevado punto de fusión y óxidos muy refractarios y que se utilizan para la fabricación de turborreactores.

Para la fabricación de termistores de óxido de cinc con curva da voltaje intensidad no lineal, a base de envenenar lo límites de grano con óxido de bismuto.

Ventajas de la pulvimetalurgia

La industria de la pulvimetalurgia es una de las que en las últimas décadas está experimentando un creciente aumento fundamentalmente por las siguientes razones:

Reduce al mínimo las pérdidas de materia prima, ya que sólo se usa la cantidad de polvo necesario para alcanzar el producto final.

Se facilita el control exacto de los límites de la composición.

Se puede eliminar o reducir al mínimo las operaciones de mecanizado.

Todas las operaciones son susceptibles de automatización.

Se logran buenos acabados superficiales sin las señales propias del moldeo.

Es la única técnica que permite lograr una porosidad controlada y una oxidación interna muy repartida apta para el endurecimiento.

Limitaciones de la pulvimetalurgia

Las piezas deben tener una forma que permita extraerlas fácilmente de la matriz con lo cual se limita bastante las posibilidades de diseño.

El tamaño de la pieza está limitado por la fuerza de las prensas que no suele sobrepasar las 500 toneladas.

Las piezas obtenidas no pueden tener las características mecánicas que tienen las obtenidas por métodos convencionales.

El factor económico es muy importante en este proceso, debido al elevado coste de las matrices de acero aleado o de carburo de wolframio.

1.- LA COMPACTACIÓN

Esta operación tiene por objeto conformar el polvo metálico en la forma y dimensiones deseadas dándole la resistencia y consistencia necesaria para su manipulación cuidadosa hasta el sinterizado.

La cohesión del producto comprimido, se puede considerar como una verdadera soldadura en frío de los puntos de los polvos en contacto.

La compresión se realiza introduciendo el polvo en una matriz fabricada generalmente de carburo de wolframio. El polvo se somete a una presión que puede variar entre 800 y 2.000 kg/cm². Lo más usual es de 4.000 kg/cm².

Debido a que la pulvimetalurgia debe su rentabilidad a la producción de grandes series, necesita matrices fáciles de fabricar y de gran resistencia al desgaste, por eso se suelen hacer de aceros indeformables y de carburos aglomerados.

2.- SINTERIZACIÓN O FRITADO

Es la operación pulvimetalúrgica principal y tiene por objeto dar cohesión y resistencia al producto comprimido. Consiste en dar un calentamiento a la masa de polvo a una temperatura inferior a la de fusión (la temperatura de fritado es del orden de 2/3 a 4/5 de la temperatura de fusión) durante el tiempo suficiente para que las partículas se suelden y el componente resultante, muchas veces poroso, adquiera la suficiente resistencia mecánica. Todo esto realizado en atmósfera protectora para evitar la oxidación ya que el compactado puede pasar parcial pero nunca totalmente al estado líquido.

TEMA 6: FABRICACIÓN POR DEFORMACION PLÁSTICA

1.- FORJA

Se entiende por forja la deformación por compresión de un material colocado entre matrices. Estas a menudo son componentes de prensas de gran tamaño capaces de ejercer una presión enorme y pueden obtenerse piezas tan complejas como las alas de un avión.

1.- Ciclo térmico de la forja

La conformación por forja se realiza en tres fases:

CALENTAMIENTO: Se ha de realizar teniendo en cuenta que el metal cuando empiece el proceso de deformación, debe encontrarse a la máxima temperatura posible, pero sin alcanzar al punto de fusión del constituyente que lo tengo más bajo.

También hay que considerar que durante la deformación, se comunica energía mecánica a la pieza como consecuencia de choque del martillo o la presión de la prensa y parte de esta energía se transformará en calor. La forja en caliente requiere el mínimo de energía en el forjado y produce la máxima deformación, pero al forjar cuesta controlar las dimensiones del producto ya que el metal no se contrae uniformemente cuando se enfría, de ahí que la forja se realice a menudo a temperatura ambiente aunque la deformabilidad del metal es algo menor que en caliente.

DEFORMACIÓN: La deformación producida en la forja es debida a esfuerzos de la compresión. Esta fuerza necesaria para la deformación es denominada carga de forja y se deduce para un metal particular, de la compresión de probetas cilíndricas entre matrices planas y paralelas bien lubricadas. La deformabilidad también depende del tamaño de los granos. Un tamaño de grano grande es difícil de forja. En una operación de forja real la carga y la presión de forja depende marcadamente de la fricción entre las matrices y la pieza de trabajo, así como del límite de fluencia del metal de la pieza. Bajo condiciones de lubricación perfectas la presión requerida para forjar una muestra cilíndrica es uniforme e igual al límite de fluencia del material.

ENFRIAMIENTO: Se produce constantemente desde que sale la pieza del horno para ser forjada, Este enfriamiento no puede ser brusco para evitar grietas por contracciones rápidas. Influye considerablemente el tamaño de la pieza, ya que las piezas grandes se agrietan con más facilidad que las pequeñas a causa de las tensiones que se originan por la desigualdad de enfriamiento entre la periferia y el núcleo.

Una vez terminada la forja el enfriamiento puede hacerse al aire, pero si el material es delicado como sucede en muchos tipos de aceros hay que dejar enfriar la pieza en el mismo horno o en un lecho de cenizas para evitar las pérdidas bruscas de calor.

2.- FORJA MECÁNICA

En la actualidad se realiza la forja mecánica que utiliza fuerza motriz de tipo mecánica de hidráulico, neumático o eléctrico. Esto permite el trabajo de grandes piezas o grandes series de piezas aplicando esfuerzos  violentos y bruscos con los martinetes o continuos con las prensas. La utilización de prensa o martillo depende principalmente del peso de la pieza a forjar y de su sección. Se utiliza el martillo para piezas de hasta 5.000 Kg y las prensas desde este valor hasta las 100 toneladas.

ESTAMPACIÓN, RECALCADO Y EXTRUSIÓN

Todas estas operaciones son forjas del tipo que indican siempre que se hagan en caliente.

Tienen en común que se produce fluencia de partículas de material sin perder su cohesión y se obtiene una pieza sólida con una forma determinada.

En la estampación se somete al material a esfuerzos de compresión, sin dirección determinada para que fluya entre las dos partes del molde, llamadas matriz y estampa. Se usan mucho para fabricar piezas en serie como pueden ser esferas de acero, ejes, discos, cigüeñales, engranajes, cuchillos, etc.

El recalcado se utiliza cuando se desea producir acumulación del material en una zona limitada de un producto semielaborado. Para ello se comprime este, generalmente en forma de barra, de modo que el metal, fluye en la matriz hasta llenarla en la parte que se desea recalcar. Las piezas obtenidas más típicas son cabezas de tormillos, planchas de blindaje, llantas para ruedas, bulones, remaches, clavos, etc.

En la extrusión se impulsa el metal comprimiéndolo para que fluya a través del orificio de una matriz la aplicación más directa son cartuchos para balas, piezas huecas, perfiles, tubos, etc.

3.1.- Estampación

El ciclo de trabajo de este proceso se realiza en cortas etapas a partir de un producto semielaborado, con el que se obtiene una preforma según sea la forma definitiva de la pieza a fabricar. Las medidas alcanzables en este proceso abarcan amplios límites, desde 10 gr de peso y 10 mm de longitud hasta       2.000 kg y 3,5 m, utilizando aluminio se forjan piezas de hasta 10 m de longitud, como son las cabeceras de las alas de los aviones.

Las estampas estan formadas por dos partes:

La superior, que se sujeta al pilón del martinete o a la maza de la prensa y la inferior que se fija a la chavota o yunque.

El hueco para el material, está grabado parcialmente en cada una de las estampas.

3.2.- Recalcado

Consiste en una acumulación o condensación de material en una zona limitada de un producto acabado generalmente en forma de palanquilla, barra redonda, o perfil poligonal. Como se realiza por compresión axial se produce simultáneamente un acortamiento, puede realizarse en frió o en caliente, siendo la primera la forma más usada.

La acritud que adquiere el metal y la orientación de la fibra permite obtener una mayor seguridad frente al cizallamiento, que en otros procesos de maquinado.

Los materiales más idóneos para este proceso son los aceros pobres en carbono, así como el cobre, aluminio y sus aleaciones, incluso se pueden utilizar aceros aleados.

3.3.- Extrusión

Es un proceso realizable en caliente y en frío y en el que mediante un émbolo o punzón se presiona el materias obligándole a salir o fluir por el orificio se una matriz, la cual da su forma a la pieza.

Como en los anteriores procesos su aplicación presupone la fabricación de un gran número de piezas. El calor, al facilitar la fluencia y rebajar, por tanto, las presiones de conformación, se utiliza en algunos casos y se llega a sobrepasar la temperatura de recristalización.

En principio se pueden extruir todos los metales y aleaciones siempre que posean buena capacidad de deformación y presenten al conformarlos un bajo grado de acritud. Deben tener un límite elástico bajo un gran alargamiento y poca dureza.

Las principales aplicaciones de la extrusión en frío son:

La fabricación de pequeños recipientes de paredes flexibles para pasta de dientes, cremas, pegamentos, etc. Es decir tubos.

También se fabrican vainas para piezas cilíndricas, para condensadores, etc. Las producciones que se alcanzan son muy elevadas y pueden llegar a ser del orden de 3000 piezas por hora.

3.3.1.- Extrusión en caliente

Se emplea para la obtención de una gran variedad de perfiles y piezas, cada día más, debido a la sencillez de la operación, a la rapidez, al bajo coste cuando se trata de series de piezas discretas y a las excelentes características del material extruído similares a las obtenidas por forja.

Se pueden obtener toda clase de perfiles como pueden ser angulares, T, dobles T, tubos redondos, irregulares, con aletas, con nervios, molduras de cualquier forma, etc.

Cuando la velocidad con la que se ejerce la presión es muy grande se tiene la extrusión por impacto, utilizada para fabricar objetos huecos de paredes finas y como se requieren grandes presiones y velocidad, este procedimiento sólo se emplea con metales blandos como plomo, estaño, aluminio y grandes lotes de piezas.

El método de Hooker es también extrusión por impacto, pero para ello se emplean metales más duros. Se coloca el metal ya preconformado en forma de copa en el contenedor y el punzón de diámetro igual al interior de la copa incide sobre ésta obligando al material a fluir en el mismo sentido. El revestimiento de plomo que llevan los cables de conducción eléctrica para uso bajo el agua o subterráneo se realiza extruyendo plomo en torno al cable aislado.

4.- LAMINACIÓN

Es un proceso de conformación plástica en el que el material fluye de modo continuo en una dirección preferente mediante fuerzas de compresión ejercidas al pasar el metal entre dos cilindros y el metal.

Bajo la acción de las fuerzas de compresión, el metal a laminar experimenta a través del continuo proceso de recalado un alargamiento en sentido longitudinal, así como un ensanchamiento y con ello una disminución de sección. Se puede realizar en caliente o en frío, siendo la frontera de temperatura de recristalización.

En la laminación en caliente, el material de partida son lingotes fundidos, de sección cuadrangular, rectangular, y oval. Los lingotes en bruto son laminados para hacer semiproductos terminados como pueden ser la palanquilla o la pletina o productos terminados como perfiles o carriles.

La temperatura a la que se trabaja es la de forja por tanto la deformación no produce acritud y se pueden obtener grandes reducciones de espesor. Los granos cristalinos sufren una deformación y como durante el paso por entre dos cilindros el material recristaliza al salir de ellos el grano es menor. La fluidez del material por la gran presión crea una estructura fibrosa, eliminándose así las sopladuras y las faltas de homogeneidad con la consiguiente mejora de las características mecánicas.

Uno de los inconvenientes es la oxidación superficial que se produce y la inevitable formación de cascarilla la cual impide operar con pequeñas tolerancias.

4.1.- Laminación en frío:Se aplica en aquellos casos en que han de producirse las deformaciones en un pequeño campo de tolerancia y cuando se desean obtener en el material las características propias de estos tratamientos en frío. Así como conseguir un acabado superficial más fino.

Al ser un tratamiento en frío, siempre se produce acritud, con el aumento consiguiente de la resistencia a tracción, rigidez, dureza a la vez que una disminución de la ductilidad y tenacidad.

4.2.- Laminadores: Prácticamente se puede afirmar que todos los metales utilizados en la industria han sufrido laminación en alguna etapa de su conformado y como el proceso da lugar a productos muy distintos en la forma y tamaño, también es muy distinta la maquinaría empleada.

El producto de partida es el lingote, el cual en una primera laminación, lo transforma en desbaste. Una segunda en producto semielaborado, y una laminación final, en producto acabado. Todos los procesos de laminación se realizan en una unidad elemental o en un tren de laminación, formado por n par de rodillos por lo menos, que pueden realizar su función, que es girar, presionar y modificar la distancia entre sus ejes. A este conjunto se le llama caja.

Como el equipo a emplear depende del tamaño, forma y reducción del producto final, estos factores serán los que determinen la unidad de laminación más conveniente.

Generalmente se produce un gran aumento de longitud a costa de las reducciones considerables se sección, por lo tanto, el laminado deberá pasar por varias unidades consecutivas y más de una vez por cada unidad. De otro modo a causa de las aceleraciones, las velocidades finales serían muy altas y la permanencia entre cilindros breve.

5.- ESTIRADO Y TREFILADO

Son dos procedimientos de conformación de los materiales dúctiles que se realizan estirándolos a través de orificios calibrados denominados hileras.

En estos procesos tiene lugar desplazamiento permanente de material, producido por fuerzas deformadoras de tracción principalmente, con el consiguiente alargamiento del material.

Se opera como fase intermedia o como acabado, con perfiles laminados o extruidos y generalmente en frío.

Ambos procesos se reducen en realidad a uno sólo ya que su fenomenología es la misma y es el estirado. La diferencia estriba en el fin perseguido y por tanto en su tecnología.

En el estirado se pretende sobre todo efectuar reducciones de sección para conseguir formas o calibres determinados. En el trefilado el interés se centra en la reducción de sección, por eso el trefilado requiere más pasadas que el estirado.

Los materiales deberán ser dúctiles y de una resistencia perfectamente conocida, para saber en cada momento el máximo esfuerzo aplicable, sin que surja la rotura.

Los metales más idóneos son los aceros, latones, cobre, aluminio, magnesio y sus aleaciones.

Las aplicaciones básicas del trefilado son múltiples ya que es una de las operaciones de más amplia aplicación en la industria debido a la extensa gama de productos derivados del alambre como, alambre para ataduras, para fabricación de muelles, alambres conductores de Cu, Al, bronce y acero galvanizado, cables trenzados, alambres de espino, clavos y tornillos, telas metálicas, agujas, ejes de aparatos de medida, ejes para relojería, radios de ruedas, filamentos de lámparas eléctricas, etc.

6.-

ESTAMPACIÓN EN FRÍO DE LA CHAPA

Es uno de los procesos que ha adquirido un gran auge en los últimos tiempos debido a la economía cuando se produce grandes series, la uniformidad de las características mecánicas y al excelente acabado superficial de la piezas.

Las condiciones que deben cumplir los metales y aleaciones para la estampación en frío son:

Deben de ser de superficie lo más perfecta posible.

El espesor debe ser uniforme en toda la chapa.

Las características del material deben ser también uniformes.

Se obtendrán mejores resultados cuanto más maleables sean.

Los materiales más utilizados son la chapa de acero dulce, la de Al y sus aleaciones, y la chapa de latón; y las aplicaciones básicas son la industria carrocera de automóviles y la fabricaciones de electrodomésticos.

TEMA 7: LA SOLDADURA

La soldadura puede definirse como un proceso de unión fijo o permanente entre metales en el que la adherencia se produce con aporte de calor a una temperatura adecuada con aplicación de presión ó sin ella, y con adición de metal o aleación fundida o sin ella.

Considerada metalúrgicamente, es un proceso complejo que se produce cuando la distancia ente los átomos de las superficies que se unen es tal que entre ellos se pueden desarrollar fuerzas interatómicas que originan la adherencia. Las más usuales son:

Soldaduras heterogéneas, que son aquellas que se efectúan entre metales de distinta naturaleza con o sin metal de aportación o bien cuando los metales unidos son iguales pero distinto el metal de aportación. Las más normales son la soldadura blanda y la soldadura fuerte que, a su vez, puede ser amarilla o a la plata.

Soldaduras homogéneas, que son las que tanto los materiales que se sueldan como el metal de aportación son de la misma naturaleza. Si la soldadura se efectúa sin metal de aportación se le denomina autógena. Las más usuales son por forja, aluminotérmica, por fusión con gas, ultrasónica, por flotamiento, eléctrica y, dentro de éstas, por arco y por resistencia.

1.- SOLDADURA BLANDA

Se realiza uniendo las piezas a soldar que pueden ser de igual o distintos metales por una aleación metálica de bajo punto de fusión siempre menor de 500 ºC. Es muy fácil de realizar, pero tiene los siguientes inconvenientes:

Su resistencia mecánica es ligeramente inferior a la de los metales soldados.

La presencia de metales de distinto potencial galvánico, justamente con la humedad, pueden dar lugar a pilas de corrosión que producen una coloración oscura en la zona de la soldadura y a la larga, la destruye. La resistencia mecánica es del orden de 10 a 15 Kg/mm².

Sólo es aconsejable su utilización en piezas de alguna consideración cuando vayan a permanecer perfectamente secas. También se utilizan para asegurar una buena estanqueidad en recipientes que han de contener líquidos o gases no agresivos a presión ordinaria, y se utiliza bastante para establecer los contactos en las conexiones eléctricas.

Se emplea fundamentalmente para soldar piezas de cinc, estaño, hojalata, Cu y sus aleaciones y, a veces, para el Al. La aleación que más se utiliza es la formada por estaño y plomo.

2.- SOLDADURA FUERTE O DURA

Es la que emplea como metales de aportación, aleaciones de punto de fusión superior a 500 ºC, pero siempre inferior a la de los metales que se unen. En ningún momento debe producirse la fusión de uno de ellos en el curso de la soldadura.

Según el metal de aportación se distinguen la soldadura fuerte amarilla, que se realiza a temperaturas comprendidas entre 650 y 950 ºC, utiliza como metal de aportación el latón en forma de alambre. Se utiliza para la soldadura de hierro y Cu y sus aleaciones y, en general, para metales y aleaciones de temperatura de fusión superior a 900 ºC. Se suele alcanzar una resistencia a tracción del orden de 25 a 35 Kg/mm².

Y la soldadura fuerte con plata, que se diferencia de la amarilla, además del metal de aportación, en la técnica de la operación que es completamente diferente. En la soldadura amarilla podía haber holgura entre las superficies a soldar, pero en ésta conviene que se ajuste lo máximo posible, pues la máxima resistencia de la soldadura se obtiene cuando la holgura oscila entre 0,03 y 0,05 mm, ya que la aleación de plata debe penetrar por acción capilar, y la aleación empleada tiene como base la plata con cobre, cinc y cadmio.

La aplicación más extendida es la soldadura de plaquitas de metal duro como la widia a los mangos de las herramientas.

3.-

SOLDADURA POR FORJA

Es el procedimiento tradicional utilizado por los herreros. Consiste en calentar las piezas a unir en una fragua hasta una temperatura próxima a la de fusión, así conseguir una plasticidad adecuada, y, a continuación, se forjan juntas. Es preciso que las superficies que se vayan a unir estén totalmente limpias y que el contacto entre ellas sea lo más perfecto posible. Se aplica por lo general a aceros de bajo contenido en carbono y la temperatura de calentamiento es del orden de 1.300 ºC.

4

.- SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA

Llamada también con termita, esta soldadura aprovecha como metal de aportación y agente calorífico para la unión, el hierro líquido sobrecalentado que se obtiene de la reacción fuertemente exotérmica entre el aluminio y el óxido de hierro, finalmente divididos.

Como fuente de energía se utiliza la termita, mezcla de aluminio y óxido de hierro en proporción 1 a 3 a la que se pueden añadir ferroaleaciones. La reacción tiene lugar a una temperatura aproximada de 3.000 º C, suficiente para fundir el hierro que actúa como metal de aportación. Sus aplicaciones principales son la soldadura de secciones muy gruesas sin necesidad de desmontarlas como por ejemplo los raíles de ferrocarril, grandes árboles de transmisión, bastidores de locomotoras, bancadas de grandes motores, etc.

También se utiliza mucho en la soldadura de conductores eléctricos en las tomas de tierra.

Su ventaja principal sobre otros procedimientos es que se obtiene la soldadura en toda la sección simultáneamente en lugar de obtenerse en capas sucesivas.

5.-

SOLDADURA POR PUNTOS ULTRASÓNICA

Se realiza sometiendo a 2 chapas puestas en contacto a presión entre 2 sonotrodos a una vibración ultrasónica que le transmiten estos y que provoca un gripado por fricción energética de los cristales de las chapas puestas en contacto y que acaba por soldarlas perfectamente.

6.-

SOLDADURA OXIACETILÉNICA O POR FUSIÓN CON GAS

En este proceso, el calor necesario para la fusión de los bordes de las piezas que se van a unir y el metal de aportación procede de la combinación de un gas, acetileno, hidrógeno, metano, etano, propano, butano, etc., con el oxígeno en la boquilla de la tobera de un mechero de soldar denominado soplete y cuyo diámetro será tanto mayor cuanto mayor sea el espesor y la conductividad calorífica de las piezas a unir

La combustión del acetileno con el oxígeno da lugar a una llama que suministra las máximas temperaturas que se pueden conseguir por este procedimiento, del orden de los 3.500 ºC. Es la más adecuada para soldar piezas de pequeño espesor y sus aplicaciones están limitadas por la menor temperatura que suministra la llama en comparación con el arco eléctrico, por lo que, para soldar piezas de gran espesor hay que precalentar necesariamente las zonas que se van a soldar.

7

.- OXICORTE

Es un procedimiento de corte de metales por la combustión localizada y continua de los mismos con un chorro de oxígeno. Es una aplicación del soplete oxiacetilénico, aunque también se puede hacer con el arco eléctrico para fundir el metal y un chorro de aire u oxígeno a presión para desalojar el metal fundido.

El procedimiento de oxicorte con soplete se basa en calentar previamente el metal al rojo con una llama de un soplete y hacerle arder con un chorro de oxígeno a presión.

El equipo consta de los mismos elementos que la soldadura oxiacetilénica y el soplete difiere al de la soldadura en que se le ha adicionado un conducto o lanza para el oxígeno del corte.

Se utiliza mucho en desguaces y en trabajos bajo agua, y en este caso, la presión de salida de los gases ha de ser tanto mayor cuanto mayor sea la profundidad a la que se trabaje.

8.-

SOLDADURA POR ARCO

Es el procedimiento más extendido para unir piezas metálicas. En él se aprovecha el calor concentrado del arco eléctrico para obtener soldaduras por fusión con o sin metal de aportación.

Las condiciones y modalidades del funcionamiento del arco dependen de la naturaleza de los electrodos y de los gases interpuestos en el arco. La energía que produce el arco se distribuye un 43% en el ánodo, el 36% en el cátodo y el resto a la columna de gases. De esto se deduce que el calor que se emplea en calentar y fundir el metal es el 60%; el resto se disipa en el ambiente.

Para iniciar el arco o cebado se establece un contacto entre el electrodo y la pieza. Esto origina un cortocircuito que crea una elevada intensidad de corriente, la cual, por efecto Joule, pone incandescente tanto el extremo del electrodo como la zona de contacto de la pieza. En estas condiciones se ioniza el gas que está en las proximidades del contacto y si se separa unos milímetros el electrodo de la pieza, la corriente continúa pasando a través del gas ionizado y origina el arco luminoso o llama de soldar. Cuando se produce el arco, la energía calorífica que desprende hace que se funda tanto el extremo del electrodo como la zona de metal de la pieza situada enfrente y ambas se mezclan íntimamente. La penetración del arco se mide por el espesor del metal que se ha fundido debajo del electrodo. Conforme va consumiéndose el electrodo debe ir acercándosele a la pieza para mantener constante la longitud del arco, pues si se hace demasiado grande, el arco se apaga.

La estabilidad de un arco será tanto mayor cuanto más pueda variarse esta distancia sin que se apague.

Normalmente, el arco de corriente continua es más estable que el de alterna.

9.SOLDADURA POR ARCO EN ATMOSFERA INERTE

Este proceso se basa en aislar el arco y el metal fundido del aire ambiente mediante un gas inerte. Con este fin se emplean los gases nobles, el hidrógeno y el anhídrido carbónico.

Procedimientos mas usuales:

Soldadura

TIG (por arco protegido con gas inerte y electrodo refractario). El arco se hace saltar en una atmósfera neutra de He ó Argón entre la pieza y un electrodo de Volframio. El metal de aportación lo suministra una varilla de soldar sin recubrimiento y de composición similar a la de las piezas que se van a unir.

Soldadura por arco de hidrógeno atómico. El calentamiento se consigue haciendo saltar el arco entre 2 electrodos de Volframio en una atmósfera de hidrógeno.

Soldadura MIG (por arco protegido con gas inerte y electrodo consumible). En este procedimiento se reemplaza el electrodo de Volframio por un alambre desnudo de metal de aportación de composición similar a las piezas que se van a unir haciéndosele llegar automáticamente al portaelectrodos, con una velocidad igual a la que se consume en el arco en una atmósfera de He ó Argón.

Soldadura MAG (por arco en atmósfera de anhídrido carbónico). Es una variante de la anterior en el que se sustituye el He ó Argón por CO₂ seco de una pureza del 99%, porque es mucho más barato.

10.-

SOLDADURA CON CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

Están basadas en el efecto Joule y agrupa aquellos procedimientos de soldadura en los que el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de las piezas que oponen una resistencia de contacto.

Se emplean con éxito en piezas de pequeño espesor.

11.-

SOLDADURA POR PUNTOS

Las piezas que se van a unir se colocan superpuestas entre 2 electrodos que las comprimen y dejan pasar una corriente eléctrica de elevada intensidad y bajo voltaje. Debajo de los electrodos, entre las 2 piezas, se desarrolla la máxima cantidad de calor por resistencia, obteniéndose un punto de soldadura en forma de lenteja. La distancia entre los puntos debe ser superior a un determinado valor que ha de ser tanto mayor cuanto mayor sea la conductividad de los metales que se van a soldar, pues de otro modo, la corriente establecería el circuito por la soldadura hecha con anterioridad.

Es el tipo de soldadura por resistencia más usado, básicamente en la industria del automóvil, en la aeronáutica y en la de electrodomésticos.

12.- SOLDADURA POR COSTURA

Es una variante de la soldadura por puntos y éstos se forman sin solución de continuidad dando lugar a una costura continua y estanca. Los electrodos son ahora rodillos giratorios que conducen la corriente hasta las piezas ejerciendo presión sobre ellas.

Se emplea para soldar depósitos estancos de paredes delgadas, para aceite, gasolina, agua, etc. También para hacer tubos, cubos, guardabarros de automóviles, etc.

13.-

METALURGIA DE LA SOLDADURA

Las soldaduras son procesos metalúrgicos complejos que afectan a las características de las piezas soldadas, ya que requieren un calentamiento que puede producir alteraciones en las microestructuras semejantes a las obtenidas en un tratamiento térmico, y además, el metal que funde en el cordón de soldadura está sujeto a los mismos principios de fusión y solidificación y, por tanto, se pueden producir defectos como:

Absorción de gases que origine sopladuras.

Reacciones con los gases de la atmósfera y formación de gases perjudiciales.

Segregación de los componentes.

Inclusión de escorias.

Tensiones internas que pueden originar grietas y deformaciones.

14.- SOLDABILIDAD DE LOS METALES

El concepto de soldabilidad se emplea normalmente para indicar la mayor o menor aptitud de un metal para soldarse con una determinada aleación bajo ciertas condiciones. En realidad, lo que nos interesa es conocer las precauciones que hay que tomar para obtener un cordón de soldadura exenta de defectos y con las características mecánicas necesarias.