Introducción
Inicialmente la soldadura se utilizó en los buques como un medio de reparación del metal y de diversas partes. Durante la Primera Guerra Mundial, diversas autoridades relacionadas con la construcción de buques, incluyendo la Lloyd 's Register, llevó a cabo la investigación de la soldadura y en algunos casos fueron construidas estructuras soldadas de prototipos. Sin embargo, el remachado siguió siendo el método predominante utilizado para unir las placas de los buques y secciones hasta los días de la Segunda Guerra Mundial. Durante y después de esta guerra, el uso y desarrollo de la soldadura con fines de construcción naval estaba muy extendida, y la soldadura reemplazado totalmente al remachado a finales del siglo XX. Hay muchas ventajas que se pueden obtener de la soldadura que empleada en los buques en lugar de tener una construcción remachada. Estos pueden ser considerados como ventajas tanto en la construcción como en la operación del buque.
Para el Constructor de Buques, las ventajas son:
(a) La soldadura se presta a la adopción de técnicas de prefabricación.
(b) Es más fácil para obtener la estanqueidad y presiones con uniones soldadas.
(c) Las juntas se producen con mayor rapidez.
(d) Se requiere menos mano de obra calificada.
Para el Propietario del buque, las ventajas son:
(a) Reducción del peso del casco de acero, por lo tanto más peso muerto.
(b) Menos mantenimiento por remaches flojos, etc.
(c) El casco más suave con la eliminación de vueltas conduce a una reducción en la resistencia de fricción que a su vez permite reducir los costes de combustible.
Aparte del trabajo que implica al herrero la fase sólida de la soldadura, el proceso de soldadura empleado en la construcción naval es del tipo de soldadura por fusión. La soldadura por fusión se consigue por medio de una fuente de calor que es suficientemente intensa para fundir los bordes del material a unir, ya que es atravesada a lo largo de la articulación. La soldadura de gas, la soldadura de arco y la de resistencia, proporcionan el calor y la fuente de intensidad suficiente para lograr soldaduras de fusión.
Soldadura Autógena
Una llama de gas fue probablemente la primera forma de fuente de calor para ser utilizada para la soldadura de fusión y una variedad de gases combustibles con oxígeno han sido utilizados para producir una llama de alta temperatura. El gas más comúnmente usado es el acetileno el cual da una llama intensa concentrada (temperatura promedio de 3000 ° C, cuando se quema en oxígeno).
Una llama de oxígeno-acetileno tiene dos regiones distintas; un cono interior, en cual el oxígeno usado para la combustión se suministra a través de la antorcha; y otra, que la rodea en el cual se extrae para la combustión una parte o todo el oxígeno del aire circundante. Al variar la relación de oxígeno a acetileno en la mezcla suministrada por la antorcha es posible variar la eficacia de la combustión y alterar la naturaleza de la llama (Figura 1). Si el oxígeno supera ligeramente el suministro de acetileno por volumen, se obtiene una llama y es lo que se conoce como un 'oxidante'. Este tipo de llama puede ser utilizada para soldar materiales de alta conductividad térmica, por ejemplo el cobre, pero no como los aceros, el acero puede ser descarburado y el baño de soldadura empobrecido de silicio. Con una ecuación se sacan las cantidades de acetileno y oxígeno para producir una llama 'neutral', y que normalmente se utiliza para soldar aceros y en la mayoría de los otros metales. Donde el suministro de acetileno supera el volumen de oxígeno se obtiene una llama por "cementación", el exceso de acetileno se va descomponiendo y produciendo partículas de carbono sub-microscópicas. Estas se solucionan fácilmente en el acero fundido pero pueden producir problemas metalúrgicos en el servicio.
El exterior que rodea la llama de oxi-acetileno va consumiendo el oxígeno, en cierta medida el que protege el baño de soldadura de metal fundido del aire. Si el material es desprotegido del oxígeno, este puede difundirse en el metal fundido y producir porosidad cuando la soldadura se enfría. Con los metales que contienen óxidos refractarios, tales como aceros inoxidables y aluminio, es necesario utilizar un fundente activo para eliminar los óxidos durante el proceso de soldadura.
Tanto el oxígeno y el acetileno se suministran en cilindros, el oxígeno bajo presión segura y el acetileno disuelto en acetona, ya que no puede ser comprimido.
Cada cilindro que es claramente identificado con colores (rojo-acetileno, negro-oxígeno) tiene un regulador para controlar las presiones de gas de trabajo. La antorcha de soldadura consiste en una boquilla de cobre largo y grueso, un cuerpo de gas mezclador y las válvulas para el ajuste de las tasas de flujo de oxígeno y acetileno. Por lo general, una varilla de soldadura se utiliza para proporcionar metal de aportación para la articulación, pero en algunos casos las piezas a unir pueden quedar unidas sin ningún metal de relleno.
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| Figura 1 Soldadura a gas. |
La soldadura de Oxiacetilénico tiende a ser más lenta que la soldadura por fusión porque la temperatura del proceso es baja en comparación con la temperatura de fusión del metal, y debido a que el calor debe ser transferido de la llama a la placa. El proceso es por lo tanto, sólo es aplicable de una chapa delgada de acero dulce, espesores de hasta 7 mm que se está soldando con este procesar con una velocidad de 3 a 4 metros por hora.
En la construcción naval la soldadura de oxi-acetileno puede ser empleada en la fabricación de los sistemas de ventilación y aire acondicionado, bandejas de cables, en los muebles de acero ligero y algunos de plomería, un trabajo similar también puede hacer uso de la soldadura de gas. En estas operaciones donde se emplea la llama de gas, se usa con el propósito de obtener una soldadura fuerte, en donde las articulaciones se obtienen sin alcanzar la temperatura de fusión del material a unir.
Soldadura por arco eléctrico
El principio básico de la soldadura por arco eléctrico es que un alambre o electrodo es conectado a una fuente de suministro eléctrico con un conductor de retorno a las placas a soldar. Si el electrodo se pone en contacto con las placas de una fuente eléctrica la corriente fluye en el circuito. Al colocar el electrodo a una corta distancia desde la placa, de modo que la corriente eléctrica es capaz de saltar la brecha, se crea un temple-alto de temperatura en el arco eléctrico. Esto fundirá los bordes de la placa y el fin de que el electrodo sea del tipo de consumible.
Las fuentes de energía eléctrica varían, DC generadores de corriente continua o los rectificadores con la variable o las características de tensión constante se pueden emplear, así como transformadores de CA con características de tensión variable para una operación única o múltiple. Éstos últimos son los más utilizados en la construcción naval.
Se ilustra en la Figura 2 la variedad de procesos de soldadura por arco que podrían ser empleadas en la construcción de buques, de manera manual, la semi-automática y eléctricas automáticas. Cada uno de estos procesos de soldadura de arco eléctrico se discute más adelante con su aplicación.
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| Figura 2. Proceso de soldadura a gas. |
Escoria metálica blindada
Los procesos de soldadura por arco comenzaron utilizando un alambre desnudo, el alambre que está conectado a las líneas eléctricas normales. Esto dio una insatisfactoria soldadura de fábrica, y posteriormente se descubrió que al sumergir el cable en cal se obtuvo un arco más estable. Como resultado de la evolución muchas formas de escoria están ahora disponibles para el revestimiento del cable o por deposición en la articulación previa de la soldadura.
Electrodos Manuales de soldadura
El alambre de núcleo utilizado normalmente para los electrodos del acero dulce bordea el acero. Esto es ideal para fines de trefilado, también para elementos utilizados para 'matar' el acero como el silicio o aluminio, si estos tienden a desestabilizar el arco, es porque 'mataron' los aceros inadecuados. Los recubrimientos que se usan normalmente para los electrodos consisten en una mezcla de silicatos minerales, óxidos, fluoruros, carbonatos, hidrocarburos, y aleaciones metálicas en polvo, además de un aglomerante líquido. Después de mezclar, el revestimiento es extruida sobre el alambre de núcleo y los electrodos listos se secan en lotes en hornos.
Los revestimientos de electrodos deben proporcionar un gas de protección para el arco, que le provee la estabilidad del arco, una capa protectora, forma buena soldadura, y lo más importante de todo es que un escudo de gas consume el oxígeno que lo rodea y protege el fundido de los metales a soldar. Varios tipos de electrodos están disponibles, el tipo que se está definiendo es el que por la naturaleza trae el revestimiento.
Los tipos de electrodos más importantes son el rutilo y el básico (o de bajo hidrógeno). Los electrodos de Rutilo tienen recubrimientos que contienen un alto porcentaje de óxido de titanio, son electrodos de propósito general que se controlan fácilmente y dan un buen acabado a la soldadura y además con propiedades de sonido. El básico o electrodos de bajo hidrógeno, son en los que el revestimiento tiene un alto contenido de cal, los que se fabrican con ese contenido le reducen a un mínimo la humedad para garantizar las propiedades de bajo hidrógeno. Las propiedades mecánicas de los metales de soldadura depositados con este tipo de electrodos son superiores a las de otros tipos, y los electrodos básicos se usan generalmente para soldaduras de aceros con mayor resistencia a la tracción. Cuando se produce una alta restricción, los bajos electrodos de hidrógeno también pueden ser empleados, por ejemplo, en la última construcción del cordón de la soldadura entre dos anillos de babor a estribor de la estructura de la unidad. Se requiere un soldador con experiencia en este tipo de electrodo ya que es más difícil de controlar.
La soldadura con electrodos manuales puede llevarse a cabo con la posición de la mano hacia abajo de manera desplegable, por ejemplo soldadura en la cubierta de arriba, también en el horizontal posiciones verticales, o vertical, por ejemplo a través de o hasta un mamparo, y en la posición superior para facilitar la soldadura, por ejemplo en la cubierta desde abajo (Figura 3).
La soldadura en cualquiera de estas posiciones requiere la selección de los electrodo correctos (adecuación de posición estipulada por el fabricante), ser acertivo con la técnica actual, que se realice de manera correcta, sobretodo es necesaria la experiencia del operador, para la posición vertical y sobre la cabeza.
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| Figura 3. Soldadura manual. |
Soldadura automática con hilos tubulares - alambres tubulares (FCAW)
Son a menudo usados en la soldadura mecanizada ya que permite mayores velocidades de deposición y mejora la calidad de la soldadura. Los alambres de flujo básico o rutilo tubulares se utilizan comúnmente para una soldadura de una solo cara con un soporte cerámico.
Soldadura por arco sumergido
Este es un proceso donde la soldadura por arco se mantiene dentro de una manta de fundente granulado (véase la Figura 4). Se usa un alambre de relleno consumible y así el arco se mantiene entre este cable y la placa matriz. En todo el arco granulado el flujo se rompe y ofrece algunos gases y un alto grado de protección de aislamiento térmico fundido para el arco. Esto permite una alta concentración de calor, haciendo que el proceso sea muy eficiente y conveniente para depósitos pesados a velocidades rápidas. Después de soldar el metal fundido está protegido por una capa de fundente, fundido que junto con el fundente no fundido puede recuperarse antes del enfriamiento.
Este es el proceso más utilizado para la soldadura mecánica inclinada hacia abajo, sobretodo en la industria de la construcción naval. Los aditivos de metal en polvo que resultan aumentan de 30-50 por ciento la tasa de deposición de metal, sin incurrir en un aumento en el arco, la entrada de energía puede ser de 25 mm o más de espesor para la soldadura de articulación. El arco sumergido y los sistemas de arco de múltiples hilos dobles también se utilizan para dar una alta productividad.
En los astilleros a nivel mundial, se utiliza comúnmente la adopción de una cara de soldadura en las líneas del panel del barco ya que mejora la productividad.
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| Figura 4. Soldadura por arco sumergido. |
En el proceso del arco sumergido se usa una soldadura y cortes utilizados en la construcción naval con un respaldo fundible, utilizando cualquier flujo o materiales de fibra de vidrio para contener y controlar la penetración del cordón de soldadura.
Las soldaduras y los aparatos para soldar pueden ser clasificados, tal y como en el proceso de arco protegido, el arco sale del trazado entre el perno (electrodo) y la placa a la que el espárrago al cual se adjunta. Cada perno se inserta en un mandril de soldadura con espárrago de pistola, y un casquillo cerámico se desliza sobre ella antes de que el perno so coloque contra la superficie de la placa. Al presionar el gatillo de la pistola del espárrago se retrae automáticamente la placa y el arco queda establecido, fundiendo el extremo del espárrago y la superficie de la placa local. Cuando el período de formación de arcos se completa, la corriente se apagará automáticamente y el espárrago queda metido en un baño de fusión de la soldadura del metal para conectar a la placa de estudio.
Aparte de la pistola de soldar espárragos, el equipo incluye una unidad de control para temporizar el período de flujo de corriente. El fundente granular está contenido dentro del final de cada poste para crear una atmósfera protectora durante la formación de arcos. El casquillo cerámico que rodea la zona de soldadura restringe el acceso de aire a la zona de soldadura, y también se concentra el calor del arco, y limita el metal fundido a la zona de soldadura (véase la Figura 5).
Los aparatos de soldar se utilizan a menudo en la construcción naval, y en general para la fijación de pernos, para asegurar la cubierta de madera a las cubiertas, aislamiento de los mamparos, etc.
Aparte de las diversas formas de espárragos, también hay artículos como los ganchos y los anillos disponibles comercialmente.
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| Figura 5. Soldadura botón. |
Soldadura de gas de arco cubierto
El proceso de la soldadura de alambre con gas de protección se desarrolló en la década de 1960, y fue rápidamente adoptado para la soldadura de estructuras de acero más ligeros en los astilleros, así como aleaciones de aluminio para soldadura. Los procesos de gas protector, son principalmente de naturaleza automática o semi-automática.
Tungsten Inert Gas (TIG) En el proceso de soldadura TIG el arco es la distinción entre un electrodo de tungsteno no consumible refrigerado por agua y la placa (Figura 6). Se proporciona un escudo de gas inerte para proteger el metal de soldadura de la atmósfera, y un metal de aportación se puede añadir a la piscina de soldadura si fuera necesario. La ignición del arco se obtiene por medio de una alta frecuencia al descargarse a través del hueco, ya que no es aconsejable un arco voltaico en la placa con el electrodo de tungsteno. Normalmente, en Gran Bretaña, el escudo de gas inerte es utilizado para la soldadura de aluminio y para el acero es el argón. Sólo se sueldan placas de espesores de menos de 6 mm por este proceso y, en particular la hoja de aluminio, se requiere un operador hábil para el trabajo manual.
También se conoce como soldadura de “ETIQUETAS”, es decir, la soldadura por arco de tungsteno protegido con gas.
Metal gas inerte (MIG) Esto es en efecto una extensión de soldadura TIG, el electrodo en este proceso ha de convertirse en un alambre metálico consumible.
Básicamente, el proceso es como se ha ilustrado en la Figura 6, una alimentación de alambre provee el suministro de cables a través de rodillos de guía, a través de un tubo de contacto de la antorcha hasta el arco. Un gas inerte se suministra a la antorcha para proteger el arco, y las conexiones eléctricas se realizan en el tubo de contacto y la pieza de trabajo. La soldadura se realiza siempre con una fuente de DC y el electrodo positivo para la transferencia del metal ordinario, la soldadura de aluminio se usa para eliminar la película de óxido por la acción o el cátodo en el arco. Aunque el proceso puede ser completamente automático, los procesos semi-automáticos como se ilustra con pistola tienen una mayor utilización actualmente, es adecuado en muchos casos para la aplicación al trabajo del astillero.
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| Figura 6. Soldadura de gas inerte. |
Al principio el aluminio representó la mayor parte de la soldadura MIG, utilizando el argón como el gas inerte de blindaje. Gran parte de la soldadura realizada sobre las casetas de aluminio, y el líquido de los tanques de gas metano de las compañías especializadas ha hecho uso de este proceso. Generalmente los tamaños más grandes de alambre y grandes corrientes han sido empleados en esta transferencia de trabajo de metal, en el arco una transferencia a través de una pulverización, que son gotitas de metal que se proyectan a alta la velocidad a través del arco. En la transferencia de metal bajo las corrientes en el arco son más difíciles y muy poca la fusión de los resultados de la placa, lo que ha hecho que la soldadura de la placa de aluminio ligero sea bastante difícil con el proceso de soldadura MIG / argón. La introducción del proceso de “arco pulsado”, en cierta medida supera el problema y soldadura hecha posicional es más fácil. Aquí se usa una corriente de bajo nivel, y con pulsos de alto nivel de corriente se desprenden del metal de los electrodos y se aceleran a través del arco para dar una buena penetración.
Los primeros trabajos sobre la soldadura de acero al carbono con el proceso de metal de gas inerte se hicieron usando argón como gas de protección, pero como este gas es bastante caro, para soldadura satisfactoria sólo puede llevarse a cabo en la posición inclinada hacia abajo, se buscaba un gas alternativo de blindaje. La investigación en esta dirección se concentró en el uso del CO2 como el gas de protección, y el proceso MIG/CO2 es ahora ampliamente utilizado para soldadura de acero. Utilizando los valores más altos de corriente con placa gruesa de acero, se logra una pulverización fina de transferencia del metal desde el electrodo a través el arco, con una penetración profunda. Los diámetros de alambre que se utilizan son hasta de 1,6 mm, y se requieren las corrientes por encima de unos 350 amperes para obtener esta forma de transferencia. Gran parte del trabajo con corriente alta se lleva a cabo con máquinas automáticas, pero algunas antorchas semi-automáticas están disponibles para operar en este rango en manos de los soldadores cualificados. La soldadura se inclina hacia abajo solamente.
En el recubrimiento más delgado donde las corrientes empleadas son más bajas se usa un modo diferente de transferencia de metal en el arco y se consigue con el proceso MIG/CO2.
Esta forma de soldadura se refiere como la transferencia de inmersión (o de cortocircuito) del proceso. La secuencia de transferencia de metal es: (véase la Figura 6):
1. Establecer el arco.
2. Suministro de cable en arco hasta que haga contacto con la placa.
3. Resistencia de calentamiento de alambre en contacto con la placa.
4. Efecto pellizque, separando la porción calentada del alambre como gotitas de metal fundido.
5. Volver a establecer el arco.
Para evitar un rápido aumento de la corriente y “despegue” del extremo del alambre cuando haya cortocircuitos en la placa, se introduce una inductancia variable en el circuito eléctrico. Hilos de pequeños diámetros entre 0,8 mm y 1,2 mm, se utilizan donde el método de transferencia de inmersión y se emplea en la placa más ligera a bajas corrientes.
El proceso es adecuado para la placa de acero y una luz suave de la soldadura en todas las posiciones.
Puede ser utilizado en la construcción naval como un proceso semi-automático, en particular para las casetas de soldadura y otros conjuntos de acero ligero.
El proceso de pulso MIG / argón, desarrollado para la soldadura de posición de la luz de la placa de aluminio, puede ser utilizado para la soldadura de posición de la placa de acero ligero pero es probable que resulte más caro.
El uso del proceso MIG semiautomáticas, puede aumentar considerablemente la salida de las soldaduras a menores costos.
Esta forma de soldadura también se conoce colectivamente como soldadura Mags, es decir, de metales por arco protegido por soldadura a gas.
Esta soldadura de plasma es muy similar a la soldadura TIG como se forma el arco entre un electrodo de tungsteno puntiagudo y la placa. Pero, con el electrodo de tungsteno colocado dentro del cuerpo de la antorcha, el arco de plasma se separa de la dotación de gas de protección (véase la Figura 6). El plasma es forzado a través de una boquilla de cobre con calibre fino que constriñe el arco. Al variar el diámetro del agujero y el caudal del gas de plasma, se obtienen tres modos diferentes de funcionamiento:
(a) microplasma - el arco se hace funcionar a corrientes de soldadura muy bajos (0.1 a 15 amperios) y se utiliza para las hojas delgadas de soldadura (de hasta 0,1 mm espesor).
(b) la corriente media - el arco se hace funcionar a corrientes de 15 a 200 amperios, soldadura por plasma es una alternativa a la soldadura convencional TIG. Pero con la ventaja de lograr una penetración más profunda y tener una mayor tolerancia a la contaminación superficial. Debido a la voluminosidad de la antorcha que es más adecuado para la soldadura mecanizada de la mano de la soldadura.
(c) Keyhole plasma - El arco se hace funcionar a corrientes superiores a los 100 amperios y aumentando el flujo de plasma muy potente. Esto puede penetrar hasta 10 mm de espesor, pero cuando se utiliza una técnica de una sola pasada se limita normalmente a un espesor de 6 mm. Este modo de funcionamiento se utiliza normalmente para la hoja de soldadura metálica (más de 3 mm) en la posición inclinada hacia abajo.
Otros tipos de soldadura
Hay algunos procesos de soldadura que no pueden clasificarse estrictamente como el de gas o los procesos de soldadura por arco y estos son considerados por separado.
Soldadura de electro-escoria
El proceso de soldadura electro-escoria se utiliza para soldaduras de estructura con componentes pesados de fundición, como marcos de popa y también se utilizan en una etapa anterior para realizar soldaduras verticales en el forro del costado más pesado cuando se fabrican unidades del casco, en los tramos que se apoyan en el atraque. Con el desarrollo del electro-gas el proceso de soldadura de electro-escoria ya no se utiliza para este último propósito.
Para iniciar la soldadura de un arco se golpea, pero la soldadura por resistencia se consigue con calefacción a través del flujo, una vez que se ha iniciado la soldadura el arco inicial tiene que haber sido desalentado. En la Figura 8 se ilustra el proceso de la base de electro-escoria; la corriente pasa en el baño de soldadura a través del alambre, y el de cobre refrigerado por agua retiene el baño de fusión de metal de la soldadura. Estas pueden ser mecanizadas para que se muevan hasta la placa como la soldadura y completar el proceso, siendo alimentado el flujo en la soldadura manualmente por el operador. Se utiliza en las placas un borde cuadrado para la preparación, donde se encuentra la placa de dilución para el metal de soldadura final. "Run on" y "Run off" son necesarios en las placas para detener o seguir con la soldadura, también la soldadura puede ser continua, si fuere el caso. Si se detiene será imposible evitar una inclusión de escoria importante en el soldadura, y entonces puede ser necesario cortar el metal original y comenzar de nuevo. Si se requiere que las propiedades de soldadura sean muy buenas, deberán tener una estructura de grano fino (las soldaduras de electro-escoria tienden a tener una estructura de grano grueso) es necesario llevar a cabo un tratamiento local de normalización.
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| Figura 7. Soldadura de plasma. |
Electro-soldadura de gas
Para el constructor es de mayor interés el desarrollo de la soldadura de electro-gas. Esta es de hecho una soldadura por arco, el proceso que combina las características de soldadura de gas apantallado con las de soldadura de electro-escoria. Son refrigerados por agua de cobre similares a los se utilizan en el proceso de soldadura del electro-escoria, pero se usa un alambre con núcleo de fundente en lugar de un alambre desnudo que se alimenta en el baño de soldadura. La fusión se obtiene por medio de un arco establecido entre la superficie del baño de soldadura y el alambre, y el CO2 o CO2 con argón, se suministra una mezcla de gas de protección desde las boquillas por separado o por los agujeros situados centralmente cerca de la parte superior de los de cobre. El sistema es mecanizado utilizando un sistema automático vertical hacia arriba de la máquina de soldadura, es alimentada por una fuente de energía que tiene un circuito de bucle cerrado de refrigeración, además de un sensor de nivel que ajusta automáticamente la velocidad de desplazamiento vertical.
El proceso más adecuado para las placas de soldadura es en un intervalo de espesor de 13 a 50 mm con los preparativos para cuadrados o en V, por tanto se utiliza en la soldadura para fines de construcción naval de las culatas verticales al lado del montaje de paneles de concha o de las juntas a topes verticales del terminal, para unirse a los bloques de construcción en el puesto de atraque o muelle. Para este fin es preferible el uso de una culata “w” simple o doble con el proceso de electro-gas, ya que manualmente se puede culminar la soldadura si se produce cualquier avería. Uno cuadrado con apreciables diferencias sería casi imposible de superar de forma manual.
La soldadura por láser
La soldadura láser se utiliza en la industria de la construcción naval y promete tanto como la soldadura que en sus procesos ofrecen la entrada de bajo calor y por lo tanto, tienen una mínima distorsión en las placas soldadas y en los refuerzos.
Para aplicaciones de soldadura de construcción naval la fuente de láser es también el CO2 (véase el corte con láser) o Nd: YAG (Neodimio-itrio-aluminio-granate) cristales. Debido a la amplia gama de potencias aplicadas y las densidades de potencia disponible de Nd: YAG, son posibles diferentes métodos de soldadura. Si el láser está en modo pulsado y la temperatura de la superficie es inferior al punto de ebullición, la transferencia de calor es predominantemente por conducción y se produce una soldadura limitada. Si la potencia aplicada es mayor (para una determinada velocidad), comienza la ebullición en el baño de soldadura y la soldadura que se forma puede tener una penetración profunda. Después del pulso, el material fluye de nuevo en la cavidad y se solidifica. Ambos métodos se pueden utilizar para producir puntos de soldadura o soldaduras de 'Interés'. "los juegos de soldadura” láser se han utilizado en la construcción naval, en piezas amenazadoras que están siendo soldadas a los paneles de las placas o del lado de la placa única. La costura de la soldadura se produce por una secuencia de la superposición de la penetración profunda de los planos de las soldaduras o por la formación de un baño de soldadura de fundido continuo.
La soldadura por láser pulsado se utiliza normalmente en espesores por debajo de aproximadamente 3 mm.
Mayor potencia (4 a 10 Kw) Nd onda continua: YAG se usan en materiales de soldadura de tipo bocallave de 0,8 a 15 mm de espesor. Nd: YAG láseres se pueden utilizar en una amplia gama de aceros y aleaciones de aluminio. También debido a la posibilidad de utilizar fibra óptica, Nd.YAG proyecta láseres que se utilizan a menudo con la combinación de robots de brazo articulado para fabricar unidades de soldaduras de forma compleja.
Dado que el rayo puede quemar la piel o dañar gravemente los ojos, el láser Nd.YAG requiere recintos totalmente opacos en el taller de fabricación para el uso del láser Nd.YAG y su longitud de onda.
La soldadura por arco de láser híbrido también se utiliza en la industria de la construcción naval. Siendo esta una combinación de láser y la soldadura por arco que produce una penetración profunda y soldaduras con buena tolerancia con las juntas pobres que están para arriba. El láser Nd.YAG es combinado con un gas de soldadura por arco de metal (LASER-MAG).
Soldadura térmica
Este es un método de soldadura muy útil que puede ser utilizado para soldar grandes secciones de acero, por ejemplo partes del marco de una popa. De hecho, es utilizado a menudo para reparar acero forjado de esta naturaleza.
Soldadura de termita es básicamente un proceso de fusión, el calor necesario para iniciar se consigue a partir de una mezcla de polvo de aluminio y óxido de hierro. Los extremos de la pieza a soldar se construyen inicialmente en un molde de arena o de grafito, mientras que la mezcla se vierte en un crisol con revestimiento refractario. La ignición de esta mezcla que se obtiene con la ayuda de un polvo altamente inflamable que consiste en su mayoría de peróxido de bario. Durante la reacción posterior dentro del crisol el oxígeno abandona el óxido de hierro y se combina con el aluminio para producir óxido de aluminio, o escoria, y es sobrecalentado acero termita. Este acero que se realiza en el molde donde se precalienta y se funde y se mezcla, finalmente, con los extremos de las partes a unir. Cuando se enfría una articulación continua el molde se retira.
Por fricción [1]
La soldadura por fricción es una disciplina relativamente nueva, muchos materiales han sido soldados de esta manera en la industria de la construcción naval y es probable que sea más ampliamente utilizada.
La soldadura por fricción es un proceso de estado sólido que ofrece ventajas durante la soldadura por fusión para ciertas aplicaciones. En la producción de las juntas a tope, se utiliza una herramienta no consumible que gira el pasador perfilado, de los cuales se sumergen en la articulación en cono de dos placas y luego se mueve a lo largo de la articulación. El material de la placa se ablanda en dos placas y obliga que alrededor de la rotación del pasador perfilado que resulta en una la unión en estado sólido entre las dos placas (ver la Figura 8, soldadura por fricción). Para contener el material ablandado en la línea de la articulación se utiliza una barra de apoyo y el hombro herramienta bajo presión retiene el material en la superficie superior. Ambas placas de ida y vuelta requieren el uso importante de abrazaderas por las considerables fuerzas implicadas.
Las placas con diferentes espesores pueden ser soldadas a tope por la inclinación de la rotación de la herramienta (Figura 9).
El proceso se utiliza actualmente para la soldadura de las placas de aleación de aluminio, extrusiones de aleación de aluminio o fundición de diferentes aluminios y las aleaciones pueden ser unidas bajo este proceso. Sin embargo, no se ha desarrollado un material adecuado para el uso de una herramienta rotativa que permita la soldadura por fricción de acero.
Las aplicaciones típicas de la soldadura por fricción son para la construcción de paneles de aleación de aluminio para la cubierta de las embarcaciones de alta velocidad, de perfiles estructurales y de paneles de aluminio de aleación de nido de abeja para los mamparos de cabina de pasajeros de buques.
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| Figura 8. Soldadura electro-gas y electro-escoria. |
Procesos de corte
Para dar forma en los astilleros, las placas de acero y sus secciones, en su mayoría, fueron cortadas utilizando la técnica de corte a gas, pero la introducción de la competencia con máquinas de corte de arco de plasma, ha llevado a su uso generalizado en los astilleros de hoy en día.
Corte con gas
El corte con gas se logra porque es básicamente un producto químico / reacción térmica que ocurre con las aleaciones de hierro y el hierro sólo. El hierro o sus aleaciones pueden ser calentados a una temperatura a la que el hierro se oxida rápidamente en una atmósfera de oxígeno de alta pureza.
El principio del proceso tal como se aplica al corte de placas de acero y sus secciones en la construcción naval es como sigue. Más de un área del metal pequeña es precalentada a una temperatura dada, con una corriente restringida de oxígeno se hace volar hacia esta área. El hierro se oxida después en una banda estrecha, el óxido de metal fundido se elimina por la energía cinética de la corriente del oxígeno. Una estrecha brecha de los lados paralelos se deja entre el corte de los bordes. Durante toda la operación de corte, la llama de precalentamiento deja calentar la parte superior del corte, ya que la mayor parte del calor producido por la reacción en la parte delantera de corte no es instantánea, y solamente tiende a ser liberado en el nivel más bajo del corte. Los elementos de aleación en pequeñas cantidades son disueltos en la escoria y se retiran con el corte de acero.
Sin embargo, si hay grandes cantidades de elementos como la aleación de cromo, especialmente, pueden retardar y hasta prevenir el corte. La razón de esto es que, disminuyen la fluidez de la escoria o producen una fuerte película de óxido sobre la superficie que impide la posterior oxidación del hierro. Esto se puede superar mediante la abundante introducción de un polvo de hierro en la zona de corte, a menudo esta acción se refiere como "polvo de corte". Al cortar aceros o acero inoxidable que tienen alto contenido de cromo sería utilizado el "polvo de corte".
Generalmente se utiliza acetileno con oxígeno para proporcionar la llama de precalentamiento pero para los gases se pueden utilizar otros como el propano, por ejemplo, o el hidrógeno, que es utilizado para el trabajo bajo el agua debido a su compresibilidad. Aparte de la antorcha, el equipo es similar a la de soldadura de gas. La antorcha tiene válvulas para controlar el volumen de acetileno y oxígeno proporcionados para precalentar la llama, y tiene una válvula separada para controlar el chorro de oxígeno (ver Figura 10).
El proceso de corte con oxi-acetileno ha sido altamente automatizado para su uso en astilleros. Un proceso con una llama de oxígeno-acetileno es utilizado ampliamente para trabajos pequeños, durante la fabricación y montaje de las unidades.
El corte de arco de plasma, es en este sentido, una masa de gas ionizado que conduce la electricidad. Un electrodo está conectado al negativo de un terminal de alimentación de corriente continua y un escudo de gas para el arco se suministra a través de una boquilla que tiene un orificio menor que el diámetro natural del arco.
Como resultado, se obtiene un arco constreñido que tiene una temperatura considerablemente mayor que la de un arco abierto. El arco se establece entre el electrodo y la de pieza de trabajo cuando el gas ionizado entra en contacto con el trabajo.
Este gas se ioniza en el primer lugar por una descarga eléctrica subsidiaria entre el electrodo y la tobera. Las placas se cortan por la alta temperatura del arco concentrado en la fundición de la materia a nivel local (Figura 9). |
| Figura 9. Soldadura por fricción y agitación. |
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| Figura 10. Proceso de corte metálico. |
Una inyección de agua en el sistema de corte de arco de plasma está disponible para el corte de materiales hasta 75 mm de espesor, utilizando nitrógeno como gas portador. Es posible una velocidad de corte más alta minimizando la contaminación con el uso de agua y un sistema de escape alrededor de la antorcha.
Las reservas de agua en el corte se utilizan a menudo con el plasma - corte por arco, pero los sistemas más recientes han prescindido de corte bajo el agua. El corte en el agua absorbe las partículas de polvo, reduce el ruido del plasma y la radiación ultravioleta de las cortadoras de plasma anteriores.
Las ranuras hechas por el gas y los procesos de soldadura por arco pueden ser modificadas, para producir depresiones poco profundas en las placas y formar el borde que luego se usará en la soldadura, donde la precisión no es tan importante.
El sobre-corte es particularmente útil en la construcción naval, se refiere a la limpieza de las espaldas de las soldaduras para exponer el metal limpio, antes de depositar una soldadura y su posterior ejecución. La alternativa para esta tarea es excavar mecánicamente el astillado por lo que resulta una tarea lenta y ardua.
Por lo general cuando se aplica el sobre-corte se conoce como “arco al aire” y utiliza ranura. Se emplea un electrodo tubular, el metal del electrodo conduce la corriente y el arco se mantiene con una intensidad suficiente para calentar la pieza de trabajo hasta la incandescencia. Mientras que el arco se mantiene, una corriente de oxígeno es descargada desde el ánima del electrodo que se inflama, el electrodo de metal incandescente y los elementos combustibles de la pieza de trabajo. Al mismo tiempo, la energía cinética del exceso de oxígeno elimina los productos de combustión, y se produce un corte. Realizado en un ángulo con respecto a la placa del electrodo se saca el material no deseado (Figura 9).
Un soplete de corte de gas puede estar provisto de boquillas especiales que permiten hacer ranuras que se logran cuando el soplete se lleva a cabo en un ángulo agudo con la placa.
El corte por láser y cepillado de perfil a altas velocidades pueden ser obtenidos con un haz de láser concentrado, cada vez más empleado de forma mecanizada o robótica en la industria de la construcción naval en los últimos años. Un rayo de luz del láser es una longitud de onda, que se desplaza en la misma dirección, y es coherente, es decir, todas las ondas están en fase. Una viga puede ser enfocada y dar altas densidades de energía.
Para la soldadura y el corte de la viga se genera un láser de CO2. Este consta de un tubo lleno con una mezcla de CO2, nitrógeno y helio que es causado por fluorescencia por una descarga de alto voltaje. El tubo emite una radiación infrarroja con una longitud de onda de aproximadamente 1,6 micras y es capaz de ofrecer salidas de hasta 20 Kw
El corte con láser se basa en keyholing para penetrar en el espesor, y el fundido metálico es expulsado del agujero por un chorro de gas. Está provisto de una boquilla concéntrica con la salida de un láser de CO2, de modo que un chorro de gas puede ser dirigido al trabajo coaxial con el haz de láser. El chorro puede ser un gas inerte de nitrógeno, o en el caso del acero, el oxígeno. Con oxígeno no es una reacción exotérmica lo que da calor adicional en el corte oxi-combustible. El keyholing térmico da un estrecho corte recto en comparación con los cortes obtenidos con otros procesos normales de corte, aquellos que dependen de una reacción química.
Corte con chorro de agua
La herramienta de corte empleada en este proceso es un chorro de agua concentrado, con o sin abrasivo, que se libera a partir de un tobera a 21/2 veces la velocidad del sonido y en un nivel de presión de varios miles de bar. El corte por chorro de agua se puede utilizar en una amplia gama de materiales, madera, plásticos, caucho, etc., así como aceros y aleaciones de aluminio. Se puede cortar el acero dulce de 0,25 mm a 150 mm de espesor en aleaciones y aluminio de 0,5 mm a 250 mm de espesor. Siendo un proceso de corte en frío el calor afecta la zona, las tensiones mecánicas y la distorsión se quedan en la superficie de corte.
El corte por chorro de agua es más lento que los procesos de corte térmicos y no es una máquina portátil.
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| Procesos de Soldadura y cortes utilizados en la construcción de Buques. |
