Tipos de uniones fijas

En primer lugar clasificaremos las uniones en cuanto a su metodo de union:

Las uniones en cuanto a su metodo de union se clasifican en:

Soldadura es la unión de dos piezas metálicas de igual o parecida composición, de forma que la unión quede rígida y estanca.

La soldadura oxiacetilénica es la forma más difundida de soldadura autógena.No es necesario aporte de material. Este tipo de soldadura puede realizarse con material de aportación de la misma naturaleza que la del material base (soldadura homogénea) o de diferente material (heterogénea) y también sin aporte de material (soldadura autógena). Si se van a unir dos chapas metálicas, se colocan una junto a la otra. Se procede a calentar rápidamente hasta el punto de fusión solo la unión y por fusión de ambos materiales se produce una costura.Para lograr una fusión rápida (y evitar que el calor se propague) se utiliza un soplete que combina oxígeno (como comburente) y acetileno (como combustible). La mezcla se produce con un pico con un agujero central del que sale acetileno, rodeado de 4 o más agujeros por donde sale el oxígeno. Ambos gases se combinan en una caverna antes de salir al pico, por donde se produce una llama color celeste, muy delgada. Esta llama alcanza una temperatura de 3500ºC. Se pueden soldar distintos materiales: acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas aleaciones. Tanto el oxígeno como el acetileno se suministran en botellas de acero estirado, a una presión de 15 kpa/cm² para el acetileno y de 200 kpa/cm² para el oxígeno. El acetileno además se puede obtener utilizando un gasógeno que hidrata carburo, aunque es una práctica poco aconsejable, dado que hay que resguardar el carburo de un elemento tan abundante como es el agua. En caso de incendio, hay que apagar con polvo químico o CO2, dado que el agua aviva el fuego al generar acetileno.

Soldadura por puntos de resistencia: Para realizar la soldadura por puntos se aplica sobre las chapas a unir una corriente eléctrica. Esta corriente se transmite a través de unos electrodos con una determinada presión lo que eleva la temperatura de los materiales en ese punto a un estado pastoso en el cual se unen debido a la presión ejercida en el procedimiento (forja). Para que la soldadura sea eficaz se deben tener en cuenta factores como:

Presion: Ejercer la presión adecuada, alrededor de los diez kilogramos por milímetro cuadrado según el espesor y el material a soldar (Para los aceros actuales este valor incrementa).

Intensidad: La intensidad de la corriente debe ser la máxima sin llegar a fusionar el material. Hay que utilizar una máquina de soldadura por puntos de 10.000 mil a 12 mil amperios en adelante.. para poder soldar aceros de aleaciones de alta resistencia, ultra alta resistencia, acero al boro, etc..

Tiempo: El tiempo de soldadura debe ser corto y siempre dependiendo del espesor del material. El no necesitar material de aportación es una ventaja de este tipo de soldadura. Esta soldadura es rápida, limpia y fuerte.

Soldadura por arco: hay diversos tipos pero los mas utilizados son:

Soldadura por arco manual con electrodos revestidos: La característica más importante de la soldadura con electrodos revestidos, en inglés Shield Metal Arc Welding (SMAW) es que el arco eléctrico se produce entre la pieza y un electrodo metálico recubierto. El recubrimiento protege el interior del electrodo hasta el momento de la fusión. Con el calor del arco, el extremo del electrodo funde y se quema el recubrimiento, de modo que se obtiene la atmósfera adecuada para que se produzca la transferencia de metal fundido desde el núcleo del electrodo hasta el baño de fusión en el material base. Además los aceros AWS en soldadura sirven para soldaduras de baja resistencia y muy fuertes. Estas gotas de metal fundido caen recubiertas de escoria fundida procedente de la fusión del recubrimiento del arco. La escoria flota en la superficie y forma, por encima del cordón de soldadura, una capa protectora del metal fundido.Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de metal fundido, será necesario reponerlos cuando se desgasten. Los electrodos están compuestos de dos piezas: el alma y el revestimiento.El alma o varilla es alambre (de diámetro original 5.5 mm) que se comercializa en rollos continuos. Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecánicamente (a fin de eliminar el óxido y aumentar la pureza) y posteriormente lo trefila para reducir su diámetro. El revestimiento se produce mediante la combinación de una gran variedad de elementos (minerales varios, celulosa, mármol, aleaciones, etc.) convenientemente seleccionados y probados por los fabricantes, que mantienen el proceso, cantidades y dosificaciones en riguroso secreto.La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS (American Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la soldadura.Este tipo de soldaduras pueden ser efectuados bajo corriente tanto continua como alterna. En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender y las salpicaduras son poco frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con soldaduras de piezas gruesas. La corriente alterna posibilita el uso de electrodos de mayor diámetro, con lo que el rendimiento a mayor escala también aumenta. En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre 10 y 500 amperios. El factor principal que hace de este proceso de soldadura un método tan útil es su simplicidad y, por tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos de soldadura disponibles, la soldadura con electrodo revestido no ha sido desplazada del mercado. La sencillez hace de ella un procedimiento práctico; todo lo que necesita un soldador para trabajar es una fuente de alimentación, cables, un portaelectrodo y electrodos. El soldador no tiene que estar junto a la fuente y no hay necesidad de utilizar gases comprimidos como protección. El procedimiento es excelente para trabajos, reparación, fabricación y construcción. Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su campo de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura de taller se efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier espesor y se pueden hacer uniones de cualquier tipo.Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su automatización o semiautomatización; su aplicación es esencialmente manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto, es un proceso principalmente para soldadura a pequeña escala. El soldador tiene que interrumpir el trabajo a intervalos regulares para cambiar el electrodo y debe limpiar el punto de inicio antes de empezar a usar electrodo nuevo. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparación, un soldador eficiente puede ser muy productivo.

Soldadura TIG: El objetivo fundamental en cualquier operación de soldadura es el de conseguir una junta con la misma característica del metal base. Este resultado sólo puede obtenerse si el baño de fusión está completamente aislado de la atmósfera durante toda la operación de soldeo. De no ser así, tanto el oxígeno como el nitrógeno del aire serán absorbidos por el metal en estado de fusión y la soldadura quedará porosa y frágil. En este tipo de soldadura se utiliza como medio de protección un chorro de gas que impide la contaminación de la junta. Tanto este como el siguiente proceso de soldeo tienen en común la protección del electrodo por medio de dicho gas. La soldadura TIG, se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente que normalmente, como indica el nombre, es de tungsteno. A diferencia que en las soldaduras de electrodo consumible, en este caso el metal que formará el cordón de soldadura debe ser añadido externamente, a no ser que las piezas a soldar sean específicamente delgadas y no sea necesario. El metal de aportación debe ser de la misma composición o similar que el metal base; incluso, en algunos casos, puede utilizarse satisfactoriamente como material de aportación una tira obtenida de las propias chapas a soldar.La soldadura TIG se trabaja con corrientes continua y alterna. En corriente continua y polaridad directa, las intensidades de corriente son del orden de 50 a 500 amperios. Con esta polarización se consigue mayor penetración y un aumento en la duración del electrodo. Con polarización inversa, el baño de fusión es mayor pero hay menor penetración; las intensidades oscilan entre 5 y 60 A. La corriente alterna combina las ventajas de las dos anteriores, pero en contra da un arco poco estable y difícil de cebar.La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar.

Soldadura por electrodo consumible protegido:

Este método resulta similar al anterior, con la salvedad de que en los dos tipos de soldadura por electrodo consumible protegido, MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), es este electrodo el alimento del cordón de soldadura. El arco eléctrico está protegido, como en el caso anterior, por un flujo continuo de gas que garantiza una unión limpia y en buenas condiciones.En la soldadura MIG el gas es inerte; no participa en modo alguno en la reacción de soldadura. Su función es proteger la zona crítica de la soldadura de oxidaciones e impurezas exteriores. Se emplean usualmente los mismos gases que en el caso de electrodo no consumible, argón, menos frecuentemente helio, y mezcla de ambos.En la soldadura MAG, en cambio, el gas utilizado participa de forma activa en la soldadura. Su zona de influencia puede ser oxidante o reductora, ya se utilicen gases como el dióxido de carbono o el argón mezclado con oxígeno. El problema de usar CO2 en la soldadura es que la unión resultante, debido al oxígeno liberado, resulta muy porosa. Además, sólo se puede usar para soldar acero, por lo que su uso queda restringido a las ocasiones en las que es necesario soldar grandes cantidades de material y en las que la porosidad resultante no es un problema a tener en cuenta.El uso de los métodos de soldadura MIG y MAG es cada vez más frecuente en el sector industrial.

Uniones pegadas:
Desde hace mucho tiempo se utiliza el pegado para madera,goma, tejido y plásticos. La aparición de modernos adhesivos de resinas sintéticas ha permitido aplicar esta técnica también para metales ligeros y aceros.Las principales características son el peso reducido, costes y tiempos de fabricación menores, estanqueidad de la unión y una elevada resistencia. Tambiénes una ventaja elque permite realizar uniones entre materiales muy diferentes. Al contrario que con la soldadura, la distribución de tensiones que se consigue es uniforme, y no se producen deformaciones inadmisiblemente elevadas por calentamiento ni se modifica la estructura del material. Además,los adhesivos absorben golpes y vibraciones.Como desventaja se puede citar que este tipo de unión es inadecuada para temperaturas elevadas, estando el límite de temperatura para la mayoría de adhesivos entre 80 y 120ºC,si bien algunos adhesivos especiales llegan a soportar 450ºC.Hay que tener en cuenta además que las piezas a unir mediante pegado requieren de una cuidadosa limpieza y preparación previa. Este tipo de uniones no tiene buen comportamiento ante solicitaciones de flexión, tracción y despellejado, por lo que hay que evitar dichas situaciones. En las uniones pegadas aparecen pérdidas de resistencia por envejecimiento.

Aluminio. Uso en el automovil.

Empezaremos explicando el proceso de obtencion del aluminio.

El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. Una parte muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje.La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita. Es un mineral rico en aluminio, entre un 20% y un 30% en masa, frente al 10% o 20% de los silicatos alumínicos existentes en arcillas y carbones. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, y donde el aluminio se presenta en varias formas hidróxidas como la gibbsita Al (OH)3, la boehmita AlOOH y la diásporo AlOOH.La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución caliente de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve los compuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan.Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución cáustica del aluminio se enfría luego para recristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se recupera para su ulterior uso. Finalmente, se calcina el hidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C, para formar la alúmina.El óxido de aluminio así obtenido tiene un punto de fusión muy alto (2000 °C) que hace imposible someterlo a un proceso de electrolisis. Para salvar este escollo se disuelve en un baño de criolita, obteniéndo una mezcla eutéctica con un punto de fusión de 900 °C. A continuación se procede a la electrólisis, que se realiza sumergiendo en la cuba unos electrodos de carbono (tanto el ánodo como el cátodo), dispuestos en horizontal. Cada tonelada de aluminio requiere entre 17 y 20 MWh de energía para su obtención, y consume en el proceso 460 kg de carbono, lo que supone entre un 25% y un 30% del precio final del producto, convirtiendo al aluminio en uno de los metales más caros de obtener. El aluminio obtenido tiene un pureza del 99,5% al 99,9%, siendo las impurezas de hierro y silicio principalmente. De las cubas pasa al horno donde es purificado mediante la adición de un fundente o se alea con otros metales con objeto de obtener materiales con propiedades específicas. Después se vierte en moldes o se hacen lingotes o chapas.

Bauxita

El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario.La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica.El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también es fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable.

En este enlace se muestra el precio del aluminio de primera y segunda generacion y el precio del acero.

Caracteristicas mecanicas del aluminio:es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura. Aqui se muestran las diferentes propiedades que tienen el aluminio y el acero. Una propiedad a resaltar es el peso del aluminio que es mucho mas ligero que el acero.

             Utilizacion del aluminio en el automovil.

El aluminio en la fabricación de automóviles tiene su origen en la utilización de este material para desarrollar diferentes elementos mecánicos. Su uso más generalizado se centraba en la fabricación de bloques de motor, culatas, elementos de refrigeración, llantas, cunas de motor, entre otros, por su fácil mecanización, ligereza, buen comportamiento frente a la corrosión con el oxigeno y sus buenas cualidades para la evacuación de calor de dichos elementos. Una excepción a esta generalización, es la firma Rover, ya que utilizo el aluminio para la fabricación de carrocerías (no así bastidores), debido a que una vez finalizada la segunda guerra mundial, motivado por la crisis económica provocada por esta contienda el acero era estrictamente racionado y en cambio había excedente de aluminio.

Una carrocería de automóvil fabricada en aluminio en lugar de en acero, puede reducir el peso alrededor de 100 a 150 kg. La ligereza en el automóvil es un factor muy importante ya que cada 100 kilogramos de reducción de peso en un automóvil suponen una reducción del consumo en torno a 0,35 litros cada 100 kilómetros, y unas emisiones de CO2 de 8,8 gramos menos por kilómetro.

Así mismo, el uso del aluminio para la fabricación de la carrocería de automóvil también mejora el rendimiento de los mismos, ya que los coches más ligeros, tienen una mayor aceleración y además necesitan una menor distancia para frenar.

Hasta hace unos años, se podía ver modelos, pero de cierta exclusividad montando carrocerías de aluminio, Honda NSX, Ferrari, Jaguar, sin embargo, en los últimos 15 años se han ido incorporando piezas de aluminio a los elementos de la carrocería, siendo el aluminio el metal más utilizado después del acero.

Vehículos fabricados en grandes series como el Audi A8, Audi A2, el BMW Serie 5 y el Renault Vel-Satis, son ejemplo de estructuras total o parcialmente construidas en este material.

Desde el año 2000, se comenzó a incorporar de forma generalizada piezas exteriores de este material en; capós, aletas, paneles de puerta e incluso techos.

En la carrocería de un automóvil la pieza que más frecuentemente se fabrica en aluminio es el capo, se consigue una reducción media de peso respecto de un capo de acero de un 40%, aunque el coste económico del mismo sea aproximadamente un 50% mayor.

Ventajas e inconvenientes del aluminio frente a los aceros de última generación en el automóvil.

Las principales ventajas del aluminio son:

Peso: El aluminio es ligero, con una densidad de un tercio de la del acero: 2,700 kg/m3.

Resistencia:El aluminio presenta una resistencia a la tracción de entre 70 a 700 MPa dependiendo de la aleación y del proceso de elaboración. Los perfiles extruidos de aluminio con una aleación y un diseño apropiados pueden llegar a ser tan resistentes como el acero estructural.

Elasticidad:El módulo de elasticidad (módulo de Young) del aluminio es un tercio que el del acero (E=70.000 MPa). Esto significa que el momento de inercia debe ser tres veces mayor en una extrusión de aluminio para lograr la misma deflexión que un perfil de acero.

Facilidad de conformado: El aluminio posee una facilidad de conformado óptima, una característica que se aprovecha al máximo en la extrusión. El aluminio también se puede soldar, curvar, estirar, punzonar y fresar.

Resistencia a la corrosión:Una fina capa de óxido se forma en contacto con el aire, lo que brinda una excelente protección contra la corrosión aun en ambientes agresivos.Esta capa se puede fortalecer aún más mediante acabados superficiales como el anodizado o el recubrimiento con pintura.

La elevada reciclabilidad: El aluminio es reutilizable casi ilimitadamente, evitando los residuos y protegiendo con ello el medio ambiente. También conviene saber que es el metal de mayor presencia en la superficie terrestre, y que sin embargo el proceso de obtención del aluminio necesita una alta cantidad de energía en comparación con otros metales como el acero, pero esta cantidad de energía se reduce en gran medida en el proceso de producción secundario, en el reciclaje, factor que se tiene en cuenta por la industria a la hora de ahorrar dinero en forma de energía.

El aluminio tiene algunos inconvenientes frente al acero:

La temperatura de fusión: La temperatura de fusión del aluminio es muy inferior a la del acero, además la capa de alúmina que se forma en la superficie de la pieza posee una temperatura de fusión muy elevada (2050C) en comparación con los 660C del aluminio, lo que es un impedimento grave para la obtención de soldaduras correctas, así pues, habrá que eliminarla para poder realizar una soldadura adecuada.

Posee mala reparabilidad:  Las piezas de aluminio son difíciles de reparar, tanto a la hora de soldar, por lo visto anteriormente, como cuando se va a reparar una pieza que resulta dañada por un impacto, ya que se produce un endurecimiento del material, provocando una mayor rigidez y una mayor dificultad a la hora de desabollarlo. Las herramientas que se emplean en los trabajos con piezas de aluminio, deben ser especiales y sólo utilizadas para este material, ya que si no corren el riesgo de que se contaminen con otros materiales, pudiendo provocar una corrosión de contacto en el aluminio.

El aluminio tiene un precio muy alto si lo comparamos con el acero pero en la actualidad el aluminio se esta imponiendo en el automovil gracias a las multiples ventajas que tiene sobre el acero.

Practica 17: Soldadura por punto calado y punto tapon MIG/MAG.

Empezamos cortando con la cizalla manual 3 chapas de 200x50x0.8 y limamos las chapas. Con unos alicates de plegar por la parte larga y por un lado realizamos el escalonamiento en dos chapas. En la otra chapa hacemos los agujeros que utilizaremos para realizar el punto tapon. 

Cogemos una chapa escalonada y la plana por el lado de los agujeros para realizar el punto tapon. Con unas presillas sujetamos bien las chapas.Es muy importante que las chapas esten bien sujetadas para que los puntos calen. Realizamos el ajuste la maquina de soldar utilizando chapas viejas utilizando en este caso una intensidad 5 y realizamos la soldadura por punto tapon. Despues cogemos la otra chapa eslalonada y la sujetamos al otro lateral de la chapa plana para realizar la soldadura por punto calado.Por ultimo limamos todo el perimetro de la chapa.

Riesgos que existen en esta practica quemaduras si coges la chapa recien soldada y problemas de vision si no utilizas una careta de soldar. 

Epis utilizados en esta practica: guantes, mascara de soldar, peto y botas de seguridad. 

Herramientas empleadas: lapiz, cizalla manual, alicates de plegar, limas, presillas y maquina de soldar MIG/MAG. 

Lo mas dificil de la practica es regular la maquina de soldar para conseguir un buen calado de los puntos y no se produzcan agujeros en la chapa.