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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Procesos de Manufactura

Soldadura fuerte, soldadura blanda, adhesión y procesos de sujeción mecánica • Karen Ma. Cecilia Vega Sixtos •Yosselyn Ivonne Anaya Flores •Vargas Carrillo Guillermo •Giovana Gpe. Ramirez Garza M.I. Maribel Hernández Muñoz

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Contenido Introducción  Soldadura Fuerte  Soldadura Blanda  Adhesión  Sujeción mecánica  Unión de plásticos  Conclusión 


Objetivo 

Conocer sobre los procesos y técnicas de unión por soldadura fuerte, soldadura blanda y adhesión, así como sus ventajas y limitaciones en las técnicas de sujeción mecánica.


Introducción Se describen procesos de unión en donde primero se ponen o se suministran los metales de aporte a la unión; después se funden con una fuente externa de calor. Al solidificar se obtiene una junta fuerte. Se describen las ventajas y limitaciones de las técnicas de sujeción mecánica y se concluye nuestra descripción de todos los métodos que se usan con frecuencia para unir.


Soldadura fuerte Es un proceso en el que se coloca un metal de aporte en o entre las superficies de uni贸n, y se eleva la temperatura lo suficiente para fundir el metal de aporte pero no las piezas.


Equipo


Tipos de soldadura fuerte La soldadura fuerte (latonada) ordinaria

La soldadura fuerte por oxi-gas y material de aporte


El dise帽o de la uni贸n

La resistencia de la uni贸n soldada La adhesi贸n en las interfases entre las piezas y el metal de aporte.


Materiales de aporte Se suministran en diversas formas (alambre, anillos, bandas y limaduras).

Son importantes la elección del metal de aporte y su composición química para evitar fragilización de la unión (por penetración del metal líquido en los límites de grano),

formación de compuestos intermetálicos frágiles en la unión y corrosión galvánica en la unión.


Fundentes 

Es esencial para evitar la oxidación y eliminar las capas de óxido de las superficies de las piezas.

Están hechos de bórax, ácido bórico, boratos fluoruros y cloruros.

Son esenciales las superficies limpias para obtener las características adecuadas de humectación y difusión del metal de aporte fundido en la unión, y para desarrollar la resistencia máxima en la unión.


Métodos de soldadura fuerte 1.Soldadura fuerte con soplete 2.Soldadura fuerte al horno 3..Soldadura fuerte por inducción

4.Soldadura fuerte por resistencia 5.Soldadura por fuerte inmersión 6.Soldadura fuerte vía infrarroja 7.Soldadura fuerte por difusión


1.Soldadura fuerte con soplete 

Fuente de calor que es oxicombustible con llama carburizante.

Se hace calentando primero la unión con el soplete y después depositando la varilla o alambre de soldadura en la unión.


2.Soldadura fuerte al horno Se limpian primero las piezas y despuĂŠs se precargan con el metal de soldadura en configuraciones adecuadas antes de llevarlas a un horno. ď‚— No se requiere mano de obra especializada, y se pueden soldar formas complicadas. ď‚—


3.Soldadura fuerte por inducción Es una corriente alterna de inducción, de alta frecuencia.  Las piezas se precargan con metal de aporte y se colocan cerca de las bobinas de inducción donde se calientan con rapidez. 


Perforados comunes de metal que se emplean en la soldadura por inducci贸n


Colocaci贸n y dise帽o de las bobinas para soldadura fuerte por inducci贸n


4.Soldadura fuerte por resistencia

La fuente de calor es la resistencia elĂŠctrica de los componentes por soldar. ď‚— Las partes se precargan con metal de aporte. ď‚—


5.Soldadura por fuerte inmersión 

Se hace sumergiendo los conjuntos por soldar en un baño de metal de aporte fundido, o bien en un baño de sal fundida a una temperatura justo arriba del punto de fusión del metal de aporte.


6.Soldadura fuerte vía infrarroja La fuente de calor es una lámpara de cuarzo de gran intensidad.  Este proceso se adapta en especial para soldar componentes muy delgados, por lo general de menos de 1 mm (0.04pulg) de espesor. 


7.Soldadura fuerte por difusión 

Se hace en un horno  Se usa para obtener donde con el control uniones resistentes traslapadas o a tope, y adecuado de la para operaciones difíciles temperatura y el de unión. tiempo el metal de aporte se difunde en las superficies de  unión de los componentes por unir.


Método de Soldadura

Espesor adecuado de las piezas

Costo de Equipo

1.Soldadura fuerte con 0.25 a 6mm (0.01 a 0.25 soplete pulg) 2.Soldadura fuerte al horno

300 dólares a 50,000 dólares 2,000 dólares a 300,000 dólares

3.Soldadura fuerte por inducción

< de 3mm (0.125 pulg)

10,000 dólares

4.Soldadura fuerte por resistencia

0.1 a 12 mm (0.004 a 0.5pulg)

1,000dólares hasta 10,000 dólares

5.Soldadura por fuerte inmersión

< de 5 mm (0.2pulg) de diámetro o espesor.

2,000 hasta más de 200,000 dólares.

6.Soldadura fuerte vía infrarroja

< de 1 mm (0.04pulg)

500 a 30,000 dólares

7.Soldadura fuerte por difusión

Láminas hasta 50 mm (2 pulg)

50,000 y 300,000 dólares


Soldadura fuerte por oxi-gas Se usa un soplete oxiacetilénico con llama oxidante y se deposita el metal de aporte en la unión, más que por acción capilar.  Se usa bastante más metal de aporte que en el latonado. 


Sin embargo, las temperaturas en la soldadura fuerte son en general menores que en la soldadura por fusión, y es mínima la distorsión de las piezas.  La aplicación principal del latonado es para trabajos de mantenimiento y reparación como por ejemplo en piezas ferrosas fundidas y en componentes de acero 


Diseño para soldadura fuerte Las uniones resistentes requieren mayor área de contacto en la soldadura fuerte que en la normal.  El espacio característico de unión en la soldadura fuerte va de 0.025 a 0.2 mm (0.001 a 0.008 pulg).  Estos espacios libres deben ajustar con un margen de tolerancia dimensional muy pequeño, porque mayores holguras reducen la resistencia de la unión.  Se pueden requerir diversos soportes especiales para mantener unidas las piezas durante esta soldadura. 


Soldadura blanda Al metal de aporte se le llama soldadura de bajo punto de fusiรณn y se funde a temperatura relativamente baja. La soldadura blanda esta llena de la uniรณn por acciรณn capilar entre los componentes que ajustan estrechamente o estรกn prรณximos.


Técnicas de soldadura blanda •Soldadura

blanda con soplete

•Soldadura

blanda al horno

•Soldadura

blanda con cautín

•Soldadura

blanda por inducción


Soldadura blanda con pasta Las pastas de soldadura son part铆culas de metal unidas por agentes fundentes, aglomerantes y humectantes. Estas pastas tienen consistencia semis贸lida, con alta viscosidad. La pasta se coloca directamente sobre la uni贸n o sobre objetos planos. Las plantillas se usan con mucha frecuencia durante el ensamblado de componentes el茅ctricos.


Una vez que la pieza se ha colocado y ensamblada la uni贸n, se calienta la pasta en un horno y se efect煤a el proceso de soldado.

En este proceso se calienta el producto en una forma controlada para que suceda la siguiente secuencia de eventos:


Se evaporan los solventes que hay en la pasta. 2. Se activa el fundente en la pasta y se produce la acción de limpieza. 3. Se precalientan con cuidado los componentes. 4. Las partículas de soldadura se funden y humedecen la unión. 5. El ensamble es enfriado a baja velocidad para evitar choques térmicos y fracturas de la unión soldada. 1.


Soldadura blanda con olas La soldadura aplicada por olas es un mĂŠtodo muy difundido para fijar componentes de circuitos en sus tarjetas. La soldadura con olas requiere de operaciones separadas de tratamiento con fundente y precalentamiento para que de resultados.


Una onda estacionaria laminar de soldadura fundida se genera con una bomba. Las tarjetas de circuito precalentadas y con fundente, pasan sobre la ola, la soldadura humedece las superficies metĂĄlicas expuestas, pero no queda fija al paquete de polĂ­mero de los circuitos integrados ni se adhiere a las tarjetas de circuito, recubiertas de polĂ­mero.


Tipos de soldaduras y fundentes Las soldaduras funden a temperaturas de punto eutéctico de su aleación. En firma tradicional, han sido de aleaciones de estaño y plomo en varias proporciones. Por ejemplo una soldadura de 61.9% Sn y 38.1% Pb, y funde a 190°C mientras que el estaño funde a 232°C y el plomo a 327°C


Para aplicaciones especiales y para tener mayor resistencia en la uni贸n, en especial a temperaturas elevadas, se pueden usar otras formulaciones de soldadura, como esta帽o-zinc, plomo-plata, cadmio-plata y zinc-aluminio


Fundentes: En la soldadura blanda se usan fundentes como en la soldadura normal y la soldadura fuerte, para los mismos fines. Los fundentes suelen ser de dos tipos: 1.- Ácidos inorgánicos o sales, como las soluciones de cloruro de amonio y zinc que limpian con rapidez la superficie. Después de soldar, se deben eliminar los residuos de fundente lavando bien la unión con agua, para evitar la corrosión


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2.- Fundentes a base de resinas, no corrosivas, que se usan en aplicaciones elĂŠctricas.


Posibilidades del proceso por soldadura blanda La soldadura blanda es usada ampliamente en la industria de la electr贸nica. A diferencia de la fuerte las temperaturas empleadas en este proceso son relativamente bajas, por lo que una uni贸n que emplea soldadura blanda casi no tiene uso a elevadas temperaturas.


Mediante la soldadura blanda se pueden unir varios metales y diversos espesores. Aunque las operaciones manuales requieren destreza y consumen tiempo, las velocidades para la aplicaci贸n de la soldadura blanda pueden ser altas si son empleados equipos automatizados


Los lineamientos de dise帽o para la soldadura blanda se parecen a los de la soldadura fuerte. A continuaci贸n se ven algunos dise帽os de uni贸n de uso frecuente


Conclusiones: La soldadura blanda es muy útil sobre todo para materiales de bajo carbono y eléctricos, como las placas que cortamos en el laboratorio, o las placas de circuitos. Además de que son sencillos de usar ya que la mayoría de los métodos de soldadura blanda no ocupan de gran maquinaria y no se traban a altas temperaturas.


Unión Adhesiva La unión adhesiva ha sido un método común para unir y ensamblar en aplicaciones como etiquetado, empaque, encuadernación, muebles y calzado. Los adhesivos se consiguen en varia formas: liquido, pasta, solución, polvo, cinta y película. Al ser aplicados tienen en general mas o menos 0.1 mm (0.004 pulgada) de espesor.


Propiedades de los adhesivos   

Resistencia (al corte y desprendimiento) Tenacidad Resistencia a diversos fluidos y agentes químicos. Resistencia a la degradación ambiental incluyendo por calor y humedad. Capacidad de humedecer las superficies por unir.


Tipos de adhesivos y sistemas de adhesivos: Los tres tipos básicos de adhesivos son los siguientes: 1.- Adhesivos naturales: como almidón, dextrina (sustancia gomosa obtenida del almidón), harina de soya y productos animales. 2.- Adhesivos inorgánicos: como silicato de sodio y oxicloruro de magnesio. 3.- Adhesivos orgánicos sintéticos: que pueden ser polímeros termoplásticos (para uso no estructural y algunos para pegado estructural) o termófijos ( para pegado estructural, principalmente).


Adhesivos orgánicos sintéticos: Por su resistencia son los mas importantes en los procesos de manufactura, en especial para aplicaciones en partes sometidas a cargas. Se clasifican como: a) Químicamente reactivos: por ejemplo, poliuretanos, siliconas, epóxicos, acrílicos modificados, etc. b) Sensibles a ala presión: ejemplos, hule natural, de estireno-butadieno, de butilo. c) Por ser una sustancia que reacciona en caliente o al ser fundido: ejemplo, termoplásticos ( tales como los copolímeros de etileno y acetato de vinilo). d) Evaporativos o por difusión: incluye los vinilos, acrílicos, hules sintéticos y naturales. e) En películas o cintas: como los nylon- epóxicos, elastomeros-epoxicos. f) De unión retardado: como los copolímetros de estireno-butadieno. g) Conductores eléctricos y térmicos: en esta clase están los epóxicos, poliuretanos, siliconas. La conductividad eléctrica se obtiene agregando rellenos, como plata, cobre, aluminio y oro.


Los sistemas adhesivos Se pueden clasificar con base en sus características química especificas:

a) Sistemas o base de epóxico: tienen alta resistencia y buenas propiedades a alta temperatura hasta 200ºC. b) Acrílicos: son adecuados para aplicaciones con substratos que no están limpios. c) Sistemas anaeróbicos: el curado de estos adhesivos se hacen ene ausencia de oxigeno, y en general la unión es dura y frágil. d) Cianoacrilatos: la capa de unión es delgada, y el pegado se completa entre 5 y 40 s. e) Uretanos: tienen gran tenacidad y flexibilidad a temperatura ambiente, y se usan mucho como selladores. f) Siliconas: muy resistentes a ala humedad y a los solventes, tienen gran resistencia al impacto y al desprendimiento.


Los adhesivos menos costos son los epĂłxicos y los fenolicos, y le siguen los poliuretanos, acrĂ­licos, siliconas y cianoacrilatos. Los adhesivos para aplicaciones de alta temperatura hasta unos 260ÂşC (500ÂşF) como las poliimidas y los polibenzimidazoles suelen ser los mas costosos.


Sujeción Mecánica Muchos objetos como lápices, tapas de recipientes y de reloj, motores y bicicletas tienen componentes que se han fijado mecánicamente. Puede ser preferible la sugestión mecánica sobre otros métodos por las siguientes razones:  Facilidad de manufactura  Facilidad de ensamble y transporte  Facilidad de desarmado, mantenimiento y reemplazo o reparación de partes 


El método mas común de sujeción mecánica es el uso de tornillos, tuercas, roscas, pernos y una diversidad de fijadores o sujetadores. Estos procesos también se llaman ensamblado mecánico.


Facilidad de crear diseños que requieren uniones móviles, como bisagras, mecanismos de corredera y componentes y soportes ajustables.  Menor costo general de manufactura del producto 


En general, la sujeción mecánica requiere que los componentes tengan orificios a través de los cuales se insertan los sujetadores.


Preparación del orificio 

La preparación del orificio es un aspecto importante de la sujeción mecánica, se puede producir un orificio en un cuerpo sólido con diversos procesos como punzonado, taladrado, métodos químicos y eléctricos y haces de alta energía; la elección depende del tipo de material, sus propiedades y espesor.


Diseño para la sujeción mecánica 

El diseño de las uniones mecánicas requiere considerar el tipo de carga (por ejemplo si es de cortante o de tensión) a la que se someterá la estructura, y del tamaño y distancias de los orificios. Es importante la compatibilidad del elemento de sujeción con el que se van a unir los componentes.


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Entre otros lineamientos generales para la unión mecánica se incluyen los siguiente: a) En general, es menos costoso usar menos elementos de sujeción, pero mas grandes, que usar gran cantidad de sujetadores pequeños. b) El ensamble de la pieza se debe lograr con una cantidad mínima de elementos de sujeción. c) El ajuste entre las piezas por unir debe ser tan holgado como sea posible, para reducir los costos y facilitar el proceso de ensamble.


d) Siempre que sea posible se deben usar elementos de sujeción de tamaño estándar  e) los orificios deben estar alejados de las orillas o las esquinas, para evitar el rasgado del material al someterlo a fuerzas externas. 


Otros métodos de sujeción Engrapado. El proceso de engrapado o cosido metálico, se parece mucho al engrapado ordinario en las oficinas. Esta operación es rápida y se presta en especial para unir materiales metálicos y no metálicos delgados.  Un ejemplo común es el engrapado de cajas de cartón. 


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Engargolado. El engargolado se basa en el sencillo principio de doblar en conjunto dos piezas de material delgado. Es un proceso que se parece mucho al de unir dos piezas de papel doblĂĄndolas de una esquina.


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Entre los ejemplos comunes del engargolado tenemos a las tapas de latas de bebidas, en recipientes para productos alimenticios y domĂŠsticos, y en los conductos de calefacciĂłn y acondicionamiento de aire.


Bibliografía http://www.ucm.es/info/otri/complutecno/ fichas/tec_jmgomez1.htm Soldadura Fuerte descripción de los métodos  http://soldadurafuerte.blogspot.com/2009/ 05/blog-post.html Soldadura Fuerte  Manufactura, ingeniería y tecnologías. Kalpakjian, Schmid. 4ta edición Pearson Educación, 2002 


Soldadura fuerte, blanda