Una máquina esta compuesta por una serie de elementos más simples que la constituyen, pudiendo definir como elementos de máquinas todas aquellas piezas o elementos más sencillos que correctamente ensamblados constituyen una máquina completa y en funcionamiento.
Estos elementos de máquinas, no tienen que ser necesariamente sencillos, pero si ser reconocibles como elemento individual fuera de la máquina que forma parte o de las máquinas de las que puede formar parte.
| ELEMENTOS DE MÁQUINAS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Compomentes y sistemas. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Los elementos de máquinas tales como roblones, chavetas, poleas, resortes, engranajes, etc. son partes constitutivas de distintos mecanismos, que cumplen distintas funciones en éste último, ya sea de unión entre las piezas, de soporte de órganos en movimiento, de transmisión del movimiento, etc. Por tal motivo están expuestos a solicitaciones de distinta índole, principalmente mecánicas, como esfuerzos, choques, rozamientos, deformaciones, etc. por lo que deben cumplir con distintos requisitos técnicos a los efectos de soportar estas exigencias y lograr el comportamiento lo más eficiente del mecanismo. Deben por lo tanto ser calculados de acuerdo a principios teóricos y experimentales de la mecánica. Los mismos deben tener suficiente resistencia y duración funcionando con el menor desgaste y reparación posibles y cumplir su finalidad con el costo mínimo de fabricación y mantenimiento. Pueden agruparse los mismos como elementos “activos”, que son aquellos que transmiten movimiento (poleas, ruedas dentadas, etc.) y “pasivos” los que tienen como misión soportar, sujetar o guiar los anteriores (roblones, cuñas, tornillos, etc.) En este capítulo analizaremos distintos elementos, a excepción de los engranajes que por su importancia, merecen un estudio aparte. Órganos de uniónSe deben distinguir dos tipos de uniones, las fijas o inamovibles, que para ser retiradas deben ser destruidas, no pudiéndose usarlas nuevamente, y las movibles, que pueden ser retiradas sin deterioro y usadas nuevamente. Uniones fijas o inamovibles Se tienen dos tipos de uniones fijas: 1) roblones y remaches, y 2) soldaduras. Roblones y remaches |
 |
3) Roblonado para construcciones metálicas y mecánicas: deben resistir la acción de grandes cargas o momentos de fuerzas considerables.
El Roblonado cuando se practica entre dos perfiles o chapas solapadas se denomina roblonado por recubrimiento o solape (Fig.3.5a) y cuando se utilizan chapas o planchuelas adicionales se denomina roblonado a cubrejuntas, pudiendo ser a simple (Fig.3.5b) o doble (Fig.3.5c) cubrejuntas.
Cálculo de los roblones
El cálculo se hace considerando la resistencia al corte simple que presenta la sección solicitada por el esfuerzo de cizalladura que realizan las piezas que se pretende unir al ser solicitadas por esfuerzos externos, en ese punto del roblón. Además se verifican las resistencias que presentan las superficies laterales del roblón y de la pieza al aplastamiento y al desgarramiento cuando están solicitadas por los mismos esfuerzos. Además es muy importante la resistencia al deslizamiento que presentan las chapas entre sí, ya que, principalmente en el roblonado para calderas, antes de que el vástago del roblón quede expuesto al esfuerzo de cortadura debe producirse primero el deslizamiento, el cual se debe a la contracción del vástago al enfriarse por lo que no rellena el agujero de las chapas totalmente. Esta resistencia al deslizamiento según Bach oscila entre 1100 y 1800 kg/cm2.
Resistencia del roblón al corte simple
Si actúa la fuerza P según indica la figura, sobre cada plancha de espesores S y S1 (pudiendo ser S = S1) cada una de ellas, la sección del roblón entre las dos chapas está sometida al corte. El área A de la sección que soporta este esfuerzo de corte está dada por la expresión:
(3.1)siendo d1 el diámetro del roblón remachado.
Si es tadm el esfuerzo unitario admisible al corte del material del roblón, el esfuerzo P que el roblón puede soportar es:
P = A.tadm (3.2)
y por la (3.1), la (3.2) resulta:
(3.3)Por lo tanto, conociendo el esfuerzo unitario admisible al corte del material del roblón y el esfuerzo máximo al que puede ser sometido, se lo pude dimensionar, es decir, conocer el diámetro que debe tener el mismo para soportar la carga a la que estará expuesto. Despejando de la (3.3) d1 se tiene:
(3.4)El esfuerzo unitario al corte t que podrá soportar el roblón deberá ser menor que el admisible a fin de asegurar su resistencia:
t < tadm (3.5)
Si fueran z roblones, la fuerza que deberá soportar cada uno de ellos será:
(3.6)y despejando d1 de la (3.6):
(3.7) |
Además se debe tener en cuenta la sección de debilitamiento de la chapa a fin de calcular el ancho mínimo necesario de la misma, según muestra la Fig.3.7, causada por el agujereado que se le practicó para el roblonado.
El área de la superficie de la pieza que ofrece resistencia a la rotura de la misma, teniendo en cuenta su espesor S o S1, tomándose el menor espesor por ser la condición más desfavorable, y su ancho (b – d1), ya que se descuenta del ancho total b el diámetro d1 del agujero, lo que debilita la pieza, es:
A’ = ( b – d1)S (3.8)
Siendo A’ la sección debilitada de la pieza.
Si es sadm la resistencia unitaria admisible a la tracción de la pieza, para la fuerza P actuando sobre cada plancha, se deberá cumplir la siguiente condición para que presenten la resistencia necesaria al mismo:
(3.9)Para un número z de roblones, la (3.9) se transforma en:
(3.10)Cuando se tiene más de un roblón de diámetro d1, si se denomina paso a la distancia entre centros de los agujeros en la pieza indicándoselo por t, si es S el espesor de la misma, se pueden distinguir dos secciones en las chapas a roblonar, una es la sección total A entre centros de agujeros para un ancho igual al paso t, y la otra es la sección debilitada A’ que surge de restar al paso t el diámetro d1.
La sección total A para el paso t está dada por la expresión:
A = t.S (3.11)
y la sección debilitada A’ dada por la expresión:
A’ = (t – d1).S (3.12)
Efectuando el cociente entre el área de la sección debilitada A’ y el total A se obtiene el rendimiento de la unión, denominado coeficiente de debilitamiento omódulo de resistencia, indicándoselo con la notación v :
(3.13)Cuanto mayor es v el roblonado resulta de mejor calidad, siendo el valor de la fuerza transversal admisible por centímetro de ancho de la plancha, indicada comoP1, para una tensión admisible sadm,, el dado por la expresión:
(3.14)En el roblonado se deben respetar ciertas dimensiones mínimas a los efectos de lograr la resistencia y comportamiento adecuado de las chapas y roblones, como son las distancias del agujero a los bordes, la cantidad z de roblones que se consideran por paso t, algunas de las cuales se indican en la figura (Fig.3.8):
A los efectos de facilitar los cálculos existen tablas, como las que presenta el Manual del Constructor de Máquinas de H. Dubbel, que dan los valores de P1 en función de v, del diámetro d1 y según la disposición del roblonado y el tipo de esfuerzos y condiciones a los cuales estará expuesta la pieza. Se distingue especialmente el roblonado para calderas atendiendo a la variación que presentan las dimensiones del vástago de los roblones al estar sometidos a solicitaciones por variaciones térmicas además de las mecánicas.
Cálculo de verificación al aplastamiento
El vástago del roblón presiona contra las paredes de las chapas deformándose o causando la deformación de éstas, ovalándose los agujeros hasta que se raja la pared y se destruye la unión. La presión se supone se ejerce en forma uniforme sobre la sección del plano diametral de la chapa (Fig.3.9) la que está dada por la expresión:
A = d1.S (3.15) Donde es A la sección de aplastamiento.
Si es s la tensión unitaria de compresión a la que está sometido el roblón y la chapa, la fuerza P que soportan está dada por la expresión:
P = s.d1.S (3.16)
Si fueran z roblones los que soportan el esfuerzo P :
P = zs.d1.S (3.17)
Si la tensión unitaria de compresión admisible fuera sadm debe cumplirse:
(3.18)Cálculo de verificación al desgarramiento
En este caso el roblón produce el desgarramiento de las chapas a lo largo de las superficies laterales A’ paralelas a las generatrices de los extremos del diámetro d1 del mismo(Fig.3.10):
A’ = S.l (3.19) A = A’ = 2.S.l (3.20)
Si es tc el esfuerzo unitario al corte al cual está sometida la chapa, la fuerza P será:
P = 2.S.l.tc (3.21)
Debiendo verificarse que sea:
tc £ tadm (3.22)
Si las chapas estuvieran unidas por z roblones, el esfuerzo de corte sería:
(3.23)Para el caso de más de una fila de roblones se debe considerar la sección debilitada de la chapa.
Roblonado a cubrejuntas
La metodología de cálculo es similar a lo visto para roblonado por solape. Se debe tener en cuenta que el roblón en la doble cubrejuntas, al ser solicitada las chapas por la fuerza P, presenta dos secciones que resisten el corte, soportando cada una la fuerza P/2, al igual que las cubrejuntas (Fig.3.11):
 |
Debido a las condiciones favorables de solicitación de la chapa en la primera fila de roblones se utilizan cubrejuntas desiguales, lo que además expone a la misma a menor peligro de rotura en los borde calafateados con respecto a la doble cubrejuntas iguales.La Fig.3.12 indica el calafateado o retacado del borde de la chapa superior, lo que aumenta el rozamiento entre ambas, lo que como ya se mencionara, ofrece resistencia a la solicitación a la que se somete a las chapas. El calafateado también se puede realizar en la cabeza de los roblones.
Fórmulas de cálculo de roblones
El cálculo de roblones se realiza por lo general con fórmulas semiempíricas que tienen en cuenta la gran experiencia existente al respecto y que han sido recopiladas en tablas o manuales lo que facilita la selección del roblonado a ejecutar y asegura su resultado. A continuación se transcribe las expresiones utilizadas para un caso de los mencionados anteriormente (Fig.3.13). Suponemos un recipiente hermético de diámetro D y longitud l sometido a una presión interior p. El diámetro de los roblones se determina en función del espesor de la chapa. El esfuerzo al que se someterán los roblones se contrarresta en parte por la resistencia al deslizamiento que existe entre las chapas por efecto del rozamiento. Las expresiones y valores utilizadas para este caso son:La fuerza P que solicita a la chapa, en función de la presión interna p, el diámetro D y la longitud l del recipiente es igual a:
P = p.D.l (3.24)
tc = 950 kg/cm2 esfuerzo unitario de corte para doble sección de corte y considerando el rozamiento.
d1 = 
-0,6 cm (3.25)
-0,6 cm (3.25) t = 3,5d1 + 1,5 cm (3.26)
S1 = 0,8S (3.27)
e = 1,5 d1 (3.28)
e1 = 0,5t (3.29)
e2 = 0,9e (3.30)
(3.31)Uniones soldadas
La soldadura constituye una unión fija entre dos o más piezas metálicas, por lo general de igual material, las cuales por medio de calor entregado a las mismas, y casi siempre a un material adicional de aporte, se funden y se combinan resultando una unión por cohesión en las denominadas soldaduras fuertes y por adhesión en las denominadas soldaduras blandas. Por lo tanto se tienen soldaduras con aporte y sin aporte de material, siendo las primeras las que se unen por simple fusión de cada uno de los materiales, o del material de aporte, y las segundas las que además de la fusión necesitan que se ejerza presión entre ellas para que se realice la unión. Las soldaduras fuertes se realizan mediante soldadura oxiacetilénica (soldadura autógena), soldadura eléctrica por arco voltaico, soldadura aluminotérmica y por resistencia eléctrica y presión. Las soldaduras blandas son las estañadas, donde el material aportado es de menor resistencia y dureza que los que se unen.
Actualmente existen soldaduras plásticas que cada día son de mayor utilización tanto en la industria como en aplicaciones hogareñas.
En este curso se estudiarán solo las denominadas soldaduras fuertes.
Soldadura oxiacetilénica
Esta soldadura se realiza utilizando el calor producido por la llama que se produce al entrar en combustión el acetileno (C2H2) cuando reacciona con el oxígeno que se le proporciona específicamente con esta finalidad. Para ello se utiliza un soplete soldador (Fig.3.15), al cual llegan acetileno y oxígeno por distintos conductos, existiendo válvulas en el soldador para dejar fluir ambos gases hacia una boquilla y tubo mezclador donde se combinan los mismos.
La reacción que se produce en el soplete es la siguiente:
C2 H2 + O2 ® 2 OC + H2 + calor (3.32)
 |
2OC + H2 + 3/2 O2 ® 2CO2 + H2O + calor (3.33)
En la figura (Fig.3.14) se puede observar el soplete soldador el cual presenta dos entradas, a una de las cuales llega el acetileno (C2H2) a una presión normal de trabajo entre 0,3 y 0,6 kg/cm2 la cual no debe sobrepasar de 1,5 kg/cm2; por la otra entrada penetra el oxígeno a una presión de trabajo no mayor a los 4 kg/cm2. En la figura (Fig.3.15) se observa la boquilla inyectora del soplete, el oxigeno sale a gran velocidad de la boquilla a presión, dilatándose y reduciendo su presión, aspirando al acetileno debido a la depresión que se produce. Ambos gases continúan combinándose en el tubo mezclador y a la salida de la boquilla del soplete se produce la combustión, generándose el calor necesario para eleva lar temperatura hasta unos 3.200°C aproximadamente, fundiendo los metales a soldar y el de aporte según la reacción: C2H2 + O2 ® 2OC + H2 + calor (3.34)
2OC + H2 + 3/2 O2 ® 2CO2 + H2O + calor (3.35)
El acetileno se produce por lo general en los llamados generadores de acetileno (Fig.3.16 a), en los cuales, el carburo de cálcico (CaC2) se combina químicamente con el agua (H2O) produciendo acetileno (C2H2) según la siguiente reacción:
CaC2 + 2H2O ® C2H2 + Ca(OH)2 + calor (3.36)
El gas se produce en forma automática a medida que se consume en el soplete adonde es conducido por una manguera, luego de haber pasado previamente por un purificador químico, donde se le quita la humedad. Existen distintos tipos de generadores de acetileno, correspondiendo el de la figura al de caída de agua sobre el carburo pudiendo además ser de caída de carburo sobre el agua y de contacto en balde volcador.
 |
El acetileno también puede almacenarse en tubos de acero (Fig.3.16 b) diluido en acetona, la que se encuentra empapando una masa porosa formada por amianto, tierra de diatomeas y carbón vegetal que se encuentra dentro de éstos, a los efectos de que no se descomponga el acetileno y evitar posibles explosiones que con una sobrepresión de 2 kg/cm2 podrían producirse. A la presión atmosférica un litro de acetona diluye aproximadamente 24 litros de acetileno. El acetileno se comprime dentro de los tubos a una presión que varía entre 15 a 20 kg/cm2, conteniendo aproximadamente 6000 litros a una presión absoluta de 19 kg/cm2 disueltos en 13 litros de acetona.
El oxígeno se encuentra almacenado en tubos (Fig.3.17) a una presión que varía aproximadamente entre 125 kg/cm2 y 200 kg/cm2 pudiendo contener a ésta última presión unos 10000 litros de oxígeno.
A la salida de los tubos, tanto del acetileno como del oxígeno, se deben utilizar reductores de presión, denominados por lo general reguladores, ya que la presión dentro de éstos es muy superior a la de trabajo. En la figura (Fig.3.17) se puede observar un regulador instalado en un tubo de oxígeno además de un corte del mismo mostrando como está compuesto para lograr la reducción de la presión.
Zonas de temperaturas en la llama del soplete
La llama que se produce en la boquilla (e) del soplete (Fig.3.18) presenta diferentes zonas según la temperatura que toman los gases quemados de acuerdo a la cantidad de oxígeno que se combina con el acetileno, pudiéndose notar las siguientes:
a) Zona fría de gases no quemados.
b) Cono luminoso de la llama.
c) Zona de soldadura.
d) Llama dispersa por acceso de oxígeno del aire.
Según la regulación que se realice en las válvulas del soplete se obtendrá una combustión neutra sin exceso en la llama de combustible o comburente, una llama con exceso de oxígeno o una llama con exceso de acetileno. La llama neutra, donde la proporción de combinación del oxígeno con el acetileno es de 1:1,1, se utiliza para soldar acero, presentándose el caso que con exceso de oxígeno el núcleo se hace más pequeño y quema el material en tanto que, con exceso de acetileno el núcleo se agranda, el material se carbura y se producen sopladuras, siendo la soldadura defectuosa. Para soldar aleaciones de CuZn se utiliza generalmente un exceso de oxígeno y para soldar fundición gris se utiliza un exceso de acetileno.
El material de aporte utilizado depende del tipo de material a soldar, utilizándose varillas de hierro dulce para soldar acero y de bronce para soldar fundición.
Según el espesor de las piezas a soldar y de acuerdo a la temperatura que se quiere alcanzar, la boquilla debe suministrar un determinado caudal de acetileno en la unidad de tiempo, para lo que se utilizan diferentes tamaños de boquillas, las que por lo general son intercambiables en el soldador a los efectos de permitir con un mismo equipo realizar distintos tipos de soldaduras. En la siguiente tabla (Tabla I) se puede observar la relación existente entre los espesores a soldar, los consumos, presiones y tiempos de soldadura del oxígeno y acetileno:
Espesor de piezas a soldar | Presión de oxígeno (atmósferas) | Consumo de acetileno por hora en litros | Consumo horario de oxígeno en litros | Consumo de acetileno en litros por mm de soldadura | Tiempos de soldadura en minutos por mm |
1 | 1 | 80 | 90 | 10 | 5 |
2 | 1 | 140 | 175 | 25 | 8 |
3 | 1 | 220 | 270 | 40 | 11 |
3 a 5 | 1,2 | 290 | 360 | 70 | 16 |
5 a 7 | 1,4 | 430 | 500 | 150 | 24 |
7 a 9 | 1,7 | 570 | 700 | 220 | 42 |
9 a 10 | 1,8 | 950 | 1.000 | 300 | 60 |
10 a 12 | 2 | 1.400 | 1.500 | 400 | 72 |
12 a 15 | 2,2 | 2.000 | 2.100 | 600 | 105 |
15 a 25 | 3 | 2.400 | 2.700 | 2.000 | 165 |
Tabla I
Métodos de soldaduras: Existen diferentes métodos de soldadura según los casos que se presenten por la disposición de las piezas a soldar con respecto al soldador (Fig.3.19):
 |
a) Soldadura en planta horizontal: es una de las formas más sencilla de soldar puesto que el material de aporte se deposita, luego de fundido, por gravedad, facilitándose su combinación con el material de las piezas a soldar.
b) Soldadura horizontal sobre pared: adquiere un grado de dificultad ya que debido a que el material fundido tiende a escurrirse hacia abajo.
c) Soldadura vertical: presenta un grado de dificultad similar al anterior.
d) Soldadura sobre cabeza: es la que presenta mayor dificultad debido a que el metal fundido tiende a desprenderse por su propio peso.
También se distingue 1) la soldadura a izquierda, cuando la varilla del material de aporte se desplaza por delante de la llama, ambas en forma de zigzag, la que por efecto de soplado empuja el material fundido hacia adelante, utilizada para soldar materiales de hasta 3 mm de espesor, presentado los inconvenientes de pérdida de calor, enfriamiento rápido y textura con defectos y 2) la soldadura a derecha, para espesores de más de 3 mm, donde la varilla del material de aporte se desplaza
 |
siguiendo a la llama, ambas en forma circular, la cual calienta la zona de fusión, reteniendo el material fundido por efecto de soplado (Fig.3.20).
Para efectuar la soldadura se comienza primero por abrir la válvula del tubo de acetileno y luego la del tubo de oxígeno, en ambos casos muy lentamente. A continuación en el soplete se abre levemente la válvula que corresponde al oxígeno y a continuación la del acetileno iniciando la combustión con un mechero o chispero. Las piezas a soldar deben estar limpias y previamente calentadas. Al finalizar la soldadura se cierra en el soplete primero la válvula del acetileno y luego la del oxígeno.
Se debe tener especial cuidado de no engrasar ni aceitar las roscas u otras partes del equipo ya que éstos arden muy fácilmente con el oxígeno. Además el soldador debe utilizar los elementos de protección, como ser antiparras, guantes de cuero y delantal, todos ellos confeccionados especialmente para esta operación.
Soldadura eléctrica por arco voltaico
Se realiza por la fusión de las piezas a soldar y el material de aporte utilizando el calor que desarrolla el arco voltaico que se produce al circular una corriente eléctrica, a través del aire, entre los electrodos positivo y negativo, constituidos por la pieza a soldar que actúa de ánodo y la pinza con la varilla del material de aporte que es el cátodo, elevándose la temperatura hasta aproximadamente 3600°C. Para simplificar se denomina electrodo a la pinza con la varilla de aporte de material y pieza al material a soldar. Por lo general se utiliza corriente continua, con tensiones entre 50 V y 70 V para encender el arco siendo necesario para mantenerlo durante el trabajo tensiones de 20 V y 30 V, circulando corrientes entre 50 a 500 amperes. La corriente eléctrica se produce, ya sea en un transformador-rectificador conectado a la red eléctrica industrial o en un generador de corriente continua movido por un motor eléctrico o motor de combustión interna (Fig.3.21).
 |
El electrodo, en la soldadura manual por arco eléctrico, está constituido por una varilla de acero o aleación, las que actualmente vienen todas revestidas o recubiertas con un material especial, como pueden ser el óxido de titanio (revestimiento de rutilo), el ferromanganeso (revestimiento ácido), el carbonato cálcico (revestimiento básico) o la celulosa (revestimiento orgánico). Al producirse la elevación de la temperatura, el revestimiento se funde y forma una envoltura gaseosa que impide la penetración del nitrógeno y del oxígeno del aire, que causarían, el primero la fragilidad del material y, el segundo, inclusiones de óxidos, que debilitan la soldadura. Además el revestimiento contiene elementos que suplen las materias eliminadas por la combustión, como por ejemplo el manganeso y el carbono. También, al ionizar el aire, estabiliza el arco eléctrico. Forma escorias que cubren el cordón de soldadura, disminuyendo la velocidad de enfriamiento con lo que se reducen las tensiones en el material además de absorber las impurezas del baño de fusión.Los electrodos están normalizados según Normas IRAM, DIN, SAE, etc., las que dan sus dimensiones y características (Fig.3.22), como ser el diámetro de las varillas, tanto del alma como del revestimiento, su longitud total l y su longitud l’ correspondiente a la zona donde es sujetada por la pinza y la cual no tiene revestimiento para permitir el contacto directo y con ello la circulación de la corriente eléctrica.
Se utilizan distintos diámetros de electrodos para cada espesor de pieza a soldar, con una tensión y una intensidad de corriente adecuadas a los efectos de generar el calor necesario y suficiente que permitan la correcta fusión del electrodo y de la pieza. En la tabla II se dan distintos espesores de chapas con sus correspondientes diámetros de electrodos con revestimiento y las intensidades de corrientes.
Espesor en mm de la Chapa | Diámetro en mm del electrodo | Intensidad de la corriente en A | Energía en kwh absorbida | Consumo en kg de electrodos |
2 | 2 | 40 – 60 | 0,8 | 0,100 |
4 | 3 a 4 | 80 – 120 | 1,2 | 0,200 |
6 | 3 a 5 | 130 – 180 | 2 | 0,400 |
8 | 3 a 5 | 130 – 200 | 3 | 0,600 |
10 | 4 a 6 | 140 –210 | 4 | 0,800 |
12 | 4 a 6 | 150 – 220 | 5 | 1,000 |
14 | 4 a 6 | 160 – 230 | 6 | 1,200 |
16 | 4 a 6 | 170 – 240 | 7 | 1,400 |
18 | 4 a 6 | 175 – 250 | 8 | 1,600 |
20 | 4 a 6 | 175 – 260 | 9 | 1,800 |
22 | 4 a 6 | 180 – 260 | 10 | 2,100 |
24 | 4 a 6 | 185 – 260 | 11 | 2,400 |
26 | 4 a 8 | 190 – 260 | 12 | 2,700 |
30 | 4 a 8 | 200n – 260 | 14 | 3,300 |
Tabla II
Proceso de soldadura
En el proceso de soldadura, al fundirse el metal por la elevada temperatura, el arco eléctrico produce en la pieza una pequeña depresión, llamada cráter. Al mismo tiempo, la extremidad del electrodo se funde por el calor del arco eléctrico y se desprende en forma de gotas, depositándose el metal en el cráter e incorporándose al metal base de la pieza. Para que se produzca una correcta soldadura el metal del electrodo y de la pieza deben mezclarse íntimamente, debiendo existir, como ya se dijera anteriormente, una unión por cohesión. Es de fundamental importancia la penetración, o sea la profundidad o espesor del metal base que se funde por la acción del arco, ya que cuanto mayor sea ésta, mejor resultado se obtiene en la unión soldada. La penetración depende del tipo de electrodo y de la intensidad de la corriente empleada. Es necesario que el arco esté continuamente en contacto a lo largo de la línea de soldadura desplazándose en forma regular y en forma no muy rápida a los efectos de evitar partes porosas y de poca penetración.Es importante que el operario utilice los elementos de protección para la vista como para el resto del cuerpo, a los efectos de protegerlo de la intensa luz y de los rayos ultravioletas que se producen y pueden afectar el organismo, respetándose las reglas de seguridad existentes al respecto.
La soldadura eléctrica por arco voltaico para casos que exigen mucha pureza también se puede realizar en: a) atmósfera protectora de gases inertes, (gases nobles como el helio y el argón) y dióxido de carbono especial, b) bajo capa protectora de polvo, donde se utiliza un polvo especial para soldar, con gases protectores y c) por escoria electrolítica, donde la escoria se calienta por resistencia elevando su temperatura por encima del punto de fusión del acero fundiendo éste; se utiliza para soldar piezas de grandes secciones como por ejemplo planchas de hasta 450 mm.
Soldadura Aluminotérmica
Consiste en la fusión del metal de aporte el cual por su alta temperatura, al caer sobre las piezas del mismo metal las funde soldándolas. Se colocan las piezas a soldar, por ejemplo un riel que se quiere unir, dentro del molde de arena (Fig.3.24) y dentro del crisol de magnesita una mezcla finamente pulverizada de oxido de hierro y aluminio. Se agrega carbono en forma de polvo, y se enciende la mezcla con un fósforo especial llevándose la misma a unos 1000ºC iniciándose una reacción exotérmica, fundiéndose la misma llegando aproximadamente a 3000°C; el carbono se combina con el hierro del óxido de hierro al cual el aluminio le sustrajo el oxígeno obteniéndose, como metal de aporte, acero colado que por su mayor densidad va a la parte inferior del crisol cayendo dentro del molde a través del conducto o bebedero y funde las piezas que se desean soldar produciendo la unión de éstas. La reacción que se produce al combinarse el óxido de hierro con el aluminio es la siguiente:
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe + 188 kcal ( 787 kJ) (3.37)
La escoria líquida de Al2O3 que se forma al combinarse el oxígeno del óxido de hierro con el aluminio sobrenada por encima del acero en el crisol.Las piezas a soldar se calientan previamente en el molde hasta unos 900°C. Una vez que se produce la soldadura de los rieles, el metal sobrante o “hongo” que sobresale de los rieles, según se indica en la figura (Fig.3.25), se quita mediante el uso de una “trancha” o cortafrío.
Soldadura por resistencia eléctrica y presión
Al hacer circular una corriente eléctrica a través de dos piezas, la zona de contacto entre ambas, al presentar mayor resistencia óhmica que el resto de las mismas, experimenta una elevación de temperatura debido al calor generado por el paso de la corriente. Esto hace que las partes en contacto se fundan, y al presionarlas una contra otra se unan, soldándose al enfriarse y solidificarse nuevamente.
La cantidad de calor Q en joules (J) generado por la potencia eléctrica P en vatios (W) aplicada al establecer una diferencia de potencial E en voltios (V) que hace circular una corriente eléctrica en amperes (A) está dada por la expresión:
Q = P.t = E.I.t (J) (3.38)
Además, si se tiene en cuenta que según la ley de Ohm es E = I.R o I = E/R la (3.38) resulta:
Q = I2.R.t (J) (3.39) ó 
(J) (3.40)
(J) (3.40)Para obtenerla en calorías se debe tener en cuenta los siguientes factores de conversión: 9,8 J = 1 kgm; 1 cal = 0,427 kgm, de donde resulta 1 J = 0,24 cal. Por lo tanto, la (3.38) se puede escribir:
Q = 0,24.E.I.t (cal) (3.41)
Y la (3.39) y (3.40) se pueden escribir:
Q = 0,24.I2.R.t (cal) (3.42) y 
(cal) (3.43)
(cal) (3.43)La soldadura se realiza utilizando dos electrodos con los cuales se aplica una tensión eléctrica a las piezas haciendo circular una corriente la que produce el calentamiento de las partes en contacto y su fusión. Luego, con los mismos electrodos, se aplica una presión a ambas piezas con lo cual se logra que se suelden en las partes en contacto. Según sea el tipo de unión que se desee realizar, el contacto donde se produce la soldadura de las piezas puede ser puntual, lineal o con características especiales, utilizándose distintos tipos de electrodos para lograrlo y según como sea la soldadura que se realiza por este método se la clasifica como soldadura por puntos, soldadura de costura, soldadura al tope, soldadura con resaltos y soldadura con arco de chisporroteo o centelleo.
 |
Soldadura por puntos : consiste en la aplicación de una tensión a las piezas a soldar mediante dos electrodos (Fig.3.26-a), que por lo general son cilíndricos y enfriados interiormente por agua, con un diámetro D en el cuerpo del electrodo y un diámetro den la punta de contacto del electrodo con las piezas (Fig.3.26-b), siendo éste, para acero dulce:
Para materiales delgados: d = 0,25 + 2t (3.44)
Y para materiales gruesos: 
(3.45)
(3.45)Para la ejecución de la soldadura de dos piezas, las mismas se solapan una longitud L (Fig.3.26-c), dada por la expresión:
L = d +2e (3.46)
Siendo e la distancia desde el extremo del diámetro del punto de soldadura hasta los extremos de la pieza, dándose el e máximo para:
emax = d (3.47)
Se utilizan tensiones del orden de los 2V a los 10V e intensidades de 3.000 A a 50.000 A, con la aplicación de fuerzas desde los 90 daN a los 900 daN.
Soldadura por costura: está compuesta por una serie de soldaduras por puntos realizadas en forma continua por un electrodo circular que rueda sobre las piezas a unir al mismo tiempo que se aplica una tensión eléctrica y una fuerza mecánica (Fig.3.27).Las dimensiones que se deben aplicar para el solape y la distancia a los extremos de las piezas desde el extremo de la soldadura, son las mismas que para la soldadura por puntos.
Los electrodos están constituidos por dos ruedas o rodillos de cobre de diámetros que varían, según el espesor del material a soldar, de 5 cm a 60 cm y aún más.
Soldadura con resaltos: cuando se deben soldar una cantidad de piezas fabricadas en serie, a los efectos de facilitar y hacer más veloz la ejecución del trabajo, se utilizan matrices con formas especiales, las que constituyen los electrodos, tomando formas especiales con resaltos, según sea la forma de las piezas a soldar. Una de estas formas se puede observar en la figura (Fig.3.28).
Soldadura al tope: se denomina así a la soldadura por resistencia de dos barras que se unen enfrentadas por sus extremos (Fig.3.29), las cuales son sujetadas por los electrodos, los que son al mismo tiempo mordazas, y por las cuales circula una corriente debido a la diferencia de potencial V, calentándose por la mayor resistencia de las dos superficies en contacto, fundiéndose éstas y luego, desconectando la corriente, con una presión mecánica se unen ambas. Se usa en aceros con bajo contenido de carbono, para metales no ferrosos como el cobre, aluminio y aleaciones de cobre y zinc.
Soldadura por arco de chisporroteo: es similar a la soldadura al tope, con la diferencia que en este caso se colocan las piezas en contacto ligero y se hace circular la corriente (Fig.3.30); luego se separan levemente una pequeña distancia para producir el chisporroteo del arco eléctrico que forma la corriente al seguir circulando a través del espacio entre ambas superficies con lo que aumenta la temperatura fundiéndose el metal de las superficies en contacto. Luego de obtenido el estado casi líquido del metal, se desconecta la corriente, se aplica una presión con lo que se obliga a despedir el mismo y se realiza la soldadura en el metal en estado pastoso que está detrás del fundido. Con esto se logra que la soldadura quede libre de impurezas, siendo apropiado para aceros con alto contenido de carbono.
No hay comentarios:
Publicar un comentario