Procesos de unión: Soldadura, apuntes generales

Como diseñadores industriales es importante conocer las implicaciones de producción que conllevan las decisiones tomadas.

A continuación se recogen algunos apuntes sobre la soldadura en general

Soldadura, apuntes generales

Se trata de un proceso de unión, mediante el cual los materiales/piezas a unir quedan fijadas al fundirse las caras que mantienen en contacto. Es por ello que se trata de uniones no desmontables (a diferencia de tornillos...)

La soldadura es un proceso industrial generalmente destinado al metal, pero actualmente también existen procesos basados en los mismos principios descritos aplicables a los polímeros.

Para conseguirlo se aplica calor y/o presión. En algunos casos también material de aporte

Características de la unión:

El diseñador debe tener en cuenta lo siguiente:

• Se trata de uniones con buenas propiedades mecánicas, bastante resistentes, y que sellan bien la unión.
• Al soldar pueden conseguirse buenos acabados, pero ésto dependerá de varios factores: la pericia del soldador/máquina, proceso (existen varios tipos de soldadura), materiales a soldar... por lo que es posible que requiera posteriormente un procesado
• Debido a la aplicación de calor durante el soldado se crean tensiones internas en el material

Fases generales

Es importante que a la hora de diseñar productos y elegir un tipo de unión se tengan en cuenta los preparativos y tareas que ello conlleva pues incidirá en el coste y tiempo de producción. Además con el diseño y cambios formales podemos mejorar el proceso.

Casi todas las soldaduras pasan por las siguientes fases:

• Preparación de las superficies a unir/ piezas. Dependiendo del tipo de soldado, acabado deseado, geometría ... es posible que requiera preparar los bordes (U,V...)
• Practicar taladros de desagüe si no se han tenido en cuenta en la fase de diseño
• Limpiar las superficies evitándo así la entrada de suciedad e impurezas dentro de la soldadura.
• El proceso de soldado como tal
• Enfriamiento. El tiempo y modo variará según el método, materiales, espesor, geometría…
• Limpieza. Especialmente los que generan escoria.
• Control de calidad. Como todo control podrá limitarse a una inspección visual o un complejo examen automatizado.

Consideraciones para el diseño:

A continuación se recogen consejos sobre cómo diseñar una pieza para facilitar y abaratar la soldadura.

• Dependiendo del proceso, es posible que se requieran "desagües", esto es, perforaciones, espacios abiertos, taladros... cerca de la soldadura. Es necesario para evacuar durante el proceso y mejorar el acabado superficial. El diseñador puede aprovechar taladros destinados posteriormente a tornillos, finales de tubos abiertos... para mejorar la estética. Dependerá del diseño de las piezas, cómo vallan a montarse posteriormente, etc.
• Podemos facilitar el soldado si las piezas "encajan" gracias a su geometría. Por ejemplo, si queremos soldar una arandela al exterior de un tubo, ésta debe ser lo más ajustada posible. Otro ejemplo: si se quieren soldar dos piezas de pletina perpendicularmente podemos practicarle una pequeña ranura a una de ellas, y en la otra un saliente, de forma que encajen perfectamente.
• Existen otros "trucos" para mejorar la soldadura. Por ejemplo, si queremos soldar un tubo dentro de otro de mayor diámetro, podemos practicar un taladro en el grande para"alojar" la soldadura y facilitarla.
• Siempre habrá que buscar realizar las soldaduras en lugares poco visibles en el producto terminado, de ésta forma no requerirá tan buena presencia y podremos reducir los tiempos y procesos de mejora del acabado.
• Como norma general puede decirse que lo deseable es que todas las soldaduras se encuentren en la misma cara u orientación del objeto. Evitaremos así tener que estar "recolocándolo" en la mesa/utillaje/robot...
• Generalmente, sobre todo si se trata de un producto que se fabrica a menudo, se realizará un utillaje para facilitar la colocación y soldadura. Lo ideal es que el propio diseñador intervenga también en el proceso de diseño de éste utillaje para detectar posibles problemas, además de contemplar las restricciones del utillaje en el propio producto. Gracias a los programas de diseño en 3D podemos comprobar su viabilidad técnica antes de comenzar a fabricar nada en el propio modelo virtual.

Como en todo proceso de diseño, deberá tenerse en cuenta las condiciones en las que se producirá después:

• Si será un operario quien realice las soldaduras, el diseño deberá facilitar su colocación en la mesa, agarre, transporte...
• Si lo realiza un robot, se tendrán que estudiar las características de los disponibles. Tener en cuenta que cada uno dispone de un número de grados de libertad y "radio de acción". Evitaremos así tener que realizar cambios de posición sobre la pieza, diseñaremos el utillaje de forma que permita moverse al robot...
• Existen también máquinas en las que varios cabezales de soldadura pueden trabajar a la vez. Además la máquina puede variar, bien la posición de los cabezales, bien la de la pieza (mediante giros, cintas transportadoras...) En éste caso es más importante si cabe el facilitar el soldado por una misma cara, "en plano".
• Siempre que nos sea posible, como diseñadores, debemos facilitar el entendimiento de las piezas y su colocación. Así mediante letras, marcas, geometría... podemos ayudar al operario a entender la posición correcta de colocación, de soldadura... y minimizar el tiempo de cálculos, mediciones, toma de decisiones, productos defectuosos.... Por ejemplo: Si van a soldarse por parejas varias piezas de chapa cortadas con laser podemos "escribir" en cada una letras pertenecientes a cada pareja. O si sobre una pieza de laser han de soldarse varias en distintas posiciones "dibujar" marcas, pequeñas muescas, que delimiten su posición. Otro ejemplo: si dos piezas tienen una posición enfrentada, podemos "dibujar" una flecha en cada una, de forma que al soldar deban quedar enfrentadas. Otro ejemplo: si tenemos un tubo con varias ranuras cortadas con laser, podemos definir su correcta orientación (arriba-abajo si no es totalmente simétrica) realizando el último agujero con una geometría distinta (un saliente...).
• También como diseñadores, tenemos que tener por norma redondear las esquinas y evitar ángulos salientes si el diseño lo permite.

Citar por último algunos procesos de soldadura para metal:

fragua, la soldadura MIG/MAG, la soldadura por arco sumergido, la soldadura por plasma, la soldadura por resistencia, la soldadura con electrodo revestido, la soldadura TIG, la soldadura a la llama...