Manufactura avanzada Manufactura Avanzada
Dec 14, 2015
Manufactura avanzada
Manufactura Avanzada
Manufactura avanzada
1. Materials joining.
2. Robotics, mechatronics and manufacturing
automation.
3. Precision engineering, inspection measurement
and metrology.
Parte 2 del curso
Manufactura avanzada
1. Unión de materiales
1.1. Métodos de unión.
1.2. Procesos de soldadura.
1.3. Nuevos procesos de soldadura por fusión.
1.4. Procesos de soldadura en estado sólido.
1.5. Adhesivos.
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• Robert W. Messler . Joining of materials and structures, El Sevier,
2004.
• P.J. Modenesi et al. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia,
UFMG, 2005.
• Mikell P. Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing, Wiley,
4ta edición, 2010.
• Mahesh C. Chaturvedi. Welding and joining of aerospace
materials, Woodhead Publishing, 2012.
• Alphonsus V. Pocius. Adhesion and Adhesives Technology,
Hanser, 3ra edición, 2012.
Referencias
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1.1. Métodos de unión
Motivos:
• Imposible manufacturar productos en
una sola pieza.
• Más práctico y económico fabricarlos
en partes para luego unirlas.
Clasificación:
Fijación mecánica unión metalúrgica y
adhesivos.
Unión: Término genérico que indica que dos o más elementos
fueron puestos en contacto para su funcionamiento
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Manufactura avanzada
Los objetivos de los métodos avanzados de unión
1. Unir cualquier tipo de material.
2. Minimizar los cambios microestructurales en los elementos unidos.
3. Aumento en la precisión en las estructuras manufacturadas.
4. Disminución de reprocesos o procesos adicionales.
5. Disminuir riesgos en la salud.
6. Ambientalmente correctos.
7. Masificación de los nuevos sistemas.
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1. Unir cualquier tipo de material.
a. Creando nuevos y modificación de los procesos existentes.
b. Diseñando nuevos materiales considerando su procesamiento, incluyendo su unión.
2. Minimizar los cambios micro y estructurales en los elementos unidos.
a. En el caso de unión metalúrgica, disminuyendo el aporte de calor.
b. Reemplazo de los sistemas de fijación mecánica.
3. Aumento en la precisión en las estructuras manufacturadas.
a. Mejorando los sistemas de posicionamiento.
b. Con sistemas que mejoren el control de los parámetros del procesos
c. Sistemas de medida en planta o campo.
4. Disminución de reprocesos o procesos adicionales.
a. Estandarizando los procesos de unión.
b. Eliminando procesos con aporte térmico alto o que requieran limpieza posterior.
c. Calificación del personal en varios niveles.
¿Cómo alcanzar los objetivos?
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5. Disminuir riesgos en la salud.
a. Suprimido la intervención humana en la ejecución en los procesos.
b. Eliminando todos los elementos nocivos en los mismos: Humos, resinas toxicas,
elevadas temperaturas.
c. Controlando las condiciones ambientales hostiles.
6. Ambientalmente correctos.
a. Eliminando la formación de residuos y humos.
b. Aumentando la eficiencia de los mismos.
c. Disminuyendo el consumo de energía.
d. Permitiendo la construcción mas duraderos.
7. Masificación de los nuevos sistemas.
a. Diseñando sistemas con costos competitivos.
b. Capacitando al personal en diferentes niveles.
c. Con sistemas que permitan reducir tiempos y costos de producción.
¿Cómo alcanzar los objetivos?
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https://www.youtube.com/watch?v=zSsGpFhJJP4
https://www.youtube.com/watch?v=GAzV0ICRcO4
Soldadura por oxiacetiléno
Soldadura por plasma
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Método
Resis
ten
cia
Vari
ab
ilid
ad
de
dis
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o
Pie
zas
peq
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as
Pie
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des
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Co
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ilid
ad
Facil
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de
man
ten
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Insp
ecció
n
vis
ual
Co
sto
Soldadura de arco 1 2 3 1 3 1 2 2 2 Soldadura por resistencia 1 2 1 1 3 3 3 3 1 Latonado 1 1 1 1 3 1 3 2 3 Tornillos y tuercas 1 2 3 1 2 1 1 1 3 Remachado 1 2 3 1 1 1 3 1 2 Sujetadores 2 3 3 1 2 2 2 1 3 Sellado, fruncido 2 2 1 3 3 1 3 1 1 Adhesión 3 1 1 2 3 2 3 3 2 Nota: (1) Muy bueno; (2) Bueno; (3) Malo.
Kalpakjian (2002)
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Fijación mecánica
Engargolado o plegado
Grapas Pernos
Remaches Uniones fijas y desmontables.
Permiten movimiento relativo entre elementos.
Fácil mantenimiento y bajo costo.
Principios: Bloqueo mecánico (acción-reacción), fricción.
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Unión metalúrgica
Unión permanente a nivel atómico o molecular.
No son distinguibles fronteras entre uno u otro elemento.
Soldadura es el proceso de unión más importante.
La soldadura se aplica en metales y polímeros termoplásticos.
Es posible realizar uniones soldadas en cerámicos, compuestos y vidrios.
Principios: Intercambio atómico por calentamiento o deformación.
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Adhesivos
Unión atómica o molecular por métodos químicos.
Permiten unión de metales, polímeros y cerámicos.
Fácil mantenimiento y bajo costo.
Resistencia moderada en la unión.
Gran cantidad en el mercado.
Principio: Adhesión entre los materiales y fuerza
cohesiva en el adhesivo.
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La soldada sucede cuando los átomos de las dos piezas
son mezclados de forma tal que consiguen formar una
estructura macroscópicamente continua y
microscópicamente uniforme, siendo indistinguible la
división inicial entre las piezas
Existe unión metalúrgica sí los átomos, iones o moléculas de los materiales, son
unidos íntimamente mediante fuerzas electrostáticas.
Soldadura es el proceso de unión más importante.
La soldadura es abordada como: unión, recubrimiento y corte de materiales.
No confundir, soldadura corresponde a unión de materiales.
1.2. Procesos de soldadura
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Fuente: AWS A3.0, 2010
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Muchos procesos se Basan en la fusión del material, para su posterior
consolidación o solidificación serrando la abertura o separación entre las piezas.
Paradójicamente los primeros procesos no incluían la fusión y sí la deformación de
los metales.
Acero de Damasco
Oriente medio 1100-1700 DC
Fabricación de espadas
Multicapas; hasta 100
Principio fundamental el intercambio de los
materiales a nivel atómico.
¿Cómo?
• Fundiendo.
• Deformando.
• Mezclando.
• Difundiendo los átomos.
¿Cómo hacer esto?
• Calentando: Combustibles, electricidad, fricción, radiación, sonido.
• Presionando: Cargas estática o dinámica.
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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SMAW.jpg
http://www.youtube.com/watch?v=TeBX6cKKHWY
http://www.youtube.com/watch?v=wC1lkBDak2I
http://www.youtube.com/watch?v=_h1KqFzi5DI
https://www.youtube.com/watch?v=cQbgFfHKw7o
https://www.youtube.com/watch?v=_jdk0q9dccc
https://www.youtube.com/watch?v=SWbUJh4XuMQ
https://www.youtube.com/watch?v=mztI-YTjEps
https://www.youtube.com/watch?v=-aEuAK8bsQg
Procesos convencionales
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Procesos ampliamente utilizados a nivel mundial.
Estos procesos involucran la fusión de los metales mediante el calentamiento por:
• Combustible: Oxigeno-acetileno.
• Electricidad: Arco eléctrico (plasma) y resistencia eléctrica (efecto Joule).
Aporte térmico elevado: Cambios microestructurales severos, esfuerzos residuales
elevados, distorsión significativa de los elementos.
Con oxígeno y gas combustible (Oxifuel Gas Welding, OFW)
• Por oxígeno acetileno
Por arco (Arc Welding, AW)
• Con electrodo revestido (SMAW)
• Por arco metálico protegido por gas (GMAW)
• Por arco de tungsteno protegido por gas (GTAW)
Por resistencia (Resistence Welding, RW)
• Por punto con resistencia (RSW)
Blanda (Soldering, S)
• Por resistencia (RS)
Fuerte (Brazing, B)
• Por antorcha (TB)
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PROCESOS DE
SOLDADURA POR
ARCO CAW
FCAW
GMAW
PAW
SMAW
SAW
SW
BRAZING &
SOLDERING
DFB
DB
DS
RS
SOLDADURA POR
RESISTENCIA
RSW
FW
RSEW
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Procesos no convencionales
Procesos con fusión:
• Alta densidad de energía.
• Sin arco eléctrico ni resistencia eléctrica.
• Fuentes de calor alternativa: Haz de electrones, laser.
Aporte térmico bajo: Zona afectada por el calor pequeña, esfuerzos residuales
bajo, distorsión muy pequeña.
Procesos sin fusión (en estado sólido):
• Por difusión.
• Por fricción.
• Por deformación en frío o en caliente (laminación y forja).
• Por explosión.
Aporte térmico bajo.
Mejora en las propiedades en la región soldada.
Procesos con y
sin fusión
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Equipo para soldadura por haz
de electrones
Baja Pesp y DE: 9 x 109-1011 W.m-2. Equipos convencionales de
soldadura por arco
Baja Pesp y DE:106-109 W.m-2.
Potencia específica (Pesp): Potencia necesaria para conseguir fundir
Baja densidad de energía (DE): Concentración de energía.
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• Un secador con 1,5 kW de potencia, próximo a una chapa de acero 304 con
espesor de 1,6 mm, con área de transferencia corresponde a una circunferencia
de diámetro 50 mm, y no es suficiente para formar el charco de soldadura.
• Sin embargo, esta misma potencia, en el proceso TIG, en una área concentrada
de 6 mm puede fácilmente producir la fusión del metal base.
• Densidad de energía -en realidad densidad de potencia- corresponde a la
potencia transferida a la junta soldada por unidad de área (W.mm-2).
Proceso de soldadura Densidad de energía
(W.mm-2)
Oxiacetilénica 10
Por arco eléctrico 50
Por resistencia eléctrica 1000
Por laser (LBW) 9000
Por haz de electrones (EBW) 10000
LBW
EBW
Densidad de energía
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• Un secador con 1,5 kW de potencia, próximo a una chapa de acero 304 con
espesor de 1,6 mm, con área de transferencia corresponde a una circunferencia
de diámetro 50 mm, y no es suficiente para formar el charco de soldadura.
• Sin embargo, esta misma potencia, en el proceso TIG, en una área concentrada
de 6 mm puede fácilmente producir la fusión del metal base.
Comprende los procesos
convencionales de
soldadura
Densidad de energía de la fuente
Aport
e t
érm
ico a
la p
ieza
Incremento en la penetración.
Aumento velocidad de soldadura.
Mayor calidad de la soldadura.
Equipos costosos.
Incremento en daño
de la pieza
Soldadura
con gas
combustible
Soldadura
con arco
eléctrico
Soldadura
con haz de
electrones
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1.3. Nuevos procesos de soldadura por fusión
• Procesos con alta densidad de energía.
• Equipos especializados.
• Soldaduras especiales.
• Alta precisión o alto volumen de material depositado.
• Procesos semi o automáticos.
• Mejoras de procesos convencionales, nuevas técnicas o híbridos.
a. Soldadura por electrodo con núcleo fundente (FCAW).
b. Soldadura por plasma (PAW).
c. Soldadura con gas de protección y transferencia en frío (GMAW-CMT).
d. Soldadura por láser (LBW).
e. Soldadura por haz de electrones (EBW).
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W.m-2
104
106
108
1010
1012
1014 Soldadura imposible
Soldadura imposible
Arco
Plasma
Láser
Haz de
electrones
Vaporización
Conducción
sin fusión
Conducción
con fusión
Vaporización,
conducción y
fusión
Potencia específica o densidad de energía
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• FCAW: Flux Cored Arc Welding.
• Una mezcla de los procesos SMAW y GMAW.
• El proceso SMAW es el más popular.
• Arco eléctrico formado por una vara (electrodo) y la pieza.
• Medio de protección: Evaporación del recubrimiento.
• Proceso manual.
• Equipos de corriente contante.
• Proceso por corriente alterna o continua.
• Soldadura de casi todos los metales.
• Soldadura en industria o campo.
• Baja productividad.
• Generación de escoria y gases.
• Requiere de limpieza después de cada pase.
Soldadura por electrodo con núcleo fundente
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• Proceso GMAW muy popular a nivel mundial.
• Usa gas de protección y no produce escoria.
• Conocido como MIG (Metal Iner Gas) MAG (Metal Active Gas).
• Arco entre electrodo continuo (consumible) y la pieza.
• MIG con gas de protección inerte (Ar o He).
• MAG con gas de protección es activo (CO2 o mezcla Ar, O y CO2).
• Mayor nivel de producción que SMAW.
• Proceso semiautomático.
• Equipos de voltaje constante.
Gas Fuente de
potencia
Alimentador de
alambre Boquilla Alambre
Pieza Cable
s
Manufactura avanzada
Soldadura por electrodo con núcleo fundente
https://www.youtube.com/watch?v=cQbgFfHKw7o
https://www.youtube.com/watch?v=pVyYvcEqkcQ
Alimentación
Alambre tubular
Núcleo fundente
Gas de protección
(opcional)
Boquilla
(opcional)
Guía del
alambre
Escoria
Soldadura
Gas de protección
(opcional)
Arco
Metal base Charco de
soldadura
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• El proceso FCAW mezcla el efecto del recubrimiento de SMAW, con el depósito
continuo de material mediante un alambre como en GMAW.
• Los elementos en el núcleo corresponden a elementos de aleación.
• Esto último permite soldar cualquier de acero aleados e inoxidables.
• Utiliza corrientes más altas que en GMAW.
• La cantidad de metal depositado es mayor que en SMAW y GMAW.
• Puede ser auto protegido por el gas resultante de la evaporación del núcleo.
• Puede usar gas de protección mejorando la estabilidad del arco.
• La ventana de parámetros de soldadura es más amplia.
• Produce escoria requiriendo limpieza posterior.
• El proceso semiautomático.
• Equipos de voltaje constante.
• Costo de los equipos relativamente bajo.
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• PAW: Plasma Arc Welding.
• Una mejora del proceso GTAW.
• GTAW es más conocido como TIG (Tungsten Iner Gas).
• Arco entre electrodo no consumible de tungsteno y pieza.
• Protección del electrodo y el metal fundido por medio de
un gas inerte (Ar o He).
• Puede o no utilizar metal de adición.
• Manual o automático.
Gas
Fuente
Ignición
Pieza
Gas Arco
Boquilla
Aporte
Charco
MB MS
Soldadura por plasma
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Electrodo Boquilla de
constricción
Boquilla de
protección
Metal de adición
Metal
base
Charco de
soldadura
GTAW
PAW
• En PAW el plasma no se genera entre el electrodo y la
pieza, sino entre el electrodo y la boquilla de constricción.
• El plasma es concentrado por el bocal.
• Temperatura de 17000 a 33000
C.
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• Una pequeña cantidad de argón pasa por el bocal de constricción.
• El gas es ionizado por un arco piloto: Baja corriente y voltaje de alta frecuencia.
• La elevada temperatura mantiene el gas ionizado.
• Plasma transferido: Es proyectado hacia la pieza cuando esta cierra el circuito.
• Plasma no transferido: Es proyectado hacia la pieza por el flujo del gas inerte.
• El plasma no transferido permite soldadura en metales no conductores.
• El plasma no transferido es empleado en transferencia spray.
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• En el modo de plasma transferido existen dos aplicaciones.
• Operación convencional y keyhole.
• Operación convencional (melt-in).
a. Soldadura de láminas de 0,02 a 3,0 mm de espesor.
b. Transferencia de calor del plasma a la superficie del metal por conducción
c. Corriente baja de 1-10 A:
d. Microplasma.
• Operación keyhole.
• Soldadura con penetración total.
• Soldadura en un único pase de chapas de 10 mm de espesor.
• El plasma evapora el metal fundiendo el fondo y los contornos de la cavidad.
• El metal fundido alrededor del agujero cae al fondo llenando la junta.
• Corriente alta de 50-100 A.
• Alta penetración de soldadura (20 mm) y posterior relleno.
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• PAW puede ser aplicado en metales y no metales, pero el proceso es más
complejo y costoso.
• La boquilla constrictora siempre debe ser refrigerada.
• La alta velocidad de fusión requieren velocidades de soldadura elevadas: 120 a
1000 mm.min-1.
• Un segundo flujo de gas protege el plasma.
• El gas de protección argón, nitrógeno, mezclas.
ZAT MF ZAT MF
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Soldadura por plasma
https://www.youtube.com/watch?v=588EJInHLsc
https://www.youtube.com/watch?v=VSeEhCmSbEM
https://www.youtube.com/watch?v=dC7CLjpFw3U
Plasma
Alimentación
partículas Gas primario
Electrodo
Agua
Recubrimiento por spray
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Soldadura con gas de protección y transferencia de
metal en frío
• GMAW-CMT: Gas Metal Arc Welding - Cold Metal Transfer.
• Modificación de los modos de transferencia de metal de GMAW.
• Corto circuito (short arc), globular (globular) y aerosol (spray arc).
Corto circuito Globular Aerosol
• Estos modos son definidos por la
corriente, el diámetro del alambre, la
longitud del arco y el gas.
• Aporte térmico diferente.
• Modo de desprendimiento del material
diferente.
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• Modo corto circuito.
a. Para alambres entre 0,8 y 1,2 mm.
b. Bajas tensiones (longitud de arco corta) y corrientes de soldadura.
c. Bajo aporte térmico.
• Modo globular.
a. Para valores de corriente y tensión por encima de los de cortocircuito.
b. Las gotas tienen diámetro mayor que el alambre.
c. Desprendimiento de la gota por gravedad.
• Modo aerosol.
a. Pequeñas gotas impulsada por la fuerza electromagnética.
b. Para valores de corriente y tensión por encima del modo globular.
c. Posible con alambre de gran diámetro.
d. Alto aporte térmico y tasas de deposito.
e. Buena fusión y penetración.
f. Para espesores mayores a 2,4 mm.
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Short Circuit Transfer: GMAW Acero, 85Ar - 15CO2
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Globular: GMAW Acero, 70Ar - 30CO2
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Spray Transfer: GMAW Acero, 85 Ar – 15CO2
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• GMAW-CMT proceso desarrollado en 2005 por Fronius.
• Reducción significativa del aporte térmico al combinar los modos de
transferencia de material por corto-circuito y globular.
• Extinción del arco durante el deposito del material.
• Arco presente únicamente para la fusión del metal.
Movimiento del
aporte hacia el metal
base durante el
periodo del arco
Contacto entre la
gota y el metal base
provocando la
extinción del arco
Retracción alambre y
desprendimiento de
la gota sin presencia
del arco
Apertura del arco,
fusión del metal,
formación de la gota
e inicio del proceso
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• Debido al bajo aporte térmico permite.
• Unión de láminas delgadas.
• Unión de juntas disímiles sin perdida significativa de ductilidad.
• Debido a la forma de transferencia del metal no produce salpicadura.
Vo
ltaje
[V
]
Corriente [A]
Manufactura avanzada
Soldadura con gas de protección y transferencia de metal en frío
https://www.youtube.com/watch?v=_WrhWf9XLHM
https://www.youtube.com/watch?v=n5XdmT1jFrk
https://www.youtube.com/watch?v=nWElhO54MZc
• Proceso controlado de forma completamente digital.
• Equipos de soldadura del tipo inversor.
• Doble sistema de desplazamiento del alambre.
• El sistema de control detecta el corto circuito y retrae el alambre.
• Proceso semiautomático.
• Alta velocidad de depósito.
Manufactura avanzada
Soldadura por haz de electrones
• EBW: Electron Beam Welding.
• Método completamente diferente para el
calentamiento.
• Las partículas sub atómicas pueden
interactuar entre sí.
• Efecto fotoeléctrico: Fotones transfieren
energía a electrones en la materia.
Efecto fotoeléctrico
Haz de electrones
Átomos en el metal
• Electrones acelerados pueden transferir toda su energía cinética el elemento
que los recibe (transferencia de momento).
L.E. Boltzmann
Manufactura avanzada
Fuente de
electrones
Bonina para
alineamiento
del haz
Sistema
óptico
Bobina para
focalizar el haz
Bobina para
desplazar el haz
Cámara
de vacío Pieza
• Electrones emitidos por un
filamento por emisión termoiónica
(cátodo).
• Electrones atraídos por un ánodo.
• Corriente en el haz: 50 - 1000 mA.
• Aceleración: 20 - 220 kV.
• Diámetro del haz: 0,3 - 0,8 mm.
• Densidad de energía: 1010 Wm-2.
• Bajo aporte térmico.
• ZAT estrecha y pocas distorsiones.
Manufactura avanzada
Las moléculas del aire dispersan los
electrones en el haz
Necesidad de vacío
• Equipo altamente especializado.
• Alto costo de inversión (US $1.000.000) y mantenimiento especializado.
• Requiere vacío de 0,13 a 133 mPa (alto vacío) y 0,13 a 3000 Pa (medio vacío).
• Uso de vacío reduce el tiempo de producción.
Manufactura avanzada
Soldadura por haz de electrones
https://www.youtube.com/watch?v=zX9tvdTEAEo
https://www.youtube.com/watch?v=NONurFigP5I
https://www.youtube.com/watch?v=DEKjlfwa6XE
• Debido al tamaño reducido es necesario un
sistema de posicionamiento.
• Es necesario maquinar las piezas de la
junta.
• El cordón de soldadura es estrecho.
• Soldar piezas gruesas en un único pase:
100 mm acero: 150 mm aluminio.
• Unión de metales disímiles, desde que sea
posible su unión metalúrgica.
• Soldadura de juntas a tope y sobrepuestas.
Arco sumergido vs EBS
Acero al manganeso
EBW GTAW
Manufactura avanzada
Soldadura por láser
• LBW: Laser Beam Welding.
• Láser es un haz de luz coherente, monocromático y de alta intensidad.
• Proceso basado en el calentamiento del metal por transferencia de energía
cinética de partículas.
• Los fotones tienen energía asociada a su longitud de onda.
Manufactura avanzada
William Herschel • Aumento de longitud de onda mayor energía.
• Los colores en la luz blanca presentan diferente
longitud de onda.
• La luz infrarroja es responsable por el calor que
recibimos del sol.
• Electrones de átomos excitados a un nivel energético
superior, se relajan liberando un fotón.
• Energía de excitación exacta para emitir fotones con
la misma longitud de onda.
Manufactura avanzada
• Sistema láser.
a. Material activo: Permite por medio de sus moléculas emitir los fotones con
la energía necesaria; generar ganancia o amplificar.
b. Fuente externan de energía o bombeo: Para excitar las moléculas del
medio activo (poner las moléculas en un nivel cuántico mayor). Fuente
externa electrónico, radio frecuencia, sonido, luz.
c. Sistema de retroalimentación: Emisión en cascada de fotones (fotones
iguales) que atraviesen de forma continua (ida y vuelta) el medio activo.
Mediante espejos paralelos (cavidad resonante). Vidrios plásticos,
cerámicos y metálicos. Uno de los vidrios es parcialmente refractante..
• El medio activo definen el tipo
de láser:
a. Neón: Láser rojo.
b. Helio: Láser verde.
c. Rubí: Diferentes gamas
de colores.
Retroalimentación
Medio activo
Medio de
excitación
Espejo
100 %
refractante
Espejo
parcialmente
refractante
Manufactura avanzada
• Haz de luz coherente, concentrado, monocromático y de alta intensidad.
• Coherencia (espacial y temporal).
• Fotones con energía específica (monocromática).
• Fuente de luz continua de dióxido de carbono o YAG (Ytrium Aluminum Garnet)
en estado sólido .
• El láser puede ser transmitido en el aire.
• El láser puede ser fácilmente direccionado y posicionado.
Fuente de luz
Fuente de
energía
Láser Espejo
Lente de
focalización
Pieza
• Densidad de 1010 w.m-2.
• Sistema de espejos para
posicionamiento del haz.
• Lente para concentrar el haz.
Manufactura avanzada
• Proceso de alta velocidad de soldadura.
• La alta intensidad vaporiza parcialmente el metal fundido en el charco (keyhole).
• Láser YAG baja potencia (3-5 kV), mientras CO2 mayor potencia (15 kV).
• Láser de YAG de 5 kV para soldadura de acero de 2,5 mm a 3,9 m.min-1.
• La eficiencia del proceso es baja; requiere refrigeración continua.
Soldadura por láser
https://www.youtube.com/watch?v=djo_25Ze6eY
https://www.youtube.com/watch?v=4Uek3qEb8TA
https://www.youtube.com/watch?v=b5Xi1LfeJdw
https://www.youtube.com/watch?v=yuTIR5E98Dw
• Equipos sofisticados de elevado costo (US
$500.000).
• Requieren posicionamiento de alta precisión.
• El proceso puede usar gas de protección para el
charco de soldadura.
Manufactura avanzada
1.4. Procesos de soldadura en estado sólido
• Procesos con baja densidad de energía.
• Aporte térmico medio-bajo.
• Soldaduras especiales.
• Equipos especializados.
• Uniones soldadas más resistentes que el metal de base.
• Soldaduras en planta.
• Fundamento de los procesos es la difusión o deformación del metal.
a. Soldadura por forja (FOW).
b. Soldadura por difusión (DFW).
c. Soldadura por explosión(EXW).
d. Soldadura por fricción (FRW).
Manufactura avanzada
Soldadura por forja
• FOW: Forge Welding.
• La técnica es muy antigua.
• Deformación plástica (con temperatura).
• Carga dinámica sobre los metales a unir.
• Métodos alternativos de calentamiento: Electro-forja.
Soldadura por forja
https://www.youtube.com/watch?v=E7bnffUHYUI
https://www.youtube.com/watch?v=yfpeGaxoG1o
https://www.youtube.com/watch?v=pp-X7Q1hJZw
Molde
Rebaba • Microestrutura deformada.
• Permite uniones disímiles.
• Menor temperatura, mejores
propiedades.
Manufactura avanzada
Soldadura por difusión
• DFW: Diffusion Welding.
• Desplazamiento atómico a través de la intercara.
• Para metales, polímeros y cerámicos.
• Carga estática a “elevada” temperatura (0,5 Tf).
• Métodos alternativos de calentamiento.
• En metales se requiere vacío.
Soldadura por difusión
https://www.youtube.com/watch?v=IQYZHGSf_8E
https://www.youtube.com/watch?v=5EhMYMr834o
https://www.youtube.com/watch?v=E3srWQfrQBk
Manufactura avanzada
Soldadura por explosión
• EXW: Explosion Welding.
• Onda mecánica a alta velocidad (8500 m.s-1).
• Zona de alta presión, colisión de las placas.
• Detonación controlada.
• Exclusivo para láminas gruesas.
• Métodos de bajo costo.
• Excelente para cladeado.
• Bajo aporte térmico.
• Deformación severa en la intercara.
• Sin difusión.
• Superficies químicamente preparadas.
Soldadura por explosión
https://www.youtube.com/watch?v=XN5TR_Vssj0
https://www.youtube.com/watch?v=CIvAQ_mZwCg
Explosión Explosivo
Chorro de plasma
Manufactura avanzada
Soldadura por fricción
• FRW: Friction Welding.
• Desarrollado en los 60’s en la Unión Sovietica.
• Calentamiento por fricción.
• Material en estado pastoso.
• Inicialmente solo para elementos cilíndricos.
• Nuevas vertientes de soldadura por fricción.
• Movimiento relativo entre los elementos.
Rotación
Lineal
Manufactura avanzada
• Bajo aporte térmico.
• Mayor resistencia del metal de soldadura.
• Formación de estructura con grano pequeño.
• Equipo especializado.
• Robot de gran potencia.
Manufactura avanzada
Soldadura por fricción
https://www.youtube.com/watch?v=-aEuAK8bsQg
https://www.youtube.com/watch?v=sWVBSZccLeE
https://www.youtube.com/watch?v=Z5-PMb5jJ0I
https://www.youtube.com/watch?v=kf2IYFLoUuM
Manufactura avanzada
1.5. Adhesivos
• Sustancia no metálica que aplicada entre las superficies de dos materiales
permite una unión resistente a la separación.
• Unión microscópica (a nivel atómico o molecular) por medios químicos.
• Proceso antiguo: Adhesivos naturales (extractos plantas y animales).
• Uniones de baja resistencia mecánica y estabilidad química.
• Técnica industrialmente aplicada a partir del siglo XX.
• Explosión de la industria petroquímica y el desarrollo de polímeros.
• Aumento en la resistencia de los elementos unidos.
• Mayor variedad materiales a unir: Metales, cerámicos, polímeros, compuestos.
• Adhesión: interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la interfase
adhesivo/adherente.
Manufactura avanzada
• Diferentes fuerzas involucradas en la unión.
• Enlaces químicos:
a. Entre átomos del adhesivo (Cohesión).
b. Entre átomos del adhesivo y el sustrato (Adhesión).
• Dos tipos de adhesivos:
a. Adhesivo estructurales: De alta resistencia capaz de transmitir los esfuerzos
sin comprometer su integridad mecánica.
b. Adhesivo no estructurales: De baja resistencia para soportar el peso de los
elementos o evitar fugas de fluidos a baja presión.
Manufactura avanzada
• Los adhesivos sintéticos son los más importantes.
• Clasificación según el tipo de polímero.
• Adhesivos termoplásticos: Pueden ser calentados.
a. Acrilatos.
b. Cianoacrilatos.
c. Epoxy curados mediante radiación ultravioleta.
d. Acrilatos curados mediante radiación ultravioleta.
• Adhesivos termoestables: No reprocesables.
a. Adhesivos de Epoxy.
b. Adhesivos de Poliéster insaturados.
c. Adhesivos de Poliuretano de 1 componente
d. Adhesivos anaeróbicos.
• Adhesivos elastómeros: Termoplásticos o estables.
a. Adhesivos de poliuretanos de 2 componentes.
b. Adhesivos de poliuretanos de 1 componente.
c. Adhesivos en base siliconas.
d. Adhesivos de silanos modificados.
Manufactura avanzada
• Distribución homogénea de los esfuerzos.
• Sin distorsiones.
• Ductilidad en la unión.
• Bajo costo.
• Posibilita unir grandes superficies.
• Unir diferentes materiales.
• Materiales de diferente espesor.
• Protector contra líquidos y gases.
• Resistencia a la corrosión.
• Aislamiento.
• Baja estabilidad térmica.
• Requiere preparación de las superficies.
• No existe normatividad para su aplicación y evaluación.
• Utilizado frecuentemente de la mano de otro método de unión.