soldadura por resistencia eléctrica

La soldadura por resistencia eléctrica ( ERW ) es un proceso de soldadura en el que las piezas metálicas en contacto se unen permanentemente calentándolas con una corriente eléctrica, fundiendo el metal en la unión. ^{[ 1 ]} La soldadura por resistencia eléctrica se utiliza ampliamente, por ejemplo, en la fabricación de tuberías de acero y en el ensamblaje de carrocerías para automóviles. ^{[ 2 ]} La corriente eléctrica puede suministrarse a electrodos que también aplican presión de sujeción, o puede inducirse mediante un campo magnético externo. El proceso de soldadura por resistencia eléctrica se puede clasificar además según la geometría de la soldadura y el método de aplicación de presión a la unión: soldadura por puntos, soldadura por costura, soldadura por chispa, soldadura por proyección, por ejemplo. Algunos factores que influyen en el calor o las temperaturas de soldadura son las proporciones de las piezas de trabajo, el recubrimiento del metal o la falta de recubrimiento, los materiales de los electrodos, la geometría de los electrodos, la fuerza de presión de los electrodos, la corriente eléctrica y la duración del tiempo de soldadura. Se forman pequeñas pozas de metal fundido en el punto de mayor resistencia eléctrica (las superficies de conexión o "en contacto") a medida que una corriente eléctrica (100 – 100 000 A ) pasa a través del metal. En general, los métodos de soldadura por resistencia son eficientes y generan poca contaminación, pero sus aplicaciones se limitan a materiales relativamente delgados.

La soldadura por puntos es un método de soldadura por resistencia que se utiliza para unir dos o más láminas metálicas superpuestas, pernos, salientes, soportes para cableado eléctrico, algunas aletas de intercambiadores de calor y algunos tubos. Generalmente, las fuentes de alimentación y los equipos de soldadura se dimensionan según el espesor y el material que se va a soldar. El espesor está limitado por la potencia de la fuente de alimentación y, por lo tanto, por el rango del equipo, debido a la corriente requerida para cada aplicación. Se debe tener cuidado de eliminar los contaminantes entre las superficies de contacto. Normalmente, se utilizan dos electrodos de cobre simultáneamente para sujetar las láminas metálicas y hacer pasar la corriente a través de ellas. Cuando la corriente pasa a través de los electrodos hacia las láminas, se genera calor debido a la mayor resistencia eléctrica en el punto de contacto entre las superficies. A medida que la resistencia eléctrica del material provoca una acumulación de calor en las piezas de trabajo entre los electrodos de cobre, el aumento de la temperatura provoca un aumento de la resistencia, lo que da como resultado un baño de fusión que, la mayor parte del tiempo, permanece entre los electrodos. A medida que el calor se disipa por toda la pieza en menos de un segundo (el tiempo de soldadura por resistencia se programa generalmente en ciclos de CA o milisegundos), el estado fundido o plástico crece hasta alcanzar las puntas de soldadura. Cuando se interrumpe la corriente, las puntas de cobre enfrían la soldadura por puntos, lo que provoca que el metal se solidifique bajo presión. Los electrodos de cobre refrigerados por agua eliminan rápidamente el calor superficial, acelerando la solidificación del metal, ya que el cobre es un excelente conductor . La soldadura por resistencia por puntos suele emplear energía eléctrica en forma de corriente continua , corriente alterna , corriente continua de media onda de frecuencia media o corriente continua de alta frecuencia de media onda.

Si se aplica calor excesivo o demasiado rápido, o si la fuerza entre los materiales base es demasiado baja, o si el recubrimiento es demasiado grueso o demasiado conductor, entonces el área fundida puede extenderse hacia el exterior de las piezas de trabajo, escapando de la fuerza de contención de los electrodos (a menudo hasta 30 000 psi). Esta explosión de metal fundido se llama expulsión, y cuando esto ocurre, el metal será más delgado y tendrá menos resistencia que una soldadura sin expulsión. El método común para verificar la calidad de una soldadura es la prueba de pelado. Una prueba alternativa es la prueba de tracción restringida, que es mucho más difícil de realizar y requiere equipo calibrado. Debido a que ambas pruebas son destructivas (lo que resulta en la pérdida de material comercializable), los métodos no destructivos, como la evaluación por ultrasonidos, se encuentran en diversas etapas iniciales de adopción por parte de muchos fabricantes de equipos originales (OEM).

Las ventajas del método incluyen un uso eficiente de la energía , una deformación limitada de la pieza de trabajo , altas tasas de producción, fácil automatización y la ausencia de materiales de relleno necesarios. Cuando se requiere una alta resistencia al corte , la soldadura por puntos se utiliza en lugar de una fijación mecánica más costosa, como el remachado . Si bien la resistencia al corte de cada soldadura es alta, el hecho de que los puntos de soldadura no formen una costura continua significa que la resistencia general suele ser significativamente menor que con otros métodos de soldadura, lo que limita la utilidad del proceso. Se utiliza ampliamente en la industria automotriz  : los automóviles pueden tener varios miles de soldaduras por puntos. Un proceso especializado, llamado soldadura por disparo , se puede utilizar para soldar acero inoxidable por puntos .

Existen tres tipos básicos de uniones por soldadura por resistencia: estado sólido, fusión y soldadura fuerte por reflujo. En una unión en estado sólido , también llamada unión por termocompresión, se unen materiales diferentes con estructuras granulares distintas, por ejemplo, molibdeno y tungsteno, utilizando un tiempo de calentamiento muy corto, alta energía de soldadura y alta fuerza. Hay poca fusión y mínimo crecimiento de grano, pero una unión y una interfaz de grano definidas. Por lo tanto, los materiales se unen mientras aún están en estado sólido. Los materiales unidos suelen presentar una excelente resistencia al corte y a la tracción, pero una baja resistencia al pelado. En una unión por fusión , materiales similares o diferentes con estructuras granulares similares se calientan hasta el punto de fusión (estado líquido) de ambos. El enfriamiento y la combinación posteriores de los materiales forman una aleación en forma de "nugget" de los dos materiales con un mayor crecimiento de grano. Normalmente, se utilizan altas energías de soldadura con tiempos de soldadura cortos o largos, según las características físicas, para producir uniones por fusión. Los materiales unidos suelen presentar excelentes resistencias a la tracción, al pelado y al corte. En la soldadura por reflujo , se utiliza el calentamiento por resistencia de un material de soldadura de baja temperatura, como oro o soldadura fuerte, para unir materiales diferentes o combinaciones de materiales de espesor variable. El material de soldadura debe adherirse a cada pieza y tener un punto de fusión inferior al de ambas. La unión resultante presenta interfaces definidas con un mínimo crecimiento de grano. Normalmente, el proceso requiere un tiempo de calentamiento prolongado (de 2 a 100 ms) a baja energía de soldadura. La unión resultante exhibe una excelente resistencia a la tracción, pero una baja resistencia a la peladura y al cizallamiento.

La soldadura por resistencia de costura es un proceso que produce una soldadura en las superficies de contacto de dos metales similares. La costura puede ser a tope o por solape y suele ser un proceso automatizado. Se diferencia de la soldadura por chispa en que esta última suelda toda la junta de una sola vez, mientras que la soldadura por costura forma la soldadura progresivamente, comenzando por un extremo. Al igual que la soldadura por puntos, la soldadura por costura utiliza dos electrodos, generalmente de cobre, para aplicar presión y corriente. Los electrodos suelen tener forma de disco y giran a medida que el material pasa entre ellos. Esto permite que los electrodos permanezcan en contacto constante con el material para realizar soldaduras largas y continuas. Los electrodos también pueden moverse o facilitar el movimiento del material.

Un transformador suministra energía a la junta de soldadura mediante corriente alterna de bajo voltaje y alta intensidad. La junta de la pieza de trabajo presenta una alta resistencia eléctrica con respecto al resto del circuito y se calienta hasta su punto de fusión por la acción de la corriente. Las superficies semifundidas se comprimen mediante la presión de soldadura, creando una unión por fusión que da como resultado una estructura soldada uniforme. La mayoría de las soldadoras de costura utilizan refrigeración por agua a través del electrodo, el transformador y el controlador debido al calor generado.

La soldadura por costura produce una unión extremadamente duradera, ya que la junta se forja debido al calor y la presión aplicados. Una junta soldada correctamente mediante soldadura por resistencia puede ser incluso más resistente que el material del que está hecha.

Un uso común de la soldadura por costura es en la fabricación de tubos de acero redondos o rectangulares. Si bien se utilizaba para fabricar latas de bebidas de acero, ya no se emplea para este fin, dado que las latas modernas son principalmente de aluminio sin costura con una junta radial pegada y curvada.

Existen dos modos de soldadura por costura: intermitente y continua. En la soldadura intermitente, las ruedas avanzan hasta la posición deseada y se detienen para realizar cada soldadura. Este proceso continúa hasta alcanzar la longitud de soldadura deseada. En la soldadura continua, las ruedas siguen girando mientras se realiza cada soldadura.

La soldadura por resistencia eléctrica de baja frecuencia (LF-ERW) es un método obsoleto para soldar juntas en oleoductos y gasoductos . Se eliminó gradualmente en la década de 1970, pero en 2015 algunos oleoductos construidos con este método seguían en servicio. ^{[ 3 ]}

La tubería soldada por resistencia eléctrica (ERW) se fabrica mediante el conformado en frío de una lámina de acero en forma cilíndrica. A continuación, se aplica corriente eléctrica entre los dos bordes del acero para calentarlo hasta que estos se unen, formando una unión sin necesidad de material de aporte. Inicialmente, este proceso de fabricación utilizaba corriente alterna de baja frecuencia para calentar los bordes. Este proceso de baja frecuencia se empleó desde la década de 1920 hasta 1970. En 1970, el proceso de baja frecuencia fue sustituido por un proceso ERW de alta frecuencia que producía una soldadura de mayor calidad.

Con el tiempo, se descubrió que las soldaduras de tuberías ERW de baja frecuencia eran susceptibles a la corrosión selectiva de la costura, grietas en forma de gancho y una unión inadecuada de las costuras, por lo que la soldadura ERW de baja frecuencia ya no se utiliza para fabricar tuberías. El proceso de alta frecuencia todavía se utiliza para fabricar tuberías para la construcción de nuevos oleoductos. ^{[ 4 ]}

Otros métodos ERW incluyen soldadura por destello , soldadura por proyección de resistencia y soldadura por recalcado . ^{[ 5 ]}

La soldadura por chispa es un tipo de soldadura por resistencia que no utiliza metales de aporte . Las piezas de metal a soldar se colocan separadas a una distancia predeterminada según el espesor y la composición del material, así como las propiedades deseadas de la soldadura final. Se aplica corriente al metal, y la separación entre las dos piezas crea resistencia y produce el arco necesario para fundir el metal. Una vez que las piezas alcanzan la temperatura adecuada, se presionan entre sí, soldándolas mediante forjado. ^{[ 6 ]}

La soldadura por proyección es una modificación de la soldadura por puntos en la que la soldadura se localiza mediante secciones elevadas, o proyecciones, en una o ambas piezas a unir. El calor se concentra en las proyecciones, lo que permite soldar secciones más gruesas o realizar soldaduras con menor separación entre ellas. Las proyecciones también pueden servir para posicionar las piezas. La soldadura por proyección se utiliza a menudo para soldar espárragos , tuercas y otras piezas roscadas a placas metálicas. También se usa frecuentemente para unir alambres y barras cruzadas. Este es otro proceso de alta producción, y se pueden realizar múltiples soldaduras por proyección mediante un diseño y utillaje adecuados. ^{[ 7 ]}

• Lista de procesos de soldadura
• Soldadura por impacto

• O'Brien, RL (Ed.) (1991). Manual de soldadura, vol. 2 (8.ª ed.). Miami: American Welding Society. ISBN 0-87171-354-3

• Alianza de fabricación de soldadura por resistencia
• "Cómo hacer que la soldadura por puntos por resistencia sea más segura", de la revista Welding Journal.
• "Soldadura por resistencia eléctrica de alta frecuencia: una visión general", de The Fabricator.
• Vídeo en YouTube de la Sociedad Americana de Soldadura