Introducción
Una junta solapada es una configuración geométrica ampliamente utilizada en la industria para los procesos de fabricación y reparación de equipos. Este método consiste en superponer una plancha sobre otra en paralelo, permitiendo crear uniones fuertes y duraderas mediante la aplicación de soldaduras a filete u otros tipos. Este artículo técnico explora los fundamentos de la soldadura solapada, describiendo sus técnicas, características y las aplicaciones más comunes en diversas industrias.
¿Qué es soldadura solapada?
Aunque la denominación de solapada lo determina la junta de unión sobrepuesta, en la práctica es común mencionar el término soldadura solapada, soldadura traslapada o soldadura de solape, que no es otra cosa que una soldadura a filete o de otro tipo que se aplican a estas juntas. En general, el término solapado en soldadura se refiere a la configuración de las piezas metálicas superpuestas que se unen mediante un proceso de soldadura.
El proceso de soldadura en una configuración solapada implica la fusión de los bordes superpuestos de las piezas metálicas, creando una soldadura resistente y duradera. Esta unión, dependiendo del proyecto, se puede soldar por uno o los dos bordes superpuestos, entendiendo que soldar los dos bordes implica duplicar la cantidad de soldadura y el aumento considerable de los costos.
Procesos de soldadura solapada
Se puede realizar utilizando varios métodos, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. El método más común es por arco eléctrico que incluyen la soldadura por electrodo revestido o SMAW, la soldadura MIG/MAG, la soldadura TIG, la de arco sumergido o SAW y el método por resistencia. A continuación, se describen parcialmente estos métodos:
Soldadura SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
Es un proceso manual, donde el arco eléctrico se establece entre un electrodo revestido consumible y las piezas metálicas a unir, generando el calor necesario para fundir el metal y el revestimiento fundente del electrodo, la fusión de este último forma un gas que protege el arco de la atmósfera. Este proceso es versátil y se puede utilizar en una variedad de materiales y espesores.
Soldadura GMAW (Gas Metal Arc Welding)
También conocida como MIG (Metal Inert Gas) / MAG (Metal Active Gas), utiliza un gas para proteger el arco de la atmósfera. Este método es popular por su alta velocidad de deposición y su capacidad para producir soldaduras limpias y de alta calidad. Este método es popular para soldaduras solapadas en la fabricación de maquinaria y equipos industriales, donde se requiere la unión de piezas metálicas gruesas y con alto rendimiento.
Soldadura GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)
La soldadura GTAW o TIG (Tungsten Inert Gas) utiliza un electrodo de tungsteno no consumible y un gas inerte para proteger la soldadura. Este método es conocido por su precisión y es ideal para soldaduras de alta calidad en materiales delgados.
Soldadura RW (Resistance Welding)
Es un método donde las piezas metálicas solapadas se unen, sin aporte de material, mediante la aplicación de presión y calor generado por una corriente eléctrica. Este método es común en la fabricación de productos de alta producción, como en la industria automotriz y electrodomésticos en donde gran parte de ellas los sistemas están robotizados.
Soldadura SAW (Submerged Arc Welding)
La Soldadura de Arco Sumergido o SAW es un proceso automatizado de soldadura de posición plana horizontal desde arriba (1G/1F) que utiliza un arco eléctrico mantenido entre un electrodo de alambre continuo y la pieza de trabajo. El arco se encuentra “sumergido” bajo un manto de flux granulado, que protege el metal fundido de la contaminación atmosférica y mejora la calidad de la soldadura.
Es conocido por su alta tasa de deposición y penetración profunda en entorno controlado, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta producción; siendo su aplicación muy típica en la fabricación de estructuras pesadas como vigas y columnas en construcción, así como en la fabricación de pisos y techos de tanques de almacenamiento, y componentes de maquinaria industrial, donde la automatización del proceso reduce el tiempo de soldadura y mejora la eficiencia, y uniformidad de las uniones.
Técnicas de soldadura solapada
Las técnicas de soldadura solapada varían según el método de soldadura utilizado y las características específicas del proyecto. Algunas de las técnicas más comunes incluyen:
Soldadura a filete
Es la más común en este tipo de uniones, donde la soldadura se deposita en la intersección de las dos piezas superpuestas, formando un cordón triangular. Estas soldaduras son resistentes y versátiles, y se pueden realizar en una variedad de posiciones, incluyendo horizontal, vertical y sobrecabeza.
Soldadura por puntos
Esta técnica se utiliza principalmente en la soldadura por resistencia. En la soldadura por puntos en chapas de bajo espesor, se aplica presión y corriente eléctrica en puntos específicos de la unión solapada, formando soldaduras puntuales. Es común en la fabricación de carrocerías de automóviles y electrodomésticos.
Soldadura de tapón
La soldadura de tapón implica la creación de agujeros en las piezas metálicas superpuestas y la posterior soldadura a través de estos agujeros, uniendo las piezas. Esta técnica es útil cuando se requiere una unión fuerte, pero se desea mantener la apariencia superficial sin cordones visibles.
Defectos en soldadura solapada y cómo prevenirlos
Como en cualquier proceso de soldadura, la soldadura solapada puede presentar defectos que afectan la calidad y la integridad de la unión. Algunos de los defectos más comunes incluyen:
- Porosidad: Se produce cuando se quedan atrapadas burbujas de gas en el metal fundido, formando cavidades en la soldadura. Esto puede debilitar la unión y hacerla susceptible a la fractura. Para minimizar este defecto se debe asegurar la limpieza, controlar velocidad de avance, uso del gas de protección adecuado, selección y almacenamiento adecuado de los electrodos y evitar la entrada de flujo de aire externo durante el proceso de soldadura.
- Inclusiones de escoria: Ocurren cuando materiales no metálicos quedan atrapados en la soldadura. para evitarlo se requiere realizar buena limpieza entre pases, usar los niveles de corriente y voltaje adecuados, para evitar la formación excesiva de escoria, así mismo utilizar electrodos y materiales de aporte que minimicen la formación de escoria.
- Fisuras: Pueden formarse debido a la contracción del metal fundido durante el enfriamiento. Pueden ser superficiales o internas y son un defecto crítico que puede comprometer la integridad de la unión. Estas discontinuidades se evitan precalentando las piezas base cuando sea necesario, controlando la temperatura entre pases, evitando el enfriamiento demasiado rápido y utilizando materiales de compatibilidad térmica y mecánica.
- Mala penetración: Ocurre cuando el metal de aporte no penetra adecuadamente en las piezas base, resultando en una unión débil. Esto puede ser causado por parámetros incorrectos de soldadura o una preparación inadecuada de las piezas. Para evitar estas fallas se requiere utilizar la corriente, el voltaje y la velocidad de avance adecuados y utilizar el ángulo del electrodo, y la dirección del avance correcta.
Diseño de soldaduras a filete para junta solapada
El diseño adecuado de una junta a filete asegura la resistencia y durabilidad, para esto se requiere considerar lo siguiente:
- Altura del filete (a): Es la longitud de la pierna o cateto del triángulo rectángulo isósceles que forma la soldadura. Para el caso de las soldaduras a filete en juntas a solape, esta altura la determina el espesor de la plancha en cuyo borde se aplica la soldadura.
- Garganta efectiva (t): Es la distancia desde la raíz de la soldadura hasta la cara del filete, formando un ángulo de 45° con la pierna o cateto del triángulo, como se indica en la figura 5.
- Distribución de cargas: Diseñar la junta soldada para que las cargas sean distribuidas de manera uniforme.
Inspección de soldaduras a filete
Para evaluar la calidad de las soldaduras a filete, se pueden aplicar varios métodos de Inspección No destructiva (END) como la Inspección Visual (VT), para detectar defectos superficiales, Líquidos Penetrantes (PT), para detectar grietas superficiales y el método de Partículas Magnéticas (MT) para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos.
Los métodos más avanzados de END como el Ultrasonido (UT) y Radiografía Industrial (RT) pueden utilizarse, pero son limitados para evaluar soldaduras a filete debido a lo complejo de su geometría y ángulos agudos, lo que dificulta la interpretación de las señales ultrasónicas. Las geometrías de varias superficies reflectantes pueden generar ecos múltiples y falsos positivos. Para las radiografías, la configuración de las piezas superpuestas y la dificultad de la colocación adecuada de la fuente de radiación dificultan obtener imágenes claras y detalladas.
Conclusiones
La soldadura solapada es un proceso importante y de uso común en la fabricación y reparación de estructuras metálicas, tanques de almacenamientos y equipos en general. Su capacidad para crear uniones muy resistentes y duraderas la hace ideal para una variedad de aplicaciones industriales. Las técnicas de soldadura solapada, ofrecen soluciones flexibles para diferentes requisitos de diseño y producción.
Es esencial comprender los posibles defectos en soldadura solapada, para garantizar la calidad de las uniones. Con el conocimiento adecuado y la aplicación de técnicas correctas, la soldadura solapada continuará siendo una herramienta valiosa en la ingeniería y la fabricación modernas.
Referencias
Fuente propia
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