Fundamentos da técnica de soldadura
A soldadura é a unión de metais de composición igual ou semellante baixo a acción da calor, con ou sen adición de metal igual ou semellante. Mediante a soldadura as pezas únense de maneira inseparable, de modo que se forma un conxunto único. Unha boa soldadura supón unha unión íntima, que só se consegue cando no lugar da soldadura tamén se funde o material base (zona de fusión).
Soldadura por arco eléctrico
Para as estruturas de aceiro, o soldado por arco eléctrico é o primeiro a ter en conta, no que se obtén a calor necesaria mediante un arco eléctrico de chama. O arco fórmase entre a peza base e a chamada electrodo, que ao mesmo tempo se funde e achega material adicional. A elección correcta do material adicional (electrodo) é da máxima influencia sobre as propiedades da unión soldada. Os electrodos escóllense segundo as resistencias características do material base que se vai soldar. A elección dos electrodos e a determinación das condicións de soldadura requiren coñecementos profesionais, razón pola cal se creou a institución de «enxeñeiros especialistas en técnica de soldadura» especialmente formados, cuxa tarefa é, entre outras, supervisar os traballos de soldadura e renovar de maneira regular as certificacións dos soldadores.
Soldadura e corte oxiacetilénicos
Na soldadura con gas prodúcese a calor necesaria pola combustión do gas, de modo que o material base e o material de achega chegan a fundirse. Máis importante é o corte. O soprete de corte ten, ademais do tubo de calor, que funciona igual que na soldadura, outro tubo de corte para osíxeno. O aceiro quentado pola chama ardente quéimase e é soprada a súa superficie pola corrente de osíxeno. O corte dá superficies lisas e precisas, suficientes para moitos fins das estruturas de aceiro sen tratamento posterior.
Soldabilidade
Para avaliar as unións soldadas hai que ter en conta que durante o proceso de soldadura pode mudar considerablemente a composición tanto do material de achega como do material base. Tamén ten gran importancia o cambio de estrutura: entre o cordón fundido e o material base sen alterar existe, segundo o grao de acción térmica, unha zona de estrutura distinta e, por tanto, de propiedades distintas. Xunto ao cordón atópase a zona na que se fundiu o material base (zona da soldadura) e na que se realiza a unión entre a zona de soldadura e o material base. A zona circundante do material tamén é fortemente quentada, aínda que alí xa non se acadou o punto de fusión. Nesta zona de sobrequecemento prodúcense grandes cambios de estrutura, de maneira que a miúdo é decisiva para as propiedades de toda a unión soldada.
A fendibilidade da soldadura significa a aparición de gretas na soldadura, que se forman inmediatamente despois da soldadura, aínda a alta temperatura, ou quizais só durante o arrefriamento na zona do incandescente azul (a uns 300oC). A fendibilidade é en gran medida unha propiedade dos electrodos; aparece case só con electrodos revestidos, que son precisamente importantes para as estruturas de aceiro. Para que aparezan as gretas deben cumprirse dúas condicións, a saber, altas tensións debidas ao proceso de soldadura ou a outras causas externas, así como o aumento da rixidez do material.
Ademais das modificacións metalúrxicas na composición e na estrutura do material, tamén son importantes os procesos físicos, que están relacionados coas grandes cantidades de calor que, ao soldar, se lle achegan ao material e coas altas temperaturas alcanzadas. O quecemento non se realiza de maneira uniforme, senón só en zonas estreitamente delimitadas. A dilatación térmica asociada ao quecemento vese impedida pola tensión interna da zona quentada fronte ao material non quentado. A isto súmase tamén a tensión externa, porque as pezas deben suxeitarse firmemente durante a soldadura, polo que ao quentar aparecen compresións plásticas. Durante o arrefriamento, a xunta e a súa contorna contraen con maior intensidade (contracción). Ao arrefriar deben xurdir, debido á dilatación impedida, tensións forzadas (tensións de contracción). Mediante o prequecemento previo das pezas que se van soldar a 200 oC ata 300 oC pódese retardar considerablemente o arrefriamento. Debido á redución do efecto de tempero obtense unha mellor formación da estrutura, e o endurecemento queda menor.
Ensaios de materiais e traballos de soldadura
Xeral: Como a calidade dos traballos de soldadura depende dunha serie de circunstancias, e non por último da habilidade e fiabilidade do traballador cualificado, é necesario un control e ensaio precisos de todos os traballos de soldadura. Entre os ensaios cítanse os destinados a determinar a capacidade de soldadura dos materiais e dos electrodos, a comparación das condicións de soldadura e dos procedementos de soldadura para un caso dado, os ensaios de mostras etc.
Fig. 1 - Proba de flexión dunha soldadura
Proba de flexión da soldadura: Trátase da proba de flexión dunha viga simple de sección rectangular (fig. 1), na cal unha ranura lonxitudinal preparada en semicírculo na fibra traccionada volve ser soldada cunha soa capa, e iso a temperatura ambiente. A soldadura provoca unha forte redución da deformabilidade, de maneira que as probas adoitan romper de forma totalmente fráxil e repentina. O ángulo de flexión é maior nas placas delgadas e diminúe co espesor da placa.
Tenacidade á entalla: Na proba de dobrado da soldadura, na maioría dos casos aparecen gretas primeiro na soldadura, polo que se produce unha rotura fráxil. O material base debe ser capaz de soportar a carga que aparece bruscamente ao esnafrarse de forma fráxil a soldadura. Débese esixir que a fenda na zona da soldadura non se propague rapidamente polo material base, senón que só poida avanzar amodo. O material base debe ser suficientemente tenaz para soportar esta carga repentina e esta capacidade debe manterse en boa medida tamén a baixas temperaturas. A tenacidade á entalla, así como outras propiedades mecánicas, dependen en gran medida da temperatura á que se realiza a proba. A baixas temperaturas, por exemplo por baixo de 0 oC, pode baixar ata unha parte do valor a 20 oC. A posición desta caída brusca é importante para a avaliación dun material. Para as estruturas de aceiro soldadas, hoxe esíxese un material de boa estabilidade ao envellecemento, é dicir, alta resistencia á entalla no ensaio de impacto en probetas estiradas en frío.
Fig. 2 - Deformación nos estados de esforzo da entalla
Dureza: As manifestacións de dureza na zona de soldadura teñen gran importancia. É importante coñecer o aumento da dureza, porque a dilatación á rotura diminúe rapidamente ao aumentar a dureza (fig. 3), mentres que a resistencia á tracción σB sobe case proporcionalmente á dureza Brinell HB. Para os aceiros de construción é aproximadamente σB = 0,36*HB. Un exemplo da dureza do cordón principal de esquina dunha viga I móstrase na fig. 4. Na zona de transición existen, a distancias moi pequenas, grandes diferenzas de dureza. O curso da dureza depende da estrutura formada. A liña σ-ε-l cambia de maneira semellante coa dureza que co estado de tensión da entalladura (fig. 2).
Fig. 3 - Dureza Brinell e alongamento
Fig. 4 - Durezas na zona da soldadura no alma dun perfil I soldado
Ensaios non destrutivos de unións soldadas rematadas
Radiografía – Na radiografía de espesores pequenos, pódese facer visible a imaxe radiográfica nunha pantalla. No canto dos raios X poden empregarse raios gamma de materiais radioactivos. A imaxe radiográfica permite inferir a calidade da soldadura. As inclusións de escoura ou poros, así como os defectos de unión e as fisuras, poden así detectarse e, no seu caso, eliminarse.
Fluxo magnético – Xérase un campo magnético na parte do aceiro que se somete a ensaio e entón as virutas depositadas dispóñense segundo o campo. A partir de posibles irregularidades no campo magnético pódense detectar fisuras. O procedemento é eficaz, especialmente para localizar fisuras superficiais, pero relativamente pouco sensible ás inclusións de escoura e aos poros, así como ás fisuras que se atopan no interior de chapas máis grosas.
Ensayo por ultrasóns – As ondas sonoras ultracurtas reflíctense non só nas superficies límite, senón tamén nas superficies de separación no interior, como por exemplo nas fendas ou nas delaminacións.