Soldadura por fusión

La soldadura por fusión une piezas de metal fundiendo juntos sus bordes, casi siempre con algo de metal de aportación, para que al enfriarse formen una sola pieza. Los broncistas ya lo hacían en los siglos VII y VI a. C., vertiendo bronce fundido entre las partes coladas de las grandes estatuas, en Arabia del Sur y luego en Grecia. Más tarde el calor llegó de una llama de gas o de un arco eléctrico: Benardos y Olszewski patentaron la soldadura por arco con electrodo de carbón en 1885, Fouché y Picard construyeron un soplete oxiacetilénico hacia 1903, y los electrodos revestidos, y después los arcos protegidos por gas, extendieron la soldadura por la industria.

Qué es

La soldadura por fusión une dos piezas de metal fundiéndolas donde se tocan. Los bordes y, casi siempre, algo de metal de aportación se juntan en un solo baño, y cuando el baño se solidifica las dos partes son una única pieza de metal a través de la junta.

A la izquierda, una unión con estaño: solo funde el estaño. A la derecha, una soldadura: las placas mismas se funden.

Otras dos maneras de unir metal se parecen y funcionan de otro modo. En la soldadura blanda, un metal de aportación que funde a una temperatura mucho más baja moja las superficies y se solidifica entre ellas, mientras las piezas siguen sólidas. En la soldadura a la forja, el viejo método del herrero, dos trozos de hierro se calientan en el fuego y se martillan hasta que se unen, sin fundirse. La soldadura por fusión necesita una fuente de calor lo bastante intensa para fundir las piezas localmente, hoy casi siempre un arco eléctrico o una llama de gas.

Un equipo de soldadura por arco típico de mediados del siglo XX está construido en torno a un transformador. Un cable va del equipo al portaelectrodo, que sujeta una varilla de metal revestida, el electrodo. Un segundo cable acaba en una pinza de masa fijada a la pieza. El arco salta entre la punta del electrodo y la junta, sobre un pequeño baño de metal fundido, y deja detrás un cordón de soldadura a medida que el soldador avanza. El soldador mira a través del filtro oscuro de una pantalla. En la unión a tope terminada, el cordón llena el hueco y la zona fundida penetra en las dos placas.

Cómo funciona

Al acercar el electrodo a la pieza, la corriente salta el pequeño hueco a través de una columna de gas caliente e ionizado, el arco. El arco es lo bastante caliente para fundir la punta del electrodo y los bordes de la junta. Las gotas de metal del electrodo cruzan el arco hasta el baño, de modo que el electrodo se gasta a medida que crece la soldadura. Su revestimiento también se funde y desprende gas y una capa de escoria que cubren el metal fundido y lo aíslan del aire; la escoria se quita del cordón a golpes una vez frío. El circuito va del equipo al portaelectrodo, atraviesa el arco, la pieza y la pinza de masa y vuelve al equipo.

Un equipo de soldadura con gas: el oxígeno y el acetileno se mezclan en el soplete.

La soldadura con gas usa una llama. El oxígeno y el acetileno salen de dos botellas por manorreductores y mangueras y se mezclan en el soplete. En 1895 Henri Le Chatelier obtuvo una llama de unos 3000 °C quemando juntos los dos gases. El soldador funde los bordes de la junta con la llama y lleva a mano una varilla de aportación al baño. A diferencia del arco, la soldadura con gas no necesita electricidad.

Procesos de arco posteriores protegen el baño con un gas en lugar de un revestimiento. En la soldadura TIG, perfeccionada en 1941, un electrodo de wolframio que no se funde hace saltar el arco bajo una corriente de gas inerte, y el metal de aportación se añade aparte. En la soldadura MIG, desarrollada en 1948, un hilo que avanza sin parar por una pistola es a la vez electrodo y metal de aportación.

Toda forma de soldadura es un trabajo peligroso. El arco emite luz ultravioleta que quema los ojos y la piel; por eso la pantalla lleva un filtro oscuro y los soldadores usan guantes y ropa que cubre. Los humos del metal y del revestimiento fundidos causan cáncer: la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer clasificó los humos de soldadura como cancerígenos para el ser humano en 2017, y la autoridad británica de salud y seguridad laboral exige desde febrero de 2019 aspirarlos en el punto donde se producen. Los equipos de arco conllevan riesgo de descarga eléctrica, las botellas y mangueras de gas pueden alimentar incendios, y las chispas y el metal caliente prenden fuego a lo que haya cerca. El material de soldadura lo usan soldadores formados, con extracción de humos, mamparas y precauciones contra incendios.

Historia y evolución

Benoît Mille ha identificado soldaduras por fusión en Hawtar’athat, una gran estatua de bronce de Arabia del Sur que su inscripción fecha a finales del siglo VII o en la primera mitad del VI a. C. En Grecia, las soldaduras por fusión más antiguas identificadas hasta hoy están en grandes bronces. Las estatuas de tamaño natural o mayores se colaban en varias piezas a la cera perdida y luego se unían, y Aurélia Azéma y sus colegas fechan las soldaduras griegas más antiguas a finales del siglo VI o principios del V a. C., la época de las primeras grandes estatuas de bronce. Los fundidores vertían bronce fundido en un canal abierto a lo largo de la junta o en un hueco dejado entre las dos partes, de modo que fundiera sus bordes y se uniera a ellos.

Cubetas ovaladas a lo largo de la unión de un brazo, donde se vertió el bronce fundido.

En algunas estatuas, como los bronces de Riace, las soldaduras aparecen como una línea de cubetas ovaladas a lo largo de la junta. Angelini, Artioli y sus colegas han analizado los isótopos de plomo de muestras tomadas de las soldaduras de los bronces de Riace. En ensayos de laboratorio, el equipo de Azéma no logró hacer una soldadura de más de unos centímetros, mientras que algunas soldaduras antiguas llegan a un metro, y sospecha que los fundidores usaban un aditivo que hacía de fundente. Mucho antes ya se unía el metal sin fundirlo. Miller y TWI mencionan pequeñas cajas de oro de la Edad del Bronce con juntas soldadas, hechas según Miller apretando entre sí bordes solapados. El hierro caliente se unía por soldadura a la forja, martilleando dos piezas hasta que quedaban trabadas: Nurcan Küçükarslan señala huellas de ella en objetos de hierro de la Edad del Bronce Media de Kaman-Kalehöyük, en Anatolia, y TWI indica que fue la forma habitual de soldar el hierro hasta el siglo XIX.

El arco eléctrico hizo posibles nuevas soldaduras. Humphry Davy mostró un arco entre electrodos de carbón a principios del siglo XIX; TWI lo fecha en 1800 y Miller en 1809. En 1881 Auguste de Méritens usó el calor de un arco para unir las placas de plomo de acumuladores. Nikolái Benardos y Stanislaus Olszewski patentaron la soldadura con electrodo de carbón en Gran Bretaña en 1885 y en Estados Unidos en 1887. Nikolái Slaviánov en Rusia en 1888 y C. L. Coffin en Estados Unidos en 1890 usaron un electrodo metálico que se fundía en la junta.

La soldadura con gas avanzó a la par. Tras los trabajos de Le Chatelier sobre la llama oxiacetilénica, los ingenieros franceses Edmond Fouché y Charles Picard desarrollaron un soplete para quemar los dos gases, fechado en 1903 por Metinvest. Miller sitúa hacia 1900 un soplete adecuado para el acetileno a baja presión. Entre 1907 y 1914 el sueco Oscar Kjellberg inventó el electrodo revestido. La demanda de armamento de la Primera Guerra Mundial extendió la soldadura por la industria, y a finales de los años treinta los astilleros soldaban con arco automático bajo una capa de fundente.