Soldadura

Compilación por:

Benito Camela Vergara

Procesos de Soldadura

La soldadura es un proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el de aporte.

Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energía para la unión. A continuación se presenta una manera general de agruparlos:

1. Soldadura blanda 2. Soldadura fuerte 3. Soldadura por forja 4. Soldadura con gas 5. Soldadura con resistencia 6. Soldadura por inducción 7. Soldadura por arco 8. Soldadura por vaciado 9. Soldadura por fricción 10.Soldadura por explosión

Para lograr la soldadura algunos procesos requieren sólo de fuerza para la unión, otros requieren de un metal de aporte y energía térmica que derrita a dicho metal. Cada uno de los diferentes procesos de soldadura tiene sus características de ingeniería particulares y sus costos específicos.

Existen diferentes tipos de uniones de los materiales, estas uniones se conocen como juntas y van desde las elementales hasta las más complejas, a continuación se observan algunas de las juntas de soldadura más comunes. Su aplicación dependerá fundamentalmente del tipo de material a utilizar, la apariencia de la unión y del uso que se dará a la unión.

Soldadura blanda

Es la unión de dos piezas de metal por medio de otro metal llamado de aporte, éste se aplica entre ellas en estado líquido. La temperatura de fusión de estos metales no es superior a los 430ºC. En este proceso se produce una aleación entre los metales y con ello se logra una adherencia que genera la unión. En los metales de aporte por lo regular se utilizan aleaciones de plomo y estaño los que funden entre los 180 y 370ºC.

Este tipo de soldadura es utilizado para la unión de piezas que no estarán sometidas a grandes cargas o fuerzas. Una de sus principales aplicaciones es la unión de elementos a circuitos eléctricos. Por lo regular el metal de aporte se funde por medio de un cautín y fluye por capilaridad.

Soldadura fuerte

En esta soldadura se aplica también metal de aporte en estado líquido, pero este metal, por lo regular no ferroso, tiene su punto de fusión superior a los 430 ºC y menor que la temperatura de fusión del metal base. Por lo regular se requiere de fundentes especiales para remover los óxidos de las superficies a unir y aumentar la fluidez al metal de aporte. Algunos de los metales de aporte son aleaciones de cobre, aluminio o plata. A continuación se presentan algunos de los más utilizados para las soldaduras denominadas como fuertes:

1. Cobre. Su punto de fusión es de 1083ºC. 2. Bronces y latones con punto de fusión entre los 870 y 1100ºC. 3. Aleaciones de plata con temperaturas de fusión entre 630 y

845ºC. 4. Aleaciones de aluminio con temperatura de fusión entre 570 y

640ºC

La soldadura dura se puede clasificar por la forma en la que se aplica el metal de aporte. A continuación se describen algunos de estos métodos:

Inmersión. El metal de aporte previamente fundido se introduce entre las dos piezas que se van a unir, cuando este se solidifica las piezas quedan unidas.

Horno. El metal de aporte en estado sólido, se pone entre las piezas a unir, estas son calentadas en un horno de gas o eléctrico, para que con la temperatura se derrita al metal de aporte y se genere la unión al enfriarse.

Soplete. El calor se aplica con un soplete de manera local en las partes del metal a unir, el metal de aporte en forma de alambre se derrite en la junta. Los sopletes pueden funcionar con los siguientes comburentes: aire inyectado a presión (soplete de plomero), aire de la atmósfera (mechero Bunsen), oxígeno o aire almacenado a presión en un tanque. Los combustibles pueden ser: alcohol, gasolina blanca, metano, propano-butano, hidrógeno o acetileno.

Electricidad. La temperatura de las partes a unir y del metal de aporte se puede lograr por medio de resistencia a la corriente, por inducción o por arco, en los tres métodos el calentamiento se da por el paso de la corriente entre las piezas metálicas a unir.

Soldadura por forja    

Es el proceso de soldadura más antiguo. El proceso consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y posteriormente por medio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas. En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la limitación del proceso es que sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La unión se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a como de lugar la oxidación, para esto se utilizan aceites gruesos con un fundente, por lo regular se utiliza bórax combinado con sal de amonio.

La clasificación de los procesos de soldadura mencionados hasta ahora, es la más sencilla y general, a continuación se hace una descripción de los procesos de soldadura más utilizados en los procesos industriales.  

Soldadura con gas   

Este proceso incluye a todas las soldaduras que emplean un gas combustible para generar la energía que es necesaria para fundir el material de aporte. Los combustibles más utilizados son el metano, acetileno y el hidrógeno, los que al combinarse con el oxígeno como comburente generan las soldaduras autógena y oxhídrica.

La soldadura oxhídrica es producto de la combinación del oxígeno y el hidrógeno en un soplete. El hidrógeno se obtiene de la electrólisis del agua y la temperatura que se genera en este proceso es entre 1500 y 2000°C.

La soldadura autógena se logra al combinar al acetileno y al oxígeno en un soplete. Se conoce como autógena porque con la combinación del combustible y el comburente se tiene autonomía para ser manejada en diferentes medios. El acetileno se produce al dejar caer terrones de carburo de calcio en agua, en donde el precipitado es cal apagada y los gases acetileno. Uno de los mayores problemas del acetileno es que no se puede almacenar a presión por lo que este gas se puede obtener por medio de generadores de acetileno o bien en cilindros los que para soportar un poco la presión 1.7 MPa, se les agrega acetona.

Cilindros y reguladores para soldadura oxiacetilénica

En los sopletes de la soldadura autógena se pueden obtener tres tipos de flama las que son reductora, neutral y oxidante. De las tres la neutral es la de mayor aplicación. Esta flama, está balanceada en la cantidad de acetileno y oxígeno que utiliza. La temperatura en su cono luminoso es de 3500°C, en el cono envolvente alcanza 2100°C y en la punta extrema llega a 1275°C.

En la flama reductora o carburizante hay exceso de acetileno lo que genera que entre el cono luminoso y el envolvente exista un cono color blanco cuya longitud esta definida por el exceso de acetileno. Esta flama se utiliza para la soldadura de monel, níquel, ciertas aleaciones de acero y muchos de los materiales no ferrosos.

La flama oxidante tiene la misma apariencia que la neutral excepto que el cono luminoso es más corto y el cono envolvente tiene más color, Esta flama se utiliza para la soldadura por fusión del latón y bronce. Una de las derivaciones de este tipo de flama es la que se utiliza en los sopletes de corte en los que la oxidación súbita genera el corte de los metales. En los sopletes de corte se tiene una serie de flamas pequeñas alrededor de un orificio central, por el que sale un flujo considerable de oxígeno puro que es el que corta el metal.

En algunas ocasiones en la soldadura autógena se utiliza aire como comburente, lo que genera que la temperatura de esta flama sea menor en un 20% que la que usa oxígeno, por lo que su uso es

limitado a la unión sólo de algunos metales como el plomo. En este tipo de soldadura el soplete es conocido como mechero Bunsen.

En los procesos de soldadura con gas se pueden incluir aquellos en los que se calientan las piezas a unir y posteriormente, sin metal de aporte, se presionan con la suficiente fuerza para que se genere la unión.

Soldadura por resistencia    

El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran intensidad a través de los metales que se van a unir, como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en sus cuerpos se generará el aumento de temperatura, aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión. La corriente eléctrica pasa por un transformador en el que se reduce el voltaje de 120 o 240 a 4 o 12 V, y se eleva el amperaje considerablemente para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los metales, excepto el estaño, zinc y plomo.

En los procesos de soldadura por resistencia se incluyen los de:

soldadura por puntos soldadura por resaltes soldadura por costura soldadura a tope

En la soldadura por puntos la corriente eléctrica pasa por dos electrodos con punta, debido a la resistencia del material a unir se logra el calentamiento y con la aplica de presión sobre las piezas  se genera un punto de soldadura. La máquinas soldadoras de puntos pueden ser fijas o móviles o bién estar acopladas a un robot o brazo mecánico.

Diagrama de una máquina soldadora por puntos

La soldadura por resaltes es un proceso similar al de puntos, sólo que en esta se producen varios puntos a la vez en cada ocasión que se genera el proceso. Los puntos están determinados por la posición de un conjunto de puntas que hacen contacto al mismo tiempo. Este tipo de soldadura se puede observar en la fabricación de malla lac.

Soldadura con resaltes

La soldadura por costura consiste en el enlace continuo de dos piezas de lámina traslapadas. La unión se produce por el calentamiento obtenido por la resistencia al paso de la corriente y la presión constante que se ejerce por dos electrodos circulares. Este proceso de soldadura es continuo.

Tipos de soldadura

La soldadura a tope consiste en la unión de dos piezas con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por ellas la corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la presión entre las dos piezas se logra la unión.

Soldadura por inducción    

Esta soldadura se produce al aprovechar el calor generado por la resistencia que se tiene al flujo de la corriente eléctrica inducida en las piezas a unir. Por lo regular esta soldadura se logra también con presión. Consiste en la conexión de una bobina a los metales a unir, y debido a que en la unión de los metales se da más resistencia al paso de la corriente inducida en esa parte es en la que se genera el calor, lo que con presión genera la unión de las dos piezas. La soldadura por inducción de alta frecuencia utiliza corrientes con el rango de 200,000 a 500,000 Hz de frecuencia, los sistemas de soldadura por inducción normales sólo utilizan frecuencias entre los 400 y 450 Hz.

 

Soldadura por arco eléctrico    

Es el proceso en el que su energía se obtiene por medio del calor producido por un arco eléctrico que se forma entre la pieza y un electrodo. Por lo regular el electrodo también sirve de metal de aporte, el que con el arco eléctrico se funde, para que así pueda ser depositado entre las piezas a unir. La temperatura que se genera en este proceso es superior a los 5,500°C. La corriente que se utiliza en el proceso puede ser directa o alterna, utilizándose en la mayoría de las veces la directa, debido a la energía es más constante con lo que se puede generar un arco estable. Las máquinas para corriente directa se construyen con capacidades hasta de 1,000 A, con corrientes de 40 a 95 V. Mientras se efectúa la soldadura el voltaje del arco es de 18 a 40 A.

Para la generación del arco existen los siguientes electrodos:

a. Electrodo de carbón. En la actualidad son poco utilizados, el electrodo se utiliza sólo como conductor para generar calor, el metal de aporte se agrega por separado.

b. Electrodo metálico. El propio electrodo sirve de metal de aporte al derretirse sobre los materiales a unir. Se pueden utilizar para estos electrodos máquinas para soldar de corriente directa o alterna, las segundas constan de transformadores estáticos, lo que genera bajos mantenimiento e inversión inicial. Existen máquinas de 150, 200, 300, 500, 750 y 1000 A.

c. Electrodos recubiertos. Los electrodos metálicos con un recubrimiento que mejora las características de la soldadura son los más utilizados en la actualidad, las funciones de los recubrimientos son las siguientes:

o Proporcionan una atmósfera protectora o Proporcionan escoria de características adecuadas para

proteger al metal fundido o Facilita la aplicación de sobre cabeza o Estabiliza el arco o Añade elementos de aleación al metal de la soldadura o Desarrolla operaciones de enfriamiento metalúrgico o Reduce las salpicaduras del metal o Aumenta la eficiencia de deposición o Elimina impurezas y óxidos o Influye en la profundidad del arco o Influye en la formación del cordón o Disminuye la velocidad de enfriamiento de la soldadura

Las composiciones de los recubrimientos de los electrodos pueden ser orgánicas o inorgánicas y estas substancias se pueden subdividir en las que forman escoria y las que son fundentes. Algunos de los principales compuestos son:

o Para la formación de escoria se utilizan SiO2, MnO2 y FeO o Para mejorar el arco se utilizan Na2O, CaO, MgO y TiO2 o Desoxidantes: grafito, aluminio, aserrín o Para mejorar el enlace: silicato de sodio, silicato de

potasio y asbestos o Para mejorar la aleación y la resistencia de la soldadura:

vanadio, cesio, cobalto, molibdeno, aluminio, circonio, cromo, níquel, manganeso y tungsteno.

Tipos de electrodos

Los electrodos para este tipo de soldadura están sujetos a norma de calidad, resultados y tipos de uso. La nomenclatura es la siguiente:

E-XX-Y-Z

La E indica que se trata de un electrodo con recubrimiento.

Los dos primeros dígitos XX se utilizan para indicar la resistencia de la soldadura a la tensión, por ejemplo cuando señalan 60 se refiere a que la resistencia a la tensión es de 60,000 lb/in2.

El tercer dígito Y se refiere a la posición en la que se puede utilizar la soldadura, por ejemplo 1 es para sobre cabeza, 2 horizontal, y 3 vertical.

Por medio del cuarto dígito Z, se especifican características especiales de la soldadura como: si es para corriente directa, alterna o ambas; si es de alta o baja penetración. En algunas ocasiones los electrodos tienen letras al final, esto depende de la empresa que los fabricó.

Para mayor información vea la siguiente tabla:

Elemento SignificadoE Electrodo para arco eléctrico

XX Resistencia a la tensión en lb/in2

Y

Posición de aplicación:1   Cualquier posición2   Vertical3   Horizontal

Z

Características de la corriente0    CC invertida1    CC y CA sólo investida2    CC (directa) y CA3    CC y CA (directa)

LetrasDepende de la marca de los electrodos establece las aleaciones y las características de penetración

Ejemplo: Un electrodo E7013 implica que produce soldadura con 70,000 lb/in2 de resistencia a la tensión, que se puede utilizar para soldar en cualquier posición (incluso sobre la cabeza) y que se recomienda la utilización de corriente continua o corriente alterna, ambas de manera directa.  

Intensidad de corriente

El amperaje que se debe aplicar para generar la soldadura es muy importante, de ello depende que no se pegue el electrodo, que la soldadura fluya entre las dos piezas o que no se perforen las piezas que se van a unir.

En la siguiente tabla se muestran las cantidades de corriente en amperes que se deben utilizar de acuerdo al grueso de los electrodos.

Intensidad de corriente aproximada para diferentes diámetros de electrodos

Diámetro del electrodo (in)

Amperes para soldadura plana

Amperes para soldadura vertical y

sobre la cabeza1/16 25-70 ---3/32 60-100 ---1/8 80-150 75-1305/32 125-225 115-1603/16 140-240 125-1801/4 200-350 170-2205/16 250-500 ---3/8 325-650 ---

Una recomendación práctica que se utiliza en los talleres para hacer la determinación de la corriente, sin tener que recurrir a la tabla es la siguiente:

Convierta el diámetro del electrodo de fracciones a decimales, elimine el punto y esa será la corriente aproximada que debe utilizar con ese electrodo. Por ejemplo, si tiene un electrodo de 1/8 su conversión a decimales será 0.125, al quitarle el punto se obtiene 125, lo que indica que se deben utilizar mas o menos 125 amperes para que el electrodo funcione bien.

(Recomendación hecha por el “may” “Don Cuchucleto”)

Soldadura por arco con hidrógeno atómico    

En un sistema generador de un arco eléctrico en el que se agrega hidrógeno se liberará calor con mayor intensidad que en un arco común, la temperatura que se alcanza en este tipo de arco es superior a los 6,000 °C.

Soldadura por arco con gas protector    

En este proceso la unión se logra por el calor generado por un arco eléctrico que se genera entre un electrodo y las piezas, pero el electrodo se encuentra protegido por una copa por la que se inyecta un gas inerte como argón, helio o CO2. Con lo anterior se genera un arco protegido contra la oxidación y además perfectamente controlado. Existen dos tipos de soldadura por arco protegido la TIG y la MIG.

La soldadura TIG (tungtein inert gas) es aquella en la que el electrodo de la máquina es de

tungsteno, por lo que el metal de aporte se debe añadir por separado.

La soldadura MIG (metal inert gas) es la que el electrodo es de un metal que se utiliza como metal de aporte, por lo que este sistema es considerado como un proceso de soldadura

continua.

Soldadura por vaciado    

Con algunos materiales la unión no se puede hacer por los procedimientos antes descritos debido a que no fácilmente aceptan los metales de aporte como sus aleaciones. Para lograr la soldadura de estos metales en algunas ocasiones es necesario fundir del mismo metal que se va a unir y vaciarlo entre las partes a unir, con ello cuando se solidifican las piezas estas quedan unidas. A este procedimiento se le conoce como fundición por vaciado.

Soldadura por fricción    

En este proceso la unión se logra por el calor que se genera al girar una de las piezas a unir en contra de la otra que se encuentra fija, una vez alcanzada la temperatura adecuada se ejerce presión en las dos piezas y con ello quedan unidas.

Ilustración de un proceso que emplea calor generado por fricción para producir una soldadura

 

Soldadura por explosión    

Esta soldadura también se llama de recubrimiento consiste en la unión de dos piezas metálicas, por la fuerza que genera el impacto y presión de una explosión sobre las proximidades a las piezas a unir. En algunas ocasiones, con el fin de proteger a las piezas a unir, se coloca goma entre una de las superficies a unir y el yunque que genera la presión.

Proceso de unión explosiva mostrando la reacción a alta velocidad que emana del punto de colisión debido a la presión ascendente

NORMAS Y RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD Y SALUD LABORAL EN

SOLDADURAR I E S G O S

Riesgo eléctrico. Quemaduras por contacto. Lesiones por las radiaciones infrarrojas y ultravioletas. Proyecciones de partículas a los ojos. Humos de soldadura. Riesgo de incendio. Riesgo de explosión.

MEDIDAS PREVENTIVAS:

Cuando se realicen trabajos de soldadura o corte se debe emplear equipo de protección personal consistente en:

- Gafas o pantalla de protección facial adecuadas al tipo de soldadura especifico o al corte. - Guantes de cuero. - Delantal de cuero. - Calzado de seguridad homologado. - Mandil de cuero. - Polainas.

Apantallar, aislando, la zona de soldadura con mamparas ignífugas.

Vigilar donde caen las chispas o material fundido.

Al interrumpir el trabajo a las horas de comer o fin de jornada, se efectuará una inspección a fondo de la zona de soldadura o corte, para prevenir cualquier posible foco de ignición ocasionado por cabos de electrodo, chispas o proyecciones.

Se deberá disponer de un extintor cerca de la cabina de soldadura.

Se procurará no realizar trabajos de soldadura o corte en locales que contengan materias combustibles, inflamables o donde exista riesgo de explosión. No obstante, cuando sea necesario soldar por encima de material combustible, protéjalo con una lona ignífuga. Después de soldar en una zona de este tipo, debe quedar vigilancia para cortar posibles focos de incendios.

El lugar de trabajo debe estar situado en un lugar bien ventilado, con suficiente movimiento de aire para evitar la acumulación de humos tóxicos o las posibles deficiencias de oxigeno. Cuando el lugar de trabajo no tenga estas características de ventilación natural será obligatorio soldar con un sistema de ventilación forzada.

Al soldar o cortar plomo, zinc o aleaciones con cadmio o plomo se tomarán precauciones contra los humos, con ventilación forzada adecuada y respiradores si es necesario.

SOLDADURA OXIACETILENICA O AUTOGENA. MEDIDAS PREVENTIVAS:

En las botellas de oxigeno, las válvulas y la reductora de presión deben estar limpias de grasas y aceites.

No se utilizará nunca oxigeno ni aire para desempolvar o limpiar ropa u otros objetos. No aplicar sobre piel desnuda.

Las máquinas de soldar, nunca serán situadas debajo del lugar en que se este efectuando el trabajo, para evitar la caída de chispas y proyecciones sobre las botellas.

Ante un incendio fortuito en el equipo de soldadura antes de intentar sofocarlo se procederá a cerrar rápidamente las válvulas de alimentación, si es posible.

Nunca se soldará o cortarán bidones que hayan contenido líquidos o gases inflamables.

Si la soldadura o el oxicorte es en el interior de un recipiente, nunca se introducirá en él botellas. El interior deberá estar suficientemente ventilado. Si es preciso realizar trabajos de soldadura en recipientes o canalizaciones que contengan o hayan contenido materiales inflamables, o explosivos, es preciso adoptar medidas especiales: vaciado, limpieza, llenado con agua, etc.

Las botellas de gases se colocarán y fijarán para mantenerlas siempre en posición vertical, lejos de los focos de calor o llamas.

Las bocas de los grifos de las botellas de oxigeno y acetileno deben apuntar en direcciones opuestas.

Para el transporte se utilizará siempre un carro porta-botellas. Transportar las botellas con los grifos cerrados y las caperuzas puestas. Se permite el transporte en el carro de soldar sin poner las tapas protectoras, si es para un simple traslado y uso inmediato, pero deben tener sus válvulas cerradas durante el transporte.

El equipo oxiacetilénico llevará válvulas de seguridad contra retrocesos en las botellas y en el soplete.

Las mangueras para la conducción de gas acetileno u otro gas combustible serán de diferente color que las usadas para conducir oxígeno.

Antes del uso de la instalación se revisará el estado de las mangueras, eliminando aquellas que se encuentren agrietadas o en mal estado.

Las fugas de gas en manguera o valvulería se buscarán siempre con agua jabonosa y jamas mediante llama.

Nunca se estrangulará una manguera para detener temporalmente el flujo de gas, por ejemplo para cambiar un soplete o una boquilla.

Las mangueras serán, excepto casos anormales, de una sola pieza. Si fuera necesario hacer empalme, este se realizará con los racores de conexión standard, prohibiéndose el uso de tubo a tal fin. La fijación de la manguera sobre los diversos racores se hará inexcusablemente con abrazaderas; se prohibe el uso de alambre.

Después de una parada larga o en el inicio del trabajo se purgarán las conducciones y el soplete antes de aplicar la llama.

SOLDADURA ELECTRICA. MEDIDAS PREVENTIVAS:

Siempre que se suelde con arco eléctrico se utilizarán medios adecuados para proteger o aislar al personal de las radiaciones lumínicas. No mirar jamas directamente el arco eléctrico.

Se deben proteger los ojos de posibles proyecciones al picar o repasar el cordón de soldadura.

Conectar el equipo según el siguiente orden:

                      1.  Los cables en el equipo de soldadura.                       2. El cable de puesta a tierra en la toma de tierra.                       3. El cable de masa a la masa                       4. El cable de alimentación de corriente en los bornes                           del interruptor, que estará abierto.

Antes de efectuar un cambio de intensidad desconecte el equipo.

Las conexiones con la máquina deben tener las protecciones necesarias y como mínimo fusibles automáticos y relé diferencial de sensibilidad media (300 mA) así como una buena toma de tierra.

La superficie exterior de los portaelectrodos y los bornes de conexión para circuitos de alimentación de los aparatos de soldadura, deberán estar cuidadosamente dimensionados y aislados.

Comprobar que los terminales de llegada de corriente no están al descubierto.

En lugares húmedos, aíslese trabajando sobre una base de madera seca o alfombra aislante.

No tocar la pinza y apoyarse en la mesa al mismo tiempo.

No se deben apoyar las piezas sobre suelos sin aislarlas convenientemente de ellos.

No tocar el electrodo una vez conectado al equipo.

No introducir jamás el electrodo en agua para enfriarlo. Puede causar un accidente eléctrico.

Se dispondrá junto al soldador de un recipiente o cubeta resistente al fuego para recoger los cabos de electrodo calientes al objeto de evitar incendios y quemaduras al personal.

SOLDADURA POR PUNTO. MEDIDAS PREVENTIVAS:

Se deben proteger los ojos de posibles proyecciones mediante el uso de gafas de protección.

No se deben de realizar trabajos de soldadura por punto sin los guantes de cuero

BIBLIOGRAFÍA:

Procesos de ManufacturaAmstead / Ostwald / Begeman.CECSAMexico 1987

Procesos básicos de manufacturaKazanas / Backer /GregorMc Graw HillMexico 1983

Principios básicos de la soldadura eléctricaBoletín W-53-2SPHarnischfeger Corporation

Soldadura autógena

Introducción

Los gases en estado comprimido son en la actualidad prácticamente indispensables para llevar a cabo la mayoría de los procesos de soldadura. Por su gran capacidad inflamable, el gas más utilizado es el acetileno que, combinado con el oxígeno, es la base de la soldadura oxiacetilénica y oxicorte, el tipo de soldadura por gas más utilizado.

Por otro lado y a pesar de que los recipientes que contienen gases comprimidos se construyen de forma suficientemente segura, todavía se producen muchos accidentes por no seguir las normas de seguridad relacionadas con las operaciones complementarias de manutención, transporte, almacenamiento y las distintas formas de utilización.

En esta NTP tratamos las instalaciones no fijas de soldadura oxiacetilénica por alta presión donde tanto el oxígeno como el gas combustible (acetileno, hidrógeno, etc.) que alimentan el soplete proceden de las botellas que los contienen a alta presión. Es conveniente resaltar que la llama de un soplete de acetileno/oxígeno puede llegar a alcanzar una temperatura por encima de los 3100 oC aumentando de esta forma la peligrosidad de este tipo de soldadura.

El objetivo de esta NTP es dar a conocer los distintos riesgos y factores de riesgo asociados a los trabajos de soldadura oxiacetilénica y oxicorte, las operaciones de almacenamiento y manipulación de botellas así como el enunciado de una serie de normas de seguridad; finalmente se dan normas reglamentarias relacionadas con el almacenamiento de gases inflamables. Previamente, como introducción al tema, se reseñan las características más importantes de los elementos que componen los equipos de soldadura oxiacetilénica.

Características de los elementos de la soldadura oxiacetilénica

Además de las dos botellas móviles que contienen el combustible y el comburente, los elementos principales que intervienen en el proceso de soldadura oxiacetilénica son los manorreductores, el soplete, las válvulas antirretroceso y las mangueras. (Ver fig. 1)

Fig. 1: Elementos principales de una instalación móvil de soldadura por gas

Manorreductores

Los manorreductores pueden ser de uno o dos grados de reducción en función del tipo de palanca o membrana. La función que desarrollan es la transformación de la presión de la botella de gas (150 atm) a la presión de trabajo (de 0,1 a 10 atm) de una forma constante. Están situados entre las botellas y los sopletes.

Soplete

Es el elemento de la instalación que efectúa la mezcla de gases. Pueden ser de alta presión en el que la presión de ambos gases es la misma, o de baja presión en el que el oxígeno (comburente) tiene una presión mayor que el acetileno (combustible). Las partes principales del soplete son las dos conexiones con las mangueras, dos llaves de regulación, el inyector, la cámara de mezcla y la boquilla.

Válvulas antirretroceso

Son dispositivos de seguridad instalados en las conducciones y que sólo permiten el paso de gas en un sentido impidiendo, por tanto, que la llama pueda retroceder. Están formadas por una envolvente, un cuerpo metálico, una válvula de retención y una válvula de seguridad contra sobrepresiones. Pueden haber más de una por conducción en función de su longitud y geometría.

Conducciones

Las conducciones sirven para conducir los gases desde las botellas hasta el soplete. Pueden ser rígidas o flexibles.

Riesgos y factores de riesgo

Soldadura

Incendio y/o explosión durante los procesos de encendido y apagado, por utilización incorrecta del soplete, montaje incorrecto o estar en mal estado También se pueden producir por retorno de la llama o por falta de orden o limpieza.

Exposiciones a radiaciones en las bandas de UV visible e IR del espectro en dosis importantes y con distintas intensidades energéticas, nocivas para los ojos, procedentes del soplete y del metal incandescente del arco de soldadura.

Quemaduras por salpicaduras de metal incandescente y contactos con los objetos calientes que se están soldando.

Proyecciones de partículas de piezas trabajadas en diversas partes del cuerpo. Exposición a humos y gases de soldadura, por factores de riesgo diversos,

generalmente por sistemas de extracción localizada inexistentes o ineficientes.

Almacenamiento y manipulación de botellas

Incendio y/o explosión por fugas o sobrecalentamientos incontrolados. Atrapamientos diversos en manipulación de botellas.

Normas de seguridad frente a incendios/explosiones en trabajos de soldadura

Los riesgos de incendio y/o explosión se pueden prevenir aplicando una serie de normas de seguridad de tipo general y otras específicas que hacen referencia a la utilización de las botellas, las mangueras y el soplete. Por otra parte se exponen normas a seguir en caso de retorno de la llama.

Normas de seguridad generales

Se prohíben las trabajos de soldadura y corte, en locales donde se almacenen materiales inflamables, combustibles, donde exista riesgo de explosión o en el interior de recipientes que hayan contenido sustancias inflamables.

Para trabajar en recipientes que hayan contenido sustancias explosivas o inflamables, se debe limpiar con agua caliente y desgasificar con vapor de agua, por ejemplo. Además se comprobará con la ayuda de un medidor de atmósferas peligrosas (explosímetro), la ausencia total de gases.

Se debe evitar que las chispas producidas por el soplete alcancen o caigan sobre las botellas, mangueras o líquidos inflamables.

No utilizar el oxígeno para limpiar o soplar piezas o tuberías, etc., o para ventilar una estancia, pues el exceso de oxígeno incrementa el riesgo de incendio.

Los grifos y los manorreductores de las botellas de oxígeno deben estar siempre limpios de grasas, aceites o combustible de cualquier tipo. Las grasas pueden inflamarse espontáneamente por acción del oxígeno.

Si una botella de acetileno se calienta por cualquier motivo, puede explosionar; cuando se detecte esta circunstancia se debe cerrar el grifo y enfriarla con agua, si es preciso durante horas.

Si se incendia el grifo de una botella de acetileno, se tratará de cerrarlo, y si no se consigue, se apagará con un extintor de nieve carbónica o de polvo.

Después de un retroceso de llama o de un incendio del grifo de una botella de acetileno, debe comprobarse que la botella no se calienta sola.

Normas de seguridad específicas

Utilización de botellas

Las botellas deben estar perfectamente identificadas en todo momento, en caso contrario deben inutilizarse y devolverse al proveedor.

Todos los equipos, canalizaciones y accesorios deben ser los adecuados a la presión y gas a utilizar.

Las botellas de acetileno llenas se deben mantener en posición vertical, al menos 12 horas antes de ser utilizadas. En caso de tener que tumbarlas, se debe mantener el grifo con el orificio de salida hacia arriba, pero en ningún caso a menos de 50 cm del suelo.

Los grifos de las botellas de oxígeno y acetileno deben situarse de forma que sus bocas de salida apunten en direcciones opuestas.

Las botellas en servicio deben estar libres de objetos que las cubran total o parcialmente.

Las botellas deben estar a una distancia entre 5 y 10 m de la zona de trabajo. Antes de empezar una botella comprobar que el manómetro marca “cero” con el

grifo cerrado. Si el grifo de una botella se atasca, no se debe forzar la botella, se debe devolver

al suministrador marcando convenientemente la deficiencia detectada. Antes de colocar el manorreductor, debe purgarse el grifo de la botella de

oxígeno, abriendo un cuarto de vuelta y cerrando a la mayor brevedad. Colocar el manorreductor con el grifo de expansión totalmente abierto; después

de colocarlo se debe comprobar que no existen fugas utilizando agua jabonosa, pero nunca con llama. Si se detectan fugas se debe proceder a su reparación inmediatamente.

Abrir el grifo de la botella lentamente; en caso contrario el reductor de presión podría quemarse.

Las botellas no deben consumirse completamente pues podría entrar aire. Se debe conservar siempre una ligera sobrepresión en su interior.

Cerrar los grifos de las botellas después de cada sesión de trabajo. Después de cerrar el grifo de la botella se debe descargar siempre el manorreductor, las mangueras y el soplete.

La llave de cierre debe estar sujeta a cada botella en servicio, para cerrarla en caso de incendio. Un buen sistema es atarla al manorreductor.

Las averías en los grifos de las botellas debe ser solucionadas por el suministrador, evitando en todo caso el desmontarlos.

No sustituir las juntas de fibra por otras de goma o cuero. Si como consecuencia de estar sometidas a bajas temperaturas se hiela el

manorreductor de alguna botella utilizar paños de agua caliente para deshelarlas.

Mangueras

Las mangueras deben estar siempre en perfectas condiciones de uso y sólidamente fijadas a las tuercas de empalme.

Las mangueras deben conectarse a las botellas correctamente sabiendo que las de oxígeno son rojas y las de acetileno negras, teniendo estas últimas un diámetro mayor que las primeras.

Se debe evitar que las mangueras entren en contacto con superficies calientes, bordes afilados, ángulos vivos o caigan sobre ellas chispas procurando que no formen bucles.

Las mangueras no deben atravesar vías de circulación de vehículos o personas sin estar protegidas con apoyos de paso de suficiente resistencia a la compresión.

Antes de iniciar el proceso de soldadura se debe comprobar que no existen pérdidas en las conexiones de las mangueras utilizando agua jabonosa, por ejemplo. Nunca utilizar una llama para efectuar la comprobación.

No se debe trabajar con las mangueras situadas sobre los hombros o entre las piernas.

Las mangueras no deben dejarse enrolladas sobre las ojivas de las botellas. Después de un retorno accidental de llama, se deben desmontar las mangueras y

comprobar que no han sufrido daños. En caso afirmativo se deben sustituir por unas nuevas desechando las deterioradas.

Soplete

El soplete debe manejarse con cuidado y en ningún caso se golpeará con él. En la operación de encendido debería seguirse la siguiente secuencia de

actuación:a. Abrir lentamente y ligeramente la válvula del soplete correspondiente al

oxígeno.b. Abrir la válvula del soplete correspondiente al acetileno alrededor de 3/4

de vuelta.c. Encender la mezcla con un encendedor o llama piloto.d. Aumentar la entrada del combustible hasta que la llama no despida

humo.e. Acabar de abrir el oxígeno según necesidades.f. Verificar el manorreductor.

En la operación de apagado debería cerrarse primero la válvula del acetileno y después la del oxígeno.

No colgar nunca el soplete en las botellas, ni siquiera apagado. No depositar los sopletes conectados a las botellas en recipientes cerrados. La reparación de los sopletes la deben hacer técnicos especializados. Limpiar periódicamente las toberas del soplete pues la suciedad acumulada

facilita el retorno de la llama. Para limpiar las toberas se puede utilizar una aguja de latón.

Si el soplete tiene fugas se debe dejar de utilizar inmediatamente y proceder a su reparación. Hay que tener en cuenta que fugas de oxígeno en locales cerrados pueden ser muy peligrosas.

Retorno de llama

En caso de retorno de la llama se deben seguir los siguientes pasos:

a. Cerrar la llave de paso del oxígeno interrumpiendo la alimentación a la llama interna.

b. Cerrar la llave de paso del acetileno y después las llaves de alimentación de ambas botellas.

En ningún caso se deben doblar las mangueras para interrumpir el paso del gas. Efectuar las comprobaciones pertinentes para averiguar las causas y proceder a

solucionarlas.

Normas de seguridad frente a otros riesgos en trabajos de soldadura

Exposición a radiaciones

Las radiaciones que produce la soldadura oxiacetilénica son muy importantes por lo que los ojos y la cara del operador deberán protegerse adecuadamente contra sus efectos utilizando gafas de montura integral combinados con protectores de casco y sujeción manual adecuadas al tipo de radiaciones emitidas. El material puede ser el plástico o nylon reforzados, con el inconveniente de que son muy caros, o las fibras vulcanizadas.

Para proteger adecuadamente los ojos se utilizan filtros y placas filtrantes que deben reunir una serie de características que se recogen en tres tablas; en una primera tabla se indican los valores y tolerancias de transmisión de los distintos tipos de filtros y placas filtrantes de protección ocular frente a la luz de intensidad elevada. Las definiciones de los factores de transmisión vienen dados en la ISO 4007 y su determinación está descrita en el cap. 5 de la ISO 4854. Los factores de transmisión de los filtros utilizados para la soldadura y las técnicas relacionadas vienen relacionadas en la tabla 1 de la NTP 494.Por otro lado, para elegir el filtro adecuado (nº de escala) en función del grado de protección se utilizan otras dos tablas que relacionan el tipo de trabajo de soldadura realizado con los caudales de oxígeno (operaciones de corte) o los caudales de acetileno ( soldaduras y soldadura fuerte con gas). Se puede observar que el número de escala exigido aumenta según aumenta el caudal por hora. Ver tablas 1 y 2.

Tabla 1. Escalonado de protección que debe utilizarse en operaciones de soldadura y soldadura fuerte con gas

TIPO DE TRABAJO

I = Caudal de acetileno en litros por hora

I = 70 70 < I ≤200

200 < I ≤ 800 I > 800

Soldadura y soldadura fuerte de metales pesados 4 5 6 7

Soldadura con flux  (aleaciones ligeras, principalmente) 4a 5a 6a 7a

Notas:

1. Cuando en la soldadura con gas se emplea un flux la luz emitida

por la fuente es muy rica en luz monocromática correspondiente al tipo de flux empleado. Para suprimir la molestia debida a esta emisión monocromática, se recomienda utilizar filtros o combinaciones de filtros que tengan una absorción selectiva según el tipo de flux empleado. Los filtros indicados con letra “a” cumplen estas condiciones.

2. Según las condiciones de uso, puede emplearse la escala inmediatamente superior o inferior

Tabla 2. Escalonado de protección que debe utilizarse en operaciones de oxicorte

TIPO DE TRABAJOCaudal de oxígeno en litros por hora

900 a 2000 2000 a 4000 4000 a 8000

Oxicorte 5 6 7

Notas

1. Según las condiciones de uso, puede emplearse la escala inmediatamente superior o inferior

2. Los valores de 900 a 2000 y de 2000 a 8000 litros por hora de oxígeno corresponden muy aproximadamente al uso de orificios de corte de 1,5 y 2 mm de diámetro, respectiva mente.

Será muy conveniente el uso de placas filtrantes fabricadas de cristal soldadas que se oscurecen y aumentan la capacidad de protección en cuanto se enciende el arco de soldadura; tienen la ventaja que el oscurecimiento se produce casi instantáneamente, y en algunos tipos en tan sólo 0,1 ms. Las pantallas o gafas deben ser reemplazadas cuando se rayen o deterioren.

Para prevenir las quemaduras por salpicaduras, contactos con objetos calientes o proyecciones, deben utilizarse los equipos de protección individual reseñados en el apartado correspondiente de ésta NTP.

Exposición a humos y gases

Siempre que sea posible se trabajará en zonas o recintos especialmente preparados para ello y dotados de sistemas de ventilación general y extracción localizada suficientes para eliminar el riesgo.

Es recomendable que los trabajos de soldadura se realicen en lugares fijos. Si el tamaño de las piezas a soldar lo permite es conveniente disponer de mesas especiales dotadas de extracción localizada lateral. En estos casos se puede conseguir una captación eficaz mediante una mesa con extracción a través de rendijas en la parte posterior (fig. 2).

m.m.

A 600 máxB 120C 50D -E 120F 120G 200H 3.000 máx

Fig. 2: Mesa fija de soldadura con extracción posterior. Cotas recomendadas

El caudal de aspiración recomendado es de 2000 m3/h por metro de longitud de la mesa. La velocidad del aire en las rendijas debe ser como mínimo de 5 m/s. La eficacia disminuye mucho si la anchura de la mesa rebasa los 60 o 70 cm. La colocación de pantallas en los extremos de la mesa, según se puede ver en la Fig. 2 mejora la eficacia de la extracción.

Cuando es preciso desplazarse debido al gran tamaño de la pieza a soldar se deben utilizar sistemas de aspiración desplazables. (fig. 3). El caudal de aspiración está relacionado con la distancia entre el punto de soldadura y la boca de aspiración. Ver Tabla 3.

Fig. 3: Sistema móvil de extracción localizada

Tabla 3. Relación entre el caudal de aspiración y la distancia al punto de soldadura de la boca de aspiración

Caudal en m3/h Distancia en m

200 0,1

750 0,2

1.650 0,3

3.000 0,4

4.500 0,5

Nota: La distancia entre la boca de aspiración y el punto de soldadura debe respetarse al máximo pues la velocidad de la corriente de aire creada por la campana disminuye rápidamente con la distancia perdiendo eficacia el sistema.

Si bien no es objeto de esta NTP, cabe reseñar la importancia de adoptar medidas especiales de prevención frente a la exposición a contaminantes químicos, cuando se trate de aleaciones o revestimientos que puedan contener metales como el Cr, Ni, Cd, Zn, Pb, etc., todos ellos de alta toxicidad.

Normas de seguridad en el almacenamiento y la manipulación de botellas

Normas reglamentarias de manipulación y almacenamiento

En general se aplicará dentro del Reglamento de almacenamiento de productos químicos la ITC-MIE-APQ-005 sobre Almacenamiento de botellas y botellones de gases comprimidos, licuados y disueltos a presión (O.21.07.1992, B.O.E. de 14.08.1992). De esta ITC entresacamos los aspectos más relevantes.

Emplazamiento

No deben ubicarse en locales subterráneos o en lugares con comunicación directa con sótanos, huecos de escaleras, pasillos, etc.

Los suelos deben ser planos, de material difícilmente combustible y con características tales que mantengan el recipiente en perfecta estabilidad.

Ventilación

En las áreas de almacenamiento cerradas la ventilación será suficiente y permanente, para lo que deberán disponer de aberturas y huecos en comunicación directa con el exterior y distribuidas convenientemente en zonas altas y bajas. La superficie total de las aberturas será como mínimo 1/18 de la superficie total del área de almacenamiento.

Instalación eléctrica

Estará de acuerdo con los vigentes Reglamentos Electrotécnicos

Protección contra incendios

Indicar mediante señalización la prohibición de fumar. Las botellas deben estar alejadas de llamas desnudas, arcos eléctricos, chispas,

radiadores u otros focos de calor. Proteger las botellas contra cualquier tipo de proyecciones incandescentes. Si se produce un incendio se deben desalojar las botellas del lugar de incendio y

se hubieran sobrecalentado se debe proceder a enfriarse con abundante agua.

Medidas complementarias

Utilizar códigos de colores normalizados para identificar y diferenciar el contenido de las botellas.

Proteger las botellas contra las temperaturas extremas, el hielo, la nieve y los rayos solares.

Se debe evitar cualquier tipo de agresión mecánica que pueda dañar las botellas como pueden ser choques entre sí o contra superficies duras.

Las botellas con caperuza no fija no deben asirse por ésta. En el desplazamiento, las botellas, deben tener la válvula cerrada y la caperuza debidamente fijada.

Las botellas no deben arrastrarse, deslizarse o hacerlas rodar en posición horizontal. Lo más seguro en moverlas con la ayuda de una carretilla diseñada para ello y debidamente atadas a la estructura de la misma. En caso de no disponer de carretilla, el traslado debe hacerse rodando las botellas, en posición vertical sobre su base o peana.

No manejar las botellas con las manos o guantes grasientos. Las válvulas de las botellas llenas o vacías deben cerrarse colocándoles los

capuchones de seguridad. Las botellas se deben almacenar siempre en posición vertical. No se deben almacenar botellas que presenten cualquier tipo de fuga. Para

detectar fugas no se utilizarán llamas, sino productos adecuados para cada gas. Para la carga/descarga de botellas está prohibido utilizar cualquier elemento de

elevación tipo magnético o el uso de cadenas, cuerdas o eslingas que no estén equipadas con elementos que permitan su izado con su ayuda.

Las botellas llenas y vacías se almacenarán en grupos separados.

Otras normas no reglamentarias

Almacenar las botellas al sol de forma prolongada no es recomendable, pues puede aumentar peligrosamente la presión en el interior de las botellas que no están diseñadas para soportar temperaturas superiores a los 54oC.

Guardar las botellas en un sitio donde no se puedan manchar de aceite o grasa. Si una botella de acetileno permanece accidentalmente en posición horizontal, se

debe poner vertical, al menos doce horas antes de ser utilizada. Si se cubrieran de hielo se debe utilizar agua caliente para su eliminación antes de manipularla.

Manipular todas las botellas como si estuvieran llenas. En caso de utilizar un equipo de manutención mecánica para su desplazamiento,

las botellas deben depositarse sobre una cesta, plataforma o carro apropiado con las válvulas cerradas y tapadas con el capuchón de seguridad (fig. 4).

Fig. 4: Tipo de plataforma de transporte de botellas

Las cadenas o cables metálicos o incluso los cables recubiertos de caucho no deben utilizarse para elevar y transportar las botellas pues pueden deslizarse (fig. 5).

Fig. 5: Indicador de prohibición de utilización de cadenas o cables para transportar botellas de gas

Cuando existan materias inflamables como la pintura, aceite o disolventes aunque estén en el interior de armarios espaciales, se debe respetar una distancia mínima de 6 m (fig. 6).

Fig. 6: Distancia de seguridad entre botellas almacenadas y un armario con pinturas, aceites o disolventes.

Normas reglamentarias sobre clases de almacenes

En función de la cantidad de kg almacenados, los almacenes se clasifican en cinco clases que van desde menos de 150 Kg de amoniaco hasta más de 8000 Kg de productos oxidantes o inertes.

Normas reglamentarias sobre separación entre botellas de gases inflamables y otros gases

Las botellas de oxígeno y de acetileno deben almacenarse por separado dejando una distancia mínima de 6 m siempre que no haya un muro de separación (fig. 7 ).

Fig. 7: Almacenamiento de botellas sin muro de separación

En el caso de que exista un muro de separación se pueden distinguir dos casos:

a. Muro aislado: la altura del muro debe ser de 2 m como mínimo y 0,5 m por encima de la parte superior de las botellas (fig. 8). Además la distancia desde el extremo de la zona de almacenamiento en sentido horizontal y la resistencia al fuego del muro es función de la clase de almacén según se puede ver en la Tabla 4.

Fig. 8: Almacenamiento de botellas separadas por un muro aislado

Tabla 4. Relación entre la clase de almacén, la distancia y la resistencia al fuego

CLASE DISTANCIA d(m) RF (Resistencia al fuego en min)

1 0,5 30

2 0,5 30

3 1 60

4 1,5 60

5 2 60

b. Muro adosado a la pared: se debe cumplir lo mismo que lo indicado para el caso de muro aislado con la excepción que las botellas se pueden almacenar junto a la pared y la distancia en sentido horizontal sólo se debe respetar entre el final de la zona de almacenamiento de botellas y el muro de separación (fig. 9).

Fig. 9: Almacenamiento de botellas separadas por un muro adosado a la pared

Equipos de protección individual

El equipo obligatorio de protección individual, se compone de:

Polainas de cuero Calzado de seguridad Yelmo de soldador (Casco y careta de protección) Pantalla de protección de sustentación manual Guantes de cuero de manga larga Manguitos de cuero Mandil de cuero Casco de seguridad, cuando el trabajo así lo requiera

Además el operario no debe trabajar con la ropa manchada de grasa, disolventes o cualquier otra sustancia inflamable. Cuando se trabaje en altura y sea necesario utilizar cinturón de seguridad, éste se deberá proteger para evitar que las chipas lo puedan quemar.

Reglamentación y normas

(1) Reglamento de Aparatos a PresiónR.D. 1244/1979, de 4.04 (M. Ind. y E. BB.OO. E., 29.05, rect. 28.06.1979, completado por las Instrucciones Técnicas Complementarias ITC-MIE-AP.

(2) Reglamento de Almacenamiento de Productos QuímicosR.D. 668/1980, de 8.02 (M. Ind. y E., B.O.E. 14.04.1980), completado por las Instrucciones Técnicas Complementarias ITC-MIE-APQ.

(3) Norma Internacional ISO 4850-1979.