Rascacielos, coches, cohetes espaciales… ciertas cosas simplemente llaman tu atención. La soldadura, con toda probabilidad, no es una de ellas. Puedes haber pasado la mayor parte de tu vida sin haber pensado en este tema, y por ello pueda sorprenderte que la soldadura afecte aproximadamente al 50 por ciento del producto nacional bruto de países como los Estados Unidos. Si no existiera, no habría probablemente ninguno de esos asombrosos rascacielos, coches o cohetes.
La soldadura es, en esencia, simplemente una forma de unir dos piezas de metal. Si bien hay otras formas de unión (remachado, soldadura fuerte y soldadura blanda, por ejemplo), la soldadura se ha convertido en el método elegido por su resistencia, eficiencia y versatilidad.
Hay infinidad de diferentes métodos de soldadura, y se desarrollan nuevos avances en este campo de manera continua. Algunos métodos usan calor para fundir esencialmente dos piezas de metal, a menudo agregando un "metal de relleno" en la articulación para actuar como un agente aglutinante. Otros métodos dependen de la presión para unir metal, y otros usan una combinación de calor y presión. A diferencia de la soldadura blanda y la soldadura fuerte, donde las piezas de metal que se unen permanecen inalteradas, el proceso de soldadura siempre modifica las piezas de trabajo.
Esto puede parecer un punto trivial, pero en realidad es fundamental para entender por qué la soldadura produce uniones tan fuertes. En los procesos de soldadura blanda y soldadura fuerte, se unen dos piezas de metal introduciendo un tercer material (con un punto de fusión más bajo) en la mezcla. La fusión de este tercer material entre las superficies de las piezas originales une las partes. La soldadura, por otro lado, elimina al intermediario y une las piezas originales directamente entre sí. El resultado es un vínculo sólido y cohesivo que a menudo es tan fuerte como el material en sí.
En este artículo, examinaremos más de cerca cómo funciona la soldadura. También exploraremos algunas de sus numerosas aplicaciones, junto con la experiencia y el equipo necesarios para realizarla. Pero antes de hacerlo, veamos dónde comenzó todo.
La historia de la soldadura
Si observamos los equipos industriales involucrados en la soldadura de producción, podrás pensar en la soldadura como un proceso relativamente nuevo. En realidad, la soldadura ha existido desde hace miles de años. Se han encontrado las primeras muestras de soldadura en lugares que van desde Irlanda hasta la India, algunas de las cuales datan de la Edad del Bronce. Naturalmente, estas civilizaciones carecían de la amplia gama de herramientas y maquinaria a las que los soldadores tienen acceso hoy día. Entonces, ¿cómo lograron soldar?
El proceso que utilizaron se conoce como soldadura de forja. Para comenzar el proceso, los herreros calentaban el metal hasta que alcanzaba el característico color rojo brillante (pero aún no en su punto de fusión). Posteriormente colocaban las dos piezas, ligeramente superpuestas, sobre un yunque y las golpeaban juntas. La soldadura de forja tiene múltiples limitaciones, ya que solo se pueden soldar metales relativamente blandos y el proceso requiere mucha mano de obra. Sin embargo, en lugares sin acceso a la electricidad, el proceso aún se sigue usando.
La soldadura de forja fue la única alternativa hasta el siglo XIX. Con el inicio de la revolución industrial, numerosos descubrimientos impulsaron la soldadura hacia adelante rápidamente. La investigación sobre la electricidad ofreció electrodos y arcos eléctricos. Los sopletes rudimentarios se desarrollaron a mediados de siglo también. Ambos descubrimientos jugarían un papel importante en los métodos de soldadura del próximo siglo.
A finales del siglo XIX, muchas de las piezas del puzle se encontraban ya unidas para hacer de la soldadura una fuerza impulsora en la fabricación. Aun así, los métodos de esta época no eran perfectos. La oxidación (el proceso de unión de metales a las partículas de oxígeno en la atmósfera) se producía durante el proceso de soldadura, haciéndolas porosas y frágiles. Tales soldaduras planteaban un grave riesgo para los trabajadores. Durante el período de 1895 a 1905, por ejemplo, las calderas mal hechas estallaban a diario, causando miles de muertes en el proceso. Claramente, existía una necesidad urgente de mejorar los métodos de soldadura.
Herramientas de soldadura comerciales
Llegados a este punto, puedes haberte dado cuenta de que la soldadura no es necesariamente un proceso complicado. Puedes aprender los conceptos básicos de varios métodos de soldadura en horas. Sin embargo, al igual que el ajedrez la soldadura es fácil de aprender, pero difícil de dominar. Los soldadores profesionales tienen un elevado número de diferentes variables a considerar cuando hacen su labor. No importa cuán complicado sea el trabajo, una vez que dominas la técnica solo necesitas tres cosas para hacerlo: un equipo de soldadura, material para soldar y el equipo de seguridad.
Los equipos de soldadura más básicos, para uso ocasional en un taller casero, se pueden adquirir por menos de 100 euros. Típicamente, estos equipos están configurados para la soldadura manual con electrodo revestido (SMAW), que también es conocida como soldadura manual de arco metálico (MMA) o soldadura de electrodo. Muchas unidades solo tienen un interruptor de encendido/apagado en los controles, lo que los hace fáciles de operar. Los equipos de soldadura con soplete son pequeños y sencillos de usar, razón por la que se emplean comúnmente. Estos sopletes usan oxiacetileno para la llama, junto con una varilla de aporte. Pero algunos equipos (como los que se utilizan en la soldadura con láser) son tan costosos y complicados que solo se usan en aplicaciones industriales.
En cuanto a los materiales, algunos son mucho más fáciles de soldar que otros. El acero puede ser una gran opción debido a su resistencia, asequibilidad y soldabilidad. Como regla, cuanto más fuerte es el acero, más difícil es soldarlo. En consecuencia, se desarrollaron varias aleaciones de acero teniendo en cuenta esto. Por supuesto, casi cualquier metal puede soldarse, incluyendo hierro fundido, bronce, aluminio e incluso titanio, aunque este último requiere una atmósfera altamente protegida porque el metal es muy reactivo.
Lo que sea que estés soldando, recuerda: primero la seguridad. Si alguna vez has visto la soldadura en persona, puedes dar fe de los destellos cegadores que crea el proceso. Mirar directamente al sitio donde se está realizando una soldadura sin protección puede producir lo que se conoce como ojo de arco, una dolorosa inflamación de la córnea que genera una sensación como si tuvieras arena en el ojo. No es de extrañar que una buena máscara de soldador sea un requisito previo para cualquier atuendo de soldadura.
Existen muchos tipos de máscaras de soldadura. Las más simples tienen un panel oscurecido por el que el usuario observa al soldar. Las máscaras más avanzadas se oscurecen automáticamente a medida que el lugar de soldadura se vuelve más brillante. Además del deslumbrante brillo, la soldadura puede generar temperaturas de hasta 5.538 grados Celsius (10.000 grados Fahrenheit) y lluvias de chispas, lo que hace necesarios guantes resistentes y una camisa de manga larga.
Por último, la ventilación adecuada es crucial, dependiendo del método de soldadura. Los soldadores pueden estar expuestos a sustancias nocivas como plomo, mercurio y monóxido de carbono. Las campanas de ventilación pueden evitar que los humos se acumulen en el área de trabajo.
Soldadura en el mar y en el espacio
Los buzos soldadores rutinariamente reparan barcos y plataformas petrolíferas, generalmente usando soldadura por arco (negando el uso de una llama). La soldadura espacial se encuentra en el otro extremo del espectro. El vacío del espacio crea un entorno ideal para la soldadura, ya que no hay gases que interactúen externamente. La soldadura espacial hace posible las reparaciones en lugares tan necesarios como la Estación Espacial Internacional.
El proceso de soldadura
Llegados a este punto estamos preparados y listos para comenzar a soldar. La mayoría de las soldaduras más comunes realizadas hoy en día se clasifican en una de estas dos categorías: soldadura por arco y soldadura por soplete.
La soldadura por arco utiliza un arco eléctrico para fundir los materiales de trabajo, así como el material de relleno (también denominado varilla de soldar) para llevar a cabo las uniones. La soldadura de arco implica conectar un cable de tierra al material que se va a soldar u otra superficie de metal. Otro cable conocido como electrodo se coloca en el material de soldadura. Una vez se separa del material, se genera un arco eléctrico que luego funde las piezas de trabajo junto con el material de relleno permitiendo unir las piezas.
Introducir el relleno en la unión de soldadura requiere manos firmes y un buen ojo para los detalles. A medida que la varilla se derrite, el soldador debe introducir continuamente la sustancia de relleno dentro de la junta con movimientos pequeños, constantes, hacia adelante y hacia atrás. Estos movimientos son los que dan a las soldaduras su apariencia distintiva. Ir demasiado rápido o lento, o mantener el arco demasiado cerca o lejos del material puede crear soldaduras deficientes.
La soldadura manual por arco eléctrico con electrodos revestido (SMAW), la soldadura a gas y arco metálico (MIG/MAG/GMAW) y la soldadura a gas por arco de tungsteno (TIG) ejemplifican la soldadura por arco.
Estos tres métodos comunes ofrecen ventajas y desventajas únicas. SMAW, por ejemplo, es barata y fácil de aprender. También es más lenta y menos versátil que algunos otros métodos. En contraposición, la soldadura TIG es difícil de aprender y requiere de una plataforma de soldadura elaborada. Sin embargo, la TIG ofrece soldaduras de alta calidad y puede soldar materiales que otros métodos no pueden.
La soldadura con soplete representa otro método de soldadura popular. Este proceso típicamente usa un soplete de oxiacetileno para fundir el material de trabajo y la varilla de soldadura. El soldador debe controlar el soplete y la varilla simultáneamente, dándole un gran control sobre el proceso. Mientras que la soldadura con soplete se ha vuelto menos común a nivel industrial, todavía se utiliza con frecuencia para trabajos de mantenimiento y reparación, así como en esculturas para trabajos artísticos.
Soldadura al extremo
Los arcos eléctricos y los sopletes no son un juego de niños, pero existen formas más extremas de soldar. La soldadura por explosión (EXW) usa la presión creada por explosiones de alta potencia para unir metales. La soldadura por rayo láser se basa en potentes láseres para fundir metales juntos. La soldadura por ultrasonidos utiliza vibraciones de alta frecuencia para hacer que las moléculas de metal resuenen y se unan.
Una buena soldadura es difícil de lograr
Podrás recordar por nuestro análisis de la historia en relación con esta técnica que las soldaduras frágiles y porosas plantean graves problemas de seguridad en aplicaciones industriales. Gran parte del problema con esas primeras soldaduras se debió a la oxidación. A medida que avanzaba la ciencia de la soldadura, se desarrollaron métodos para proteger el área de trabajo del oxígeno. En la soldadura por barra, por ejemplo, la varilla de soldadura está recubierta de fundente, el cual sirve para varios propósitos diferentes, uno de los cuales es crear un escudo de gas para el lugar de soldadura a medida que se quema el fundente. Las soldaduras MIG y TIG llegan a utilizar bombonas de gas que inyectan constantemente al área de soldadura gases inertes. Evitar que las áreas de soldadura se oxiden es crucial para formar una soldadura fuerte.
El proceso de preparación de la unión es quizás igualmente importante para producir soldaduras sólidas. Asegurar que los materiales de trabajo estén libres de grasa, suciedad y polvo es solo el primer paso para preparar adecuadamente una junta de soldadura. Uniones de borde, juntas de solape, uniones en T, juntas planas… hay casi tantas formas de preparar una unión de soldadura como maneras de soldar las piezas juntas. Seleccionar el tipo correcto de junta para el trabajo en cuestión es fundamental para producir una soldadura de calidad.
Una vez que la soldadura está realizada, se puede verificar su calidad de varias maneras. La inspección visual puede revelar una evidencia de soldadura realizada a la velocidad incorrecta o de corrientes, grietas o inclusiones en la soldadura y otros problemas. Los soldadores también pueden inspeccionar su trabajo utilizando pruebas de partículas magnéticas, inspección de penetración de líquidos, pruebas ultrasónicas, inspección por rayos X, pruebas de presión u otros métodos. Las pruebas destructivas, al tiempo que destruyen la soldadura bajo examen, también se usan con frecuencia para determinar la calidad de una soldadura. No importa qué prueba se use, asegurar que las soldaduras sean fuertes y duraderas es un paso importante en el proceso.
Traje LZR de Speedo
El metal no es lo único que se puede soldar entre sí. Solo hay que preguntarle a los ingenieros de Speedo. Al fabricar su traje de baño LZR Racer, la empresa utilizó soldadura por ultrasonidos para unir los tres paneles de los cuales se compone esta prenda. Al soldar, en lugar de coser los paneles juntos, Speedo creó uniones mucho más suaves. ¿El resultado? Seis por ciento menos de resistencia viscosa.
Soldadura en la industria (y en el arte)
Como ejemplo, cerca de medio millón de soldadores trabajan en los Estados Unidos según la "Bureau of Labor Statistics". Aunque el Departamento de Trabajo de EE.UU. espera que la profesión de soldador crezca lentamente, la agencia prevé enormes oportunidades para buenos soldadores debido a la escasez de oferta. Además, muchos procesos de soldadura no pueden automatizarse; incluso aquellos que sí lo están aún pueden requerir la experiencia de un soldador para configurar e inspeccionar el proceso.
La mayoría de los trabajos de soldadura están relacionados con la fabricación en muchas industrias diferentes. Fabricantes de automóviles, constructores de barcos, rascacielos, puentes… la lista de aplicaciones de soldadura sigue y sigue. Los soldadores pueden obtener la certificación en instituciones educativas autorizadas, aunque algunas compañías diseñan también sus propios métodos de certificación.
Como cualquier profesión, la soldadura ofrece una gran variedad de sueldos. Mientras que los soldadores ganan alrededor de 15 dólares por hora en promedio en países como Estados Unidos, aquellos con especialidades y experiencia superiores pueden ganar mucho más. Los soldadores submarinos, por ejemplo, pueden ganar más de 100.000 dólares al año según parámetros promedios ofrecidos por la Universidad de Phoenix. Aunque la mayoría de los soldadores son hombres, miles de mujeres también se ganan la vida como profesionales de este sector, de hecho, jugaron un papel clave en la construcción naval durante la Segunda Guerra Mundial.
Curiosamente, uno de los usos más interesantes de la soldadura proviene de la comunidad artística. Algunos de los primeros ejemplos de soldadura que se han descubierto han sido en obras de arte, como el Pilar de Hierro de Delhi en la India, así como cuencos y copas de oro que datan de hace más de 1.000 años. Estructuras como el Arco Gateway de San Luis (192 metros de alto y hecho para durar 1.000 años) o el Atomium de Bruselas (un tributo al átomo de 102 metros) ilustran hasta qué punto la soldadura ha llegado al arte.
La tradición de la soldadura artística sigue siendo fuerte ya que permite que la creación de esculturas masivas que pesan varias toneladas sea una posibilidad, incluso para artistas individuales. Aunque el arte constituye solo un pequeño segmento de la industria de la soldadura, puede mostrar el potencial que tiene a millones de personas.
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