Soldadura Eléctrica por Resistencia: Principios, Técnicas y Equipos

Soldadura Eléctrica por Resistencia: Principios y Aplicaciones

La soldadura eléctrica por resistencia se efectúa aplicando presión y aumentando la temperatura de las piezas a unir hasta un punto ligeramente inferior al de fusión del metal. Este calentamiento se genera mediante una corriente eléctrica de elevada intensidad que circula entre dos electrodos.

Parámetros Fundamentales

El calor producido (Q) en el proceso sigue la Ley de Joule y se calcula mediante la fórmula:

Q = 0.24 * I² * R * t

Donde:

• I: Intensidad de la corriente eléctrica (en Amperios).
• R: Resistencia eléctrica total del circuito (en Ohmios).
• t: Tiempo durante el cual fluye la corriente (en segundos).
• 0.24: Factor de conversión a calorías.

Componentes de la Resistencia Total (R)

La resistencia total (R) en la fórmula anterior está compuesta por varias resistencias en serie:

• Resistencia de contacto entre el electrodo superior y la chapa superior.
• Resistencia propia de la chapa superior.
• Resistencia de contacto entre las dos chapas (donde se produce la soldadura).
• Resistencia propia de la chapa inferior.
• Resistencia de contacto entre la chapa inferior y el electrodo inferior.

Ventajas de la Soldadura por Resistencia

• Rapidez del proceso.
• Mínimas deformaciones por calor localizado.
• Facilidad de manejo y automatización.
• Generalmente no necesita material de aporte ni repaso posterior.
• Permite sustituir fácilmente las piezas unidas si es necesario (en algunos casos).

Tipos Comunes de Soldadura por Resistencia

Existen diversas variantes de este proceso, incluyendo:

• Soldadura por puntos
• Soldadura por dobles puntos
• Soldadura por protuberancias
• Soldadura por empuje
• Soldadura por costura (o roldana)
• Soldadura por chisporroteo
• Soldadura a tope por resistencia
• Soldadura por percusión

Secuencia Típica del Proceso (Ciclo de Soldadura por Puntos)

1. Periodo de acercamiento o tiempo de bajada: Los electrodos se acercan y aplican una presión inicial sobre las piezas. La presión se eleva.
2. Periodo de soldadura: Se aplica la corriente eléctrica mientras se mantiene la presión normal de soldadura.
3. Periodo de forjado o mantenimiento: Se corta la corriente, pero se mantiene o incluso aumenta la presión para consolidar el punto de soldadura mientras se enfría.
4. Periodo de enfriamiento o cadencia: Se retira la presión y los electrodos se separan, permitiendo el enfriamiento final y la extracción de la pieza.

Componentes del Equipo de Soldadura

• Fuente de energía: Generalmente un transformador que convierte la corriente alterna de la red (ej. 380/220 V) en una corriente de bajo voltaje (típicamente 2 a 5 V) pero muy alta intensidad (más de 9000 A) en su secundario, al cual van conectados los electrodos.
• Panel de control: Permite regular los parámetros clave del proceso (intensidad, tiempo, presión, secuencia).
• Portaelectrodos: Sujetan los electrodos y aplican la fuerza necesaria. Pueden ser de accionamiento hidráulico, neumático o manual.
• Electrodos: Piezas que transmiten la corriente y la presión a las piezas a unir. Generalmente son aleaciones de cobre (ej. cobre-cromo, cobre-berilio) para una buena conductividad eléctrica y térmica, y alta resistencia mecánica para no deformarse con la presión. La punta suele ser troncocónica (versátil para distintos espesores) o esférica (para puntos más sólidos). Deben soportar densidades de corriente de 10 a 120 A/mm². Es crucial que estén bien alineados y con las caras de apoyo paralelas. Si no se desea dejar marca, se puede interponer una placa de cobre rojo entre la chapa y el electrodo.

Parámetros de Control del Proceso

• Intensidad de corriente: Factor principal en la generación de calor (proporcional a I²).
• Tiempo de soldadura: Duración de la aplicación de la corriente. Se puede optar por soldadura rápida (más intensidad, menos tiempo) o lenta (menos intensidad, más tiempo).
• Presión de los electrodos: Asegura el contacto íntimo entre las piezas y contiene el metal fundido. Una presión recomendada para acero es de 10 kg/mm². Una presión escasa provoca salpicaduras; una presión elevada puede producir indentaciones excesivas o agujeros en la chapa.
• Tiempo de rampa: Tiempo que tarda la corriente en alcanzar el valor programado (puede ser gradual).
• Tiempo de mantenimiento (forja): Tiempo que se mantiene la presión después de cortar la corriente.
• Tiempo de acercamiento: Duración de la fase inicial de aplicación de presión.
• Impulsos: Aplicación de la corriente en varios pulsos en lugar de uno continuo, útil para ciertos materiales o espesores.

Procedimiento General de Soldadura

1. Limpiar adecuadamente las superficies a unir (eliminar óxidos, grasas, pinturas).
2. Asegurarse de que no existen espacios significativos entre las piezas en la zona de unión.
3. Efectuar varias soldaduras de prueba en material similar para ajustar los parámetros.
4. Actuar sobre los reguladores (intensidad, tiempo, presión) hasta conseguir parámetros adecuados y una huella correcta. Un indicativo visual de buena soldadura puede ser un núcleo blanco o grisáceo, rodeado por un círculo azulado y un borde exterior con una aureola marrón (esto varía según el material).
5. Para mejorar la resistencia a la corrosión, se puede proteger con imprimación de zinc el interior de las chapas antes de unir (usando imprimaciones especiales conductoras).
6. Marcar los puntos donde se va a soldar, si es necesario.
7. Sujetar firmemente las chapas en la posición deseada.

Consideraciones sobre la Distancia entre Puntos

• Distancia elevada: Si los puntos están muy separados, la unión general puede debilitarse o permitir la entrada de agentes corrosivos.
• Distancia muy próxima: Puede producirse una derivación de corriente (efecto 'shunt') a través de los puntos de soldadura cercanos ya realizados, disminuyendo la intensidad efectiva en el nuevo punto y resultando en una soldadura deficiente.
• Distancias aconsejables:
  • Como norma general: 30 a 40 mm entre centros de puntos.
  • Distancia al borde: Mínimo 2.5 veces el diámetro de la punta del electrodo.
  • En carrocerías de automóvil (espesores hasta 1.5 mm): Suele usarse una distancia de 10 a 15 mm.
  • Es importante evitar que los nuevos puntos coincidan exactamente con puntos anteriores si se repasa una zona.

Técnicas Específicas

Soldadura por Protuberancias

En esta variante, se realizan previamente pequeños resaltes (protuberancias) en una de las chapas a unir. La corriente se concentra en estos resaltes al aplicar la presión con electrodos planos, permitiendo realizar múltiples puntos simultáneamente.

Soldadura con Doble Punto

Se utiliza cuando no se tiene acceso con los electrodos a ambas caras del conjunto a unir. Se emplean dos electrodos en el mismo lado. La corriente pasa del primer electrodo, a través de la chapa superior, a la inferior, y retorna por la chapa superior al segundo electrodo. El espesor de la chapa del lado opuesto a los electrodos (la que no se toca) ha de ser igual o mayor que la chapa en contacto directo con los electrodos.

Soldadura por Costura o Roldana

Se emplean electrodos en forma de discos o ruedas (roldanas) que giran y aplican presión mientras circula la corriente. Los puntos de soldadura se solapan entre sí, creando una unión continua y estanca, similar a una costura.

Soldadura por Empuje (o Unilateral)

Se realiza con un electrodo aplicado a una de las chapas, mientras que la conexión de retorno de la corriente (masa) se coloca en la otra chapa o en una estructura subyacente. La chapa superior no debe ser mucho mayor de 1.5 mm y la inferior no debe ser menor. Es una técnica menos recomendada porque el calentamiento unilateral puede provocar abombamientos.

Consideraciones Específicas: Soldadura de Aluminio

El aluminio presenta desafíos para la soldadura por resistencia:

• Forma rápidamente una capa superficial de óxido de aluminio (alúmina), que es eléctricamente aislante y tiene un punto de fusión muy elevado.
• El aluminio base es un excelente conductor térmico y eléctrico, lo que requiere corrientes muy altas y tiempos cortos.

Proceso adaptado:

1. Eliminar mecánicamente la capa de alúmina justo antes de soldar, usando un cepillo de acero inoxidable o cromo-níquel.
2. Puede ser necesario acoplar láminas de acero inoxidable entre los electrodos y las piezas de aluminio para mejorar el contacto y la distribución del calor.
3. Regular la máquina para corrientes muy altas y tiempos de soldadura muy cortos. Controlar la presión cuidadosamente.

Defectos Comunes y sus Causas

• Intensidad muy alta: Produce excesivas salpicaduras de metal fundido, indentación profunda y posible expulsión de material del núcleo.
• Intensidad baja: El calor generado es insuficiente; las piezas no se unen o la unión es muy débil.
• Presión de apriete excesiva: Produce marcas profundas (indentación) en la chapa, puede reducir la resistencia de contacto y requerir mayor intensidad, y causar salpicaduras si la corriente es alta.
• Presión de apriete pequeña: Contacto deficiente, alta resistencia de contacto superficial que causa sobrecalentamiento, agujeros en la chapa, salpicaduras y rápido deterioro de los electrodos.
• Tiempo de soldadura excesivo: Se sobrecalienta la zona, quemando el punto (puede volverse azulado), crecimiento excesivo del grano, y posible calentamiento excesivo de la chapa circundante y los electrodos.
• Puntos asimétricos o deformes: Generalmente causados por mala alineación de los electrodos, desgaste desigual de las puntas o aplicación incorrecta de la presión, resultando en una unión defectuosa.