Soldadura blanda

SOLDADURA BLANDA

INDICE DE MATERIA DESARROLADA

1. Definición de cobre

1.1 Metodos de obtención

1.2 Tratamientos térmicos

2. Partes del equipo de soldadura blanda

3. Descripción del trabajo realizado

4. Proceso de trabajo

5. Vistas de la pieza acotada

6. Hoja de pedido realizado para la práctica

7. Herramientas utilizadas

8. Seguridad e higiene

Anexo: Bibliografía

1. Origen y definición del cobre

El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros), cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas.

1.1 Metodos de obtención

El cobre nativo suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80 %) y de minerales oxidados (20 %), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia. Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita), junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente en hornos de fosa.

A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina (Cu2S) y covellina (CuS) y finalmente las secundarias calcopirita (FeCuS2) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores. Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita (Cu5FeS4), los cobres grises y los carbonatos azurita y malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los sulfuros.

La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.

Aquí un video de como se extrae el cobre

https://www.youtube.com/watch?v=Ci4KtdMvQ9w

La metalurgia del cobre depende de que el mineral se presente en forma de sulfuros o de óxidos (cuproso u cúprico).

Para los sulfuros se utiliza para producir cátodos la vía llamada pirometalurgia, que consiste en el siguiente proceso: Conminución del mineral -> Concentración (flotación) -> fundición en horno -> paso a convertidores -> afino -> moldeo de ánodos -> electrorefinación -> cátodo. El proceso de refinado produce unos cátodos con un contenido del 99,9 % de cobre. Los cátodos son unas planchas de un metro cuadrado y un peso de 55 kg.

Otros componentes que se obtienen de este proceso son hierro (Fe) y azufre (S), además de muy pequeñas cantidades de plata (Ag) y oro (Au). Como impurezas del proceso se extraen también plomo (Pb), arsénico (As) y mercurio (Hg).

Como regla general una instalación metalúrgica de cobre que produzca 300.000 t/año de ánodos, consume 1.000.000 t/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 t/año de ácido sulfúrico y 300.000 t/año de escorias

Cuando se trata de aprovechar los residuos minerales, la pequeña concentración de cobre que hay en ellos se encuentra en forma de óxidos y sulfuros, y para recuperar ese cobre se emplea la tecnología llamada hidrometalurgia, más conocida por su nomenclatura anglosajona Sx-Ew.

El proceso que sigue esta técnica es el siguiente: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracción-> electrólisis-> cátodo

Esta tecnología se utiliza muy poco porque la casi totalidad de concentrados de cobre se encuentra formando sulfuros, siendo la producción mundial estimada de recuperación de residuos en torno al 15 % de la totalidad de cobre producido.

Aquí un video del proceso de fabricación

https://www.youtube.com/watch?v=3iLtOGF329Q

1.2 Tratamientos térmicos

El cobre y sus aleaciones permiten determinados tratamientos térmicos para fines muy determinados siendo los más usuales los de recocido, refinado y temple.

El cobre duro recocido se presenta muy bien para operaciones en frío como son: doblado, estampado y embutido. El recocido se produce calentando el cobre o el latón a una temperatura adecuada en un horno eléctrico de atmósfera controlada, y luego se deja enfriar al aire. Hay que procurar no superar la temperatura de recocido porque entonces se quema el cobre y se torna quebradizo y queda inutilizable.

El refinado es un proceso controlado de oxidación seguida de una reducción. El objetivo de la oxidación es eliminar las impurezas contenidas en el cobre, volatilizándolas o reduciéndolas a escorias. A continuación la reducción es mejorar la ductilidad y la maleabilidad del material.

Los tratamientos térmicos que se realizan a los latones son principalmente recocidos de homogeneización, recristalización y estabilización. Los latones con más del 35 % de Zn pueden templarse para hacerlos más blandos.

Los bronces habitualmente se someten a tratamientos de recocidos de homogeneización para las aleaciones de moldeo; y recocidos contra dureza y de recristalización para las aleaciones de forja. El temple de los bronces de dos elementos constituyentes es análogo al templado del acero: se calienta a unos 600 °C y se enfría rápidamente. Con esto se consigue disminuir la dureza del material, al contrario de lo que sucede al templar acero y algunos bronces con más de dos componentes.

Aquí un video desde la mina a sus mil usos:

https://www.youtube.com/watch?v=5WFDeW6RcJ0

1.1 Partes del equipo de soldadura

En esta imagen podemos ver las principales partes del equipo de soldadura por capilaridad, llamada comunmente lamparilla. Ademas para llevar acabo la unión necesitaremos estaño-plata, decapante y los tubos de cobre o bronce a unir.

2. Descripción del trabajo a realizar

Se trata de aplicar lo aprendido en clases de teoría sobre la soldadura blanda en tuberías de cobre. Para ello practicaremos durante 2 semanas con material aportado por los profesores de la asignatura.

El objetivo es adquirir práctica suficiente para la realización de este tipo de uniones metálicas que serán de gran utilidad en nuestra vida profesional.

Aquí podemos ver el croquis acotado pedido como resultado final

3. Proceso de trabajo

Habrá que realizar 2 procesos claramente diferenciados, el aprendizaje y el examen final.

Aprendizaje

1º paso: los profesores de la asignatura nos darán una pieza similar a la pedida. Con ella practicaremos durante al menos 2 semanas.

2º paso: aprenderemos a encender y apagar de forma segura la lamparilla y a conseguir una llama correcta.

3º paso: desoldaremos la pieza. Cada una de las partes de la figura será desoldada por partes, consiguiendo así el material suficiente para el aprendizaje.

4º paso: con las piezas ya desoldadas deberemos limar las puntas de los tubos de cobre. Para ello utilizaremos limas planas con el fin único de facilitar la unión entre las piezas de cobre.

5º paso: prepararemos las piezas limpiándolas como es debido con un trapo, papel de lija o estropajo fuerte.

6º paso: realización de soldadura blanda. Ejecutaremos la soldadura con los pasos estudiados, a saber:

Aplicado de decapante
Conexión entre piezas
Encendido de la lamparilla
Calentamiento de las piezas a soldar
Aplicado del estaño

7º paso: volveremos a realizar los pasos desde el 3º al 6º varias veces para coger soltura con la soldadura.

Cuando veamos que los tubos estén en muy mal estado, utilizaremos el cortatubo para eliminar la zona más dañada. De esta forma aprovecharemos para practicar también el corte de tubos de cobre con esta herramienta.

Examen final

1º La profesora Mª. Jose nos facilitará el material necesario para la realización del examen. Previamente nosotros le mandaramos un correo con una hoja de pedido en la que figurará nuestra estimación de piezas necesarias.

2º Medida y marcado de la longitud de los tubos de cobre necesarios. Con un metro marcaremos la longitud idonea de las piezas a utilizar.

3º Corte de las piezas con cortatubos. Con la ayuda de un cortatubo conseguiremos los tramos de cobre que buscamos. A la vez que vamos cortando sería interesante ir haciendo el replanteo de la figura pedida.

4º Limpieza de los cortes. Con la ayuda de un escariador eliminaremos las rebabas producidas en el corte. Con un papel de lija y un trapo limpio dejaremos las piezas listas para poder realizar la soldadura.

5º Aplicación del decapante. Aplicaremos el decapante entre las piezas a soldar y las sujetaremos con la ayuda de un tornillo de mesa.

6º Realizamos la soldadura por capilaridad de las diferentes partes de la figura. Es muy importante hacer un buen replanteo de soldadura, de tal forma que soldemos las 2 partes de los codos a la vez puesto que hacerlas por separado puede implicar un desoldado de la unión realizada previamente. En caso de las "T" habrá que hacerlas las 3 a la vez, evitando asi el recalentamiento de la misma pieza 3 veces y el riesgo de que las uniones no queden como deberian.

7º Limpieza de las uniones. Con un trapo limpio eliminaremos el estaño sobrante de cada soldadura.

Aquí un video de como realizar una soldadura blanda:

https://www.youtube.com/watch?v=pDrnUyE4Kh0

5. Vista de la pieza acotada

El resultado final del examen a juicio de los profesores de la asignatura fue muy positivo. Tras la prueba de resistencia a tracción realizada en clase y la inspección ocular de las soldaduras, tanto Mª. Jose como Flores me dieron el aprobado.

A continuación podemos ver la pieza acotada en autocad:

6. Hoja de pedido para la realización de la práctica

En relación con las mediciones necesarias para la realición de la práctica de soldadura blanda en cobre, necesitaría:

8 codos para tubo de 18 mm.
3 " T" para tubo de 18 mm.
1 grifo para tubo de 18 mm.
140 cms de tubo de cobre de 18 mm.

Aunque debido a la falta de materiales, se debio de hacer un cambio en la práctica y tanto una "T" como el grifo se eliminaron y no hicieron falta.

7. Herramientas

A continuación se muestra una relación de las herramientas utilizadas en imagenes: