¿A qué se refiere el término soldadura? Pues al hecho de reunir las partes integrantes de una construcción asegurando la continuidad de la materia entre ellas. Para obtener esta continuidad se recurre a intercalar un material fundido que rellene el espacio existente entre las piezas a unir.

Se denomina material base al que constituye las piezas a unir, y material de aportación al que se intercala fundido entre las piezas para obtener dicha continuidad. El calor necesario para la soldadura puede ser generado por varias fuentes, dependiendo de la técnica de soldadura a emplear: electricidad por arco eléctrico o por efecto Joule y por la combustión de un gas con la aportación de combustible y comburente o la sola aportación del combustible.

En esta Unidad de Trabajo se van a analizar las técnicas de soldadura empleadas en el campo de las instalaciones de agua, atendiendo al procedimiento empleado en las mismas. Las tecnologías que se van a describir son las siguientes:

• Soldadura por capilaridad (blanda y fuerte).
• Soldadura oxiacetilénica o autógena.
• Soldadura por efecto Joule (termofusión y electrofusión).
• Soldadura por arco eléctrico (electrodo revestido, MIG/MAG, TIG).

En cada una de estas tecnologías se realizará una descripción de los principios básicos, el procedimiento operativo, así como las herramientas y equipos necesarios para la ejecución de las mismas.

Aunque, como hemos visto, podemos distinguir dos tipos de soldadura por capilaridad, blanda y fuerte, en nuestro caso nos centraremos en el estudio de la denominada "blanda" debido a que el empleo de la "fuerte"  es utilizada en otro tipo de instalaciones como en las instalaciones de gas y en las de refrigeración y climatización, debido a que este tipo de soldadura por capilaridad proporciona mayor resistencia mecánica y térmica (seguridad ante incendios debido a la alta temperatura de fusión del material de aportación y elevadas presiones de trabajo).

Este tipo de soldadura se basa en el principio de la capilaridad. Dicho fenómeno tiene lugar cuando un líquido en contacto con el extremo de un tubo muy estrecho -tubo capilar-, asciende por su interior, quedando el líquido a mayor altura que el nivel exterior. En el caso de los tubos de cobre, éstos se unen entre sí introduciendo uno dentro del otro. Entre sus paredes queda un pequeño intersticio que es rellenado con el material de aportación fundido, el cual se difunde por capilaridad. La capacidad de difusión será mayor cuanto menor sea el intersticio existente entre los tubos.

Existen 2 tipos de soldadura por capilaridad:

• Soldadura blanda: aquella en la que el material de aportación funde a una temperatura inferior a 450 ºC. Se puede citar como ejemplo la soldadura de cobre con aportación de estaño-plata.
• Soldadura fuerte: aquella en la que el material de aportación funde a una temperatura superior a 450 ºC. Se puede citar como ejemplo la soldadura de cobre con aleación cobre-fósforo.

En ambos casos, blanda o fuerte, la energía es aportada por una llama de butano, propano o acetileno. La protección se efectúa con desoxidantes o decapantes (llamados también flux o bórax), que son sustancias en forma de líquido, pasta o polvo, que se extienden por la zona de unión y que además cumplen la función de aumentar la fluidez del material de aportación.

A continuación, describiremos en detalle cada uno de estos dos métodos de soldadura.

1. 

   Soldadura blanda

   Esta es la soldadura empleada mayoritariamente en las instalaciones de cobre. El equipamiento necesario para realizar dicha soldadura es el siguiente:

   • Equipo de soldadura: está compuesto de una botella de butano o propano con su correspondiente válvula de apertura y cierre, válvula reguladora de presión (en el caso del propano), manguera y soplete. La combustión del butano o propano se realiza con el oxígeno del aire y la regulación de la potencia de la llama se hace con la llave de paso del gas.
   • Material de aportación: se emplea una aleación de estaño y plata, cuya temperatura de fusión ronda los 250 ºC. El porcentaje de ambos componentes suele estar en torno al 95 % de estaño y 5 % de plata. La función de la plata es aumentar la fluidez del material de aportación al mismo tiempo que se disminuye su temperatura de fusión. Este material se presenta en forma de hilo enrollado en carrete.
   • Decapante: se presenta en forma de pasta o líquido y su función es la de proteger la zona a soldar para evitar la formación de óxidos, así como la de aumentar la capacidad de mojado del material de aportación.

¿En qué consiste la soldadura autógena y por qué se lleva a cabo con la llama oxiacetilénica? Pues la respuesta a estas dos preguntas se podría resumir en los siguientes factores:

• Soldadura que permite, sin empleo de energía eléctrica, la ejecución de uniones soldadas homogéneas en las que el material base y el de aportación se funden para constituir la junta de unión.
• El acetileno y el oxígeno proporcionan una llama que desplaza al aire y al oxígeno que contiene, evitando así la oxidación del baño de fusión. Las llamas obtenidas con butano o propano alcanzan también una temperatura lo suficientemente elevada como para fundir la mayor parte de los metales, pero carecen de la propiedad protectora antes mencionada.

Esta técnica de soldadura se emplea, en la actualidad, para la soldadura de chapas de acero de poco espesor, así como la ejecución de juntas soldadas de tubería de acero negro.

El equipamiento necesario para realizar dicha soldadura es el siguiente:

• Equipo de soldadura: está compuesto de dos botellas, una de acetileno y otra de oxígeno. Dichas botellas disponen de su correspondiente válvula de apertura y cierre, así como de sendos manorreductores que hacen posible la regulación de la presión de salida de los gases. El conjunto se completa con las mangueras y el soplete que posibilita la mezcla de los gases en la proporción adecuada y con la presión requerida para su combustión en forma de llama.
• Material de aportación: ha de ser de la misma naturaleza que el de las piezas a soldar. En el caso de la soldadura del acero, se presenta en forma de varillas con un revestimiento de cobre cuya función es evitar su oxidación cuando se almacenan en ambientes húmedos.

El proceso de soldeo se puede resumir en los siguientes puntos:

1. Posicionar las piezas a soldar de forma que haya una separación aproximadamente igual al diámetro de la varilla a emplear.
2. Protegerse las manos con guantes y la vista con una pantalla de protección ocular.
3. Regular la llama.
4. Realizar los puntos de soldadura para fijar la posición relativa entre las piezas.
5. Ejecución del cordón de soldadura, iniciándolo desde el borde derecho en dirección al izquierdo. La posición de la varilla y del soplete deber ser tal que el ángulo que formen ambos con la horizontal sea de 45 º.

¿Qué es un arco eléctrico? Pues es una descarga eléctrica continua que se produce entre dos electrodos separados entre sí una cierta distancia; este arco eléctrico genera gran cantidad de luz y calor.

La generación del arco eléctrico requiere de dos electrodos y del paso de una corriente de alta intensidad a través de ellos. Si dichos electrodos se juntan, durante el contacto se produce un calentamiento y, si a continuación se separan ligeramente, se formará entre ellos un arco eléctrico luminoso. La temperatura que se alcanza es de unos 3.500 ºC.

La función del arco en la soldadura es la de producir la fusión de los materiales a soldar. Sin embargo, la tendencia a la oxidación aumenta con la temperatura por lo que es necesario proteger el baño de fusión. La manera en que se ofrece dicha protección es la que diferencia los dos principales métodos de soldadura eléctrica:

• Soldadura en atmósfera natural: la protección del baño la confiere el revestimiento del electrodo.
• Soldadura en atmósfera protegida: la protección del baño se confiere al realizar la soldadura bajo un gas inerte o activo que desplaza al oxígeno de la zona de fusión.

1. Soldadura en atmósfera natural con electrodos revestidos

   Tal como se ha comentado anteriormente, este tipo de soldadura no precisa el empleo de ningún gas protector con lo que es muy flexible y permite su uso en trabajos poco accesibles, con la flexibilidad que ello implica.

   El equipamiento necesario para realizar dicha soldadura es el siguiente:

   • Equipo de soldadura: está compuesto por el grupo generador, la pinza y la masa.
     • El grupo generador es el encargado de transformar la corriente eléctrica de red para que tenga las características apropiadas para el soldeo. Dicho grupo disminuye el voltaje y aumenta la intensidad de la corriente, mediante un transformador, pudiendo a su vez convertir la corriente alterna en continua en el caso de que vaya equipado de un grupo rectificador.
     • La pinza es la encargada de sujetar el electrodo durante la operación de soldeo, transmitiéndole al mismo tiempo la corriente eléctrica procedente del grupo, al cual está unida mediante un cable eléctrico.
     • La masa es el dispositivo mediante el que se cierra el circuito eléctrico a través de las piezas a soldar.
   • Electrodo: constituye el material de aportación en este tipo de soldadura. Se compone de dos partes: alma (material de la misma composición que el material base y que sirve de aportación al cordón) y revestimiento (sustancia que envuelve a la varilla y cuya composición caracteriza a los distintos electrodos).

Al realizar una soldadura manual con electrodo revestido hay que tener en cuenta cuatro parámetros que van a influenciar la formación del cordón:

• Diámetro del electrodo: se elige en función del espesor de las chapas a soldar, aunque también influyen el tipo de unión (a tope, a solape...) y la posición de la misma (horizontal, vertical...).
• Intensidad: se regulará en el grupo generador en función del diámetro del electrodo empleado.
• Longitud del arco: distancia existente entre la punta del electrodo y la pieza. Como regla general, se utilizará una longitud del arco igual al diámetro del electrodo.
• Posición y desplazamiento del electrodo: el electrodo se inclinará ligeramente sobre la pieza (60-85 ºC) para evitar que la escoria interfiera en la soldadura y se desplazará de izquierda a derecha.

La secuencia de operaciones de este tipo de soldadura es la siguiente:

1. Posicionar las piezas a soldar de forma que haya una separación mínima entre ellas.
2. Posicionar la masa en la pieza y el electrodo en la pieza, procurando que hagan buen contacto.
3. Colocar las prendas de protección: guantes de cuero, mandil y pantalla de cristal protector.
4. Puntear las chapas para que mantengan su posición durante el soldeo. Para ello, es necesario cebar el arco, aproximando el electrodo a la pieza y tocándola instantáneamente, alejándolo posteriormente.
5. Realizar el cordón de soldadura, manteniendo la intensidad y la velocidad de modo que éste sea lo más uniforme posible.
6. Retirar la escoria con ayuda de una piqueta y un cepillo de púas metálicas.

En el caso de que el electrodo se consuma antes de finalizar el cordón, será necesario reponer el electrodo y cebar el arco en la zona donde se ha finalizado el cordón con el electrodo anterior.

1. Soldadura en atmósfera protegida

   Este tipo de soldadura no es empleada, habitualmente, por los técnicos de instalaciones, pero su conocimiento es necesario ya que puede que alguna vez sea necesario su empleo. Podemos distinguir dos grandes grupos dentro de este tipo de soldadura:

   • Soldadura con electrodo infusible: TIG.
   • Soldadura con electrodo que es, a su vez, material de aportación: MIG/MAG .

   A continuación, se van a describir ambos tipos de soldaduras.

   • Soldadura TIG (Tungsten Inert Gas)

     Este procedimiento de soldeo utiliza como fuente de calor el arco eléctrico que se establece entre un electrodo infusible y la pieza. El baño de fusión se protege mediante una atmósfera de gas inerte que fluye en torno al electrodo a través de una boquilla. La aportación se realiza con varilla, igual que en la soldadura oxiacetilénica.

     El electrodo está hecho de tungsteno para poder soportar las temperaturas de soldeo a la vez que se emplea gas argón en la protección del baño de fusión. Hay que decir que el principal campo de uso de esta tecnología es en la soldadura de chapas de poco espesor, en todo tipo de materiales, incluso los de difícil soldabilidad por otros métodos.

El equipamiento necesario para realizar la soldadura TIG es el siguiente:

• Equipo de soldadura: está compuesto por el grupo generador, el generador de alta frecuencia, la pinza portaelectrodos y la instalación de gas.
  • El grupo generador es el encargado de transformar la corriente eléctrica de red para que tenga las características apropiadas para el soldeo. Dicho grupo presenta las mismas características que las mencionadas en la soldadura eléctrica en atmósfera natural.
  • El generador de alta frecuencia impide la interrupción del arco eléctrico cuando se está soldando con corriente alterna.
  • La pinza portaelectrodos tiene la función de sujetar el electrodo y dirigir el chorro de gas protector hacia la zona de fusión.
  • La instalación de gas comprende la botella de gas protector (argón), el manorreductor para regular la presión de salida, el caudalímetro para regular el caudal de gas y, finalmente, la válvula de gas, que puede ser manual o accionada desde la pinza portaelectrodos.
• Material de aportación: ha de ser de la misma naturaleza que el de las piezas a soldar. En el caso de la soldadura del acero, se presenta en forma de varillas con un revestimiento de cobre cuya función es evitar su oxidación cuando se almacenan en ambientes húmedos.

La secuencia de operaciones de este tipo de soldadura es similar al soldeo oxiacetilénico; por un lado tenemos una fuente de calor -la llama en oxiacetilénica y el arco eléctrico en TIG-, y por otro lado, tenemos el material de aportación, de las mismas características que el material a soldar.

Este procedimiento de soldeo consiste en establecer un arco eléctrico entre un electrodo consumible y la pieza, de forma similar al soldeo con electrodos revestidos. En este caso, el electrodo es un hilo de acero que se encuentra enrollado en una bobina en el interior de la unidad de alimentación, y que sale al exterior a través de la pistola según se va depositando fundido sobre el material base. Como protección del baño de fusión se utiliza un gas, que puede ser inerte o activo, dando lugar al soldeo MIG o MAG.

La soldadura MIG emplea como gas de protección un gas inerte, es decir, que no reacciona con el material fundido mientras que la soldadura MAG emplea el gas CO², el cual produce una reacción beneficiosa cual es el proporcionar una mayor penetración y una mayor velocidad en el soldeo de los aceros.

El equipamiento necesario para realizar dicha soldadura es el siguiente:

• Equipo de soldadura: está compuesto por el generador, la unidad de alimentación, el regulador de tensión a distancia, la pistola y la instalación de gas.
  • El generador proporciona corriente continua.
  • La unidad de alimentación suministra a la pistola todo cuanto necesite para el soldeo: corriente, hilo de aportación y gas protector.
  • El regulador de tensión a distancia efectúa una regulación fina de la tensión necesaria para el soldeo.
  • La pistola permite orientar el hilo de aportación y el gas protector durante el soldeo.
  • La instalación de gas comprende la botella de gas protector, el manorreductor para regular la presión de salida, el caudalímetro para regular el caudal de gas y, finalmente, la válvula de gas, que puede ser manual o accionada desde la pinza portaelectrodos.

La secuencia de operaciones de este tipo de soldadura es similar a la del soldeo con electrodos revestidos, pues sujetamos la pistola con una mano, igual que en aquel lo hacíamos con la pinza, y vamos depositando el material de aportación sobre el cordón, que se irá formando de izquierda a derecha.

¿Qué es el efecto Joule? Pues es el efecto de calentamiento que produce el paso de la corriente eléctrica a través de una resistencia. Dicho efecto, en el caso de los materiales plásticos, es empleado para hacer posible, por unión en estado plástico, la soldadura entre tubería y accesorios.

La soldadura por efecto Joule se puede realizar mediante el empleo de uno de los siguientes métodos:

• Soldadura por termofusión con el empleo de un polifusor.
• Soldadura por electrofusión utilizando manguitos electrosoldables.

La diferencia entre ambos métodos es que en la soldadura por termofusión se calientan tubo y accesorio mediante el empleo de una resistencia eléctrica externa ejecutando el montaje una vez calentados los mismos. En cambio, en la soldadura por electrofusión primero se introduce el tubo en el manguito de electrofusión, que ya lleva insertada una resistencia eléctrica, y posteriormente se hace circular una corriente eléctrica a través de esta resistencia, lo que genera el calor suficiente como para realizar la soldadura.

1. Soldadura por termofusión

   También llamada soldadura "Socket", requiere para su ejecución el empleo de una herramienta llamada polifusor. Dicho útil consta de una placa calefactora que permite la inserción de varias dimensiones de matrices para hacer de esta manera la ejecución de distintos tipos de unión. Dicha herramienta calienta las matrices por resistencia eléctrica y requiere de un tiempo de calentamiento para hacer posible alcanzar la temperatura de unión, variable en función del material al que nos refiramos.

   La secuencia de operaciones de este tipo de soldadura es la siguiente:

   1. Preparar la herramienta de soldadura.
   2. Corte de la tubería con el útil adecuado.
   3. Marcar la profundidad de la soldadura con una galga y un rotulador.
   4. Introducir el tubo y el accesorio en la herramienta ya caliente hasta la profundidad de soldadura anteriormente marcada. Se deben respetar los tiempos de calentamiento especificados por el fabricante. Un calentamiento excesivo puede provocar la obstrucción de la tubería.
   5. Una vez terminado el calentamiento, unir el tubo y el accesorio hasta la profundidad anteriormente marcada, ejerciendo una ligera presión.
   6. Respetar los tiempos de enfriamiento antes de someter la tubería a presión.

¿Qué te sugiere el término electrofusión aplicado a la soldadura de tuberías? Pues bien, como su propio nombre indica, el proceso de electrofusión se refiere a la soldadura de materiales mediante fusión localizada de los mismos en la cara de unión siendo el causante de dicha fusión la aplicación de una corriente eléctrica.

La unión por electrofusión precisa del empleo de manguitos de unión electrosoldables que incorporan una resistencia eléctrica junto con un par de bornas para su interconexión. Además de ello es necesario el empleo de un equipo que genere la tensión e intensidad necesarias para el calentamiento de la zona de unión. Para ello, existen en el mercado equipos que además de controlar la tensión suministrada, son capaces de guardar toda la información relativa a la junta de soldadura realizada.

La secuencia de operaciones de este tipo de soldadura es la siguiente:

1. Cortar los tubos rectangularmente.
2. Desbarbar y desengrasar cuidadosamente los extremos de tubos y electromanguitos en el área de soldadura utilizando un pañuelo de limpieza empapado en alcohol.
3. Para garantizar la posición central del área de soldadura, marcar las profundidades de inserción de los tubos con un lápiz, orientando los casquillos de unión lo más que se pueda hacia arriba.
4. Apretar los cables de soldadura.
5. Iniciar el aporte de corriente con el aparato de soldadura.
6. Durante la soldadura, asegurar una posición libre de tensión del electromanguito respecto a los tubos e impedir la entrada de humedad en la zona de soldadura.
7. Evitar la entrada de humedad y las cargas (golpes, etc.) sobre la zona de soldadura, durante la fase de enfriamiento.
8. La instalación no deberá ponerse en funcionamiento sino hasta que haya transcurrido una hora.

Una de las premisas de todos los sistemas de seguridad es que lo mejor es la precaución y el sentido común.

La soldadura, como en otros trabajos, tiene un cierto número de posibles peligros para la seguridad.

Primero: las quemaduras que pueden producirse por contacto directo con la pieza caliente, o por los efectos de los rayos de luz ultravioleta e infrarroja. Puesto que este tipo de luz se refleja y su exposición tiene el mismo efecto. Se procederá a emplear materiales que absorban esa luz y evitar el rebote, como pintar las paredes de negro mate, o el empleo de cortinas de materiales específicos.

Segundo: protección de los ojos y oídos, el sistema de protección de gafas con protección lateral es de obligado uso, tendremos que completar con el uso de pantallas, caretas o cascos de soldadura que ocultan la cara de las proyección dañinas. La protección ocular añadirá lentes oscuras, numeradas por orden de oscuridad.

Tercero: protección respiratoria, en todos los procesos de soldadura se producen residuos de la combustión como polvo, gases, y humos. Su exposición de forma prolongada puede provocar irritaciones. Podrán usarse métodos de protección individual o en la instalación como extractores. Está totalmente prohibido soldar recipientes que pudieran contener algún elemento inflamable o que puedan producir vapores nocivos. Y siempre deberán estar las piezas limpias de suciedad o grasas.

Cuarto: para completar el equipo de protección individual, es necesario el uso de ropas gruesas o petos, guantes de soldador que resisten altas temperaturas, botas de seguridad, y en general protección en todas las partes del cuerpo que no estén protegidas directamente por la ropa especial de trabajo.

Por último, indicar que las instalaciones donde se produzcan las acciones de soldar, deberán reunir los requisitos propios del uso de material combustible. Las bombonas de oxígeno y de gases combustibles e inflamables, se almacenarán por separado. Las botellas se encontrarán siempre en posición vertical, atadas con cadenas y sólo las podrá manejar personal cualificado.