UN POCO DE HISTORIA DE LA SOLDADURA

UN POCO DE HISTORIA DE LA SOLDADURA

 

El término soldadura se podría definir como la unión mecánicamente resistente de dos o más piezas metálicas diferentes. La primera manifestación de la soldadura, aunque poco tiene que ver con los sistemas modernos, se remonta a los comienzos de la fabricación de armas. Los trozos de hierro por unir eran calentados hasta alcanzar un estado plástico, para ser así fácilmente deformados por la acción de golpes sucesivos. Mediante un continuo golpeteo se hacía penetrar parte de una pieza dentro de la otra.

 

Tras repetidas operaciones de calentamiento, seguidos de un martilleo intenso, se lograba una unión satisfactoria. Este método, denominado “caldeado”, se continuó utilizando hasta no hace mucho tiempo, limitando su uso a piezas de acero forjable, de diseño sencillo y de tamaño reducido. Los diversos trozos o piezas metálicas que se deseen fijar permanentemente entre si, deben ser sometidas a algún proceso que proporcione uniones que resulten lo más fuertes posibles. Es aquí cuando para tal fin, los sistemas de soldadura juegan un papel primordial.

 

Pretender otorgar el crédito del descubrimiento o “invento” de la soldadura a un investigador o un grupo de ellos nos llevaría a ser equivocadamente parciales, debido a que este maravilloso aporte a la humanidad no puede ser adjudicado a quienes iniciaron con el desarrollo por no ser ellos quienes lo concluyeron, tampoco a quienes nos ofrecen al final de una lista el producto digamos, terminado, no, acreditar la soldadura a quien o quienes iniciaron como a quienes la han desarrollado en la época moderna sería una injusticia para todos los que en el desarrollo intermedio aportaron sus conocimientos y los resultados de sus investigaciones para hoy gozar las bondades que ella, la soldadura nos ofrece.

 

Puede sonar increíble, pero debemos saber que incluso en los tiempos faraónicos del antiguo Egipto, o en la época del Imperio Romano, existen testimonios sobre el trabajo del metal, y maravillosamente, sobre los primeros métodos de soldeo, es decir, sobre la Soldadura por Forja y el Brazing (soldadura).

 

La historia de la soldadura se remonta a varios milenios atrás, con los primeros ejemplos de soldadura desde la edad de los metales en la edad de bronce entre 2800 y 800 A.C. y la edad de hierro en sus dos etapas entre 1200 y 550 A.C. en Europa y Oriente Medio, se cree que como muchos descubrimientos la extracción del hierro fue descubierta accidentalmente al arrojar al fuego partes de este mineral.

 

Un dato al respecto es que la soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310. El monumento tiene 7 metros de altura, 1,5 metros de diámetro y pesa 6 toneladas. Pero tiene una particularidad que lo ha hecho bastante reconocido ante la comunidad arqueológica: a pesar de estar hecho de hierro, el monumento presenta poquísima corrosión después de más de 15 siglos de erigirse. Incluso, se supone que se ha movido de lugar varias veces, pero nada de esto ha afectado su estructura, que permanece incólume ante los elementos.

 

La Soldadura por forja (Método de conformación en caliente de un metal mediante martillado o presión) es el primer método conocido para unir metales, y este se daba por el calentamiento de las piezas y su fusión por golpes, a través de tres métodos principales: martillo, dados (mediante un mandril), y rodillo.

 

Por otro lado, el brazing se trataba de unir 2 metales fundiéndolos con calor y a través de un tercer metal fundido, el cual funcionaba como relleno para la unión; esta soldadura la podemos encontrar en tiempos antiguos y en lugares tan diversos como China, África y Europa. Ambos métodos los podemos ver en diferentes herramientas, utensilios, e incluso, arte de aquellas épocas; dejándonos con la certeza de su uso común y difundido en aquellos tiempos.

 

La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros golpeaban repetidamente y calentaban el metal hasta que se producía la unión.

 

En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia, que incluye descripciones de la operación de forjado.

Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y dicha industria continuó desarrollándose durante los siglos siguientes.

 

Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo XIX.

 

En 1800 - 1801 Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, comenzó sus experimentos al producir una descarga en miniatura de un rayo, para posteriormente lograr crear un arco entre 2 terminales de un circuito.

 

Los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por el ruso Nikolai Slavyanov y el norteamericano, C. L. Coffin a finales de los años 1800.

 

James Prescott Joule en 1856, creó accidentalmente la primera soldadora por resistencia en uno de sus hornos eléctricos mientras trataba de calentar cables enterrados en una caja de carbón.

 

A comienzos de 1860, un inglés de nombre Wilde se convirtió en la primera persona que intencionalmente unió dos metales mediante electricidad. Trabajando con las teorías de Volta y Davy y con las primitivas fuentes de poder disponibles en aquel entonces, exitosamente unió dos pequeñas piezas de hierro.

 

Durante el año de 1865 es patentada la primera Soldadura Eléctrica oficial.

 

En el año 1881, el francés De Meritens logró con éxito soldar diversas piezas metálicas empleando un arco eléctrico entre carbones. Para ello, utilizó como fuente de corriente acumuladores de plomo. Éste fue el puntapié inicial de muchas experiencias para intentar reemplazar el antiguo caldeado en fragua por un nuevo sistema.

 

Y como una verdadera reacción en cadena, y uniendo un poco de todos los conocimientos y métodos de soldadura en la historia, a partir de 1880 surgió un boom en las investigaciones de la Soldadura con Arco Eléctrico, creándose la primer patente de esta en 1885 por Nikolay Nikolayevich Benardos, estaba montada en 2 tableros con los extremos unidos bajo un arco eléctrico procedente de un electrodo, mismos que calentaban los extremos, empujando las piezas mediante cabezales hasta unirlas. Se utilizó corriente continua, produciendo un arco desde la punta de una varilla de carbón (conectada al polo positivo) hasta las piezas a unir (conectadas al polo negativo).

Dicho arco producía suficiente calor como para provocar la fusión de ambos metales en el plano de unión. Al enfriarse, las piezas quedaban unidas.

 

Elihu Thompson el llamado padre de la Soldadura por Resistencia Eléctrica, comenzó sus experimentos con bobinas y baterías, para lograr una descarga de alta tensión de los condensadores a las bobinas, logrando por fin en 1885, su primer aparato soldador por resistencia eléctrica, el cual incluso estaba provisto de abrazaderas para sujetar las piezas.

 

El comportamiento del arco, según la polaridad elegida, llevó en 1889 al físico alemán, el doctor H. Zerener, a ensayar un tipo de soldadura por generación de un arco eléctrico entre dos electrodos de carbón. Como bajo estas condiciones no se lograba buena estabilidad en el arco producido, adicionó un electroimán, el cual actuaba sobre el mismo dirigiéndolo magnéticamente en el sentido deseado. Ello producía sobre el arco eléctrico un efecto de soplado. Por este motivo se denominó a este tipo de soldadura por arco soplado, encontrándose interesantes aplicaciones en procesos automáticos para chapas de poco espesor.

El flujo del arco se regulaba con facilidad, variando la corriente de excitación del electroimán, además de variar el campo magnético producido. El arco eléctrico resultante era de gran estabilidad. Los dos electrodos de carbón y el electroimán eran parte de un solo conjunto portátil. El metal utilizado como aporte surgía de una tercer varilla metálica, la cual se ubicaba por debajo del arco, más cerca de la pieza. Con el calor producido, se fundía el metal de base conjuntamente con el aporte de la varilla, generando la unión.

 

El excesivo consumo de electrodos de carbón y el deseo de simplificar los equipos de soldadura, hicieron que en el año 1891, el ingeniero ruso Slavianoff sustituyera los electrodos de carbón por electrodos de metal. Este cambio produjo mejoras en las uniones de los metales (a nivel metalográfico), al evitar la inclusión de partículas de carbón (aportadas por los mismos electrodos antes utilizados) dentro de la masa de metal fundido, y luego retenidas en la misma al solidificarse.

El método Slavianoff, con algunas mejoras técnicas implementadas en 1892 por el estadounidense C. L. Coffin (quien logró desarrollar el método de soldadura por puntos), ha sido usado hasta la fecha y es la soldadura por arco conocida en la actualidad. A partir de las determinaciones de Slavianoff se continuaron empleando indistintamente electrodos de carbón y/o metálicos.

 

En 1895 el químico Henry Louis Le Chatelier y el Dr. Carl von Linde anunciaron sendos estudios donde ambos facilitaban la combustión de volúmenes iguales de oxígeno y acetileno, así como la producción del mismo a partir del agua, estos supusieron un enorme avance, creándose la Soldadura por Llama Oxiacetilénica, usada a partir de entonces en todas las industrias europeas.

 

Incluso la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger y Oscar Kjellberg lanzaron un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable.

 

A pesar de que estos métodos continuaron teniendo avances importantes en la época renacentista, e incluso en tiempos más modernos (por ejemplo en los inicios de los 1900’s Theodore Fleitman y Thomas A. Edison patentaron otros medios mecánicos con planchas de níquel y hierro), estos dieron lugar  a un tercer método: la Soldadura por Gas. En ella se usaba la combinación de oxígeno e hidrógeno para formar las llamas fusionantes, aunque  por su sus relativas bajas temperaturas, solamente se limitaban a uniones de media pulgada como máximo.

 

En 1900, los franceses E. Fouch y F. Picard desarrollaron el primer soplete de oxiacetileno.

 

En 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra década.

 

En 1930, los estadounidenses H. M. Hobart y P. K. Devers desarrollaron el sistema de soldadura con gas inerte, y basado en ello, el doctor Orving Langmuir, ideó la soldadura atómica de hidrógeno. En ésta, el arco se produce entre dos electrodos insolubles de tungsteno, en una atmósfera de hidrógeno soplando sobre el arco. El sistema consta de una fuente eléctrica, una provisión de hidrógeno a presión, los electrodos de tungsteno, el material de aporte y el material a soldar.

Por acción térmica, el hidrógeno molecular se descompone en hidrógeno atómico, el que vuelve a su estado primitivo una vez atravesado el arco, transfiriendo el calor de recombinación a las piezas por soldar. Este  método se emplea en la actualidad para soldar chapas delgadas.

 

El año de 1939 fue muy significativo, pues se dio a conocer la soldadura de perno que se convirtió rápidamente en el proceso más utilizado en la fabricación de naves y en la construcción, también se inventó la soldadora de arco sumergido.

 

En 1941, después de décadas de desarrollo, se logró perfeccionar la soldadora de arco de gas tungsteno.

 

Una variedad del sistema por gas inerte, fue desarrollado en 1942 por el norteamericano R. Meredith (creador del soplete para TIG)

 

Para 1948 las soldadoras por arco metálico con gas, que permitía la soldadura rápida de materiales no ferrosos, pero a expensas de costosos gases de blindaje.

 

También en 1948 diversos ingenieros desarrollo el sistema MIG, incluyen las soldaduras por arco en atmósfera de helio o argón, ambos gases inertes que alejan el oxígeno de la zona por soldar. En estos casos, el gas rodea al electrodo de tungsteno, mientras un electrodo o varilla (en caso de ser necesario), provee el metal de aporte o de relleno. Este sistema se utiliza para soldar con éxito aleaciones de magnesio y algunas aleaciones ligeras.

 

En 1957, se utilizó por primera vez el proceso de soldadoras por arco con núcleo fundente y fue inventada la soldadora de arco de plasma.

 

La soldadora por electroescoria es introducida en 1958, año en el que se consiguió otro importante logro, la soldadura con rayos de electrones, con la que fue posible la soldadura profunda y estrecha por medio de la fuente de calor concentrada.

 

Ya en 1960 se introdujo la soldadora por electrogas.

 

La variedad de aplicaciones industriales de los sistemas de soldadura se han desarrollado tanto que han sustituido en la mayoría de los casos al tradicional forjado y remachado. La soldadura no sólo es una operación más sencilla y rápida, sino que la eliminación del remachado ha permitido reducir el peso de las construcciones

Metálicas, al simplificar sus estructuras. La soldadura, además, asegura una reducción de costos apreciable con respecto a los métodos de construcción y reparación empleados antiguamente. También se han resuelto problemas de estanqueidad y rigidez, eliminándose las vibraciones (de difícil resolución en uniones remachadas).

 

Como se ha explicado, la soldadura eléctrica usada en la actualidad, era desconocida a finales del siglo XIX. Sin embargo, muchas circunstancias han influido en el extraordinario desarrollo adquirido por esta técnica, aunque ha sido principalmente la carrera armamentista la que potenció el desarrollo en los centros de investigación los

estudios que cristalizaron en las novedades tecnológicas sacadas a la luz por los distintos países durante la Segunda Guerra Mundial.

 

 

Introducción y Conclusiones:

ORIGENES Y EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO

Pablo E. Romero Carrillo

 

BIBLIOGRAFÍA

 

·         Publicaciones de casas comerciales (verificadas) *

·         Artículos de la web (verificados)

 

·         * LAM INDUSTRIAL S. DE R.L. Y C.V. (MILLER) Historia de la Soldadura

 

·      GIACHINO, J. W.; WEEKS, W. (1999). Técnica y práctica de la soldadura. Barcelona: Reverté.

·     GRANJON, H. (1993). Bases metalúrgicas de la soldadura. París: Publicaciones de la Soldadura.

·       REINA, M. (2003). Soldadura de los aceros. Aplicaciones. Madrid: Weld-Work

·       ZABARA, O. (1989). Soldadura y técnicas afines, tomos I, II y III. Madrid: Bellisco.

 

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