Uniones soldadas vs. uniones remachadas: Entendiendo diferencias clave y aplicaciones

La unión es una parte integral de la fabricación, ya que facilita la producción fácil, eficiente y económica de piezas de forma intrincada. El propósito básico de la unión es ensamblar dos o más componentes sólidos juntos de tal manera que puedan formar una sola unidad y puedan realizar posteriormente las funcionalidades previstas. Para servir a este propósito, ha evolucionado a lo largo de los tiempos una serie de procesos de unión que pueden unir miembros estructurales de diferentes maneras. En general, dichos procesos pueden clasificarse como procesos de unión temporales y permanentes. Una unión temporal permite el desensamblaje de las partes unidas sin romperlas; mientras que una unión permanente no permite el desmontaje fácil de los componentes unidos sin romperlos.

Tanto la unión soldada como la unión remachada se consideran uniones permanentes; pero sus técnicas de unión, características de la unión y áreas de aplicación son diferentes. Por definición, la soldadura es un tipo de proceso de unión permanente mediante el cual dos o más componentes pueden unirse juntos por formación de coalescencia con o sin la aplicación de calor, presión y material de aporte. Así, aquí la unión prevista se obtiene por la formación de cordón de soldadura o coalescencia entre dos componentes.

Por otro lado, el remachado es también un proceso de unión permanente donde dos componentes pueden unirse por medio de remaches cilíndricos largos insertados a través de orificios, que se taladran en los componentes antes del remachado. Mientras que la soldadura requiere preparación de borde cuando el espesor de la placa es mayor, el remachado siempre requiere orificios pre-taladrados en el componente, lo que reduce la capacidad de carga de la estructura unida. Sin embargo, el rendimiento de la unión soldada disminuye cuando se somete a vibraciones; pero las uniones remachadas exhiben un excelente rendimiento bajo la misma situación. A continuación se proporciona en formato de tabla las diversas diferencias entre la unión soldada y la unión remachada.

Tabla: Diferencias entre unión soldada (soldadura) y unión remachada (remachado)

Unión Soldada	Unión Remachada
La unión soldada no requiere orificios en los componentes a unir. Sin embargo, la preparación de borde puede realizarse antes de la soldadura.	La unión remachada requiere una serie de orificios en el componente antes del remachado para el paso de los remaches.
La resistencia de la unión soldada es muy alta. Las estructuras soldadas tienen resistencia igual a la de los componentes base.	Las estructuras remachadas tienen menor resistencia comparada con las estructuras base debido al área transversal reducida.
La capacidad de carga de la unión soldada es mucho mayor y también las uniones son fiables.	Para el mismo componente unido por remachado, la capacidad de carga será menor debido al menor área transversal.
La soldadura, especialmente los procesos de soldadura por fusión, cambia las propiedades metalúrgicas del material en la unión y alrededor de ella.	El remachado no altera las propiedades metalúrgicas del componente.
Las uniones soldadas son susceptibles bajo vibración.	Las uniones remachadas funcionan excelentemente bajo vibración.
La unión soldada no requiere ninguna correa, remache, etc. adicional. Sin embargo, el metal de aporte puede usarse cuando la abertura de raíz es mayor.	La unión remachada requiere inherentemente varios accesorios como remaches, correas, etc. Sin embargo, el llamado metal de aporte no es requerido.
Las estructuras soldadas son más ligeras en peso.	Las estructuras remachadas son más pesadas debido al uso de correas adicionales.
Una unión soldada libre de defectos no cambia la dimensión de la estructura.	El cambio dimensional es inherente al remachado debido a la aplicación de placas adicionales y remaches.
La soldadura ofrece una unión aparentemente magnífica.	Debido a la presencia de cabezas de remache y la porción martilleada opuesta a la cabeza, la apariencia se ve perjudicada.
Ofrece superficies deslizantes ya que no existe parte saliente en la superficie. El refuerzo puede eliminarse por rectificado.	No ofrece superficie deslizante ya que las partes salientes son inherentes al remachado.
El diseño para unión soldada es simple y también eficiente en tiempo y costo.	El diseño para unión remachada requiere muchos cálculos y, por tanto, consume tiempo.
El proceso de soldadura también es más rápido.	El remachado es un proceso lento, ya que taladrar orificios y martillear remaches requieren una cantidad significativa de tiempo.
La soldadura puede usarse para unir metales, cerámicas, plásticos y compuestos también.	El remachado es adecuado para unir solo metales.
Unión a traslape, unión a tope, unión en T, unión cilíndrica, etc., son posibles por soldadura.	El remachado es adecuado solo para unión a tope. La unión a traslape requiere placas adicionales.
La soldadura tiene una vasta área de aplicación, desde unión de chapas finas en industrias automotrices hasta unión de tuberías.	El área de aplicación del remachado es estrecha. Aplicaciones típicas incluyen vaso a presión, cilindro de gas, caldera, etc.

Requisito de orificios en los componentes

La soldadura no requiere orificios o ranuras en el componente base; sin embargo, la preparación de borde es deseada si el espesor del componente es mayor. Dichos bordes preparados son nuevamente rellenados por metal de aporte durante la soldadura. El remachado requiere orificios en el componente para el paso de los remaches. Dichos orificios son en realidad porciones débiles y reducen la resistencia general de los componentes, como se discute en la siguiente sección.

Resistencia de la unión y capacidad de carga

Una unión soldada sólida se considera que tiene el 100% de resistencia; de hecho, la resistencia de una unión libre de defectos es mayor que la del componente. Por tanto, el ensamblaje soldado tiene la misma resistencia que los componentes base. Pero las uniones remachadas tienen una resistencia significativamente menor debido a la presencia de una serie de orificios taladrados en los componentes para el paso de los remaches. Dichos orificios realmente reducen el área transversal resultante de la parte ensamblada. Los remaches, en sí mismos, no contribuyen a la resistencia general de la estructura unida. Estas áreas también son porciones mecánicamente débiles debido a la inmensa concentración de tensiones. Dado que la resistencia es proporcional a la capacidad de carga del miembro sólido, la capacidad de carga de la estructura soldada es considerablemente mayor que la de la estructura remachada.

Cambios en las propiedades metalúrgicas

Los cambios metalúrgicos son inherentes a muchos procesos de soldadura, principalmente debido al calentamiento a temperatura elevada y el enfriamiento posterior. La mayoría de los procesos de soldadura por fusión (como soldadura por arco, soldadura por gas, soldadura por resistencia y soldadura por haz de energía intensa) y ciertos procesos de soldadura de estado sólido (donde el aumento de temperatura es considerablemente alto, como soldadura por fricción) tienden a alterar varias propiedades metalúrgicas como la estructura de grano, la orientación de grano, el nivel de defectos cristalinos, etc. Dichos cambios pueden observarse en el cordón de soldadura, así como alrededor del cordón en la zona afectada por el calor (ZAC). En la mayoría de las ocasiones, dichos cambios son indeseables y desventajosos. Por otro lado, la unión por remache no afecta las propiedades metalúrgicas del componente base, ya que no se induce calor en el metal base.

Rendimiento bajo vibración

Las uniones soldadas son propensas a fallar bajo vibración incesante. Por esta razón, no se prefiere para diversas uniones en la construcción de puentes. Sin embargo, con el extenso desarrollo del campo de la soldadura en las últimas décadas y la aparición de muchas técnicas de soldadura modernas, ahora las uniones soldadas pueden aplicarse para tales aplicaciones sin muchos problemas. Las uniones remachadas exhiben un excelente rendimiento bajo vibración y, por tanto, se usa tradicionalmente en aplicaciones como construcción de puentes, carcasa de maquinarias, etc.

Requisito de accesorios y peso resultante

La unión remachada requiere obligatoriamente placas de correa adicionales, ya sea en un lado o en ambos lados de la unión. Dichas placas aumentan el peso de la estructura general. Los remaches también contribuyen a aumentar el peso, ya que un solo remache es más pesado que el material del componente eliminado por taladrado para el paso de los remaches (debido a la cabeza del remache y el extremo saliente del vástago). La soldadura, por otro lado, no usa placas adicionales y, por tanto, los ensamblajes soldados son más ligeros en peso. En los métodos de soldadura homogénea y heterogénea, se usa material de aporte; sin embargo, solo rellena la abertura de raíz presente entre los dos componentes y, por tanto, no contribuye a aumentar el peso de la estructura.

Aumento de dimensión, apariencia de la unión y movimiento deslizante

Debido a las placas de correa, cabezas de remache y el extremo martilleado en la parte saliente del vástago, la dimensión general de los ensamblajes remachados aumenta significativamente. Dichas partes salientes también perjudican la apariencia y restringen el movimiento deslizante en la superficie. Esto a veces impone restricción en su aplicación. Contrariamente, los ensamblajes soldados libres de defectos ofrecen una unión aparentemente buena sin cambios en las dimensiones de los componentes. El metal de refuerzo, si está presente en la unión debido a la aplicación de exceso de metal de aporte, puede eliminarse fácilmente por rectificado después del proceso. Aparte de mejorar la apariencia, esto también mejora las propiedades deslizantes de la superficie.

Tiempo requerido para diseño y procesamiento

El diseño para ensamblaje soldado es más fácil, así como eficiente en tiempo y costo. El proceso de soldadura también es más rápido, por lo que es más productivo. El remachado requiere muchos cálculos para determinar el número óptimo de remaches requeridos, su tamaño y posición, etc. Por tanto, el diseño es más complicado y consume tiempo. Además, taladrar una serie de orificios en el componente en ubicaciones exactas y martillear el extremo saliente de los remaches requieren una cantidad considerable de tiempo, especialmente cuando se realiza directamente por un operador humano. Por tanto, el remachado también consume más tiempo que la soldadura.

Posibilidad de unir diversos materiales de diferentes maneras

La soldadura puede aplicarse ventajosamente para unir una amplia variedad de materiales, incluyendo metales, cerámicas, plásticos y compuestos. Un gran número de procesos de soldadura existe para cumplir este requisito. Además, la unión en diferentes orientaciones como unión a traslape, unión a tope, unión en T, unión cilíndrica, etc., son posibles por soldadura. El remachado se prefiere para el ensamblaje de materiales metálicos en modo de unión a tope, ya que la unión a traslape requiere placas adicionales que pueden no ser factibles en todos los casos.

Áreas de aplicación

Con el extenso desarrollo de la soldadura en las últimas décadas, ahora existe un gran número de procesos de soldadura que pueden usarse para una amplia variedad de propósitos de fabricación. Sus aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, unión doméstica común, industrias automotrices, industrias eléctricas y electrónicas, construcción civil, aplicaciones de unión aeroespacial, etc. Puede usarse rentablemente para unir varias formas como chapas, placas, varillas, tuberías, etc. Comparado con esto, el remachado tiene un campo de aplicación más estrecho. Las áreas típicas donde el remachado se usa comúnmente son construcción de puentes, vaso a presión, caldera, casco de barco, marcos domésticos, etc. Sin embargo, ahora el remachado ha sido mayormente reemplazado por la soldadura, ya que esta última ofrece una unión sólida, fuerte, fiable y estanca.

En este artículo se presenta una comparación científica entre la unión soldada y la unión remachada. El autor también sugiere consultar las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

• Welding Processes Handbook por Klas Weman (1ª edición, CRC Press).
• Springer Handbook of Mechanical Engineering, Volume 10 editado por K. H. Grote y E. K. Antonsson (Springer Science & Business Media).
• An Introduction to Metallurgical Laboratory Techniques por P. G. Ormandy (1ª edición, Pergamon Press).
• Welding and Joining of Aerospace Materials editado por M. C. Chaturvedi (1ª edición, Woodhead Publishing).