Soldadura por Fusión vs. Soldadura en Estado Sólido: Diferencias Clave Explicadas

La necesidad de unir dos o más componentes es inherente a la fabricación. Existen diversas técnicas de unión para ensamblar una amplia variedad de materiales de múltiples formas. Algunos de estos procesos proporcionan uniones permanentes, mientras que otros ofrecen uniones temporales. Al igual que el remachado, el acoplamiento y el encolado adhesivo, la soldadura es también un proceso de unión permanente. Por definición, la soldadura es uno de los procesos de unión mediante los cuales dos o más componentes sólidos pueden unirse permanentemente por formación de coalescencia, con o sin la aplicación de presión externa, calor y metal de aporte. Por tanto, ni el calor ni la presión son obligatorios para la unión por soldadura; de hecho, se aplican de forma alternativa. Así, en algunos procesos de soldadura se aplica calor externo, mientras que en otros se aplica presión externa. Sobre esta base, los procesos de soldadura pueden clasificarse ampliamente en dos grupos: soldadura por fusión y soldadura en estado sólido.

Soldadura por Fusión

En todos aquellos procesos de soldadura donde se aplica calor suficiente desde una fuente externa para la fusión o fundición de las caras de unión de los componentes base con el fin de formar el cordón de soldadura, se denominan procesos de soldadura por fusión. Generalmente no se desea presión en estos procesos. Todos los procesos de soldadura por arco, soldadura por gas y soldadura por resistencia pertenecen a la soldadura por fusión. También cabe mencionar que la fusión de las caras de unión de la placa base ocurre debido a la aplicación directa de calor y no como consecuencia de presión, fricción, etc.

Soldadura en Estado Sólido

Por otro lado, en los procesos de soldadura en estado sólido, no se aplica calor directamente; en su lugar, se aplica presión suficiente en la mayoría de los casos. Como consecuencia de la presión, puede generarse calor en la zona de contacto; sin embargo, generalmente esta temperatura permanece muy por debajo del punto de fusión de los componentes base. La soldadura por difusión, forja, explosión, presión, fricción, etc., son ejemplos de esta categoría. A continuación se presentan en forma de tabla las diferencias importantes entre la soldadura por fusión y la soldadura en estado sólido.

Tabla: Diferencias entre soldadura por fusión y soldadura en estado sólido

Fusión de las caras de unión

Como su nombre indica, en la soldadura por fusión, las caras de unión del componente base se dejan fundir para crear el cordón de soldadura o coalescencia. El metal de aporte, si se aplica, también se funde y se mezcla con el metal base fundido. Por el contrario, no ocurre fusión ni fundición en la soldadura en estado sólido, por lo que la unión se produce mientras los componentes están en estado sólido. Aunque debido a la aplicación simultánea de presión y fricción, la temperatura de los componentes base puede aumentar; sin embargo, siempre permanece por debajo del punto de fusión del metal base y, por tanto, no ocurre fusión. De hecho, esta es la principal diferencia entre ambos tipos de soldadura.

Aplicación de calor y presión

Es obvio que el calor debe aplicarse desde una fuente externa en la soldadura por fusión. Esta fuente de calor puede ser de diferentes tipos: arco eléctrico en el caso de la soldadura por arco, combustión de gas oxicombustible en la soldadura por gas, calentamiento por resistencia eléctrica en la soldadura por resistencia e incluso un haz de energía intensa como plasma, láser o haz de electrones en el caso de PAW, LBW o EBW. Por otro lado, los procesos de soldadura en estado sólido suelen requerir la aplicación de presión. No se desea aplicación directa de calor; sin embargo, el calor puede producirse como consecuencia de la presión, fricción, etc.

Aplicación de material de aporte

El material de aporte se desea para rellenar la holgura de raíz que existe entre los componentes base. Basándose en la aplicación del aporte y su composición, la soldadura puede clasificarse en tres categorías: autógena, homogénea y heterogénea. Cuando la holgura de raíz es muy pequeña, no se requiere aporte y dicho proceso se denomina autógeno. La soldadura en estado sólido se realiza generalmente en modo autógamo. Por otro lado, cuando se aplica aporte y su composición metalúrgica es similar a la del metal base, se denomina soldadura homogénea; mientras que si la composición metalúrgica del aporte es diferente a la del metal base, se llama soldadura heterogénea. La soldadura por fusión puede realizarse ventajosamente en los tres modos; sin embargo, deben utilizarse precauciones adicionales y parámetros óptimos para la unión en modo heterogéneo.

Presencia de ZAC (Zona Afectada por el Calor)

La Zona Afectada por el Calor (ZAC) es la capa estrecha en los componentes soldados que rodea el cordón de soldadura donde el material no se ha fundido pero diversas propiedades físicas y mecánicas se han visto afectadas debido al calentamiento y enfriamiento subsiguiente. Esta ZAC se considera una región débil ya que es altamente susceptible a fallos mecánicos y químicos. Debido al calentamiento extremo a una temperatura por encima del punto de fusión del material correspondiente, existe una ZAC más amplia alrededor del cordón de soldadura cuando los componentes se unen mediante procesos de soldadura por fusión; mientras que se puede observar una ZAC estrecha (a veces insignificante) cuando los componentes se unen mediante procesos de soldadura en estado sólido, ya que se genera menos calor durante la soldadura.

Cambios en las propiedades mecánicas y metalúrgicas

Diversas propiedades metalúrgicas como la orientación de grano, estructura de grano, defectos atómicos, etc., suelen verse afectadas durante la soldadura. Muchas propiedades mecánicas como resistencia, dureza, tenacidad, etc., también se ven afectadas como consecuencia de los cambios metalúrgicos. Generalmente, estos cambios están asociados con el nivel de calentamiento y enfriamiento subsiguiente de los componentes. En los procesos de soldadura por fusión se aplica mucho calor y los materiales se funden, por lo que dichos procesos pueden alterar diversas propiedades a un nivel extremo. Por el contrario, estos cambios son mínimos y mostly dentro de límites aceptables cuando la unión se realiza utilizando procesos de soldadura en estado sólido.

Capacidad de unión de metales disímiles

Una de las mayores ventajas de la soldadura entre todos los procesos de unión es la unión estanca y sólida de materiales disímiles. Sin embargo, no todo proceso de soldadura es adecuado para este propósito. Dado que la unión de metales disímiles es básicamente soldadura heterogénea, solo unos pocos procesos de soldadura por fusión pueden cumplir este requisito. No obstante, requiere extremo cuidado y parámetros de proceso óptimos para obtener una unión sólida. La soldadura en estado sólido no es adecuada en absoluto para la unión de metales disímiles.

Nivel de distorsión en estructuras soldadas

Debido a la expansión y contracción desigual durante el calentamiento y enfriamiento en la soldadura, las estructuras ensambladas se distorsionan a un plano diferente, lo que conduce a defectos de soldadura. Dicha distorsión en las estructuras unidas causa inexactitud dimensional y piezas rechazadas. La tendencia a la distorsión en las estructuras soldadas aumenta con el aumento de la aportación de calor. Por tanto, si no se emplea un utillaje adecuado o una técnica adecuada de minimización de distorsión (como soldadura por saltos, pre-ajuste de las piezas en dirección opuesta, etc.), las piezas soldadas por fusión muestran mayor distorsión que las otras, ya que la aportación de calor es mayor en el primer caso.

Ejemplos de los procesos

Todos los procesos de soldadura por arco (MMAW, GMAW, TIG, SAW, FCAW, ESW, etc.), procesos de soldadura por gas (OAW, OHW, AAW, PGW, etc.), procesos de soldadura por resistencia (RSW, RSEW, PW, PEW, FW, etc.) y procesos de soldadura por haz de energía intensa (PAW, LBM y EBW) son ejemplos de soldadura por fusión. Soldadura por difusión (DFW), soldadura por presión (PW), soldadura por laminación (ROW), soldadura fría (CW), soldadura por fricción (FRW), soldadura por forja (FOW), etc., son ejemplos de soldadura en estado sólido.

En este artículo se presenta una comparación científica entre la soldadura por fusión y la soldadura en estado sólido. El autor también sugiere consultar las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

1. Diferencia entre soldadura por fusión y soldadura en estado sólido por difference.minaprem.com.
2. Defectos de Soldadura por M. Preto (1ª edición, Aracne).
3. Química Física de la Soldadura por Fusión por G. F. Deyev y D. G. Deyev (1ª edición, DGD Press).