Tipos de uniones fijas

 

Introducción

En esta entrada vamos a hablar de los tipos de uniones fijas que podemos emplear en el mundo del automóvil.
Las uniones fijas son aquellas cuyos elementos de unión son imposibles de desmontar sin destruir alguno de ellos los medios de unión  fija.

Disposición de uniones fijas

Uniones a solape

Es un procedimiento donde las chapas a unir se encuentran ensambladas una encima de otra.Es un tipo de unión que no es muy frecuente realizar en la reparación de la carrocería,pues la diferencia de altura existente en las chapas hace necesario la realización de otras operaciones para disimular la unión.

 

Uniones a solape escalonada

Este tipo de unión se realiza produciendo en una de las chapas un escalonamiento de unos 10mm de ancho,para que al ensamblarse ambas chapas queden a la misma altura.La unión se puede realizar soldando los bordes con los siguientes métodos de soldadura:oxiacetilénica,electrodo revestido,TIG,MIG/MAG o por soldadura eléctrica por resistencia.

Uniones a tope

Las chapas que se van a unir se encuentran juntas con los dos bordes perfectamente alineados.En el caso de las chapas empleadas en la construcción de carrocerías no dejará separación entre ambas,ya que normalmente no superan los 2,5mm de espesor.Si superan ese espesor,se dejará una separación entre bordes igual a la mitad del espesor de las piezas a unir.

Uniones a tope con resaltes

Consiste en preparar las chapas a unir de forma que sus bordes formen un ángulo de 90º

Uniones con refuerzos de bridas

A veces es necesario unir determinados elementosque han de soportar grandes esfuerzos,como es el caso de los travesaños del chasis,los largueros,etc.Estas uniones se han de realizar con bridas de refuerzo.Estos refuerzos se realizan fabricando una brida que se acopla en el interior o en el exterior de las piezas de ensamblaje.El material de estas bridas seran de la misma calidad y espesor de los elementos a unir.

Métodos de uniones fijas

Uniones pegadas

Cuando los adhesivos utilizados confieren a una determinada unión una resistencia mecánica no muy elevada,el ensamblaje obtenido se puede incluir dentro de la denominación genérica de amovibles.En este caso,los adhesivos empleados no tienen carácter de estructurales.
La mayoría de los adhesivos son polímeros reactivos,que pasan del estado líquido al sólido a través de diversas reacciones químicas de polimerización.
En función de la forma en que se endurecen o curan,los adhesivos se pueden clasificar en:

• Adhesivos de curado térmico
• Adhesivos de curado por exposición a la luz ultravioleta.
• Adhesivos de curado por humedad
• Adhesivos de curado mediante sistema de activación
• Adhesivos de curado por reacción aniómica
• Adhesivos de curado por reacción anaeróbica

Los principales tipos de adhesivos que se suelen utilizar en las uniones fijas son:

• Adhesivos en spray
• Colas universales
• Cintas adhesivas

Uniones soldadas

La soldadura es un proceso de unión de materiales, en el cual se funden las superficies de

contacto de dos o más partes mediante la aplicación de calor o presión. La integración de las partes que se

unen mediante soldadura se llama ensamble soldado. Muchos procesos de soldadura se obtienen

solamente por el calor sin aplicar presión. Otros, únicamente por presión sin aportar calor externo, y otros

se obtienen mediante una combinación de calor y presión. En algunos casos se agrega un material de

aporte o relleno para facilitar la fusión. La soldadura se asocia con partes metálicas, pero el proceso

también se usa para unir plásticos.

Aquí vamos a diferenciar tres tipos de uniones soldadas:

• Soldadura oxiacetilénica:es un procedimiento generalmente de soldadura autógena,es decir,que las piezas a unir y el metal de aportación son de la misma naturaleza.Puede ser frecuente oír el término "soldadura autógena" para referirse a este procedimiento,aunque ya se ha hecho referencia que no es el único sistema de esta categoría.Esta soldadura se realiza llevando hasta la temperatura de fusión los bordes de las piezas a unir,mediante el calor produce la llama oxiacetilénica que se produce en la combustión de un gas combustible,mezclado con un gas comburente(el oxigeno).Ambos gases se mezclan y se dosifican en un soplete soldador,cuya salida se inflaman para producir la llama oxiacetilénica que alcanza una temperatura de 3050ºC.Con este tipo de soldadura se pueden soldar distintos materiales como el acero,cobre,laton,aluminio,magnesio,fundiciones y sus resprectivas aleaciones.

• Soldadura por puntos de resistencia:
  
  La soldadura por puntos en las carrocerías
   
  En la fabricación de vehículos se utiliza habitualmente la soldadura por puntos de resistencia para el ensamblado de las piezas de chapa de la carrocería. Este sistema de soldadura también es utilizado en multitud de ocasiones para la reparación, debido a que es una soldadura limpia (no requiere mecanización posterior) y que se puede retirar con facilidad usando una despunteadora.
  
  
  El sistema
  
  Para realizar la soldadura por puntos se aplica sobre las chapas a unir una corriente eléctrica. Esta corriente se transmite a través de unos electrodos con una determinada presión lo que eleva la temperatura de los materiales en ese punto a un estado pastoso en el cual se unen debido a la presión ejercida en el procedimiento (forja).
  
  
  
  Resumen del funcionamiento
  
  
  
  
  Para que la soldadura sea eficaz se deben tener en cuenta factores como:
  
  PRESION: Ejercer la presión adecuada, alrededor de los diez kilogramos por milímetro cuadrado según el espesor y el material a soldar (Para los aceros actuales este valor incrementa).
  
  INTENSIDAD: La intensidad de la corriente debe ser la máxima sin llegar a fusionar el material.
  Nota: Hay que utilizar una máquina de soldadura por puntos de 10.000 mil a 12 mil amperios en adelante.. para poder soldar aceros de aleaciones de alta resistencia, ultra alta resistencia, acero al boro, etc..
  
  TIEMPO: El tiempo de soldadura debe ser corto y siempre dependiendo del espesor del material.
  
  
  
  
  

  
  Normalmente los electrodos usados son de una aleación de cobre y cromo
  
  
  
  
  El no necesitar material de aportación es una ventaja de este tipo de soldadura.
  Esta soldadura es rápida, limpia y fuerte.
  
  
  
  
  
  
  
  

  Puntos de soldadura correctos

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

  Soldadura por puntos en la fabricación de nuevos vehículos: Los encargados de la soldadura por puntos de resistencia en la fabricación son los robots, están programados mediante software con los parámetros para la soldadura como la intensidad de corriente, el tiempo de soldadura, y la presión de apriete dependiendo del grosor de las chapas y de los materiales a unir como describíamos antes.

  Robot para soldadura por puntos de resistencia

   
  
  
  

  Soldadura por puntos en la reparación de vehículos:   Para la soldadura en las reparaciones de vehículos se usan máquinas portátiles de soldadura por puntos de resistencia muy sofisticadas. Éstas son prácticamente automáticas aunque para una mayor versatilidad se pueden ajustar los parámetros manualmente. Opcionalmente podemos disponer de un equipo multifunción en este tipo de máquinas de soldadura. A la derecha se muestra un ejemplo de una máquina de puntos por resistencia actual:

•  Soldadura por arco:Los procedimientos de soldadura por arco son los más utilizados, sobre todo para soldar acero, y requieren el uso de corriente eléctrica. Esta corriente se utiliza para crear un arco eléctrico entre uno o varios electrodos aplicados a la pieza, lo que genera el calor suficiente para fundir el metal y crear la unión.
  La soldadura por arco tiene ciertas ventajas con respecto a otros métodos. Es más rápida debido a la alta concentración de calor que se genera y por lo tanto produce menos distorsión en la unión. En algunos casos se utilizan electrodos fusibles, que son los metales de aportación, en forma de varillas recubiertas de fundente o desnudas; en otros casos se utiliza un electrodo refractario de volframio y el metal de aportación se añade aparte. Los procedimientos más importantes de soldadura por arco son con electrodo recubierto, con protección gaseosa y con fundente en polvo.
  Soldadura por arco con electrodo recubierto
  En este tipo de soldadura el electrodo metálico, que es conductor de electricidad, está recubierto de fundente y conectado a la fuente de corriente. El metal a soldar está conectado al otro borne de la fuente eléctrica. Al tocar con la punta del electrodo la pieza de metal se forma el arco eléctrico. El intenso calor del arco funde las dos partes a unir y la punta del electrodo, que constituye el metal de aportación. Este procedimiento, desarrollado a principios del siglo XX, se utiliza sobre todo para soldar acero.
  Soldadura por arco con protección gaseosa
  Es la que utiliza un gas para proteger la fusión del aire de la atmósfera. Según la naturaleza del gas utilizado se distingue entre soldadura MIG, si utiliza gas inerte, y soldadura MAG, si utiliza un gas activo. Los gases inertes utilizados como protección suelen ser argón y helio; los gases activos suelen ser mezclas con dióxido de carbono. En ambos casos el electrodo, una varilla desnuda o recubierta con fundente, se funde para rellenar la unión.
  Otro tipo de soldadura con protección gaseosa es la soldadura TIG, que utiliza un gas inerte para proteger los metales del oxígeno, como la MIG, pero se diferencia en que el electrodo no es fusible; se utiliza una varilla refractaria de volframio. El metal de aportación se puede suministrar acercando una varilla desnuda al electrodo.
  Soldadura por arco con fundente en polvo
  Este procedimiento, en vez de utilizar un gas o el recubrimiento fundente del electrodo para proteger la unión del aire, usa un baño de material fundente en polvo donde se sumergen las piezas a soldar. Se pueden emplear varios electrodos de alambre desnudo y el polvo sobrante se utiliza de nuevo, por lo que es un procedimiento muy eficaz.
  
  

  

  
  
  
  

Aluminio.Usos en el automóvil

Introducción

El aluminio es un metal cuyo teen el campo de las construcciones mecánicas es relativamente reciente (1888-1890). Las principales cualidades de este metal son: ligereza (1/3 respecto al acero), mejor fusibilidad, buenas características para su mecanizado en máquinas herramientas yoce óptima capacidad de disipación de calor (aproximadamente, 3,5 veces superior a la del acero).

  

Proceso de obtención del aluminio

Proceso primario

Proceso Bayer:purificación de bauxita, obtención de alúmina.

El mineral bauxita se muele y se trata con cal (CaO) en caliente. Por precipitación, se separa el material más grueso (arena). Se enfría la mezcla y precipita un sólido. Este se lava con agua. Luego se calcina (tratamiento a alta temperatura) y se obtiene finalmente la alúmina (Al₂O₃).

Proceso Hall-Héroult: electrólisis de la alúmina para obtener aluminio.

La clave para obtener aluminio consiste en reducir el catión Al³⁺ para formar Al°. El pasaje de corriente eléctrica a través de la celda de reacción (celda electrolítica) permite hacer esta transformación.

Recuerden que un compuesto iónico en estado sólido no conduce la corriente eléctrica. Los iones no pueden moverse libremente transportando carga eléctrica cuando están formando parte de la red cristalina. En cambio, sí pueden hacerlo en estado fundido (vean las actividades Iones I y II).

La temperatura de fusión de la alúmina (Al₂O₃) es superior a los 1500 °C. El costo en energía y construcción de un reactor que opere a tan alta temperatura es muy elevado. Sin embargo, una mezcla de alúmina y criolita (Na₃AlF₆) funde a 1000 °C, aproximadamente. La criolita entonces actúa como fundente.

En la celda electrolítica tiene lugar la siguiente reacción:

 

El carbono es el material que constituye el ánodo (electrodo positivo de la celda), y dado que se forma CO₂ (g), éste se va consumiendo, es decir, que las barras de carbono son un insumo en la producción del aluminio.

Propiedades mecánicas del aluminio

Peso Específico del Aluminio

El Peso Específico del aluminio es de 2,7 gr/cm³

Notable ligereza

Este es el más ligero de los metales. Esta cualidad es determinante para su empleo como material estructural y de recubrimiento, por ejemplo, tiene importantes aplicaciones en ingeniería industrial aeronáutica , naval y espacial.

Resistencia Mecánica

El aluminio en estado puro (tocho) tiene muy baja resistencia mecánica.

Son mucho mayores sus prestaciones cuando se lo alea con cobre, silicio y magnesio. También, sometiéndolo a procesos físicos de templado y estirado en frío.

Rigidez

El aluminio posee 1/3 de la rigidez del acero.

Módulo Elástico

El módulo elástico del aluminio es de alrededor de 65.000 N/mm², en comparación, el módulo elástico del acero, se encuentra en los 200.000 N/mm².

Punto de Fusión

El punto de fusión del aluminio es muy bajo: 658ºC.

Coeficiente de Dilatación Lineal

Es muy bajo en relación al acero: 23.10^-6 ºC^-I.

Ductilidad

La ductilidad es una característica notable en el aluminio; es un material muy maleable y de gran ductilidad, mucho más fácil de conformar que el acero.

Apto para Extrusión

Puede extruirse con facilidad, por lo cual es un material apto para la fabricación de perfiles de secciones complejas, huecos o abiertos, y de dimensiones pequeñas.

Dureza

El aluminio es un metal blando, se corta y se raya con suma facilidad.

Inalterabilidad

Es prácticamente inalterable frente al ataque de gran cantidad de sustancias químicas.

Es atacado por ácidos orgánicos, ácido clorhídrico y álcalis. También lo afectan el yeso húmedo, el cemento y la cal, al ponerse en contacto manchan la superficie.

Conductividad

Conductividad Térmica

Al igual que todos los metales posee un coeficiente de conductividad térmica muy elevado. Por esta razón no es apto como material de aislamiento térmico. Existen espumas de aluminio que pueden reducir sus propiedades conductivas y sirven también como aislantes acústicos.

Conductividad Eléctrica

Posee una de las más elevadas entre los metales, situándose detrás del cobre. Por tal razón, se lo usa en la fabricación de componentes eléctricos y cables de alta, media y baja tensión.

Índice de Reflexión

Posee un alto índice de reflexión de los rayos solares, lo cual hace que este material sea adecuado para la fabricación de aislantes termorreflectantes.

Resistencia a la Difusión de Vapor

Por ello se lo emplea como barrera de vapor para impedir condensaciones instersticiales en aislamientos térmicos.

Electronegatividad

Muy elevada en comparación con otros metales.

Para que no se oxide debe protegerse con una lámina de plástico, con pintura o con un metal de electronegatividad afín para impedir que forme un par galvánico

 Utilización del aluminio en el automóvil.

El  aluminio es un material que a comenzado a ser utilizado en vehículos de grandes prestaciones, sobre todo en bloques de motor, culatas, elementos mecánicos , radiadores,...
Posteriormente Rover comenzó a utilizar el aluminio en la fabricación de sus vehículos, debido al excedente que había en esa época.
Hasta hace unos años el aluminio solo se encontraba en modelos exclusivos,como Ferrari, Jaguar,... Sin embargo el uso de este material en carrocerías enteras se ha extrapolado a vehículos fabricados en serie, como: Audi A8, A2, R8, Mercedes SLS, Land rover Defender,..

Características del aluminio en el automóvil

Ligereza:
El peso especifico es de, la tercera parte del peso del acero, lo que puede llegar a suponer una disminución del 40% del peso total de la carrocería. Así, disminuye el consumo de combustible aproximadamente en 0’5 litros cada 100 Km y cada 10% de disminución en peso. Por lo tanto, también se producirá una reducción directa de las emisiones contaminantes (CO2 – Dióxido de carbono) a la atmósfera.
Seguridad:
Los vehículos se diseñan con un habitáculo suficientemente rígido, en combinación con zonas de deformación programada, tanto en la parte frontal como en la posterior. En estos dos aspectos donde el aluminio tiene un comportamiento excelente, ya que las carrocerías de este material suelen ser mucho más rígidas que las de acero, además de permitir crear perfiles y elementos de deformación capaces de disipar gran parte de la energía de un impacto.

Por ello, aunque la carrocería de algunos vehículos sea de acero, montan como absorbedores de impacto o almas de paragolpes elementos de aluminio.
La mejora de la seguridad en los vehículos de aluminio también se debe a la menor energía de choque producida, debida, a la menor energía cinética que habrá que disipar en caso de impacto.
Desde el punto de vista de la seguridad activa, la capacidad de respuesta de los vehículos construidos en este material, con motores más pequeños, es mayor, mejorando la relación peso-potencia. Además, como la masa a detener en una frenada de emergencia es menor, aumenta la efectividad de los sistemas de frenado, aumentando la velocidad de paso en curvas al disminuir la masa y, por lo tanto, la fuerza centrífuga generada.
La rigidez (a torsión y flexión) de la carrocería es mayor, favoreciendo así la respuesta del vehículo y su seguridad activa

Reciclabilidad del aluminio:
Su facilidad para ser reciclado lo hace más atractivo para los constructores, puesto que en el proceso de reciclado con escasos aportes de energía, se mantiene la calidad del material extraído por este procedimiento, generando un ahorro importante comparado con la extracción del aluminio primario: (Bauxita).
Protección contra la corrosión:
La facilidad de reacción del aluminio con el oxígeno hace que se recubra con una capa de oxido (Alúmina), que protege al material contra la oxidación, de forma natural.
Sin embargo, su uso no puede combinarse con materiales de diferente potencial electroquímico sin las debidas precauciones, pues se originan procesos de corrosión galvánica con la consiguiente destrucción del aluminio. Por ello se a de evitar el contacto entre el aluminio y el acero, usando diferentes recubrimientos o adhesivos de baja conductividad eléctrica, para evitar en todo momento, este problema.

Capacidad de conformación:

La conformabilidad del aluminio es notablemente mejor y más fácil de lograr que la del acero, mediante los sistemas de embutición, extrusionado, forja, fundición, mecanizado y laminado, todo ello con menores gastos energeticos.
Extrusión:
Esta técnica consiste en hacer pasar un disco o pastilla de aluminio por un hueco calibrado, con la ayuda de un punzón o embolo ajustando su geometría de manera progresiva como barras o tubos y perfiles.
Embutición:
La técnica consiste en la configuración de una forma plana para transformarla en un hueco con superficie no desarrollable mediante la acción combinada de un conjunto punzón-embutidor y matriz-embutidora.
Forja:
Consiste en el moldeo de un material a través de una compresión, hasta conseguir la forma deseada.

Fundición:
Este procedimiento se hace mediante diferentes técnicas, como la fundición en coquilla, en arena, o de forma inyectada, la colada o el material fundido es introducido en un molde. Tras su enfriamiento, adquiere la geometría final deseada.
Mecanizado:
En el mecanizado, la forma de la pieza es aportada mediante una herramienta de corte (fresa o cuchilla), la cual está fija o en movimiento respecto a las piezas, según el procedimiento de mecanizado empleado.
Laminación:
Técnica consistente en modificar la sección de una pieza, con fuerzas de compresión generadas al pasar el material por cilindros rotativos, que giran a igual velocidad tangencial.
De esta manera se obtienen laminas o chapas de diferentes espesores, que servirán como producto preformado para otras aplicaciones como las operaciones de estampación o embutición.

Generalmente, tras finalizar el proceso de laminación, las chapas son endurecidas mediante un proceso térmico, denominado termofraguado, donde las piezas son calentadas a una temperatura en torno a 200º C, durante 30 minutos. De esta manera, se mejora el limite elástico y la resistencia a la tracción.

Aleaciones del aluminio en el automóvil

 

    1.- Aluminio-bronce: Los bronces de aluminio son valorados debido a su resistencia más alta a la solicitación mecánica y a la corrosión con respecto a la de otros bronces.Además muestra índices bajos de corrosión en condiciones atmosféricas, y buena resistencia a temperaturas altas.
Aplicaciones: tornillería, llantas,...
    
    2.- Aluminio-Cobre: Esta aleación aumenta las propiedades mecánicas del material, además de reducir la corrosión.
Aplicaciones: Pistones.

    3.- Aluminio-Silicio: La aleación de aluminio y silicio le otorga al material una alta resistencia a la corrosión, y un bajo coeficiente de expansión.
Aplicaciones: Pistones forjados.

    4.- Aluminio-Magnesio: La adición del magnesio le otorga al aluminio de una buena resistencia en general,buena soldabilidad y resistencia a la corrosión.Aplicaciones:Conductos de aceite.

    5.- Aluminio-Manganeso: Esta aleación presenta una buena soldabilidad, y resistencia a la corrosión.
Aplicaciones: Cárter.