Soldadura por resistencia: punto y costura en lámina y producción

Principio de la soldadura por resistencia: calor + presión

La soldadura por resistencia une metales usando dos acciones simultáneas: corriente eléctrica que genera calor al atravesar la unión y presión aplicada por electrodos. En lugar de fundir con un arco o una llama, aquí el calor aparece principalmente en la interfaz entre las chapas, donde la resistencia eléctrica es mayor (por contacto imperfecto, óxidos finos, rugosidad y la propia geometría del apilado). La presión mantiene las piezas en contacto, controla la deformación y ayuda a consolidar la unión mientras el material se ablanda o funde localmente.

Dos variantes muy comunes en lámina son: soldadura por punto (spot) y soldadura por costura (seam). Ambas se basan en el mismo principio; cambia la forma de aplicar los electrodos y cómo se distribuyen los puntos a lo largo de una línea.

¿Por qué se usa tanto en chapas?

• Alta repetibilidad y velocidad: ideal para producción en serie.
• Sin material de aporte en la mayoría de aplicaciones típicas.
• Distorsión relativamente baja en lámina, porque el calentamiento es muy localizado y de corta duración.
• Automatizable: pinzas, robots, mesas de costura.

Por eso es habitual en carrocería automotriz, electrodomésticos, gabinetes metálicos, mobiliario de chapa y ensamblajes de lámina en general.

Qué es el “nugget” (punto de soldadura)

En soldadura por punto, el resultado buscado es un pequeño “botón” o lenteja de metal unido entre las chapas, llamado nugget. Es la zona donde el material se funde (o se plastifica fuertemente) y luego solidifica bajo presión, formando el punto de unión. Su tamaño y consistencia determinan gran parte de la resistencia mecánica del punto.

En costura, lo que se busca es una serie de nuggets solapados (o muy próximos) que generan una línea continua o casi continua de unión, a veces con objetivo de estanqueidad.

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Variables críticas: corriente, tiempo y fuerza

En producción se habla de una “ventana de proceso”: un rango donde se logra nugget suficiente sin defectos. Las tres variables base son:

• Corriente (I): a mayor corriente, más calor generado. Exceso de corriente aumenta riesgo de expulsión (salpicado/expulsión de metal fundido) y marcas profundas.
• Tiempo (t): duración del pulso o ciclos de corriente. Más tiempo también incrementa el calor, pero puede agrandar la zona afectada y las marcas de electrodo.
• Fuerza (F) de los electrodos: controla el contacto eléctrico y mecánico. Poca fuerza eleva la resistencia de contacto y puede provocar calentamiento superficial, expulsión y puntos inconsistentes; demasiada fuerza puede “aplastar” el nugget, reducir el calentamiento en la interfaz y dejar un punto débil.

Una forma práctica de entenderlo: I y t “ponen” energía; F “dirige” dónde se concentra y cómo se consolida la unión.

Otras variables que influyen (y suelen explicar problemas “misteriosos”)

• Diámetro/forma de la punta del electrodo: puntas más pequeñas concentran corriente (más calor local), pero marcan más y se desgastan antes.
• Espesor total y combinación de materiales: a mayor espesor o mayor conductividad, suele requerirse más energía.
• Recubrimientos (galvanizado, pintado, etc.): cambian la resistencia de contacto y aceleran el desgaste/contaminación del electrodo.
• Secuencia: pre-presión (squeeze), soldadura (weld), mantenimiento de presión (hold) y apertura. El “hold” ayuda a solidificar sin fisuras.

Preparación de superficies: lo que sí importa en resistencia

Como el calor se genera por el paso de corriente a través de contactos, la condición superficial afecta directamente la estabilidad del proceso.

• Eliminar contaminantes: aceite, grasa, siliconas, adhesivos no previstos para spot, óxidos gruesos. Estos pueden aislar eléctricamente o generar calentamientos erráticos.
• Consistencia: más importante que “brillo perfecto” es que la condición sea repetible lote a lote.
• Contacto real: asegurar que el solape esté bien asentado (sin rebabas levantadas, deformaciones o separación). Un pequeño “gap” cambia la resistencia y dispara expulsión.

En línea de producción, se controlan rutinas de limpieza y se diseñan utillajes para mantener el solape y la presión de cierre de forma constante.

Desgaste de electrodos: por qué cambia el punto con el tiempo

Los electrodos (a menudo de aleaciones de cobre) sufren:

• Deformación de la punta (mushrooming): la punta se “abre”, aumenta el área de contacto, baja la densidad de corriente y el nugget tiende a salir más pequeño o inconsistente.
• Contaminación/aleación con recubrimientos (por ejemplo, zinc): cambia la conductividad y favorece adherencias.
• Picaduras y marcas: generan puntos calientes y expulsión.

Por eso se usan planes de dressado (reperfilado) o cambio de puntas. Un síntoma típico de electrodo gastado es que, con los mismos parámetros, el punto “se queda corto” o hay que subir corriente/tiempo para lograr resistencia, lo cual aumenta marcas y riesgo de expulsión.

Guía práctica paso a paso: realizar un punto en lámina (conceptual)

Esta guía describe la lógica de ejecución y ajuste; los valores exactos dependen del equipo, material y espesor.

1. Verifica el solape y el acceso: la soldadura por punto requiere acceso a ambas caras para colocar los dos electrodos enfrentados. Asegura que las chapas apoyen sin separación.

2. Prepara la zona: limpia aceite/grasa y elimina óxido grueso. Si hay recubrimiento, confirma que el procedimiento lo contempla y que los electrodos están en buen estado.

3. Revisa electrodos: punta con geometría correcta, sin adherencias. Si la punta está “abierta”, considera dressado antes de ajustar parámetros.

4. Coloca y aprieta (squeeze): cierra la pinza y aplica fuerza antes de energizar. Esto estabiliza el contacto y reduce calentamiento superficial.

5. Aplica corriente por el tiempo programado: el objetivo es formar el nugget en la interfaz, no “cocinar” la superficie. En equipos modernos esto se controla por ciclos y a veces con rampas o pulsos.

6. Mantén la fuerza un instante (hold): no abras inmediatamente. Mantener presión mientras solidifica ayuda a evitar porosidad, fisuras y reduce expulsión tardía.

7. Inspección visual inmediata: revisa marcas, simetría y señales de expulsión (ver criterios abajo). Registra si el punto se ve “frío” (marca muy leve y posible falta de nugget) o “caliente” (expulsión y marcas profundas).

8. Ajuste fino (si el punto no cumple): cambia una variable a la vez. Ejemplos: si falta unión, aumenta ligeramente tiempo o corriente; si hay expulsión, reduce corriente/tiempo o aumenta fuerza (según el caso) y revisa limpieza y electrodos.

Guía práctica: costura (seam) en lámina

En costura, los electrodos suelen ser ruedas que presionan y conducen corriente mientras avanzan. La lógica de ajuste se centra en lograr nuggets solapados.

1. Define el objetivo: unión estructural (puntos cercanos) o unión con requerimiento de estanqueidad (solape y continuidad más estrictos).

2. Configura presión y alineación: las ruedas deben apoyar parejo para no dejar zonas sin contacto.

3. Configura energía y cadencia: corriente/tiempo y la frecuencia de pulsos en relación con la velocidad de avance determinan el solape entre nuggets.

4. Controla calentamiento acumulado: en cordones largos el calor se acumula; puede requerir ajustes o pausas para evitar expulsión y deformación.

Criterios de calidad visibles (inspección rápida)

La inspección visual no “mide” el nugget directamente, pero ayuda a detectar desviaciones.

• Marcas de electrodo: deben ser consistentes entre puntos. Marcas demasiado profundas pueden indicar exceso de energía, fuerza alta o punta inadecuada; marcas casi inexistentes pueden indicar falta de energía o mal contacto.
• Simetría: marcas similares en ambas caras sugieren fuerza y contacto equilibrados. Una cara muy marcada y la otra casi nada puede indicar desalineación, diferente rigidez o mal apoyo.
• Expulsión (salida de metal): se ve como material expulsado alrededor del punto o “anillo” irregular. Suele asociarse a exceso de energía, baja fuerza, superficies sucias o separación entre chapas. Además de ser un defecto, acelera desgaste de electrodos.
• Decoloración/quemado superficial: puede indicar calentamiento excesivo o contaminación.

Pruebas simples a nivel conceptual: desgarro (peel) y qué observar

En taller o puesta a punto, una verificación común es una prueba destructiva simple para confirmar que existe nugget suficiente.

Prueba de desgarro tipo “peel” (conceptual)

1. Realiza una serie de puntos en una probeta de dos chapas solapadas (mismo material/espesor que la pieza real).

2. Separa las chapas haciendo palanca o tracción para “pelar” el solape, de modo que el punto sea forzado a fallar.

3. Observa el modo de falla: lo deseable es ver un botón arrancado (una porción de una chapa queda adherida a la otra), señal de que el nugget fue suficientemente grande y la falla ocurrió en el material base alrededor. Si las chapas se separan “limpias” sin botón, suele indicar nugget pequeño o inexistente (parámetros bajos, mal contacto, superficies contaminadas o electrodos gastados).

En producción, estas pruebas se complementan con controles de proceso (corriente real, fuerza, mantenimiento de electrodos) y, según criticidad, ensayos más formales.

Aplicaciones industriales típicas

• Automoción: puntos en carrocería (BIW), refuerzos, soportes de chapa, subconjuntos con pinzas manuales o robots.
• Electrodomésticos: gabinetes, chasis internos, paneles y soportes en lámina.
• Fabricación de gabinetes y mobiliario metálico: uniones rápidas en solapes repetitivos.
• Costura: depósitos y componentes de lámina donde se busca continuidad de unión (según diseño y requisitos).

Limitaciones en obra y campo

• Equipo pesado y consumo: transformadores, pinzas, refrigeración y alimentación eléctrica; no siempre es práctico fuera de planta.
• Acceso a ambas caras: requisito clave para punto y muchas configuraciones de costura; en estructuras montadas puede ser imposible.
• Geometría y rigidez: piezas muy deformables o con acceso limitado dificultan aplicar fuerza estable y alineación de electrodos.
• Superficies variables: en obra hay más variación de óxido, pintura y contaminantes, lo que reduce repetibilidad si no se controla la preparación.