Introducción

La soldadura es uno de los procesos productivos más habituales para la unión de elementos estructurales, especialmente en una de las mayores industrias que existen en la actualidad, como es la carrocería de vehículos automóviles, cabe señalar que la soldadura provoca cambios estructurales significativos en los metales utilizados especialmente debido a cambios en la composición y transiciones de fase durante la solidificación y el enfriamiento (^{Mohan et al.2021}, ^{Zavdoveev et al., 2021}), que deben entenderse bien para diseñar y fabricar soldaduras confiables para la resistencia de las superestructuras.

Al desarrollar prácticas de soldadura se observa los siguientes factores de riesgo como: gases tóxicos (^{Cediel et al., 2021}), partículas de material fundido (^{Jamal et al., 2020}), rayos ultravioletas (^{Takahashi et al., 2020}),, provocando graves consecuencias a la persona que opera la máquina de soldar, afectando la vista, la piel y partes internas del cuerpo, provocando enfermedades severas e incluso la muerte, es importante utilizar los equipos e instrumentos de protección personal correctamente.

El cumplimento de los protocolos no solo se limita a problemas de riesgos físicos para las personas, sino la selección de la técnica y equipos inadecuados de soldadura puede tener consecuencias graves sobre la calidad de los materiales, lo cual pueden afectar la estructura de los mismos y su funcionamiento, poniendo en riesgo la estabilidad y la infraestructuras realizadas a base de acero, de allí, pueden constituir un riesgo para la seguridad de las personas, por lo que se requiere una evaluación continua de las condiciones de seguridad de dichas estructura (^{Zavdoveev et al., 2020}; ^{Yu et al., 2023}; ).

Entre los métodos para el análisis de los tipos de soldadura existen los ensayos no destructivos denominados NDT (^{Deepak et al., 2021}; ^{Shaloo et al., 2022}), que es cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades mecánicas, físicas, químicas o dimensionales. Su propósito es detectar discontinuidades superficiales e internas en materiales, soldaduras, y partes fabricadas. Los materiales que se pueden inspeccionar son muy diversos, entre metálicos y no-metálicos, utilizados en procesos de fabricación como: fundidos, laminados, forjados, etc. Los ensayos no destructivos suelen ser más económicos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no implican la destrucción de la misma y el daño causado a la pieza a analizar, es imperceptible o nulo y buscan únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del material.

Entre los ensayos no destructivos están aquellos llevados a cabo con líquidos o tintas penetrantes (PT), los cuales se realizan por medio de la aplicación de un líquido sobre la superficie del cuerpo a examinar, el mismo penetra por capilaridad en las imperfecciones de la soldadura. Una vez limpiado el exceso, nos revelará el que ha quedado retenido en la imperfección (poros, fisuras, entre otras anomalías (^{Sumardani et al., 2020}), asimismo se ha empleado el uso de moldeos matemáticas e inteligencia artificial (^{Chen et al., 2020}; ^{Li et al., 2020}).

Además de identificar las anomalías es necesario seleccionar los equipos y tipo de soldaduras optimas que conlleven a que se presenten menos fallas. Es por eso que se describen los principales tipos de soldadura, los cuales son explicados a continuación, destacando sus ventajas y desventajas.

Metodología

Diseño de la investigación

Este estudio corresponde a la categoría de investigación secundaria, una revisión sistemática que utilizó un enfoque narrativo, y se guio por la declaración PRISMA que proporcionó un marco para presentar de manera transparente los resultados de este estudio. Este proceso de investigación tiene tres fases: la identificación de artículos mediante la búsqueda en las bases datos establecidas, el cribado para la exclusión de los artículos no pertinentes y la selección de los artículos que serán descritos y analizados en la investigación. Como se puede observar en la Figura 1.

Figura 1 Proceso de selección de artículos para la revisión sistemática 

Previo a la búsqueda de los artículos y al establecimiento de los criterios de inclusión se utilizó la estrategia PICO para construir la pregunta de investigación en cuanto a la relación entre el tipo de soldadura y los riesgos sanitarios y estructurarles en función de los equipos y tipo de procedimiento usado. A continuación, se describe los elementos de la pregunta:

P (Problema) = anómalas y riesgos que se presentan durante proceso de soldadura.

I (intervenciones) = selección de tipo de soldadura para minimizar anomalías y riesgos durante el proceso

C (comparación) = comparación de riesgos sanitarios y estructurarles n función de tipo de soldadura

O (resultados) = reporte de incidencia de accidentes laborales y daños estructurales usando distintos tipos de soldadura ¿Cuál es la efectividad del tipo de soldadura los accidentes laborales y daños estructurarles durante el proceso de soldado?

Búsqueda de artículos

Las estrategias de búsqueda utilizadas en esta revisión sistemática se centraron en el uso de lenguaje controlado a través de los tesauros incluyendo términos lingüísticos relacionados al proceso de soldadura, Además, se utilizaron operadores booleanos como "AND" y "OR" para obtener los resultados, teniendo en cuenta los criterios de la literatura científica en inglés y español, los cuales se describen en la Figura 2.

Figura 2 Algoritmo de la búsqueda bibliográfica 

Se consideraron trabajos que incluyeron texto con referencia al título del trabajo reseñado, cuyas publicaciones no sólo cumplieron con las condiciones del estudio, sino que además se realizaron dentro del plazo establecido. Durante la búsqueda de información se tuvo en cuenta la terminología, limitándose la búsqueda a los resultados esperados y artículos con relación entre el tipo de soldadura y los riesgos sanitarios y estructurarles en función de los equipos y tipo de procedimiento usado. Esto fue analizado en revistas digitales dentro de bases de datos como Scopus, Google scholar, Redalyc y Scielo. Los artículos relacionados con estos contenidos abarcaron desde enero de 18 hasta abril de 2024.

Proceso de selección de estudio

Para la selección de los artículos se consideraron aquellos que cumplieron os criterios de inclusión que se consideran en las palabras claves de búsqueda y que estuvieron presentes en el título, subtítulo y/o resumen del trabajo, las cuales fueron: soldadura, riesgos, estructura, fisuras, escoria, correspondiente al lapso 2018-2024. Una vez que se seleccionaron los artículos en función de los criterios de inclusión y de exclusión se realizó el cribado considerando los elementos descritos en la Figura 3, se extrajo la información cuyo procedimiento se realizó de la siguiente manera:

Figura 3 Criterios a usar en el cribado de artículos científicos durante la revisión sistemática 

La recopilación de la información se realizó de manera minuciosa para garantizar la fiabilidad de la extracción de datos, resolver conflictos potenciales a través de la discusión y el consenso de literatura científica. El hallazgo del estudio sobre la relación entre el tipo de soldadura y los riesgos sanitarios y estructurarles en función de los equipos y tipo de procedimiento usado, ayudo a presentar los resultados de forma coherente y transparente en el informe de evaluación final de acuerdo con las directrices PRISMA. Este proceso de recopilación de datos basado en PRISMA garantiza la precisión y la transparencia en la recopilación y el informe de datos importantes de estudios incluidos en revisiones sistemáticas integradas.

Análisis de la información

La investigación se desarrolló en dos etapas: la revisión bibliográfica que fue descrita en la Figura 1, durante la cual se identificaron fuentes de información para el desarrollo de este trabajo, y la etapa hermenéutica para el análisis e interpretación de los hallazgos de los artículos seleccionados, que es una actividad interpretativa que permite el análisis de la información recopilada durante el proceso bibliométrico, análisis y contenido de los artículos seleccionados sobre la relación entre el tipo de soldadura y los riesgos sanitarios y estructurarles en función de los equipos y tipo de procedimiento usado.

Durante la fase hermenéutica se sintetizó la información y se generaron comentarios basados en fundamentos teóricos. El método utilizado en la investigación permitirá el análisis de publicaciones de diferentes autores y facilitó las comparaciones entre temas. Se detallan las diversas fuentes que permitieran recopilar información bibliográfica, así como sus diferentes perspectivas y estrategias empleadas para la investigación y la hermenéutica. Se explicaron las similitudes y diferencias entre diversos autores con características similares en sus temas de investigación.

Resultados

De los 85 artículos revisados con relación entre el tipo de soldadura y los riesgos sanitarios y estructurarles en función de los equipos y tipo de procedimiento usado se seleccionaron 24, de los cuales en los 6 primeros se hace una comparación de principales tipos de soldadura en el sector automotriz (Ver Tabla 1).

^{Karim y Park (2023)} señalan la importancia de seleccionar el tipo de soldadura, para evitar la formación de fases intermetálicas frágiles, que serán sensibles a las grietas y a la corrosión, que constituye el principal obstáculo para una calidad de soldadura diferente, es por ello que muchos investigadores han intentado mejorar el rendimiento de soldaduras diferentes, mediante la aplicación de capas intermedias, placa de cubierta, menor aporte de calor, una combinación de soldadura y unión mecánica, y elementos de aleación de metales de aportación.

Tabla 1 Comparación de los principales tipos de soldaduras en el sector automotriz 

En este mismo orden de ideas, ^{Wisnujati y Andryansyah (2020)} indican que durante el proceso de soldadura es particularmente dominante en juntas estructurales, que varían con el tipo de metal y enfriamiento cuyas variaciones pueden afectar en gran medida la resistencia de la conexión de soldadura, afectando las propiedades de los materiales, como se observó en el análisis realizado en soldaduras SMAW.

En el caso de soldaduras MIG, ^{Sakthivel, et al., (2021)} exhibe que, mediante pruebas macro y micro muestran que la misma es de una calidad general de la soldadura y una buena apariencia en la región soldada, ya que, a partir de los resultados de dureza a la tracción, se evidencia la calidad de la soldabilidad y la resistencia de este tipo de procedimiento. Igualmente, ^{Szczucka-Lasota et al., (2020)} demostraron las posibilidades de utilizar la aleación de aluminio en la industria automotriz., dado que las pruebas realizadas demuestran que es posible utilizar este material para fabricar importantes componentes estructurales de vehículos, producto de un aumento de la resistencia a la tracción y del valor del rendimiento.

Por su parte ^{Drastiawati et al., (2024)} al comparar las soldaduras MIG y TIG, encontraron que MIG, requiere una mayor corriente para obtener un valor de resistencia a la tracción mayor que la corriente, por lo que recomienda la soldadura TIG en acero ASTM A con bajo contenido de carbono, es por ello que ^{Echezona et al. (2021)}, afirman que la técnica de soldadura TIG se ha empleado ampliamente para Soldadura de materiales diferentes debido a su bajo costo, estabilidad y alta calidad, dado que en la soldadura TIG, los parámetros del proceso como la corriente, el flujo de gas la velocidad, el voltaje y la velocidad de soldadura juegan un papel vital en la calidad de la soldadura producida

Los siguientes 6 artículos destacan las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de soldaduras usados en el sector automotriz (Ver Tabla 2), cuyos principales hallazgos se describen a continuación:

Tabla 2 Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de soldaduras usados 

Con relación a la soldadura SMAW ^{Yadav et al., (2020)}, señalan que los principales factores que afectan la misma son las propiedades mecánicas, de las uniones soldadas son la corriente, el voltaje del arco es la velocidad de soldadura, el diámetro del electrodo y el ángulo de la punta es el espesor del material de relleno utilizado, las formas de la ranura, que ocasionan ciclos de calentamiento y enfriamiento de una manera no uniforme y desigual, la distorsión es inevitalidad del proceso.

Por su parte, ^{Fitriyus et al., (2023)} mostraron que la calidad general de las soldaduras SMAW era buena, sin embargo, pueden ocurrir fracturas de la zona afectada por el calor y la línea de fusión se identifican como zonas débiles.

En relación a la soldadura MIG, ^{Wu et al., (2022)}, señalan que el efecto de agitación de los campos magnéticos mejoran la resistencia a la tracción y la tenacidad al impacto de la unión en la soldadura a alta velocidad, lo que demostró que los campos magnéticos externos compuestos asistidos por soldadura con gas inerte fundido eran una tecnología de soldadura de alta velocidad y bajo costo para aleaciones de aluminio, mientras que ^{Kumar, and Vijayakumar (2023)} reafirman que la soldadura con gas inerte de metal (MIG) es conocida porque la técnica de soldadura de alta deposición minimiza la posibilidad de defectos.

Por ultimo en cuanto a la soldadura TIG, ^{Shrivas et al., (2020)} descubrieron que los espacios entre electrodos tienen cierta influencia sobre la resistencia a la tracción, mostrando mediante el estudio de microestructura que algunas inclusiones cerca de la zona afectada por el calor debido al cambio en material de soldadura y también cambios en los tamaños de grano que se desarrollan durante el proceso de soldadura se disminuyen con este tipo de soldadura, sin embargo ^{Patel y Jani (2021)}, afirman que el electrodo de tungsteno empleado con frecuencia durante el proceso de soldadura TIG resulta en un mayor consumo de electrodos.

Los próximos 6 artículos describen las anomalías observadas durante el proceso de soldaduras usados en la industria automotriz (Ver Tabla 3), cuyos principales hallazgos se presentan a continuación:

Tabla 3 Anomalías observadas durante el proceso de soldaduras usados en la industria automotriz 

En primer lugar al analizar la soldadura SMAW, ^{Sirohi et al., (2023)} indican que, al hacer la caracterización de la microestructura de la interfaz, encontraron una alta dilución, podría atribuirse a la cercanía en el punto de fusión y la química del metal base y de aporte que condujo a una variación de la microdureza y de tracción, es por ello que ^{Willett y Lehnhoff (2022)} destacan la importancia de considerar la resistencia del metal de aportación en relación con la resistencia del material base al diseñar uniones soldadas, así como la importancia de controlar el aporte de calor de la soldadura.

Con relación a la soldadura MIG, ^{Liu et al., (2022)} encontraron que el modo de fractura por fatiga cambió con el aumento de la carga de tensión cíclica, y la zona de inicio de la grieta por fatiga, tendió a comenzar en el pie de la soldadura y luego se propagó a lo largo de la soldadura con una carga de tensión más baja, a pesar de estas fallas ^{Arunakumara et al., (2023)}, indican que, las aleaciones de aluminio se utilizan ampliamente debido a su peso ligero, resistencia moderada y buena resistencia a la corrosión, las cuales son principalmente usadas para la fabricación de equipos procesamiento de alimentos, contenedores de productos químicos, sistemas de transporte aeroespacial y ferroviario, pero que pudiese ser una alternativa en la industria automotriz en mercados donde existe un alto riesgo de corrosión por condiciones ambientales adversas.

Finalmente, con respecto a la soldadura TIG, ^{Ren et al., (2021)}, encontraron que el calor aumentó la energía del límite de grano y dificultó el movimiento de dislocación en la prueba de fatiga, lo que provocó una región de desajuste de deslizamiento en la que el material tiene una resistencia a la fatiga débil, por su parte ^{Manai (2021)} al usar la soldadura TIG encontraron que la extensión de la vida a fatiga alcanzó 3,4 veces la vida a fatiga soldada. Esto fue particularmente en los casos en los que el vendaje TIG eliminó por completo las grietas iniciales u omitió grietas de menos de 1 mm de profundidad.

Los últimos 6 artículos describen los riesgos que pueden ocurrir durante el proceso de soldaduras usados en la industria automotriz (Ver Tabla 4), cuyos principales hallazgos se presentan a continuación:

Tabla 4 Riesgos observados durante el proceso de soldaduras usados en la industria automotriz 

Con relación a los riesgos que se derivan de la soldadura ^{Mehrifar et al., (2020)} afirman que los soldadores MIG y SMAW tienen una alta exposición ocupacional a metales y gases tóxicos en la soldadura, por lo que se deben tomar medidas preventivas, como evaluar el aire del lugar de trabajo, instalar sistemas de ventilación y proporcionar dispositivos de protección respiratoria adecuados para los soldadores.

Estos riesgos a juicio de ^{Mehrifar et al., (2020)}, son el resultado del análisis de la emisión de gases contaminantes como el O3 y NO2 mientras que entre los contaminantes metálicos; el metal Mn presentó un nivel de riesgo alto y muy alto en soldadura MIG y SMAW, por lo que se consideran estas más peligrosas que otros tipos de soldadura. Los resultados encontrados reafirman estudios previos de ^{Mehrifar et al., 2019}, quienes observaron que el ozono y el dióxido de nitrógeno tenían una clasificación de riesgo muy alto, por lo que los soldadores tienen una alta exposición ocupacional a diversos tipos de gases de soldadura.

Otro problema observado de acuerdo a ^{Dehghan y Mehrifar (2019)}, es que los niveles promedio de exposición para metales de Cu (soldadura TIG), fueron superiores al límite de exposición ocupacional ponderado por tiempo promedio, por lo tanto, es necesario aplicar métodos preventivos adecuados, como medidas de control de ingeniería, para proteger eficazmente la salud de los soldadores, esto es explicado según ^{Duek et al., (2021)} a las fuertes relaciones entre las concentraciones de partículas y metales, lo que sugiere que estas relaciones podrían usarse para estimar la exposición al metal en soldadores de exposición a partículas.

El riesgo por la exposición a estos metales y en especial a los gases según ^{Pega et al., (2020)} es que se han encontrado evidencias de que los humos de soldadura son una causa de cáncer de pulmón, lo que han llevado en los últimos años al aumento de la discapacidad por cáncer de tráquea, bronquios y pulmón atribuibles a la exposición ocupacional a humos de soldadura.

Discusión

La elección de los tipos de soldadura depende de tres factores fundamentales, en primer lugar, la rapidez y el bajo costo como es el caso de las ventajas que se aprecian en la soldadura tipo SMAG (^{Pagare et al., 2020}), el segundo lugar una mejorar calidad, resistencia y durabilidad que se puede lograr con la soldadura tipo MIG (^{Madawi et al., 2022}), lo cual es clave en estándares de calidad como en la industria automotriz y finalmente seleccionar un tipo de soldadura que minimice los riesgos sobre la salud de los soldadores como es la TIG (^{Knobloch et al., 2020}) la cual es menos contaminante en comparación a la SMAW y la MIG.

En relación a la calidad es necesario si ha sido determinado, la realización de métodos de evaluación no destructivo como el uso de líquidos penetrantes, cuyo objetivo es detectar las fallas que ocurren con mayor frecuencia en el proceso de soldadura, así mismo en los últimos años la inteligencia artificial mediante el uso de machine learning (^{Martínez et al., 2021}), redes neuronales (^{Shin et al., 2020}) y Deep learning (^{Jin et al., 2020}), ha podidos optimizar el proceso de evaluación de la calidad de la soldadura, para identificar las anomalías más comunes, entre las cuales se han detectado en la revisión.

Falta fusión, la cual se produce en las interfaces de la soldadura, donde las capas adyacentes de metal base y el metal de soldadura no se fusionan debidamente, siendo la causa principal la existencia de una capa muy fina de óxido que se forma en la superficie del metal (^{Ma et al., 2022}), así como salpicaduras o escorias, dado que la soldadura la mayoría de las inclusiones contienen escorias, que han quedado atrapadas en el material que se deposita durante la solidificación., donde se ha identificado que la soldadura TIG no produce este tipo de anomalía (^{Fande et al., 2022}).

Otras de las anomalías identificadas son las porosidades que son originadas en burbujas de gas incluidas, siendo su ubicación superficial y subsuperficial, cuyas causas de su formación pueden ser reacciones químicas durante la soldadura debido a la presencia de alto contenido de sulfuro en el electrodo o excesiva humedad en la plancha base o en el electrodo (^{Tao y Yang, 2020}).

Los principales parámetros que intervienen en el proceso de soldadura SMAW son la tensión del arco, el diámetro y la posición del electrodo de alambre, así como su composición química y el tipo de gas utilizado (^{Ranjan y Jha, 2023}). Por otro lado, los principales parámetros del proceso SMAW son el tipo y diámetro de los electrodos utilizados, la corriente de soldadura y la ubicación de los electrodos, los cuales se deben considerar a la hora de mejorar la resistencia de los puntos de soldadura y minimizar estas fallas.

En la soldadura MIG, solo se calienta una pequeña área alrededor de la junta. Se agrega un gas inerte durante la alimentación del alambre para enfriar la superficie y proteger el metal del aire circundante, que previene la oxidación, lo cual es un elemento clave para mantener la calidad de la soldadura en ambientes altamente corrosivos (^{Liu et al., 2021}), así mismo se ha comprobado que las soldadura MIG es una de las más utilizadas en la industria por los grandes beneficios que genera al momento de su operación como: mínima salpicadura, no genera escoria, alta velocidad, eficiencia y rapidez en la deposición, los cables y la pistola son extremadamente ligeros y de fácil manipulación (^{Ye et al., 2021}).

A pesar de las ventajas mencionadas anteriormente en términos de costos, rapidez y calidad tanto con el proceso SMAW y MIG, los altos estándares que exigen los protocolos ambientales y de seguridad laboral exigen que se elija un tipo de soldadura que además de garantizar estas cualidades, repercuta en una mayor seguridad para la preservación del ambiente y la salud de los trabajadores, en este caso la soldadura TIG (^{Prabakaran et al., 2021}), parece ser la más apropiada, dado que además de reducir la producción de escorias, no genera gases tóxicos que afecten la salud de los trabajadores a largo plazo.

Conclusiones

Antes de elegir un método de soldadura, es importante comprender las necesidades y propiedades de la unión, así como las propiedades mecánicas, físicas y químicas de los metales a unir. Al desarrollar un plan de aplicación de procesos, también es importante considerar las emisiones financieras que desea o tiene el potencial de realizar

Cualquier tipo de proceso de soldadura producirá soldaduras optimas que tengan las mismas propiedades químicas, metalúrgicas y físicas que el metal base. Para lograr estas condiciones, la soldadura fundida debe protegerse de la atmósfera durante el proceso de soldadura. De lo contrario, el oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera se combinarán con el metal fundido y crearán una soldadura débil y porosa.

La utilización del proceso de líquidos o tintas penetrantes presenta varias ventajas en la implementación, entre ellas se tiene la fácil realización, la rápida interpretación de resultados y bajos costes de implementación, en comparación a otros ensayos no destructivos. Además, puede permitir la creación de un laboratorio en la institución el cual permita incrementar el control de calidad de los procesos de soldadura que se realicen.