Soldadura Fuerte

INTRODUCCIÓN

La soldadura fuerte también conocida en la terminología inglesa como brazing, es un proceso de unión térmica en el que el metal de aporte, se calienta hasta su fusión fluyendo por capilaridad entre la holgura que existe entre los materiales a soldar y uniendo sus superficies por atracción atómica y mediante difusión.

El material de aporte tiene un punto de fusión por encima de los 450ºC, pero siempre por debajo del punto de fusión de los componentes que va a unir. En el caso de que el punto de fusión esté por debajo de los 450ºC se conoce como soldadura blanda (soldering).

Las características físicas y químicas del material de aporte son completamente diferentes de las piezas que va a soldar. Asi pues, tenemos por ejemplo, que el latón alcanza un punto de fusión entre 930 y 980 ºC aproximadamente y un acero inoxidable puede retardar esta condición hasta los 1430 ºC aproximadamente. Siendo entonces una característica notable de esta técnica es su capacidad para unir materiales disimilares y componentes con masas y tamaños distintos. Es capaz, por ejemplo de unir carburos de tungsteno con aceros.

LA SOLDADURA FUERTE

Conocida como soldadura fuerte o amarilla, es el método de unión heterogénea que utiliza un metal de aportación de punto de fusión superior a los 450 ºC e inferior al punto de fusión de los materiales a unir y que forma una unión metalúrgica con los materiales base. La soldadura fuerte constituye una versátil técnica de unión y se utiliza para unir la mayoría de los metales y aleaciones de uso más frecuente en metalurgia. En el proceso se produce coalescencia mediante calentamiento a las temperaturas adecuadas y la utilización de un metal de aporte no ferroso, distribuyéndose el metal de aporte entre las superficies perfectamente ajustadas de la junta por atracción capilar.

Como metal de aportación se suelen usar aleaciones de plata y estaño (conocida como soldadura de plata); o de cobre y cinc (latón). Como material fundente para cubrir las superficies, desoxidándolas, se emplea el bórax. Mediante diversas técnicas se aporta el calor necesario para la unión. La soldadura se efectúa generalmente a tope, pero también se suelda a solape y en ángulo.

Este tipo de soldadura se lleva a cabo cuando se exige una resistencia considerable en la unión de dos piezas metálicas, o bien se trata de obtener uniones que hayan de resistir esfuerzos muy elevados o temperaturas excesivas. Se admite que, por lo general, una soldadura fuerte es más resistente que el mismo metal que une.

Existen varios métodos para la realización de esta soldadura, estos son la soldadura por soplete, mediante horno, de plata, del bronce, al vacío, inducción, resistencia, inmersión, etc.

METODOS ALTERNATIVOS DE SOLDADURA FUERTE

1. Soldadura fuerte aplicada con soplete (gases combustibles)

En este proceso se obtiene el calor mediante una llama de gas que se dirige a la junta por soldar. Esta soldadura puede aplicarse en aceros al carbono, aceros con bajo contenido de aleación y aceros inoxidables, el equipo que se utiliza es similar al de la soldadura con gas combustible y oxigeno en ocasiones es el mismo.

Este es uno de los procedimientos de soldadura fuerte más utilizados. Es muy utilizado en volúmenes de producción pequeños o en operaciones especializadas. Hay varias clases de soldadura por soplete, manual, semiautomática y automática:

a) En la soldadura manual: el operario se encarga de manejar el soplete y de colocar las piezas para su unión así como el material fundente. Se utiliza en procesos de bajo volumen o en los que una máquina operaría con dificultades. Su principal inconveniente radica en la habilidad del operario para realizar la soldadura.

b) La soldadura automática: se caracteriza por eliminar casi por completo la necesidad de mano de obra humana para la realización de la soldadura, salvo para cargar y descargar las piezas de unión. Se usa para altos niveles de producción y para conseguir acabados mejores.

c) La soldadura semiautomática: es una mezcla de la manual y la automática. En este tipo de soldadura es la máquina la que maneja el soplete mientras que el operario coloca los elementos a unir y el fundente. Este proceso tiene como ventajas la reducción de la mano de obra y el hecho de que no es influyente la habilidad del operario para soldar.

2. Soldadura fuerte aplicada en horno

Es un proceso para producción masiva de ensambles pequeños, utiliza un material de aporte no ferroso, material de unión y horno como fuente de calor. Solo puede aplicarse si el material de aporte puede ser pre-colocado en la junta antes de soldarla y mantenido en esa posición durante el proceso.

El proceso de soldadura mediante horno está generalizado en el mundo de la industria debido a la posibilidad de producir en masa con la consecuente reducción del coste de fabricación, cosa que lo hace ideal en cadenas de montaje, además no es necesaria mano de obra cualificada para utilizarlo. Otras ventajas son que permite la regulación de la temperatura a la cual se realiza el proceso y que no es necesario un proceso de limpieza de las piezas acabadas.

Dentro de los hornos se suelen crear ambientes idóneos para la soldadura. Estos se consiguen modificando el gas que se encuentra en el horno o directamente eliminando el gas, por ejemplo se suelen inyectar gases inertes (argon o helio) o se genera el vacío, todo esto se realiza para evitar la generación de óxido en el metal.

3. Soldadura fuerte aplicada por inducción

En este proceso se calientan las superficies de los componentes que han de unirse hasta la temperatura de aplicación que es suministrada por inducción utilizando una bobina inductora o de trabajo.

El metal de aporte se coloca previamente en la junta cuidadosamente diseñada y la bobina se acomoda de manera que todos los componentes de la junta alcancen la temperatura de soldadura al mismo tiempo.

Cuando una corriente alterna circula a través de una bobina se genera un campo magnético que varía con la intensidad de la corriente y el número de espiras. Si un objeto metálico se sitúa en el campo de acción de la bobina se inducen corrientes eléctricas en él. La resistencia que ofrece el material al paso de la corriente es la que proporciona el calor necesario para la realización de la soldadura. Por tanto el calor va a estar limitado a unas capas delgadas cercanas al inductor. La distribución del calor a otras áreas va a ser por conducción.

La respuesta del campo electromagnético generado, depende de la frecuencia de la corriente alterna, la naturaleza de los materiales, el diseño de la bobina y la distancia entre el inductor y el componente a soldar.

Las corrientes inducidas son más activas en la superficie del objeto, y van disminuyendo hacia el centro. Esto se debe a que las propias corrientes inducidas generan su propio campo magnético en contraposición con el de la bobina impidiendo que estas últimas penetren al interior.

Se conoce como profundidad de penetración la distancia donde la densidad de corriente ha caído al 37 %. Al aumentarse la frecuencia de la corriente alterna disminuye la profundidad de penetración y por tanto la zona calentada en la pieza de trabajo es menor. Los rangos de frecuencia pueden variar entre 60 Hz a 450 KHz.

Materiales con mayor resistencia eléctrica como los aceros inoxidables, poseen una mayor profundidad de penetración que los materiales más conductores como el aluminio y el cobre. Por otro lado, la capacidad ferromagnética de los materiales no va a afectar a la profundidad debido a que las temperaturas de soldeo son generalmente superiores a la temperatura de Curie, 771ºC donde el material se hace no magnético.

El éxito del proceso de inducción depende de manera notable del diseño del inductor, que debe estar en concordancia con las dimensiones y configuración del montaje a realizar para una óptima distribución de calor. Un diseño adecuado minimizará el tiempo de calentamiento que a su vez, reducirá la oxidación y disminuirá los tiempos de producción.

Los inductores se obtienen a partir de tubos de cobre, con el fin de aprovechar su elevada conductividad, disponibilidad y bajo costo. Por su sección circular o rectangular, circula agua para la refrigeración del mismo, y disponen de recubrimiento cerámico que evitan la formación de arcos eléctricos cuando entran en contacto con la pieza de trabajo.

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA SOLDADURA FUERTE EN GENERAL

El proceso de soldadura fuerte es uno de los procesos de unión más versátil utilizados hoy en día. Las principales ventajas se detallan a continuación.

 Cost-effective, con muy poca cantidad de aleación se puede conseguir la unión de dos piezas, que realizada correctamente es comparable a cualquier otro método de soldeo a menor precio.

 La soldadura fuerte produce uniones resistentes. Al contrario de lo que se puede pensar, la resistencia de la unión no tiene nada que ver con las características del material de aporte. Sorprendentemente y dependiendo del material base, la unión de un brazing realizado adecuadamente proporciona una resistencia mucho mayor que el material de aporte.

 Produce uniones dúctiles capaces de soportar considerables

...