Soldaduras Especiales

La soldadura especial 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 precisión. La integración de las partes que se unen mediante soldaduras especiales se llama ensamble soldado.

Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por el calor sin aplicar presión. Otros se obtienen mediante una combinación de calor y presión, y unos únicamente por presión sin aportar calor externo.

En algunos casos se agrega un material de aporte o relleno para facilitar la fusión. Las soldaduras especiales se asocia con partes metálicas, pero el proceso también se usa para unir plásticos.

La soldadura especial es un proceso importante en la industria por diferentes motivos:

• Proporciona una unión permanente y las partes soldadas se vuelven una sola unidad.

• La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales si se usa un material de relleno que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los metales originales y se aplican las técnicas correctas de soldar.

• Las soldaduras especiales es la forma más económica de unir componentes. Los métodos alternativos requieren las alteraciones más complejas de las formas (Ej. Taladrado de orificios y adición de sujetadores: remaches y tuercas). El ensamble mecánico es más pesado que la soldadura.

• La soldadura no se limita al ambiente de fábrica, se puede realizar en el campo.

Además de las ventajas indicadas, tiene también desventajas:

• La mayoría de las operaciones de soldadura se hacen manualmente, lo cual implica alto costo de mano de obra. Hay soldaduras especiales y la realizan personas muy calificadas.

• La soldadura implica el uso de energía y es peligroso.

• Por ser una unión permanente, no permite un desensamble adecuado. En los casos cuando es necesario mantenimiento en un producto no debe utilizarse la soldadura como método de ensamble.

• La unión soldada puede tener defectos de calidad que son difíciles de detectar. Estos defectos reducen la resistencia de la unión.

SOLDADURA ULTRASONICA

La soldadura ultrasónica es un proceso relativamente nuevo. El cual fue descubierto por Johan Arrendell. Consiste en una máquina con punta de base plana, se colocan los materiales uno encima de otro y después se baja la punta de la máquina, esta emite una onda ultrasónica que mueve las moléculas de ambos materiales provocando que estas se fundan. Los parámetros deben de ser ajustados cada vez que se altera en espesor de pared de los materiales a fundir. Una ejemplo de su uso en la industria es la de soldar cables a terminales. Las piezas a soldar no se calientan hasta el punto de fusión, sino que se sueldan mediante la aplicación de presión y vibraciones mecánicas de alta frecuencia. En contraste con la soldadura de plásticos, las vibraciones mecánicas usadas durante la soldadura ultrasónica de metales se introducen en sentido horizontal.

Durante la soldadura ultrasónica de metales, un proceso complejo que se activa participación de las fuerzas estáticas, fuerzas de cizallamiento oscilante y un aumento de la temperatura moderada en el área de soldadura. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas, su estructura de superficie, y sus propiedades mecánicas.

Las piezas se colocan entre un elemento de la máquina fija, es decir, el yunque y el sonotrodo, que oscila horizontalmente durante el proceso de soldadura a alta frecuencia (normalmente 20 o 35 o 40 kHz)

La frecuencia de oscilación más comúnmente utilizada (frecuencia de trabajo) es de 20 kHz. Esta frecuencia es superior a las audibles para el oído humano y también permite el mejor uso posible de la energía. Para los procesos de soldadura que requieren sólo una pequeña cantidad de energía, una frecuencia de trabajo de 35 o 40 kHz puede ser utilizada. Es lo que se necesita para realizar este trabajo.

Este proceso suelda el metal mediante la aplicación local de energía vibratoria de alta frecuencia (entre 10.000 y 175.000 Hz), mientras se mantienen las partes juntas bajo presión. Las presiones varían con el tamaño de la máquina de soldar que se utilice. La fuerza de prensado dependen de la potencia requerida para soldar el conjunto, y dicha potencia puede calcularse por medio de la ecuación siguiente:

En la cual E es la energía en watt-segundos; H es el numero de micro dureza Vickers, y t es el espesor de la lámina que está en contacto con el sonotrodo que lleva la energía, en pulgadas.

Aunque es posible soldar aluminio con espesor hasta de 0.10 pulgada, el espesor de la mayoría de los materiales soldados tiene un limite superior comprendido en el intervalo de 0.015 a 0.040 pulgadas.

No parece haber límite inferior para el espesor soldable, ya que se han soldado satisfactoriamente alambres delgados, de menos de 0.0005 pulgada de diámetro, y hojas delgadas, de 0.00017 pulgada de espesor.

Siempre que sea posible, debe colocarse el miembro mas delgado o el mas blando en contacto con el sonotrodo. No se requieren atmósferas inertes ni preparaciones especiales de las superficies para hacer soldaduras por este proceso.

Pueden encontrarse aplicaciones representativas del equipo para soldadura ultrasónica en:

• La industria electrónica, en la que se emplea para unir conductores delgados (0.005 a 0.20 pulg. de diámetro), de aluminio o de oro, a transistores, diodos y otros dispositivos semiconductores, o a substratos de cerámica o de vidrio.

También se le ha usado con éxito para encapsular herméticamente microcircuitos y otros componentes electrónicos, tales como los transistores o diodos.

• La industria de empaquetado estéril, en la que permite empacar artículos para hospitales, partes para instrumentos de presión, rodamientos de bolas, explosivos primarios, agentes propulsores de combustión lenta, efectos pirotécnicos, cultivos de tejido vivo y productos químicos (tales como fosforo, litio, hidruro de aluminio y perclorato de nitrógeno) que reaccionan con el aire.

• La industria aeroespacial, en la que se utiliza para la fabricación de juntas herméticas en un fuelle formado por aluminio 6061-T6 soldado a acero inoxidable AISI 321, siendo ambos materiales de 0.031 pulg. de espesor. Se emplea también para la fabricación de ductos de calefactores hechos de aluminio aislado, hasta de 40 pulgadas de diámetro, y formados por una hoja de papel de aluminio de 0.003 pulg. de espesor, envuelta en torno a una capa de aislamiento de 1 pulgada de espesor.

La industria de fabricaciones metálicas, en la que se ha ensamblado ventanas de papel de berilio de 0.001 pulg. de espesor a marcos de acero inoxidable AISI 310, para proporcionar un tablero a prueba de fugas de helio, con una superficie de visión transparente de pulgada, en las soldaduras de cierre en terminación que se usan en tubos capilares para la refrigeración, el acondicionamiento de aire, y aplicaciones similares.

SOLDADURA POR RAYOS LASER

La soldadura por rayo laser se efectúa enfocando un haz de luz xenón a través de un rubí (óxido de aluminio con pequeña concentración de óxido de cromo en solución). Durante la exposición, algunos de los átomos de cromó son excitados hasta un nivel de alta energía, haciendo que el rubí emita una luz roja. Algo de esta luz roja escapa por el extremo del cristal, en forma de un haz, casi perfectamente monocromático y no divergente, de luz roja.

Este haz puede ser manipulado con sistemas ópticos simples para obtener un calentamiento localizado, dando lugar así a la fusión en el punto de contacto de dos piezas de trabajo, para formar una soldadura. Otra fuente de calor que rivaliza con el rayo laser entrega de energía ( ) es el haz de electrones.

Como ocurre en la soldadura con haz de electrones, no hay necesidad de que haya contacto mecánico de ningún tipo con la pieza de trabajo, y tampoco se requiere que el material de trabajo sea conductor de la electricidad.

Se han hecho soldaduras en forma satisfactoria con la intervención de diferentes metales y diseños de juntas aplicando el proceso del laser. Entre ellas uniones de metales similares y diferentes, inclusive materiales tales como cobre, níquel, tántalo, acero inoxidable, Dumet, Kovar, aluminio, tungsteno, titanio, columbio, zirconio y superaleaciones.

Las soldaduras corresponden generalmente a las categorías de alambre, lamina a lámina, alambre a lámina, tubo a lámina, y soldaduras de espárragos.

Puede usarse diferentes configuraciones para las soldaduras de alambre. En la configuración a tope, se colocan extremo con extremo los dos alambres, de preferencia con sus extremos escuadrados, y el rayo laser es absorbido por el metal, creando una soldadura de botón fundido.

En la junta a traslape, las dos piezas de alambre se colocan una al lado de la otra, y el haz se dirige a la zona en la que se tocan. La junta en T es una variante, en la cual un alambre en ángulo recto respecto al otro. Las soldaduras de costura entre láminas pueden hacerse con soldaduras de puntos traslapados.

La configuración de junta preferida para soldar alambres con laser es probablemente la junta

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