Puede soldar casi todas las aleaciones de cobre y cobre puro mediante procesos de soldadura por arco. Pero también puede soldar o soldar cobre y sus aleaciones para lograr una unión en ciertas aplicaciones.
Soldar cobre es todo un desafío si no conoce sus propiedades y algunos pasos clave del proceso de soldadura de cobre. Sin embargo, soldar cobre se vuelve bastante simple si se cuenta con los conocimientos adecuados.
En este artículo, aprenderá cómo soldar cobre, cuándo soldarlo en lugar de soldarlo con soldadura blanda o fuerte, por qué soldar cobre es un desafío y la información crucial sobre la preparación previa a la soldadura.
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Soldadura vs. Soldadura blanda vs. Soldadura fuerte Cobre
No todas las uniones de cobre requieren un proceso de soldadura por fusión genuino (fundir los dos metales base y el metal de aporte en una unión soldada). A veces, es lo suficientemente bueno para soldar o soldar cobre. Pero, dado que las personas pueden confundir estos tres procesos de unión, abordemos rápidamente el contexto de la unión de cobre.
Soldadura de cobre: la soldadura de cobre se realiza con temperaturas inferiores a 840 ºF. El cobre nunca se derrite en el proceso; solo el metal de aporte se funde y forma una junta capilar donde las fuerzas capilares obligan al metal de aporte a fluir hacia el espacio capilar. Los metales de aporte más comunes para soldar son las aleaciones de estaño (Sn). Esta es la forma más común de unir tuberías de cobre de pequeño diámetro.
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Soldadura de cobre: la soldadura fuerte funciona de manera muy similar a la soldadura blanda. También se basa en la acción capilar y nunca derrite la junta de cobre. Sin embargo, las temperaturas de soldadura fuerte superan los 840 ºF, por lo que puede soldar con metales de aporte más fuertes y lograr una unión de mayor resistencia. Por lo general, los metales de aporte “BCuP” y “BAg” se utilizan para soldar aleaciones de cobre.
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Soldadura de cobre: la soldadura de cobre y aleaciones de cobre produce las uniones más fuertes porque las partes de cobre en realidad se fusionan con el metal de aporte. Además de una mayor fuerza de unión y resistencia a la fatiga, la soldadura de cobre proporciona continuidad eléctrica. Por lo tanto, si necesita reparar barras colectoras u otros tipos de elementos conductores de electricidad, debe soldarlos con un metal de aporte a base de cobre.
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¿Por qué es difícil soldar cobre?
La soldadura de cobre es un desafío porque hay una gran variedad de aleaciones de cobre y muchas requieren atención especial. Además, el cobre tiene una conductividad térmica y eléctrica muy alta y un punto de fusión bajo, por lo que es muy difícil de soldar.
Las aleaciones de cobre de “mecanizado libre” que contienen telurio y selenio no deben soldarse porque son muy susceptibles al agrietamiento. Pero la mayoría de las otras aleaciones de cobre son soldables.
El cobre y muchas de sus aleaciones tienen una conductividad térmica increíblemente alta. Como resultado, el calor se disipará rápidamente a través de la parte soldada y lejos de la unión. Si el calor se aleja de la junta, es posible que no pueda lograr la penetración necesaria, especialmente si suelda piezas gruesas de cobre. Pero discutiremos cómo resolver este problema pronto.
También debe tomar medidas para evitar la deformación y la distorsión porque el cobre tiene un alto coeficiente de expansión térmica. Sin embargo, es posible minimizar la distorsión utilizando accesorios, abrazaderas y soldaduras por puntos con suficiente espacio entre ellos.
Fuente: https://weldguru.com/tack-welding/
Algunas aleaciones de cobre como cobre-níquel y cobre-estaño son muy susceptibles al agrietamiento en caliente a medida que la soldadura se solidifica. Las tensiones de contracción extremas surgen debido a un amplio rango de temperatura entre los estados de cobre líquido y sólido en estas aleaciones. Por lo tanto, es primordial dejar que la soldadura se enfríe lentamente y evitar restringir la unión tanto como sea posible.
Ubicación típica de grietas de solidificación de la línea central y de la llamarada
Fuente: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-hot-cracking-solidification-cracking
El cobre y sus aleaciones son propensos a los óxidos, especialmente si están aleados con aluminio. Pero el bronce de silicio también desarrolla cascarilla de laminación. Además, los elementos de aleación como el cadmio, el fósforo y el zinc tienen puntos de ebullición bajos. Es muy probable que estos elementos causen porosidad en la soldadura, ya que se vaporizan durante el proceso de soldadura. Es importante seleccionar un metal de aporte bajo en estos compuestos para contrarrestar su evaporación y utilizar una alta velocidad de desplazamiento.
Por último, el cobre suele estar aleado con elementos peligrosos para la salud del soldador. En particular, el zinc, el aluminio, el cadmio, el arsénico, el cromo y el plomo pueden causar graves problemas de salud. Todos estos elementos se encuentran en las aleaciones de cobre. Por lo tanto, debe garantizar un ambiente de trabajo saludable donde todos Reglas de OSHA para el control de humos de soldadura peligrosos y se siguen los gases.
Limpieza previa y eliminación de óxido
Dado que muchas aleaciones de cobre son muy sensibles, es crucial limpiar la junta de soldadura rigurosamente. Retire todos los aceites, pinturas, grasas, polvo, mugre u otros contaminantes del material.
Pero, algunas aleaciones de cobre como cobre-aluminio, cobre-níquel y cobre-berilio crean óxidos superficiales. Por ejemplo, el aluminio reacciona con el oxígeno del aire y produce un óxido de aluminio que dificulta mucho la soldadura de aluminio. Sin embargo, las aleaciones de cobre y aluminio experimentan prácticamente el mismo problema. Por lo tanto, es fundamental eliminar los óxidos de la superficie con un cepillo de alambre o muelas abrasivas. Pero, solo use herramientas dedicadas explícitamente al cobre. De lo contrario, puede contaminar la unión con otros metales.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=t2JZYn819DQ
Precalentamiento del cobre
Las aleaciones de aluminio-cobre (aluminio-bronce), cobre-estaño y cobre-níquel no deben precalentarse.
Sin embargo, el cobre puro y muchas otras aleaciones de cobre deben precalentarse para mejorar los resultados de la soldadura. Dado que este material disipa el calor rápidamente a medida que suelda, puede mejorar la penetración de la soldadura precalentando toda la pieza. De esa forma, se reducirá la diferencia de calor entre la zona de soldadura y el resto de la pieza de cobre. Como resultado, fluirá menos energía del arco de soldadura al volumen total de la pieza y se utilizará más energía para derretir y fusionar la unión.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=zqhmKshcPt0
Esta es una manera simple de imaginar esto: si la parte soldada está a una temperatura ambiente de 20 °C o 68 °F, y está tratando de soldar la junta a aproximadamente 1085 °C o 1985 °F (temperatura de fusión del cobre) , perderá rápidamente el calor hacia el metal frío que lo rodea. El resto del metal a temperatura ambiente recibirá una parte considerable de la energía del arco. Pero, si precalienta el resto de la pieza a aproximadamente 100-450°C, o 212-842°F (dependiendo del grosor de la junta), habrá una “fuerza” significativamente reducida tratando de transferir el calor del arco desde la junta. al material circundante.
Muchos factores influyen en la temperatura de precalentamiento requerida. Pero, la regla general es que cuanto más gruesa sea la parte de cobre, mayor será la temperatura de precalentamiento requerida. Experimente primero con piezas de desecho para determinar si la temperatura de precalentamiento seleccionada lo ayuda a lograr una penetración total. Además, el cobre puro es un excelente candidato para el precalentamiento. Por otro lado, las aleaciones de cobre generalmente se pueden soldar sin precalentamiento, pero si la aleación se puede precalentar y la junta es gruesa, considere el precalentamiento para mejorar la fusión de la soldadura.
Selección de un proceso de soldadura de cobre
Recomendamos utilizar un proceso de soldadura TIG (GTAW) para la mayoría de los trabajos de soldadura de cobre. Pero, también puede usar un proceso de soldadura por arco MIG (GMAW) o revestido (SMAW) para unir cobre.
Selección de alambre de soldadura de cobre
La selección del metal de aporte para la soldadura de cobre es compleja. Pero aquí hay un resumen general de los metales de aporte para soldar cobre puro y aleaciones de cobre:
- Use metales de aporte con desoxidantes como ERCu y ERCuSi-A cuando suelde cobre puro.
- El metal de aporte ERCuAl-A2 está diseñado para soldar bronce de aluminio y cobre para soldar metales diferentes.
Revestimiento de bronce de aluminio en un tubo hidráulico
Foto de @abom79
- El metal de aporte ERCuNi se utiliza para soldar la mayoría de las aleaciones de cobre y níquel.
- El metal de aporte ERCuSi-A funciona para aleaciones de cobre puro, cobre-silicio y cobre-zinc.
Soldadura TIG Cobre
Recomendamos soldar con TIG juntas de cobre de grosor fino a medio. Puede soldar con TIG hasta aproximadamente 1/2 pulgada de cobre de espesor, pero deberá precalentar significativamente la pieza antes de soldar espesores tan altos (alrededor de 650 °F). La soldadura MIG funciona mejor para cobre de alto espesor, pero el proceso TIG tiene la ventaja de la precisión y la zona afectada por el calor (HAZ) estrecha.
Fuente: http://www.difference.minaprem.com/joining/difference- between-weld-metal-and-heat-affected-zone-haz/
Si bien puede usar argón como gas de protección, sugerimos usar mezclas de 100 % helio o 75 % helio y 25 % argón para juntas de más de 1,5 mm de espesor. El helio amplifica el calor del arco y mejora significativamente la penetración de la soldadura, lo cual es fundamental cuando se suelda cobre. El uso de helio ayudará a evitar pérdidas excesivas de calor al metal circundante.
Utilice técnicas de soldadura de derecha o de revés con una velocidad de avance relativamente alta. Sin embargo, una velocidad de desplazamiento excesiva puede provocar un relleno insuficiente a lo largo de los bordes. Se prefieren los cordones más largos cuando se suelda cobre porque la oscilación del arco puede exponer los bordes del cordón a la atmósfera y a una oxidación innecesaria.
Fuente: https://weldguru.com/push-or-pull-when-mig-welding/
Al realizar soldaduras de varias pasadas (soldadura de secciones gruesas), limpie todas las soldaduras oxidadas antes de cada pasada.
Debe usar una polaridad DCEN y tungsteno toriado para la mayoría de los trabajos de soldadura de cobre. Sin embargo, para soldar aleaciones de cobre y aluminio, puede usar AC TIG para ayudar a romper los óxidos de aluminio en la superficie del material. Vendemos un par de soldadoras TIG con salida AC TIG como YesWelder CT2050 y YesWelder TIG-250P ACDC.
YesWelder FIRSTESS CT2050 Potente soldador y cortador 7 en 1
La unión de cobre puede tardar un tiempo en comenzar a derretirse, especialmente si suelda piezas gruesas con una soldadora TIG con una salida de amperaje insuficiente. Pero una vez que pones en marcha el charco, sigue derritiéndose con facilidad.
Soldador de aluminio TIG de 250 amperios CA/CC con pulso
Soldadura MIG Cobre
El proceso de soldadura MIG es el preferido para soldar piezas gruesas de cobre. Además, puede usar temperaturas de precalentamiento un poco más bajas al soldar cobre MIG. Además, la soldadura MIG requiere muchas menos habilidades manuales que la soldadura TIG y permite velocidades de soldadura significativamente más altas.
Dependiendo de si derretirá y fusionará el metal base con el proceso de soldadura MIG, puede soldar MIG o MIG soldar cobre y aleaciones de cobre. La mayoría de las veces, en realidad soldará con soldadura MIG aleaciones de cobre como el bronce usando un alambre MIG de bronce de silicona como ejemplo.
La soldadura fuerte MIG de bronce de silicona es bastante popular en los talleres de automóviles porque la carrocería del automóvil a menudo debe repararse solo con soldadura fuerte. Dado que algunos automóviles están hechos de acero galvanizado o acero revestido de aluminio, no se pueden derretir como parte del proceso de unión. Además, algunos fabricantes de automóviles exigen que las reparaciones de la carrocería se realicen únicamente mediante soldadura fuerte.
Soldadura fuerte MIG de bronce de silicio
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=CaUkzcdHmws
Para soldadura MIG/soldadura fuerte con alambre de relleno de cobre, debe usar rodillos impulsores moleteados en U y preferiblemente un revestimiento de pistola MIG de grafeno para evitar que el alambre se enrede dentro de la soldadora MIG. Dado que los alambres de relleno a base de cobre son mucho más suaves que los alambres de acero, como los alambres de aluminio, pueden torcerse fácilmente durante el proceso de alimentación y crear un nido de pájaro dentro de la soldadora.
Revestimiento de grafeno para soldadura de aluminio
Utilice la polaridad DCEP para soldadura MIG o soldadura fuerte de cobre; esta es la polaridad estándar que usaría para soldar acero MIG.
El gas de protección debe ser 100% argón o una mezcla de argón/helio. Cuanto más helio use, más caliente será el arco y más profunda será la penetración.
Use cordones de cordón o cordones de tejido angosto cuando realice soldaduras MIG de cobre con una transferencia por aspersión. Al igual que con la soldadura TIG, demasiada oscilación del arco puede oxidar los bordes del cordón. También puede utilizar la soldadura MIG pulsada para lograr una mejor transferencia por pulverización e incluso soldar cobre en posición vertical (cuesta arriba). Nuestro YesWelder YWM-211P ofrece el proceso de soldadura MIG pulsado que puede ayudarlo cuando suelde cobre al permitir un mejor control del charco.
YesWelder YWM-211P Soldador MIG de aluminio de doble pulso
Cobre para soldar con varilla
También es posible soldar cobre revestido pero con resultados mucho peores en la calidad de la soldadura en comparación con la soldadura TIG y MIG.
La soldadura revestida de cobre solo tiene sentido cuando se necesita trabajar al aire libre donde no es posible lograr una cobertura de gas de protección suficiente con los procesos de soldadura TIG o MIG. A veces, SMAW también puede ser útil si la junta tiene acceso limitado y solo puede alcanzarla con una varilla de soldadura de barra larga.
Existe una alta probabilidad de porosidad e inclusiones de óxido cuando se suelda cobre con electrodo revestido, especialmente cuando se trabaja con cobres libres de oxígeno y de paso duro.
Use la polaridad DCEP y suelde solo en la posición plana. Puede usar un larguero o un cordón de tejido con la técnica de soldadura de revés.
Fuente: https://weldguru.com/welding-beads/
Conclusión
El cobre es un material difícil de unir, pero si aplica las técnicas que discutimos, tendrá más posibilidades de éxito. Puede tomar algo de prueba y error, ya que este material generalmente requiere una alta velocidad de desplazamiento, lo que hace que sea más difícil controlar el resultado.
La soldadura TIG de cobre le brinda el mejor control sobre el charco de soldadura y la mayor visibilidad del arco. Además, el arco TIG enfocado brinda la mejor entrada de calor y reduce la cantidad de calor que se disipa en el material circundante. Pero la soldadura MIG es más fácil y le permite soldar más rápido.
No recomendamos soldar cobre con varilla para trabajos críticos. Utilice un proceso de soldadura por electrodos como método alternativo para reparaciones menores cuando MIG o TIG no sean una opción. El cobre y sus aleaciones también se pueden soldar con oxiacetileno, pero los procesos de soldadura por arco brindan resultados superiores.
Esta fue una descripción general relativamente rápida de la soldadura de cobre y sus aleaciones. Quedan muchos detalles por discutir para cada aleación de cobre específica. Por lo tanto, recomendamos realizar una investigación exhaustiva al soldar piezas críticas de aleación de cobre porque las composiciones químicas individuales pueden variar significativamente. Como resultado, las temperaturas de precalentamiento, la selección del metal de aporte y las técnicas de soldadura pueden diferir de las recomendaciones estándar.
Caja de cobre personalizada. Foto por @vermontcopper
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