Soldadura de cobre: ​​guía práctica completa

Propiedades y soldabilidad del cobre

El cobre es un metal blando no ferroso que se puede doblar, cortar, moldear y unir fácilmente mediante varios procesos de soldadura. Sin embargo, el cobre puro solo se puede fortalecer mediante trabajo en frío, ya que no sufre cambios de fase.

Por lo tanto, el cobre no puede endurecerse por tratamiento térmico en comparación con el acero. Además del cobre puro, muchas aleaciones de cobre se ablandan, lo que resulta en una pérdida significativa de resistencia en las zonas afectadas por el calor cuando se calientan.

tubos de cobre industriales

Antes de hablar sobre la soldadura de cobre, debe tener en cuenta dos propiedades esenciales:

  • Alta conductividad térmica: indica que se requiere precalentamiento para muchas juntas, incluso en espesores relativamente modestos,
  • Un alto coeficiente de expansión térmica es aproximadamente un 50 por ciento más alto que el acero al carbono, e indica que la distorsión puede ocurrir rápidamente con el cierre de los espacios de las raíces durante la soldadura.

El cobre normalmente se suministra en una de tres formas:

  • Cobre libre de oxígeno
  • Cobre que contiene oxígeno
  • Cobre desoxidado con fósforo
  • Dado que el cobre puro es demasiado maleable para mecanizarse con éxito, se agregan pequeñas cantidades de otros elementos para mejorar la ductilidad y la maquinabilidad. Los elementos de aleación como el aluminio, el níquel, el zinc, el estaño y el silicio hacen que el cobre sea más resistente a la corrosión, mejoran sus propiedades mecánicas y mejoran su soldabilidad.

    Aleaciones de cobre

    Como resultado de intentar aumentar las propiedades del cobre puro, existen más de 300 aleaciones de cobre disponibles comercialmente. Dado que la lista es demasiado larga para describirla individualmente, estas aleaciones se pueden colocar convenientemente en nueve grupos separados:

    • Cobre puro con menos de 0,7 % de elementos residuales
    • Aleaciones con alto contenido de cobre con menos del 5 % de elementos de aleación
    • Aleaciones de cobre con hasta un 40% de zinc (latones)
    • Aleaciones con menos del 10% de estaño (bronces)
    • Aleaciones con menos del 10% de aluminio (bronce al aluminio)
    • Aleaciones con menos del 3% de silicio (bronce de silicio)
    • Aleaciones con menos del 30% de níquel (aleaciones de cuproníquel)
    • Aleaciones con menos de 40% Zn y menos de 18% Ni (alpacas)
    • Aleaciones con menos del 10 % de Sn y menos del 4 % de Zn (latón rojo o bronce de cañón)
    • Aleaciones especiales, incluidos otros elementos.

    Soldadura de cobre y aleaciones de cobre

    El cobre y la mayoría de las aleaciones de cobre se pueden unir con éxito mediante técnicas de soldadura, soldadura fuerte o soldadura blanda. La soldadura por arco de tungsteno con gas y la soldadura por arco metálico con gas son los procesos de soldadura preferidos, pero la soldadura con oxiacetileno y el arco metálico manual también se pueden usar en aplicaciones específicas.

    La elección del proceso de soldadura adecuado depende del tipo de aleación de cobre. Los diferentes procesos de soldadura y relacionados requieren varias herramientas y técnicas, pero varias cosas, incluida la preparación de la soldadura, son similares a los aceros al carbono.

    soldadura de cobre sin soldadura

    Diseño de juntas de soldadura

    Debido a la alta conductividad térmica del cobre, los diseños de unión son más anchos que los que se utilizan para el acero. Este enfoque permite una buena fusión y penetración. Idealmente, debe controlar esta distancia dentro de tolerancias específicas, pero el espacio óptimo para las juntas está entre 0,04 y 0,20 mm.

    Los diseños de juntas para GTAW y SMAW pueden ser con brida de borde, ranura cuadrada, ranura en V simple, ranura en V doble, ranura en U simple y ranura en U doble. Cuando se trata de procesos de soldadura por arco metálico con gas, los buenos diseños son ranura cuadrada, ranura en V simple, ranura en V doble y ranura en U doble.

    Limpieza y preparación de superficies

    El área de soldadura debe estar limpia y libre de aceite, grasa, suciedad, pintura y óxidos antes de soldar. Puede usar un cepillo de alambre de bronce y luego desengrasar con un agente de limpieza adecuado para limpiar la superficie.

    Después de depositar cada corrida de soldadura, la película de óxido formada durante la soldadura también debe eliminarse con un cepillo de alambre. Las películas de óxido atrapadas pueden causar defectos de soldadura y porosidad si no se limpian. Además, cada impureza puede causar grietas en la soldadura y otros defectos.

    Cómo precalentar cobre

    Dado que el cobre es un excelente conductor del calor, la soldadura de cobre grueso requerirá un precalentamiento. Sin embargo, tenga en cuenta que la mayoría de las aleaciones de cobre no necesitan precalentamiento, ya que los elementos de aleación reducen la conductividad y reducen la difusividad térmica.

    Por lo tanto, las aleaciones de aluminio bronce y cobre-níquel no deben precalentarse.

    En general, la temperatura de precalentamiento puede variar debido al proceso de soldadura seleccionado, las aleaciones soldadas, el espesor del metal base y la extensión de la masa de la soldadura.

    precalentar cobre antes de soldar

    Debe asegurarse de que las zonas afectadas por el calor estén localizadas, ya que la propagación del calor puede causar una pérdida de elasticidad. Además, la temperatura de precalentamiento debe mantenerse hasta que se complete la unión del cobre.

    Cobre de soldadura por arco metálico con gas

    La soldadura MIG o GMAW es uno de los procesos de soldadura más sencillos de dominar y, siguiendo los consejos, puede usarlo con éxito para unir cobre y aleaciones de cobre. Sin embargo, primero debe hacer coincidir el material de relleno, que son los electrodos ERCu.

    Tenga en cuenta que la mezcla de gas de protección depende del espesor del cobre. La soldadura de láminas delgadas de cobre requeriría gas argón, mientras que para secciones más gruesas se usa una mezcla de helio y argón.

    Sin embargo, las opciones más comunes son:

    • Argón de grado de soldadura
    • Ar + >0-3% O2 ​​o gases de protección equivalentes
    • Ar + 25% He o gases de protección equivalentes
    • He + 25% Ar o gases de protección equivalentes

    La mejor práctica es una transferencia por aspersión del metal de aporte en los cordones de tejido angosto.

    Soldadura MIG Cobre Silicio Bronce

    Cuando se trata de aleaciones de cobre y silicio, a menudo denominadas bronce de cobre y silicio, debe usar electrodos de soldadura tipo ERCuSi-A. La regla general es el gas de protección de argón con velocidades de desplazamiento relativamente altas.

    Como decíamos, no es necesario precalentar, pero sí que tendrás que quitar la capa de óxido entre cada pasada. Además, la temperatura entre pases no debe exceder los 212 F.

    Aleaciones de cobre y estaño para soldadura MIG

    Las aleaciones de cobre y estaño a menudo se denominan bronce fosforoso y tienen un amplio rango de solidificación. Sin embargo, para evitar la porosidad y el agrietamiento del metal de soldadura, debe tener mucho cuidado.

    Como consejo, el granallado en caliente reducirá las tensiones desarrolladas durante la soldadura, reduciendo la probabilidad de agrietamiento. Además, debe mantener el baño de soldadura pequeño utilizando cordones de cordón a alta velocidad de desplazamiento.

    Soldadura MIG con cobre 1020

    Una vez que decida soldar MIG acero 1020 a buje 8620 que fue carburado, es posible que tenga algunos problemas. El buje se puede recubrir con una capa de cobre, lo que evita la carburación en el área de la soldadura MIG. Si el cobre no se elimina antes de la soldadura MIG, existe la posibilidad de que se produzca una soldadura corta en caliente y otros defectos.

    El agrietamiento del cobre es una preocupación muy real y dependerá de la cantidad de cobre en el depósito de soldadura resultante. Sin embargo, el depósito depende de los elementos fundidos, como el alambre y el material base (ambos lados y con el revestimiento). Otra preocupación puede ser el grosor del revestimiento.

    Por tanto, la eliminación de una capa de cobre en soldadura MIG cobreado 1020 dependerá del espesor del recubrimiento y de la cantidad de cobre en el depósito.

    [TIG] Cobre de soldadura por arco de tungsteno con gas

    La soldadura TIG de cobre se usa a menudo cuando se unen cobre hasta 5/8 de pulgada. Al soldar aleaciones de cobre y níquel, debe hacer coincidir la composición del metal de aporte con la aleación.

    Se prefiere el blindaje de argón para cobre y aleaciones de cobre de hasta 1/16 de pulgada, mientras que el metal más grueso requerirá mezclas de helio. Por ejemplo, las mezclas de argón/helio (75 % He/25 % Ar) ofrecen una mayor penetración y una mayor velocidad de soldadura con la misma corriente de soldadura.

    Tubo de cobre de soldadura TIG

    Como resultado, esta mezcla combina las características de penetración del helio con un fácil arranque del arco y propiedades mejoradas de estabilidad del arco del argón.

    Soldadura TIG Aleaciones de Cobre-Aluminio

    Puede soldar aleaciones de cobre-aluminio TIG utilizando una varilla de relleno ERCuAl-A2. Para eliminar las películas de óxido durante la soldadura, puede usar corriente alterna (CA) y gas protector de argón puro.

    Sin embargo, si busca una penetración más profunda y una mayor velocidad de desplazamiento, puede optar por un electrodo negativo de corriente continua (DCEN) con argón de grado de soldadura o una mezcla de argón/helio. Solo se requiere precalentamiento en secciones más gruesas

    Bronce al silicio para soldadura TIG

    Las aleaciones con menos del 3 % de silicio, también denominadas bronce de silicio, se pueden soldar con varillas de soldadura ERCuSi-A o ERCuAl-A2. Al igual que las aleaciones de cobre y aluminio, el bronce al silicio se puede soldar con corriente alterna con gas protector de argón o corriente negativa de CC con una mezcla de helio/argón.

    Cobre de soldadura por arco de metal blindado

    La soldadura con electrodos se utiliza generalmente para la soldadura de mantenimiento y reparación de cobre, aleaciones de cobre y bronces. Además de las reparaciones, las aplicaciones típicas son las uniones soldadas con filete con acceso limitado y la soldadura de cobre a otros metales.

    El diseño de juntas ranuradas es el más utilizado, ya sea cuadrado en U o V, simple o doble. Se debe utilizar un electrodo de corriente continua positivo (CC+) con una técnica de cordón larguero. Las secciones de más de 1/16 de pulgada requieren un precalentamiento de 480 °F o más.

    soldadura de electrodos de cobre

    Los electrodos ECuSn-C se pueden utilizar para soldar aleaciones de cobre-estaño y cobre-zinc. Sin embargo, se requieren grandes ángulos de tope y el metal de soldadura debe depositarse utilizando el cordón de refuerzo.

    Soldadura de cobre con oxicombustible

    La soldadura por fusión de cobre con el soplete de oxiacetileno se dificulta debido a dos propiedades del cobre: ​​su conductividad térmica excepcionalmente alta y su alto coeficiente de expansión. Frío, el cobre es muy dúctil y quebradizo, por lo que es muy probable que se rompa, ya sea en la soldadura oa cierta distancia.

    Es necesaria una varilla de soldadura especial que contenga un elemento que se oponga a la acción del oxígeno sobre el cobre y el fundente también para el mismo propósito. El cono no debe entrar en contacto directo con el metal en ningún momento.

    Para fines de reparación, a veces no es práctico soldar la rotura, y luego la soldamos, ya sea con latón o bronce, utilizando el fundente de latón para este propósito y siguiendo las mismas instrucciones generales que para la soldadura fuerte de hierro maleable.

    Soldadura fuerte y blanda Cobre y aleaciones de cobre

    La soldadura es uno de los primeros métodos utilizados para unir metales e implica calentar el metal de aporte hasta que se derrita para que pueda rellenar las juntas.

    La soldadura blanda es el proceso más sencillo y la gente suele usarla en el hogar para reparar pequeños artículos de metal.

    También es el método que usan los plomeros para unir y reparar las tuberías de cobre y los accesorios de cobre.

    soldar tubos de cobre

    La soldadura fuerte es similar a la soldadura blanda, ya que utiliza el mismo tipo de material de relleno (alambre o varilla de soldadura fuerte) que se usa para soldar. Sin embargo, aunque las temperaturas de soldadura fuerte son considerablemente más altas en comparación con la soldadura blanda, el metal base no debe calentarse hasta el punto de fusión.

    Preguntas frecuentes

    ¿Cómo unir una pieza de cobre a acero grueso usando GMAW?

    El mejor material de relleno sería el bronce al aluminio, ECuAl-A2. Esta aleación suele estar disponible en 0,045 pulg. y 0,0625 pulg. diámetros. La elección del gas de protección es 100 % CO2 o una mezcla estándar de 75/25 Ar/He. Se puede usar un mayor contenido de helio en la mezcla, o un gas de protección de helio puro, pero esto cuesta más. Además, no olvide precalentarlo a una temperatura mínima de 1,000 grados F.

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