¿Qué es la soldadura fuerte de metales y cómo funciona?
La soldadura fuerte es el proceso de unir dos piezas independientes de metal para formar una unión sólida de carga. La operación de soldadura fuerte se usa para unir la mayoría de los metales y aleaciones que se usan comúnmente en ingeniería. Es un proceso de unión térmica en el que un metal de aporte de soldadura fuerte fundido se introduce en un espacio capilar entre los metales que se unen.
El metal de aporte fluye una vez calentado a una temperatura de soldadura fuerte superior a 450 °C (840 °F). Entonces, si bien todo lo que dijimos suena más o menos igual que la soldadura blanda, los metales de aporte de soldadura fuerte tienen una temperatura de fusión más alta.
Un metal de aporte de soldadura fuerte fundido solo humedecerá y fluirá sobre un metal principal si ambos están sustancialmente libres de óxido en la superficie.
Desafortunadamente, simplemente eliminar el óxido de la superficie antes de la soldadura fuerte no es práctico, ya que se forma rápidamente una nueva capa de óxido con el calentamiento. Es por eso que los operadores comúnmente usan fundente para brindar protección y mejorar las propiedades físicas de la aleación de soldadura fuerte.
Importancia del fundente para soldadura fuerte
Los fundentes utilizados en la soldadura fuerte de metales tienen tres funciones principales:
- Primero, eliminan los óxidos que se forman debido al calentamiento de las piezas.
- Promueven la humectación, el fenómeno por el cual un metal de aporte líquido o fundente se esparce y se adhiere en una capa delgada y continua sobre un metal base sólido.
- Ayudan en la acción capilar al jalar la aleación fundida hacia la junta.
Tenga en cuenta que los fundentes para soldadura fuerte solo están diseñados para eliminar películas de óxido. Por lo tanto, al igual que la soldadura, los contaminantes como el aceite, la pintura y la laca pueden afectar las propiedades de las uniones soldadas. Por lo tanto, todos los contaminantes deben eliminarse antes de la soldadura fuerte, utilizando métodos mecánicos o químicos.
Los fundentes suelen ser adecuados para la soldadura fuerte de cobre, latón, acero dulce y otros materiales de ingeniería comunes. Sin embargo, se pueden usar fundentes para propósitos especiales para unir bronce de aluminio, aceros inoxidables, tungsteno, aleaciones de níquel, molibdeno y carburo de tungsteno. Recuerde que los fundentes para soldadura fuerte de plata no son efectivos en aluminio, magnesio, titanio o sus aleaciones.
Diferentes métodos de soldadura fuerte
La soldadura fuerte utiliza varias fuentes de calor y, a menudo, se clasifica según el método de calentamiento utilizado. Algunas formas calientan localmente (solo el área de la unión) para lograr la temperatura de soldadura fuerte, mientras que otras calientan todo el conjunto (calentamiento difuso).
Aunque hay muchas operaciones de soldadura fuerte, discutiremos solo las que se usan comúnmente.
Métodos de calentamiento localizado
Como su nombre lo indica, los métodos de calentamiento localizado solo aplican calor a la unión soldada. Más comúnmente, estamos hablando de soldadura fuerte con soplete, soldadura fuerte por inducción y soldadura fuerte por resistencia.
Fundamentos de la soldadura fuerte con soplete
En este método, el calor requerido para fundir y hacer fluir el metal de aporte es suministrado por una llama de gas combustible que es transportada por un soplete.
El gas combustible puede ser acetileno, hidrógeno o propano, independientemente de la aplicación y el material soldado, y se combina con oxígeno o aire para formar una llama.
Este proceso se automatiza fácilmente y requiere una baja inversión de capital. Sin embargo, la soldadura fuerte con soplete implica el uso de un fundente, por lo que a menudo se necesita una limpieza posterior a la soldadura fuerte.
El metal de aporte para soldadura fuerte se puede colocar previamente en la junta en forma de anillos, arandelas, tiras, fragmentos o polvo, o se puede alimentar manualmente. La soldadura fuerte manual con soplete es particularmente útil en ensamblajes que involucran secciones de masa desigual
Método de soldadura fuerte por inducción
En este proceso, el calor necesario para soldar metales se obtiene a partir de una corriente eléctrica de alta frecuencia que consta de un motor-generador, un chispero resonante y un oscilador de tubo de vacío.
Este método es limpio y rápido, lo que brinda un control estricto de la temperatura y la ubicación del calor.
El calor es generado por una corriente alterna rápidamente que es inducida en la pieza de trabajo por una bobina adyacente.
Es necesario un diseño cuidadoso de la junta y la configuración de la bobina para asegurar que las superficies de todos los miembros de la junta alcancen la temperatura de soldadura fuerte al mismo tiempo. Además, el fundente puede usarse cuando se introduce específicamente una atmósfera para realizar la misma función.
Soldadura fuerte por resistencia
En este método, el calor se genera a partir de la resistencia a una corriente eléctrica (como en la soldadura fuerte por inducción) que fluye en un circuito que incluye las piezas de trabajo. El proceso es más aplicable a uniones relativamente simples en metales con alta conductividad eléctrica, como las aleaciones de cobre.
Se emplea fundente excepto cuando se introduce específicamente una atmósfera para realizar la misma función.
Las partes que se van a soldar se mantienen entre dos electrodos y se aplican la presión y la corriente adecuadas.
Soldadura por calentamiento difuso
Las operaciones de soldadura fuerte, como la soldadura fuerte por inmersión o la soldadura fuerte en horno, utilizan transferencia de calor difusa que se aplica en todo el conjunto. Además de estas dos operaciones de soldadura fuerte que describiremos, también existen métodos específicos de calor difuso como la soldadura fuerte infrarroja, la soldadura fuerte de manta o la soldadura fuerte exotérmica.
Soldadura fuerte en horno
La soldadura fuerte en horno ofrece dos ventajas principales: soldadura fuerte en atmósfera protectora (donde los gases de alta pureza o la soldadura fuerte al vacío eliminan la necesidad de fundente) y la capacidad de controlar con precisión cada etapa de los ciclos de calentamiento y enfriamiento.
La calefacción es a través de elementos o por combustión de gas. Este proceso es particularmente aplicable para la soldadura fuerte de alta producción de zirconio, titanio, acero inoxidable o metales refractarios.
Soldadura por inmersión
Esto implica sumergir todo el conjunto en un baño de aleación de soldadura fuerte fundida o fundente fundido. En ambos casos, la temperatura del baño está por debajo del punto de solidificación del metal base pero por encima del punto de fusión del metal de aporte.
En la soldadura fuerte por inmersión en baño químico, el metal de aporte de soldadura fuerte, en una forma adecuada, se coloca previamente y el conjunto se sumerge en un baño de sal fundida. Mientras tanto, en la soldadura fuerte por inmersión en baño de metal fundido, las piezas se sumergen en un baño de metal de aporte de soldadura fuerte contenido en un recipiente adecuado.
Consejos y principios para una soldadura fuerte exitosa
Si bien presentamos una breve descripción general y los fundamentos de la soldadura fuerte en la primera parte del artículo, esta sección le brindará consejos esenciales para una soldadura fuerte exitosa en su hogar. Siguiendo esta guía de soldadura fuerte de 6 pasos, logrará uniones soldadas sólidas y confiables.
Diseño de juntas de soldadura fuerte
El primer paso para una soldadura fuerte exitosa es asegurar un diseño de unión adecuado. La unión de soldadura fuerte siempre debe tener un espacio capilar en el que pueda fluir el metal de aporte fundido. Tenga en cuenta que las diferentes tasas de expansión de los metales base afectarán la separación de la junta a la temperatura de soldadura fuerte.
Sin embargo, esta tabla del manual de AWS Brazing se puede utilizar para determinar la separación óptima de la unión.
AWS Brazing Filler MetalJoin ClearanceBAlSi group0.000-0.002 horno de soldadura fuerte
0,002-0,008 para una vuelta inferior a 0,25
0,008-0,010 para una vuelta mayor que 0,25 BCuP grupo 0,001-0,005 para soldadura fuerte fundente para juntas inferiores a 1,0
0.007-0.015 sin fundente para unión de soldadura fuerte con fundente sobre grupo 1.0BAg0.002-0.005 soldadura fuerte con fundente
0.000-0.002 soldadura fuerte en atmósferaGrupo BAu0.002-0.005 soldadura fuerte fundente
0.000-0.002 soldadura fuerte en atmósfera grupo BCu 0.000-0.002 soldadura fuerte en atmósfera grupo BCu Zn 0.002-0.005 soldadura fuerte con fundente BMg0.004-0.010 soldadura fuerte con fundente grupo BNi 0.002-0.005 aplicaciones generales
0.000-0.002 tipos de flujo libre
Elección del metal de aporte para soldadura fuerte
Al igual que en la soldadura, hacer coincidir el metal de aporte de la soldadura fuerte con los metales base es crucial para una soldadura fuerte exitosa. Por lo tanto, debe considerar el diseño del componente, los metales base, el método de soldadura fuerte y el costo.
Los metales de aporte de flujo libre con alto contenido de plata y rangos de fusión bajos son los más fáciles de usar. El sistema de clasificación de la American Welding Society para aleaciones para soldadura fuerte utiliza la letra B para indicar que la aleación se utilizará para soldadura fuerte.
Las siguientes letras indican el símbolo atómico de los metales utilizados para formar la aleación, como CuZn (cobre y zinc).
Metal baseBrazing Metal de aporteAluminioBAlSi, aluminio silicioAcero al carbonoBCuZn, latón
BCu, aleación de cobre
BOLSA, aleación de plataAleación de aceroBAg, aleación de plata
BNi, aleación de níquelAcero inoxidableBAg, aleación de plata
BAu, aleación con base de oro
BNi, aleación de níquelHierro fundidoBCuZn, latónHierro galvanizadoBCuZn, latónNíquelBAu, aleación con base de oro
BOLSA, aleación de plata
BNi, aleación de níquelAleación de níquel-cobreBNi, aleación de níquel
BOLSA, aleación de plata
BCuZn, latónCobreBCuZn, latón
BOLSA, aleación de plata
BCuP, cobre fósforoBronce al silicioBCuZn, latón
BOLSA, aleación de plata
BCuP, cobre fósforoTungstenoBCuP, cobre fósforo
Limpieza de la superficie antes de soldar
Los componentes a unir deben estar libres de grasa y cualquier óxido superficial para promover una buena unión. Flux puede ayudarlo a eliminar óxidos, pero los contaminantes deben eliminarse utilizando un solvente desengrasante. Aunque el agua jabonosa caliente puede ser eficaz para eliminar la grasa y el aceite, se pueden utilizar procesos de limpieza químicos y mecánicos.
Químico
- aerosol de petróleo
- disolventes clorados
- desengrasado con vapor
- aerosol de emulsión
- remojo alcalino
- decapado con ácido
- disolventes de tricloro
Mecánico
- limpieza con chorro de arena (tenga cuidado para evitar dañar la superficie metálica)
- mecanizado
- molienda
- cepillado (cepillo de alambre)
Aplicación de fundente a la junta soldada
La elección del fundente es tan importante como la elección del metal de aporte. El rango de trabajo del fundente debe ser compatible con la temperatura de soldadura fuerte y los metales base. Idealmente, el fundente debe aplicarse a ambos componentes antes del ensamblaje y antes del calentamiento.
Se recomienda que el fundente se aplique en forma de pasta a las piezas a unir.
Los polvos se pueden convertir en pastas revolviéndolos en agua hasta que la mezcla tenga la consistencia de una crema espesa. El fundente debe aplicarse a ambas superficies de unión antes del montaje. La aplicación del fundente después del ensamblaje impone grandes exigencias a la fluidez del fundente fundido y su capacidad para penetrar en las juntas capilares. El fundente se puede aplicar de las siguientes maneras:
- El cepillado se puede usar para aplicar una película delgada de pasta a la junta misma y a las superficies de los componentes circundantes.
- El fundente para soldadura fuerte se puede aplicar sumergiendo uno o más componentes de un conjunto en un recipiente de fundente. Esto es más eficaz con una pasta de consistencia fina.
- La aplicación automática de fundente es posible y se puede utilizar para la producción en masa
- La técnica de hot rodding incluye sumergir la varilla de soldadura caliente en polvo fundente, y el fundente adherido a la varilla se transfiere al área de la unión.
Calentamiento de la junta y aplicación de varillas de soldadura fuerte
Es esencial que los metales base se calienten uniformemente a la temperatura correcta para la soldadura fuerte. Además, el fundente debe ser aparente y fluir sobre el área de la junta. Al soldar cobre, el metal debe tener un color rojo cereza opaco, lo que indica que se ha alcanzado la temperatura correcta.
Como notamos, las aleaciones de metal de aporte de flujo libre fluirán dentro y alrededor de la junta por atracción capilar. Por lo tanto, debe aplicar metal de relleno a lo largo de toda la junta, formando un filete.
Debe continuar calentando el polvo de metal de aporte que se derritió en la junta. Para la soldadura fuerte con soplete, no debe usar calentamiento directo.
Limpieza después de la soldadura fuerte
Finalmente, una vez que haya completado la soldadura fuerte, debe eliminar los residuos de fundente, ya que pueden afectar la resistencia de la unión soldada. Una vez que la aleación se haya solidificado, puede usar un baño de agua caliente para eliminar el fundente sobrante.
Tenga en cuenta que debe tener mucho cuidado durante el enfriamiento. Si intenta interferir con una unión soldada durante el enfriamiento, podría dañar el componente o causar grietas debido al choque térmico.
Propiedades de soldadura fuerte fuerte
Si siguió cuidadosamente el ciclo de soldadura fuerte que recomendamos anteriormente, es probable que haya logrado una unión soldada robusta y sólida. Sin embargo, si te preguntaste si lo hiciste correctamente, aquí tienes algunas propiedades de una unión bien soldada.
- Las juntas soldadas bien hechas son al menos tan fuertes como los metales base. En su forma actual, pueden soportar condiciones de servicio exigentes.
- La soldadura fuerte produce uniones herméticas. Dado que es un método relativamente económico, es muy utilizado en instalaciones de tuberías de líquidos y gases.
- Las soldaduras soldadas ofrecen una buena conductividad eléctrica. Es por eso que el proceso de unión de metales con soldadura fuerte se usa a menudo en aplicaciones donde esta propiedad es esencial.
- Las uniones soldadas tienen filetes suaves y limpios y es por eso que el método se usa ocasionalmente cuando la apariencia y la estética son esenciales.
Diferencia entre soldadura fuerte y soldadura
Si bien tanto la soldadura fuerte como la soldadura utilizan calor para unir piezas de metal, la principal diferencia está en la temperatura necesaria y las fuentes de calor.
La soldadura fuerte se lleva a cabo a temperaturas superiores a 840 °F (450 °C), mientras que las temperaturas de soldadura pueden alcanzar los 10 000 grados Fahrenheit. De esa manera, no hay distorsión térmica ni tensiones residuales en las uniones soldadas.
Por otro lado, las uniones soldadas son significativamente más fuertes y resistentes al calor y al estrés en comparación con las uniones de soldadura fuerte. Si desea conocer la diferencia entre soldadura fuerte, soldadura blanda y soldadura blanda, no dude en consultar nuestro artículo detallado.
Pros y contras de la soldadura fuerte
Ventajas
- La soldadura fuerte se utiliza para unir una variedad de metales ferrosos, uniendo metales diferentes e incluso no metales (p. ej., cerámica metalizada).
- Los procesos de soldadura fuerte no funden las superficies del metal base; permiten un control mucho más estricto de las propiedades y tolerancias.
- La soldadura fuerte produce una unión limpia, por lo que hay poca o ninguna limpieza además de los residuos de fundente. Como resultado, es rentable porque no requiere una costosa operación secundaria.
- La soldadura fuerte garantiza la resistencia a la corrosión de las juntas.
- No hay arco ni chispas como en la soldadura. El calentamiento uniforme de una pieza soldada en el proceso de soldadura fuerte ayuda a minimizar la distorsión térmica y mejora las propiedades técnicas de los metales.
- La soldadura fuerte se utiliza para láminas delgadas y tuberías que no se pueden unir mediante soldadura.
- La soldadura fuerte proporciona un sellado excelente en comparación con la soldadura por puntos, el remachado y la fijación con pernos.
- Las fundiciones de hierro maleable generalmente se reparan mediante soldadura fuerte porque el calor requerido para la soldadura por fusión puede afectar las características y propiedades del metal.
inconvenientes
- Debido al rango de fusión de los metales de aporte, las juntas no son efectivas a temperaturas más altas.
- El color de la junta a menudo difiere del metal base, lo que crea una desventaja estética.
- La junta metálica debe estar estrictamente preparada para asegurar la acción capilar del metal de aporte.
- La fuerza de la unión soldada es más débil en comparación con el método de soldadura tradicional
- Las placas grandes de hierro fundido no se pueden soldar, independientemente de las varillas de hierro fundido.