Definición de Soldadura fuerte
Según AWS A3.0, Soldadura fuerte se define como:
“Un grupo de procesos de unión que producen el unión de materiales calentándolos a la temperatura Soldadura fuerte en presencia de un metal de relleno Soldadura fuerte que tiene un líquido por encima de 450 ° C [840 ° F] y por debajo del sólido del metal base. El metal de aportación Soldadura fuerte se distribuye y retiene entre las superficies de contacto ajustadas de la junta por capilaridad ".
Otra forma de entenderlo es que los metales de relleno tienen que fundirse, mientras que los materiales base no.
Además de esto, el metal de aportación se distribuye por capilaridad en el hueco que forman las superficies de la junta tras la fusión.
Para aclarar la definición, cabe destacar que Soldadura fuerte es un método de unión no mecánico que merece ser distinguido de la soldadura y la soldadura.
Diferencias con la soldadura
En Soldadura fuerte:
- El material adicional (consumible) se funde a una temperatura más baja que la temperatura de fusión de los materiales base.
- Debido al punto anterior, los materiales base no se derriten.
- El consumible llena el espacio entre los materiales base por efecto capilar.
Diferencias con la soldadura
En soldadura blanda (o débil):
- Se utiliza un consumible no ferroso (plomo, por ejemplo);
- El consumible tiene un punto de fusión de menos de 450 ° C.
Historial
Los informes sobre el uso de Soldadura fuerte son muy antiguos.
Se especula que la soldadura fuerte puede haber descubierto accidentalmente en un horno alrededor del 4000 a. C.
La primera evidencia encontrada fue una joya de oro y plata en la tumba de la reina egipcia Pu-abi (fechada aproximadamente en el 2500 aC).
Los usos de Soldadura fuerte
Soldadura fuerte es muy utilizado en numerosas aplicaciones debido a:
- Capacidad para unir materiales de muy diferente naturaleza, como (metales y cerámicas) o (titanio y acero inoxidable);
- Pequeños espesores. La soldadura podría deformarlos excesivamente;
- Materiales tratados térmicamente. Para evitar la pérdida del tratamiento térmico (antes de soldar).
Por estas razones, Soldadura fuerte se utiliza para juntas en las autopartes, refrigeradores, intercambiadores de calor, componentes aeronáuticos y aeroespaciales, componentes electrónicos, etc.
Aplicaciones típicas de componentes para la industria de refrigeración y autopartes:
Soldadura fuerte de intercambiadores de calor de aluminio (Se utilizan en sistemas de refrigeración de turismos):
Soldadura fuerte de cobre y grafito (Se utilizan en la industria nuclear):
Beneficios
- Permite la unión de materiales muy diferentes y normalmente no soldables.
- Los componentes se pueden procesar a granel.
- Soldadura fuerte puede ser más económico y productivo;
- La deformación o distorsión se minimiza o incluso se elimina;
- La dilución con el metal base es mínima;
- Los ciclos térmicos son predecibles;
- Permite la unión de materiales con espesores muy diferentes
Desventajas
- Junta inferior resistencia en comparación con una junta soldada;
- La junta soldada probablemente tendrá una resistencia menor que el metal base;
- Las altas temperaturas pueden destruir o debilitar las juntas soldadas .;
- Algunas aplicaciones requieren un alto control de la limpieza de las juntas y un uso preciso del fundente;
- El color final de la junta suele ser diferente del metal base (aspecto visual indeseable).
Fuentes de calor
Hay básicamente 5 fuentes de calor para Soldadura fuerte. Cada tipo es adecuado para un estilo de pieza, geometría, material o volumen a soldar.
- (a) Antorcha o antorcha
Adecuado para piezas pequeñas, producidas en pequeñas cantidades.
- (b) Por inducción
Adecuado para piezas que requieren mayor control de temperatura
- (c) Horno continuo
Adecuado para piezas pequeñas, producidas en grandes cantidades.
- (d) Horno discontinuo
Adecuado para piezas grandes y complejas.
- (e) Horno de vacío
Adecuado para materiales reactivos o materiales que no se pueden oxidar.
Tipos de juntas
Estas son las configuraciones en las que se soldarán los materiales base. Existen los siguientes tipos de juntas soldadas:
- (a) Superior
- (b) Superpuestas
- (c) y (d) Variaciones superiores y superpuestas
- (e) En ángulo
Propiedades
Una junta soldada debe alcanzar ciertas propiedades para cumplir sus objetivos:
- Resistencia mecánica;
- Resistencia al corte;
- Resistencia a la fatiga;
- Dureza;
- Resistencia a la corrosión;
Los diseñadores consideran no solo la resistencia de la aleación a soldar, sino también el área de resistencia o la longitud mínima de superposición requerida para mantener las propiedades mecánicas.
Conceptos
Mojabilidad
La mojabilidad es la capacidad de una fase líquida de extenderse sobre un sustrato sólido.
En soldadura fuerte, la fase líquida está representada por el metal de aportación fundido y el sustrato sólido por el material base.
Una representación gráfica esquemática de este concepto se puede ver en la siguiente imagen. Tiene 3 casos distintos de humectabilidad:
En el primer caso anterior, el metal de aportación no muestra ninguna tendencia a extenderse sobre el material de base.
Permanece en forma de gota que no moja la superficie.
En este caso, no hay contacto físico entre la fase líquida y el sustrato, por lo que no habrá posibilidad de que se produzca una unión.
En el segundo caso, el metal de aportación es esparcir sobre el material de base, sin embargo, a un nivel limitado.
En este caso, se dice que la mojabilidad es moderada. Existe un contacto físico entre la fase líquida y el sustrato, lo que les permite unirse.
En el tercer caso, el metal de aportación se extiende por completo sobre el material base, formando casi un recubrimiento. Se dice entonces que la humectabilidad es excelente.
El contacto físico entre la fase líquida es el mayor posible, por lo que la unión entre ellas se obtiene fácilmente.
La humectabilidad de un metal de aportación sobre un material base dependerá de varios factores :
- (a) Metal de aportación depositado sobre la superficie preparada del material base (antes de soldadura fuerte);
- (b) Las condiciones actuales permiten que el consumible se extienda sobre el material base;
- (c) Las malas condiciones impiden el flujo del metal de aportación;
- (d) Las condiciones aquí eran tan malas que el consumible se escapó o retrocedió del material base.
Efecto capilar o capilar
Es un fenómeno físico que ocurre cuando una fase líquida humedece un sustrato y puede ser mejor entendido por observando la figura siguiente.
Si existe mojabilidad, la fase líquida tiende a elevarse por encima del nivel normal a través del efecto capilar.
La altura alcanzada es proporcional al tamaño del espacio.
Por otro lado, cuando no hay mojabilidad, el espacio ni siquiera se llena y la altura de la fase líquida permanece por debajo de su nivel normal.
Nota: El espacio se sólo debe llenarse cuando el metal de aportación fundido humedezca los materiales base. El relleno será más fácil con los huecos más pequeños.
soldadura fuerte, por lo tanto, no es más que el relleno de un hueco entre los materiales base con un metal de aportación fundido
Y esto el metal de aportación necesariamente tiene mojabilidad sobre los materiales de base.
A continuación se puede ver una representación esquemática de soldadura fuerte, donde se puede seguir la evolución del metal de aportación.
soldadura fuerte gap
It Se ha demostrado que llenar el espacio entre los materiales base depende de la capacidad del metal de aportación fundido para mojar el material base.
Además, el llenado ocurre más fácilmente en los espacios más pequeños.
Uno podría imaginar entonces que el espacio a utilizar debería ser lo más pequeño posible, ya que esto facilitaría su llenado.
Desafortunadamente, este concepto es incorrecto. La reducción excesiva del espacio dificulta el flujo.
El flujo no funciona bien en espacios muy pequeños.
Así como el espacio no debe ser demasiado pequeño, tampoco debe ser demasiado grande.
Un pequeño espacio dará un pequeño efecto capilar, lo que dificulta el llenado.
Se concluye, por tanto, que el gap a utilizar debe estar dentro de un cierto rango.
Un rango donde se sabe que el flujo y el efecto capilar es satisfactorio, por lo que asegurando un adecuado llenado del hueco.
Los huecos a utilizar están generalmente en el rango de 0,05 a 0,20 mm.
Depende del metal de aportación, tipo de fundente y tipo de junta utilizada.
En cualquier caso, se debe consultar al proveedor de consumibles para recomendar el espacio requerido.
Fundente (agentes de limpieza)
La limpieza es simplemente esencial para soldadura fuerte.
Necesitamos limpiar la superficie de los materiales base antes del soldadura fuerte. Deben estar libres de aceite o grasa.
Esto se debe a que el aceite o la grasa, cuando se calienta, produce residuos que quedan en la superficie de los materiales.
Estos residuos evitan que el metal de aportación moje los materiales base, haciendo soldadura fuerte inviable.
Suelen eliminarse mediante una operación de desengrase, realizada por disolventes industriales.
Funciones de fundente
- Eliminar la capa de óxidos superficiales de los materiales base, permitiendo así la aparición de humectabilidad;
- Evite que los materiales base se oxiden durante el calentamiento en soldadura fuerte. Esto es necesario ya que el calor tiende a acelerar las reacciones químicas, incluidas las reacciones de oxidación;
- Proteja el metal de aportación hasta que se derrita, permitiendo así que se produzca la humectabilidad;
- No ataque ni reaccione con el material base (Flux);
- Desoxida la superficie del material base antes del inicio de la fusión del metal de aportación (al menos 50 ° C por debajo de la temperatura de trabajo), manteniéndola desoxidada hasta el final del soldadura fuerte (Fundente);
- Proporcionar buena humectabilidad y fluidez en el material base, extendiéndose adecuadamente sobre las superficies a soldar (Flux);
- Se quita fácilmente después de soldadura fuerte (Flux).
El fundente puede ser sólido, líquido o gaseoso.
Metales de aportación
La selección adecuada del metal de aportación que se utilizará es a menudo la clave del éxito.
En general, estos materiales deben tener algunas características importantes para que soldadura fuerte ocurra correctamente, como:
- Proporcionar una buena humectabilidad en los materiales de base que se van a soldar;
- Temperatura de fusión adecuada (o rango de temperatura de fusión) en relación a los materiales base y fluidez que permita que el metal fundido penetre adecuadamente en las juntas por efecto capilar;
- Presenta las propiedades requeridas para el componente soldado. Por ejemplo: resistencia mecánica adecuada, conductividad eléctrica requerida, etc.
- No reaccione de forma exagerada con el material base, provocando erosión o formando fases frágiles;
- No muestra una alta tendencia a la liquidación (fusión parcial).
Es habitual clasificar los metales de aportación según los elementos químicos que los componen.
En general, decimos que existen diferentes familias de metales de aportación, caracterizándose cada familia por contener los mismos (o casi los mismos) elementos.
Estas familias de materiales de aportación difieren (entre sí) principalmente por temperaturas de fusión.
Esta característica es de fundamental importancia en soldadura fuerte. Bajar la temperatura de fusión significa que se requiere menos calentamiento, por lo que el soldadura fuerte será el más barato y más rápido.
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