Los pasos para una soldadura fuerte satisfactoria

Los pasos para una soldadura fuerte satisfactoria

¿Cuáles son los pasos que hay que seguir para garantizar una buena unión por soldadura fuerte?

Una unión soldada por brasado buena y sólida no se consigue por casualidad. Es el resultado de seguir unos procedimientos adecuados mucho antes de que tenga lugar el proceso de soldadura por brasado propiamente dicho. Los equipos de soldadura por brasado por inducción no pueden compensar un diseño o unos procesos deficientes.

Entonces, ¿cuáles son los pasos para conseguir una unión soldada fiable?

Buen diseño

La soldadura fuerte se basa en la acción capilar. La acción capilar es la capacidad que tiene una aleación de soldadura fuerte fundida para fluir hacia huecos estrechos sin la ayuda de fuerzas externas, como la gravedad, o incluso en contra de ellas.

Para que una aleación de soldadura fuerte fundida fluya hacia la interfaz de la unión (superficies de contacto), las piezas deben presentar un buen ajuste y unos holguras adecuadas. Una regla general es mantener una holgura de entre 0,001” y 0,005” cuando se utiliza fundente y se realiza la soldadura fuerte al aire libre. (Esto se basa en la soldadura fuerte de metales similares o materiales base con un coeficiente de expansión térmica similar).  Esto permite que actúe la acción capilar, lo que facilita el flujo de la aleación de soldadura fuerte. Si los huecos son mayores, la acción capilar se reduce y es posible que la aleación de soldadura fuerte no llene el hueco por completo. Una aleación de soldadura fuerte eutéctica o casi eutéctica fluirá rápidamente y los huecos entre las piezas suelen ser más pequeños. Un ejemplo de ello es la soldadura fuerte de cobre en conductos y rieles de combustible en una atmósfera controlada. Trabajar con un proveedor de aleaciones de soldadura fuerte de confianza puede ayudar a determinar las holguras recomendadas en función de la aleación de soldadura fuerte, la atmósfera de soldadura y los materiales que se van a unir.

¿Y qué ocurre con los metales diferentes? A medida que el metal se calienta, tiende a expandirse, y los materiales diferentes se expanden a ritmos distintos. El espacio recomendado de entre 0,001” y 0,005” es el que se debe mantener a la temperatura de soldadura fuerte, no a temperatura ambiente. Por ejemplo, el latón se expande más que el acero al calentarse, por lo que hay que tener en cuenta la expansión térmica al diseñar piezas de.

Limpieza

Los materiales que se vayan a unir mediante soldadura fuerte deben tener las superficies de contacto limpias. Es necesario que los materiales estén libres de grasa, aceites, suciedad y óxido superficial (incluido el óxido de hierro) para que la aleación de soldadura fuerte se adhiera a la superficie. El uso de soluciones desengrasantes disponibles en el mercado debería eliminar estos contaminantes de las piezas.  El fundente no elimina el aceite ni la grasa, y la aleación de soldadura fuerte no se adhiere a superficies aceitosas. Los óxidos superficiales pueden eliminarse bien químicamente, bienmecánicamente.

Flujo y atmósfera adecuados

Una vez limpias las piezas y antes de calentarlas, se aplica fundente sobre ellas. El fundente se utiliza para eliminar los óxidos residuales y proteger los metales base y los metales de aportación de la oxidación durante el calentamiento. A medida que los metales se calientan, tienen una mayor tendencia a reaccionar con el oxígeno del aire, y esto ocurre rápidamente a medida que las piezas se calientan más. El fundente es útil, pero la afirmación de que «cuanto más, mejor» no se aplica necesariamente a la soldadura fuerte.  Si se utiliza demasiado fundente, este puede quedar atrapado en la unión y, potencialmente, convertirse en una fuente de poros dentro de un conjunto soldado con soldadura fuerte.

En los casos en los que la soldadura fuerte se realiza en una atmósfera controlada, como nitrógeno o argón, la cantidad de fundente necesaria se reduce y, a menudo, se elimina por completo. Una atmósfera protectora protege la zona de soldadura de la oxidación. Sin embargo, en algunos casos, se aplica una ligera capa de fundente para reducir los óxidos superficiales.

No existe un fundente que sirva para todas las situaciones. La elección del fundente depende de los metales base que se vayan a soldar con bronce o con estaño, así como de la temperatura de soldadura prevista. Un fundente para soldadura con estaño no puede utilizarse para la soldadura con bronce, y viceversa.  El fundente más habitual, utilizado en numerosas aplicaciones de soldadura fuerte con plata para unir aleaciones ferrosas y no ferrosas, se conoce comúnmente como «fundente blanco» o «fundente de uso general» (FB3A) y es eficaz hasta una temperatura de 1600 °F. La publicación A5.31 de la AWS,«Especificación de fundentes para soldadura fuerte y soldadura por soldadura fuerte», ofrece más detalles sobre los tipos de fundentes, los rangos de funcionamiento adecuados y los metales base para los que son aptos. Para la soldadura fuerte de aceros inoxidables al cromo de alta temperatura, tungsteno y carburos de cromo a temperaturas de hasta 1800 °F, se suele utilizar un fundente FB3A.  Cuando se prevé que la temperatura de soldadura fuerte alcance los 2000 °F o cuando las piezas vayan a estar sometidas a una temperatura elevada superior a 1450 °F durante un tiempo prolongado, se suele utilizar un fundente FB3D. Consulte con un fabricante de fundentes para obtener el fundente adecuado en función de los materiales que se vayan a unir y de las temperaturas de soldadura fuerteprevistas.

Aleación adecuada para soldadura fuerte

La elección de una aleación de soldadura fuerte adecuada es fundamental para conseguir uniones fiables. No todos los elementos pueden soldarse con la misma aleación. Los fabricantes de aleaciones de soldadura fuerte producen aleaciones adaptadas a una amplia variedad de aplicaciones.  La composición química de una aleación adecuada para algunos metales base no tiene por qué ser adecuada para otros materiales. Por ejemplo, las aleaciones BCuP, diseñadas para la soldadura fuerte del cobre, no pueden utilizarse para unir componentes de acero, mientras que las aleaciones de soldadura fuerte de plata (BAg) con pequeñas adiciones de Ni y/o Mn resultan beneficiosas para la unión de carburos y la soldadura fuerte del acero inoxidable, ya que el níquel ayuda a prevenir la corrosión interfacial.  La especificación AWS A.5.8, publicada por la Sociedad Americana de Soldadura, enumera las diversas aleaciones de soldadura fuerte disponibles en el mercado y su composición química, junto con las temperaturas de liquidus y solidus de cada aleación.

Líquido frente a sólido y aleaciones eutécticas.

El punto de liquidus es la temperatura más baja a la que un metal se encuentra completamente líquido, mientras que el punto de solidus es la temperatura más alta a la que un metal se encuentra sólido y, por encima de esta temperatura, comienza a fundirse. Cuando la temperatura de liquidus es igual a la de solidus, una aleación de soldadura fuerte se considera una aleación eutéctica.  Entre las aleaciones eutécticas más utilizadas se encuentran el cobre puro o las aleaciones BCu, que se emplean como metal de aportación para soldadura fuerte en atmósfera protectora, o la aleación BAg-8, una aleación para soldadura fuerte compuesta por un 72 % de Ag y un 28 % de Cu.  ¿Por qué es importante saber esto? Una aleación eutéctica para soldadura fuerte fluye rápidamente y puede rellenar huecos estrechos. Las aleaciones con una amplia diferencia entre el punto de solidus y el de liquidus son más lentas y tienen la capacidad de rellenar huecos más amplios.

Una de las ventajas de la soldadura fuerte por inducción es la repetibilidad y la reducción de la variabilidad en el proceso de fabricación. Los equipos de inducción, combinados con la preforma de soldadura fuerte adecuada, pueden hacer que su departamento de soldadura fuerte sea aún más eficiente. Una preforma de soldadura fuerte controla el volumen de la aleación de soldadura, permite soldar varias uniones simultáneamente y facilita el uso de la automatización.  Una preforma de soldadura se fabrica a partir de alambre o tira de soldadura, a la que se le da diversas formas —anillos, arandelas, discos, cuñas—, por citar algunas, diseñadas por el fabricante de la aleación de soldadura para las piezas que se van asoldar.

Fijación adecuada

La función de unas buenas fijaciones es mantener las piezas alineadas durante el calentamiento y el enfriamiento, de modo que pueda producirse la acción capilar. Las mejores fijaciones son aquellas que tienen poca masa y son malos conductores del calor, para minimizar la cantidad de calor que se disipa de la zona de soldadura fuerte.

Se prefiere utilizar piezas que puedan fijarse por sí mismas —como, por ejemplo, las uniones tubulares— por su sencillez y versatilidad. Las piezas fijadas por sí mismas y alineadas con una preforma de soldadura fuerte pueden calentarse fácilmente con una bobina de calentamiento por inducción diseñada adecuadamente. Entre las formas de lograrlo se incluyen: dejar que la gravedad mantenga unidos los conjuntos de piezas, fijar las piezas con clavos, estamparlas y engarzarlas antes de la soldadura fuerte, por citar algunos métodos habituales.

Si no es posible utilizar un sistema de sujeción automático, será necesario incorporar un sistema de sujeción externo al ciclo de soldadura por inducción. El objetivo de la sujeción externa es mantener las piezas alineadas y en su sitio durante el ciclo de soldadura. Entre los aspectos clave que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar y fabricar sistemas de sujeción externos se incluyen:

  • Reducir al mínimo el contacto con las piezas que se van a soldar, ya que los puntos de contacto actuarán como disipadores de calor
  • La resistencia al calor y a los choques térmicos de los materiales del accesorio
  • Accesibilidad a las zonas que se calentarán para que la bobina de calentamiento por inducción pueda calentar adecuadamente las piezas
  • A la hora de diseñar los elementos de fijación, hay que tener en cuenta la expansión térmica, ya que los materiales se expanden al calentarse.
  • Es necesario tener en cuenta la simplicidad, la facilidad de uso y la ergonomía para minimizar la fatiga del usuario y aumentar su aceptación.

A menudo, la soldadura fuerte y blanda por inducción permiten reducir el número de soportes necesarios para las piezas; además, el calentamiento mínimo de los soportes aumenta su vida útil y mantiene la precisión en la alineación de los componentes que se van a unir.

Calentamiento de las piezas

Una vez que las piezas que se van a soldar con bronce se han fijado y alineado correctamente dentro de una bobina de inducción, están listas para ser soldadas.  El equipo de calentamiento por inducción transfiere energía a la pieza calentada mediante un campo electromagnético variable. Son las variaciones en la intensidad, la frecuencia y la duración del campo electromagnético las que controlan la velocidad de calentamiento y la temperatura de la pieza. La intensidad del campo electromagnético viene determinada por la geometría de la bobina de inducción (también conocida como inductor), la potencia y la tensión aplicadas al inductor, y la posición de la pieza con respecto al inductor.

Las bobinas de inducción las bobinas de inducción calentarán la zona de soldadura de forma uniforme. La aleación de soldadura fundida fluirá hacia las zonas de mayor temperatura, por lo que hay que tener cuidado de alinear correctamente el inductor con las piezas para calentarlas de manera uniforme. Radyne puede ayudar a diseñar y fabricar bobinas de calentamiento por inducción que proporcionen la cantidad adecuada de energía a las zonas correctas para producir piezas soldadas fiables y repetibles .

Limpieza tras la soldadura fuerte

Es necesario eliminar los residuos de fundente tras la soldadura fuerte, ya que la mayoría de las composiciones de fundente son corrosivas. Si no se eliminan los residuos de fundente, el conjunto soldado podría debilitarse o fallar debido a la corrosión. Los residuos de fundente suelen eliminarse mediante un enjuague con agua caliente. En la mayoría de los casos, el agua caliente y un ligero cepillado mecánico bastan para eliminar los residuos. Se debe tener cuidado de no cepillar con demasiada fuerza, para evitar que las partículas queden incrustadas en los metales base.

A menudo, los conjuntos soldados por brasado se sumergen en agua poco después de que la aleación de soldadura se solidifique. Este choque térmico desprende los residuos tras el brasado. Si las piezas se enfrían demasiado pronto tras el brasado, pueden producirse grietas y las uniones soldadas pueden adquirir un aspecto rugoso. No se debe realizar el enfriamiento rápido con materiales que presenten una gran diferencia en su coeficiente de expansión térmica (CTE).

En casos en los que resulte difícil eliminar los residuos y las manchas, puede ser necesario recurrir a una limpieza química. Las soluciones decapantes son un método habitual para eliminar los residuos tras la soldadura fuerte. Consulte con su proveedor de aleaciones para soldadura fuerte y fundentes sobre otros métodos para limpiar las piezas que presenten residuos de fundente tras la soldadura fuerte.

Conclusión

Una unión soldada por brasado excelente y bien realizada es el resultado de seguir unos procedimientos de soldadura por brasado adecuados y sólidos. Siguiendo estos pasos, junto con el equipo adecuado de soldadura por brasado por inducción, se puede lograr una soldadura por brasado repetible, fiable y de alta calidad. El calentamiento por inducción es una de las opciones más destacadas en entornos de fabricación que apuestan por la excelencia operativa y los métodos Lean y Six Sigma.

Como empresa líder en el sector del calentamiento por inducción, Radyne puede ayudarle a superar los retos y a aprovechar las ventajas de la soldadura fuerte por inducción. Para obtener más información sobre soluciones de calentamiento por inducción y procesos relacionados,póngase en contacto con nosotros.

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