- Tutorial nº 49 -

Fundamentos de la Soldadura
Fuerte y Blanda

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- Ventajas e inconvenientes

2- Descripción del proceso

2.1- Soldadura Fuerte

2.2- Soldadura Blanda

3- Componentes del sistema

3.1- Fuente de calor

3.2- Fundente

3.3- Material de aporte

4- Operativa del proceso

4.1- Preparaciones previas

4.2- Calentamiento del metal base

4.3- Aplicación del material de aporte

4.4- Limpieza final

5- Recomendaciones en la ejecución

5.1- Atmósfera controlada

5.2- Otras recomendaciones

 

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DESARROLLO DEL CONTENIDO

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1- Introducción

1.1- Generalidades

Por soldadura "Fuerte y Blanda" se entiende un conjunto de procedimientos de soldeo que se caracterizan porque las piezas del material base no se funden, y su unión se realiza gracias al empleo de un material de aportación que tiene su punto de fusión inferior al del metal base, y que una vez fundido rellena por capilaridad los huecos entre las partes del metal base que se desean unir.

En este procedimiento se comienza colocando las piezas del material base a unir muy próximas entre sí. Posteriormente por la aplicación de una fuente de calor se producirá la fusión del material de aporte, el cual mojará y rellenará por capilaridad los huecos por entre las superficies de contacto de las piezas del material base, procediendo a su unión una vez que se solidifica.

Con este procedimiento también se puede realizar la soldadura entre piezas de distinto material. En todo caso, el material de aporte o de relleno que se utilice, además de tener una temperaturas de fusión menor que la de los materiales base, tendrá también diferentes características físico-químicas, por lo que a este tipo de procedimiento se le conoce también como "soldadura heterogénea".

La distinción entre soldadura "fuerte" y "blanda" está motivada por la temperatura de fusión del material de aporte. De esta forma, si la temperatura de fusión del material de aporte es inferior a 450 ºC se denomina soldadura blanda, mientras que si se emplea un material de aporte cuya temperatura de fusión se sitúe por encima de los 450 ºC, entonces el procedimiento se denominará soldadura fuerte.

Por ejemplo, la soldadura de hilos de cobre empleando como material de aporte estaño se denomina soldadura blanda, mientras que si se pretende soldar piezas de acero empleando como material de aporte latón, entonces se tendrá una soldadura fuerte.

El procedimiento por soldadura fuerte y blanda también es muy empleado para unir metales que por sí tengan poca soldabilidad. Por un lado, la soldadura blanda es de gran utilidad para la unión de piezas pequeñas donde sería muy difícil un procedimiento de soldadura por fusión, por ejemplo, para soldar componentes electrónicos. También la soldadura blanda se usa para el soldeo de piezas ornamentales y para realizar las uniones de conducciones de agua y de gas a baja presión, o entre piezas de intercambiadores de calor (aplicaciones para placas solares, etc.).

Por otro lado, la soldadura fuerte tiene gran aplicación en la industria, al caracterizarse por proporcionar una gran resistencia y a la vez, mucha ductilidad a la unión. También se caracteriza por proporcionar gran uniformidad en la unión, lo que se traduce en un buen acabado estético y estanqueidad para aplicaciones donde se contengan líquidos. Su uso es compatible con la práctica mayoría de los metales y aleaciones en el sector de la metalurgia.

 

1.2- Ventajas e inconvenientes

El procedimiento de soldadura fuerte y blanda se caracteriza, como ya se ha dicho, por la ausencia de fusión del metal base, siendo el material de aporte el que funde al aplicarle una fuente de calor, fluyendo entre las superficies de las partes del material base a unir.

 

Figura 2. Procedimiento de soldadura fuerte/blanda

Entre las múltiples ventajas que puede ofrecer este procedimiento de soldeo caben destacar las siguientes:

-  Es un procedimiento relativamente barato y sencillo que permite ejecutar uniones complejas y de múltiples componentes.

-  No generan concentraciones de tensiones residuales de origen térmica, como ocurre con otros procedimientos de soldeo que concentran más el foco de temperatura (por ejemplo, la soldadura de fusión por arco eléctrico). La soldadura fuerte y blanda distribuye mejor las tensiones como consecuencia de una mejor transferencia del calor generado, por lo que no se producen deformaciones de origen térmico en las piezas del metal base.

-  Como consecuencia de lo anterior, y dado que no se produce la fusión del metal base, se evitan también que se produzcan cambios metalúrgicos entre las piezas soldadas, conservando mejor sus propiedades mecánicas.

-  Es un procedimiento de soldadura que permite la unión sin dañar los recubrimientos metálicos que dispongan las piezas a unir.

-  Permite realizar la unión entre materiales distintos, por ejemplo, entre piezas de fundición con otro tipo de metales, e incluso de piezas metálicas con no metálicas.

-  Es un procedimiento empleado para el soldeo de metales disímeles, es decir, entre metales que son diferentes en la naturaleza de sus componentes principales, tales como cobre y aluminio, o bien entre metales que son disímiles en la naturaleza de sus elementos de aleación, ejemplo: cobre y latón, níquel e inconel, etc.

 

No obstante, no todos son ventajas en este procedimiento, habiendo otros factores que si no son controlados de manera adecuada influyen negativamente en las prestaciones que puede ofrecer la unión.

En efecto, en este tipo de procedimiento, las preparación de bordes de las partes previo al inicio de la soldadura es de vital importancia para que la penetración, que en la mayoría de las ocasiones se produce por capilaridad del metal de aporte, sea efectivo. Una inadecuada preparación previa (falta de limpieza de las superficies o mala preparación de bordes) puede anular la eficacia de la soldadura.

Otro factor es la distancia que se deje entre las piezas a unir. Así, si la distancia que queda entre las superficies, y por la que penetra el material de aporte, no es la adecuada, termina influyendo de manera negativa en la resistencia que puede ofrecer estas uniones ante esfuerzos cortantes o de cizalla.

También las propiedades que pueda ofrecer la unión ejecutada por este tipo de procedimiento variará dependiendo si el material de aporte empleado es de una composición que se alea o no con las del metal base.

Y por último, es un procedimiento que puede resultar mucho más costoso cuando se aplica en soldar piezas de gran tamaño, o de diseño cuyo proceso de preparación pueda resultar más complicado y por lo tanto, también más caro.

2- Descripción del proceso

2.1- Soldadura Fuerte

Para que el proceso pueda ser considerado como "soldadura fuerte" (en inglés "brazing") el material de aporte debe fundir a una temperatura superior a 450 ºC.

El proceso por soldadura fuerte es un método de soldeo versátil, que proporciona además una gran resistencia a la unión. De hecho, si se usa el material de aporte adecuado, proporciona una unión con características resistentes incluso superior a la del metal base.

En general, cuando factores como resistencia y durabilidad, conservar las propiedades metalúrgicas del metal base, geometría de la unión y nivel de producción son condicionantes importantes, el proceso por soldadura fuerte es muy recomendable.

Como orientación, en la siguiente tabla se expone una comparativa entre distintos métodos de unión, cada uno con sus ventajas y limitaciones:

 

En general, cuando resistencia y durabilidad son los factores determinantes, los procesos de soldadura fuerte y soldadura por fusión son los recomendados. Y cuando, o bien la resistencia en la unión no sea un factor decisivo, o que la unión pueda ser desmontada en un futuro, entonces una unión mecánica, por adhesivo o incluso por soldadura blanda, puede ser la mejor solución.

Los procesos de soldadura por fusión, aunque producen uniones muy resistentes, aplican la fuente de calor muy localizada y concentrada (por ejemplo, en el punto donde se establece el arco en los procesos de soldadura por arco eléctrico) que generan gradientes térmicos muy elevados que pueden distorsionar las piezas ensambladas y crear tensiones térmicas residuales que terminan agotando por fatiga al metal base. Sin embargo, el proceso por soldadura fuerte, al emplear temperaturas menores y no producir la fusión del metal base, no distorsiona la geometría de las piezas y no crean tampoco tensiones térmicas residuales que sean peligrosas.

Y aunque ambos procesos, la soldadura por fusión y la soldadura fuerte, funcionan bien para soldar piezas con similares puntos de fusión, la soldadura fuerte es especialmente recomendable para unir piezas disímiles, con distintas características mecánicas y distintos puntos de fusión, dado que en todo caso, el metal base en la soldadura fuerte no llegan a fundir.

La soldadura fuerte es especialmente recomendable para soldaduras de geometría lineal, dado que el metal de aporte al fundir fluye de manera natural por entre la línea de unión.

No obstante, aunque la temperatura en un proceso por soldadura fuerte es inferior a la de fusión del material base, también es como mínimo, por definición, superior a los 450 ºC, y habitualmente se sitúa entre los 650 y 1100 ºC. Este hecho supone que si se desea unir piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de endurecimiento por temple y revenido, un proceso por soldadura fuerte puede incidir de forma significativa en dicho estado, al menos en las zonas afectadas térmicamente si se realiza mediante soplete o calentamiento por inducción. Sin embargo, en el caso más habitual que la pieza se haya sometido a un estado de recocido, el proceso de soldadura fuerte no afectará al material base.

Existen multitud de variantes a la hora de ejecutar un proceso de brazing o soldadura fuerte, entre las que destacan por su gran uso las siguientes:

- Soldadura fuerte con uso de gas combustible:

En este caso se utiliza un soplete para generar el foco de calor. Es preferible que el soplete forme una llama neutra o reductora que reduzca la posibilidad de producir reacciones de oxidación en el metal base.

Aunque la operativa del proceso se explicará con más detalles en capítulos posteriores, el procedimiento comienza aplicando el fundente o flux sobre las superficies de las piezas a unir. Posteriormente se enciende la llama del soplete que se dirigirá cerca de la zona de unión para calentar las superficies de las piezas a unir. Una vez alcanzada la temperatura correcta (lo indicará el fundente aplicado) se rellenará la zona de unión con el material de aporte fundido que caerá por gravedad por la acción del calor de la llama.

Este procedimiento se puede aplicar para unir piezas de acero al carbono, acero inoxidable, piezas hechas de aleaciones de níquel, piezas de fundición, titanio, monel, iconel, aceros para herramientas, aluminio, latón, o piezas de cobre.

Destaca por su uso, la soldadura fuerte empleando aleaciones de plata como material de aporte. En este caso, el material de aporte funde entre 570 ºC y 730 ºC, según el grado de pureza en plata de la aleación. Sirve para unir la mayoría de metales ferrosos y no ferrosos, y de metales disímiles. Especialmente recomendado para la soldadura de metales preciosos y metales duros.

También sirve para soldar la mayoría de los aceros y el tungsteno. Tiene gran aplicación para unir tuberías de cobre, bronce o de acero inoxidables, incluso si están sometidas a tensiones o vibraciones, como las tuberías de aire acondicionado, de refrigeración. También para soldar radiadores o motores eléctricos, e instalaciones industriales y medicinales.

Otro tipo de variante de la soldadura fuerte con soplete es aquel que emplea como gas combustible Oxi-Hidrógeno (OHW). En este caso, el soldador de gas OHW emplea energía eléctrica y agua en un sistema generador que separa el oxígeno y el hidrógeno que están presentes en el agua, para posteriormente conducirlos hasta el soplete como una mezcla de gas combustible que puede alcanzar temperaturas de hasta 1500 ºC.

 

- Soladura fuerte por inducción:

En este caso la fuente de calor la crea una bobina de inducción adaptada a la configuración que forman las piezas que se pretenden unir.

 

Figura 5. Ejemplos de configuraciones para la bobina de inducción

De este modo, al hacer pasar una corriente alterna de gran frecuencia por la bobina, se genera a su vez una corriente eléctrica que pasa a través de las piezas a unir, encontrando una gran resistencia justamente en la zona de contacto. Aquí se va a generar gran cantidad de calor que va a ser proporcional a la conductividad del material, de la corriente inducida y la frecuencia aplicada a la bobina.

Por último, a continuación se expone una tabla resumen con los materiales de aporte empleados y su temperatura de fusión, para cada una de las aplicaciones principales.

 

2.2- Soldadura Blanda

Para que el proceso pueda ser considerado como "soldadura blanda" (en inglés "soldering") el material de aporte debe fundir a una temperatura inferior a 450 ºC, además de estar por debajo también del punto de fusión del metal base.

La soldadura blanda emplea menor aporte de energía que la fuerte, siendo similares los métodos de calentamiento de las piezas, aunque en la soldadura blanda también puede llevarse a cabo mediante un soldador eléctrico, también llamado soldador de estaño.

El material de aportación utilizado en la soldadura blanda varía en función del material de las piezas a unir, siendo las aleaciones que más se utilizan las de estaño-plomo, estaño-plata y estaño-zinc.

En la actualidad, la única norma en vigor existente para los materiales de soldadura blanda es la UNE-EN ISO 9453. Esta norma contempla todas las aleaciones normalizadas con un punto de fusión inferior a 450 ºC.

Es un procedimiento muy popularmente utilizado para unir componentes electrónicos, y en general, debe emplearse sólo para aquellas uniones que no vayan a estar sometidas a esfuerzos y temperaturas elevadas. En este sentido, la soldadura blanda se emplea frecuentemente en instalaciones de agua potable (fría y caliente), instalaciones de calefacción, solar térmica y de gas a baja presión. En todo caso, en todas las instalaciones donde se emplee la soldadura blanda no deberá superarse los 120 ºC de temperatura de servicio.

Según la norma UNE-EN ISO 9453, sólo son aptas para su utilización en instalaciones de agua potable, calefacción, solar térmica y de gas a baja presión las aleaciones que tengan un punto de fusión superior a 220 ºC y que estén exenta de contenido en plomo.

En este sentido las únicas aleaciones que cumplen estas características son las siguientes:

Nº 402: Sn97Cu3

Nº 702: Sn96Ag4

Nº 703: Sn97Ag3

Nº 704: Sn95Ag5

 

Figura 6. Rodetes de hilo para material de aporte en soldadura blanda

Todas las demás aleaciones no cumplirán la norma y no serán idóneas para este tipo de instalaciones.

Existen multitud de variantes, entre las que destacan por su gran uso las siguientes:

- Soldadura blanda con soplete:

En este caso, la aportación de calor se realiza mediante la llama generada por un soplete de gas.

Como gas combustible se puede emplear acetileno, propano o gas natural, y como gas comburente, aire u oxígeno puro, consiguiéndose en este último caso mayor temperatura en la llama.

A la hora de ejecutar una soldadura blanda, antes de proceder al calentamiento habrá que realizar un decapado previo para la limpieza de las superficies a unir.

Posteriormente hay que aplicar una sustancia previa, el fundente o flux, sobre las superficies por donde se realizará la unión, con objeto de facilitar el mojado por parte del metal de aporte.

Una vez encendida la llama, y cuando se alcance la temperatura adecuada en el metal base (el fundente se habrá fundido completamente), se depositará el material de aporte fundido entre las partes a unir, el cual fluirá por capilaridad y se irá introduciendo por los huecos, rellenando el espacio que queda entre las piezas.

Cuando se perciba que el metal de aportación esté fluyendo por capilaridad por entre la zona de unión, entonces será el momento de retirar la llama. Una vez se haya solidificado el material de aporte, la soldadura entre las piezas quedará hecha.

El soplete generalmente dispone de un sistema de regulación de los gases de salida (combustible y comburente) de manera que se pueda ajustar la llama. En general, se preferirá una llama tipo reductora que aminore las posibilidades de oxidación del metal base durante el proceso.

 

- Soldadura blanda por inducción:

Igualmente que para la soldadura fuerte, la soldadura blanda por inducción presenta múltiples ventajas, respecto a otros métodos, como son:

• Mayor eficiencia en el proceso al focalizar la producción de calor a la zona de unión;

• Como consecuencia de lo anterior, permite una generación de calor más rápido, por lo que el metal base alcanza la temperatura adecuada antes;

• Permite un ahorro de energía en la producción de calor, al ser éste localizado en la zona de unión;

• Asimismo la oxidación que se genera en el metal base por este método es menor;

• El aspecto final de la soldadura es de más calidad, con las juntas más limpias y precisas;

• Es un procedimiento que permite la conservación de los recubrimientos en las piezas del metal base y tampoco genera en ellos cambios metalúrgicos ni deformaciones no deseadas.

Existen otras variedades en la ejecución de la soldadura blanda, como la soldadura blanda en horno, por resistencia, por inmersión, por infrarrojos, por ultrasonidos, con soldador de cobre, y otros.

A continuación, se expone una tabla resumen con los materiales de aporte empleados y su temperatura de fusión, para cada una de las aplicaciones principales.

 

3- Componentes del sistema

3.1- Fuente de calor

Para elevar la temperatura de metal base, además de para conseguir la fusión tanto del fundente que se aplique como del metal de aporte empleado para la unión, es necesario disponer de una fuente de calor.

Existen diversas formas de conseguir este foco de calor: mediante hornos, bobinas de inducción..., aunque entre los más comunes y fáciles de usar, están los llamados soldadores de estaño o eléctricos, y los sopletes de gas.

Un soldador de estaño es un dispositivo que, mediante el efecto Joule, convierte la energía eléctrica en calor. Por lo tanto es un soldador eléctrico, y los hay de varios tipos:

• Soldador de resistencia, donde su extremo, generalmente de cobre, dispone de una resistencia eléctrica que le permite mantenerse a una temperatura constante. En función del uso a que se destine, el extremo del soldador podrá tener forma de un martillo, de varilla o de punta. Generalmente, los soldadores de punta fina se utilizarán para trabajos de soldadura entre componentes de electricidad y electrónica, mientras que los de punta gruesa se utilizarán en otros trabajos de soldadura que implique superficies más grandes.

• Soldador instantáneo de tipo pistola, cuyo extremo permite alcanzar la temperatura necesaria rápidamente.

Además de los soldadores eléctricos, la fusión del fundente y del metal de aportación se puede conseguir mediante la llama que genera un soplete.

En este caso, se puede utilizar como gas combustible el acetileno, propano, gas natural o gas ciudad, y como comburente, aire u oxígeno puro que puede ser suministrado en botellas a presión. Evidentemente, la llama producida con oxígeno puro será de mayor temperatura que si se empleara sólo aire. Y de entre todas, la llama producida por la combustión del acetileno con el oxígeno es la que producirá la temperatura más alta.

 

Figura 9. Equipo con soplete de gas

 

3.2- Fundente

Para facilitar que el material de aportación fundido penetre bien por capilaridad entre las superficies de las partes a soldar se utiliza una sustancia llamada fundente o flux, que es una mezcla de unos componentes químicos (boratos, fluoruros, bórax...) y agentes mojantes.

El flux tendrá pues la misión de facilitar que el material de aporte fluya mejor por entre las áreas donde se va a realizar la unión, mojando las superficies y haciendo que la soldadura que finalmente resulte sea más resistente.

El fundente se aplica después de haber realizado la limpieza de las piezas a soldar, mediante brocha (o espolvoreando en el caso que el fundente se presente en forma de polvo) sobre las superficies a unir. También se puede aplicar disolviéndolo en agua o alcohol para mejorar su adherencia al metal base.

El fundente, además de favorecer el "mojado" del material base, consigue aislar la zona afectada por la soldadura del contacto directo del aire, lo que reduce la posibilidad de que se produzcan reacciones de oxidación con el oxígeno de la atmósfera, además que ayuda a disolver y eliminar los posibles óxidos que puedan llegar a formarse.

En efecto, cuando el proceso de soldadura tiene lugar al aire libre es necesario aplicar sobre las superficies del metal base una capa de material que ayude a su protección del contacto directo con el aire de la atmósfera.

Ello es así, porque al calentarse el metal base y estar en contacto directo con el aire, el oxígeno presente en la atmósfera tiende a reaccionar con el metal base para la formación de óxidos sobre la superficie.

Sin embargo, al aplicar el fundente, cuando se proporciona el calor para calentar las superficies del metal base, el flux o fundente se disolverá, para así poder absorber mejor los posibles óxidos que se formen durante la soldadura. Existe una variedad de material fundente en función de la temperatura que se vaya a alcanzar, de los materiales a unir y de las condiciones ambientales bajo las cuales se vaya a ejecutar la soldadura.

En todo caso, sea cual sea el fundente elegido, éste deberá fundir y volverse completamente líquido antes que el metal de aporte funda y se vierta sobre la unión. La mayoría de los fundentes se suministran en forma de pasta, por lo que para su aplicación deberá emplearse brocha para extenderlo por las superficies de unión, justo antes de aplicar la fuente de calor.

Otra características importante de los fundentes, además de la de protección y mejorar la fluidez del metal de aportación, es que, una vez aplicado sobre la pieza base, indica cuándo este material ha alcanzado la temperatura adecuada para llevara a cabo la soldadura.

Esto es así porque en muchos casos cuando el fundente alcanza su temperatura adecuada, éste se funde y se vuelve transparente, indicando entonces que ha llegado el momento de aplicar el material de aportación.

 

3.3- Material de aporte

El material de aporte que se utilice para la ejecución de la soldadura debe poseer una excelente capacidad de mojado de la superficie del metal base. La temperatura de fusión del material de aporte, según se ha dicho, deberá ser inferior al del metal base donde se vaya a aplicar.

Pero además de la apropiada temperatura de fusión en relación al metal base, el material de aporte que se utilice debe ofrecer una buena fluidez cuando esté fundido para permitir su correcta distribución por capilaridad por entre los huecos de las superficies a unir.

 

Figura 12. Diferentes formas de comercializar el material de aporte

Una vez aplicado y solidificado, el material de aportación deberá cumplir con los requisitos de resistencia mecánica y de resistencia a la corrosión para las condiciones normales de servicio para las que haya sido diseñada la soldadura. Para ello, el material de aportación deberá ser compatible con el metal base, y en su contacto no deberá formar ningún compuesto que disminuya la resistencia de la unión.

La forma de comercializar el material de aporte es en forma de hilo enrollado en un carrete, aunque también puede comercializarse en forma de alambre o varillas o en forma de pastas metálicas. En este último caso, cuando se utilizan pastas para soldadura fuerte y blanda, éstas, además del metal de aporte, ya incorporan el fundente y un aglomerante que sirve para conservar la aglutinación de los componentes en suspensión. Las pastas, al tener una aplicación rápida y sencilla, posibilita un control más riguroso en el uso del material, y como además la pasta no tiene forma, se puede adaptar mejor a una gran variedad de configuraciones y geometrías diferentes de unión.

A continuación, se relaciona la composición de los materiales de aporte más usualmente empleados:

• Estaño-plomo: posiblemente es el metal de aportación más común y empleado para casos generales que no exijan requerimientos específicos.

• Estaño-antimonio-plomo: sobre el tipo anterior se le añade antimonio para mejorar las propiedades mecánicas del material de aportación. No obstante, para soldar piezas de cinc o de acero galvanizado no se debe emplear un material de aporte que contenga antimonio, ya que este compuesto participa en la formación de una combinación que es difícilmente fusible.

• Estaño-plata: cuando se requiera soldar instrumentos de trabajo delicados.

• Estaño-cinc: este metal de aporte se emplea para soldar piezas de aluminio.

• Estaño-bismuto: metal de aportación empleado para soldar componentes electrónicos.

• Plomo-plata: el uso de la plata mejora la capacidad de mojado del plomo cuando se use para soldar elementos de acero, fundición o cobre.

• Cadmio-plata: se emplea cuando se quiera soldar piezas de cobre y también, aunque menos, piezas de aluminio(*) entre sí, ofreciendo buena resistencia a elevadas temperaturas.

• Cadmio-cinc: se emplea para soldar piezas de aluminio(*).

• Cinc-aluminio: se emplea para la soldadura de aluminio ofreciendo una gran resistencia a la corrosión.

(*) En general, no se recomienda el procedimiento de soldadura blanda para soldar el aluminio, dado que existen métodos específicos de soldadura para este metal.

4- Operativa del proceso

4.1- Preparaciones previas

La base fundamental en una soldadura fuerte o blanda está en asegurar una buena fluidez del metal de aportación para que éste, por capilaridad, pueda rellenar el espacio existente entre las superficies en contacto de las piezas. Para que esto ocurra es necesario realizar una buena preparación previa de las piezas a soldar.

A continuación se relacionan los pasos a seguir con objeto de poder realizar una correcta soldadura:

1- Determinación de la separación entre piezas:

Para que el material de aporte pueda fluir correctamente por entre las superficies por donde tendrá lugar la unión, es necesario determinar la correcta separación entre las partes. Normalmente para conseguir uniones lo más resistentes posibles se recomienda que la separación entre piezas se encuentre en el intervalo entre 0,25 y 1,20 mm. Separaciones mayores darán lugar a uniones menos resistentes.

Hay que recordar que los materiales se expanden durante el proceso de soldadura al aplicarles calor, y se contraen posteriormente cuando se enfrían. Esta cuestión es especialmente importante cuando se trata de soldar metales disímiles, con diferentes coeficientes de dilatación, cuestión que habrá que tener en cuenta a la hora de posicionar y realizar su sujeción, con objeto de permitir su expansión ó contracción diferencial de cada una de las partes.

2- Posicionamiento de las piezas:

Asegurar una adecuada sujeción que garantice la correcta alineación y posicionamiento de las partes a soldar es muy importante. Cuando se necesite de elementos auxiliares para el soporte de las piezas a soldar, éstos se deberán elegir de materiales que no sean buenos conductores del calor, como lo son los materiales cerámicos, inconel o de acero inoxidable. Con ello se conseguirá minimizar las pérdidas y mejorar la eficiencia del proceso. Se deberá comprobar además, que el sistema de sujeción o soporte que se emplee sea compatible con los procesos de dilatación por efecto de la generación de calor durante la soldadura, con objeto de no alterar la correcta alineación de las partes.

Otro aspecto importante antes de comenzar la soldadura es elegir una configuración adecuada para la unión de las piezas. Aunque hay muchas posibilidades de realizar el ensamblaje entre las piezas, todas son una variedad de dos fundamentales: a tope y por solape.

 

Figura 13. Diferentes formas de posicionamiento entre piezas

En la unión a tope, donde ambas piezas se posicionan enfretadas borde con borde, la resistencia de la unión dependerá en gran medida de la magnitud de la longitud de contacto. Esta solución es la más simple, y en ocasiones, la más ventajosa al presentar una zona de unión consistente y de espesor constante e igual al de las piezas a unir.

Sin embargo, para aplicaciones donde se requiera una mayor resistencia en la unión, la unión por solape es la recomendable, debido a que se genera mayor superficie de contacto al estar solapado una pieza sobre la otra. En este caso ocurre que en la zona de unión el espesor es doble, al estar una pieza sobre la otra. No obstante, este hecho no es un problema en ciertos trabajos de soldadura, como en fontanería o plomería y aplicaciones similares.

3- Elección de la aleación correcta para el metal de aporte:

Aleaciones de plata, cobre y aluminio son las más comúnmente empleadas como material de aporte para soldar metales en la soldadura fuerte y blanda. Aleaciones de plata son usadas frecuentemente porque tienen un punto de fusión relativamente bajo, mientras que las aleaciones de cobre, que aunque su punto de fusión es más elevado, son también muy empleadas al ser generalmente más baratas.

Asimismo, y dependiendo del tipo de aplicación, los materiales de aporte suelen presentarse en forma de hilos que se suministran enrollados en rodetes, en forma de varillas o alambres, o como pasta.

4- Eliminación de la grasa y limpieza de las superficies:

La presencia de grasa o suciedad en las superficies de la unión impedirá un correcto fluido del material de aporte. Por ello, antes de comenzar el proceso de ejecución de la soldadura, habrá que eliminar la presencia de cualquier resto de grasa o aceite mediante el empleo de disolventes, así como reducir en lo posible la presencia de cascarillas y óxidos sobre la superficie donde se llevará a cabo la soldadura, mediante su decapado a base de cepillado o tratamiento químico.

En última instancia, y para asegurar el mejor estado de las superficies, se recomienda una última limpieza a fondo empleando el propio fundente como agente limpiador. Los más utilizados son el cloruro de cinc, la sal de amoniaco y las resinas. Un indicativo de buena limpieza en la superficie es cuando al aplicar el material de aportación, éste fluye con normalidad, de lo contrario se formarán gotas impidiendo que el material de aporte moje completamente las superficies a unir del metal base.

5- Aplicación del fundente sobre las superficies:

Por último, para facilitar que el material de aporte pueda fluir mejor, además de servir de agente protector evitando que se produzcan óxidos que perjudiquen a la soldadura, se aplicará el material fundente o flux sobre las superficies entre las cuales se producirá la unión.

El fundente se aplicará, como se ha visto, después de haber realizado la limpieza de las piezas a soldar, y se llevará a cabo mediante brocha (o espolvoreando en el caso que el fundente se presente en forma de polvo) sobre las superficies a unir. También se puede aplicar disolviéndolo en agua o alcohol para mejorar su adherencia al metal base.

 

4.2- Calentamiento del metal base

Una vez posicionadas las piezas, y aplicado el material fundente sobre las superficies por donde se ejecutará la unión, se pasa a elevar la temperatura de la superficie de las piezas del metal base mediante la activación de la fuente de calor que se vaya a emplear (horno, bobina eléctrica de inducción, soldador eléctrico o de estaño, soplete de gas u otros).

Si se emplea un soldador eléctrico, deberá verificarse que el extremo de éste se encuentre limpio y libre de restos de ningún material adherido a la punta de la herramienta provenientes de otras operaciones previas realizadas. Una vez comprobado su limpieza, se conectará a la red eléctrica para iniciar su calentamiento y una vez alcanzado su temperatura, se orientará para calentar las superficies de unión del metal base.

En caso de utilizar un soplete como fuente de calor, se comenzará primero dando salida al gas combustible, para posteriormente mediante una chispa tratar de encender el soplete. Luego actuando sobre el regulador del oxígeno situado en el mango del soplete, se regulará la llama hasta conseguir la óptima (aproximadamente se produce para volúmenes iguales de oxígeno y acetileno).

 

Figura 14. Soplete de gas

 

4.3- Aplicación del material de aporte

Una vez completado los pasos anteriores, esto es, aplicado el fundente sobre el metal base y posicionadas las piezas, se activará, como se ha dicho, la fuente de calor para calentar las superficies del metal base hasta que alcance temperatura.

Generalmente, el uso del fundente adecuado a la naturaleza del metal base ayudará a saber cuándo se ha alcanzado la temperatura óptima. Ello es así porque el material fundente deberá fundirse al alcanzarse la temperatura adecuada y, en la mayoría de las ocasiones, se volverá transparente, indicando de manera inequívoca que ha llegado el momento de aplicar el material de aportación.

Por tanto, una vez que se ha alcanzado la temperatura correcta, que como se ha visto ocurre una vez se haya fundido el fundente (en algunos casos, se vuelve transparente), se acerca el material de aporte (suministrado en forma de hilo o barrita) al foco de calor, el cual, al fundirse caerá sobre la zona de unión del metal base.

Para conseguir una unión lo más resistente posible se recomienda que las partes que están siendo unidas se encuentren siempre a la misma temperatura mientras dura el proceso de calentamiento. En la mayoría de las ocasiones, el material de aporte se aplicará en la unión una vez alcanzada la temperatura adecuada.

Por otro lado, el material de aporte tiene tendencia a fluir hacia áreas de la unión que se encuentren a más temperatura, por lo que se recomienda seguir aplicando calor en el lado de la unión opuesta de donde se está depositando el metal de aporte. De esta manera, el calor suministrado ayudará a que el metal de aporte fundido fluya mejor por entre las superficies que generan la unión.

Una vez vertido el suficiente material de aporte, se retira el hilo o la barrita del material de aportación y también el soldador para ir suprimiendo el foco de calor, con objeto de dar tiempo de solidificarse al metal aportado, quedando así las partes finalmente soldadas.

 

4.4- Limpieza final

Si el proceso se ha realizado bajo una atmósfera protectora, generalmente no es necesaria realizar una limpieza final de la unión. Sin embargo, cuando la soldadura se haya realizado al aire libre sí se hace necesario realizar una limpieza final de la zona de unión para evitar que se produzcan fenómenos de corrosión.

Los restos de fundente que queden tras la soldadura son químicamente corrosivos y deben ser eliminados. Por ello, tras solidificar el metal de aporte se recomienda rociar la zona de la unión con agua caliente.

En otros caso suele ocurrir que el fundente queda sobresaturado con restos de óxidos (se vuelve de un color verdoso o negro) que dificulta su retirada. Si esto ocurriese la mejor manera de eliminar los restos de residuos es sumergir la pieza soldada en una solución ácida que actúe como decapante.

5- Recomendaciones en la ejecución

5.1- Atmósfera controlada

Los procesos de soldadura al aire libre tienen las ventajas de la economía y simplicidad. No obstante las altas temperaturas que se alcanzan en el proceso inducen a que se produzcan en el metal base, si éste está en contacto directo con la atmósfera exterior, reacciones y cambios químicos, como la formación de óxidos.

El uso de flux o fundentes sirve para reducir estos riesgos, además de para mejorar la fluidez del metal de aportación, pero como contrapartida pueden afectar negativamente en la resistencia que pueda ofrecer la unión ejecutada.

Si se pretende unas soldaduras de alta calidad, se recomienda siempre ejecutar las uniones bajo atmósferas controladas. De esta manera se evita que se produzcan reacciones químicas durante el soldeo que contaminen la unión. Esto es así porque sin la presencia de oxígeno alrededor de la zona de soldadura, no existe peligro potencial de producirse reacciones de oxidación y el acabado final de la superficie de soldadura será de aspecto limpio y de calidad.

Los tipos de atmósferas controladas que se utilizan habitualmente son las de nitrógeno, argón o hidrógeno. El argón es un gas más inerte que el nitrógeno por lo que puede proporcionar más control, aunque es generalmente más caro.

La temperatura que pueda alcanzarse durante el proceso de soldeo es un factor también a tener en cuenta en la elección de la atmósfera protectora. En efecto, aunque el nitrógeno suele ser la solución más económica, no obstante este gas puede reaccionar con ciertos aceros cuando se alcanza una determinada temperatura. El hidrógeno, un gas desoxidante y de gran conductividad térmica, suele emplearse como atmósfera protectora para soldar piezas en acero inoxidable.

Es evidente en cualquier caso, que cuando se empleen atmósferas de gases para la protección de la soldadura, los operarios que trabajen en estos ambientes deberán llevar los correspondientes equipos de protección y seguridad necesarios.

En otros casos, la realización del proceso de soldadura al vacío es la mejor solución, que evita también la contaminación de la unión o la formación de óxidos. Es el método más conveniente cuando se realice el proceso de soldeo de componentes de la industria aerospacial, utensilios y material médico o cualquier otro componente que requiere de una absoluta calidad.

En este caso, las piezas son calentadas en un amiente totalmente cerrado y donde previamente se ha hecho el vacío, hasta una presión que se sitúe por debajo de los 10^-6 Torr. Este procedimiento también es habitualmente empleado para la soldadura fuerte en aceros, o de aleaciones de níquel con acero.

En la siguiente tabla se indica una lista de combinaciones posibles mediante un proceso de soldadura fuerte y el tipo de atmósfera protectora más recomendable:

 

5.2- Otras recomendaciones

Para no repetir nociones que ya han sido expuestas en otros tutoriales, se invita al lector a consultar el Tutorial nº 58 "Recomendaciones para la ejecución de uniones soldadas", donde se proporcionan más recomendaciones que son útiles para una mejor ejecución y diseño de las uniones soldadas.

>>  Tutorial nº 58: Recomendaciones para la ejecución de uniones soldadas

 

 

>> FIN DEL TUTORIAL

 

 

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Información y consulta:

Hermenegildo Rodríguez Galbarro

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