Soldadura fuerte y blanda: principios, aplicaciones y técnicas en Fabricación Mecánica

FABRICACIÓN MECÁNICA

Ciclo Formativo: SOLDADURA Y CALDERERÍA

Módulo: 0093 SOLDADURA EN ATMÓSFERA NATURAL

UNIDAD DE TRABAJO Nº2

SOLDADURA FUERTE Y BLANDA

1. Principios de los Procesos.

1.1. Descripción.

El soldeo fuerte y el soldeo blando consisten en realizar uniones en las que el material de aportación tiene menor punto de fusión (y distintas características químico-físicas) que el material base, realizándose la unión soldada sin fusión del metal base y mediante la fusión del material de aportación que se distribuye entre las superficies de la unión, muy próximas entre sí, por acción capilar. El soldeo fuerte se distingue del soldeo blando por la temperatura de fusión del metal de aporte. El soldeo fuerte utiliza aportaciones con punto de fusión por encima de 450℃ y el soldeo blando por debajo de dicha temperatura.

En la tabla se indican las diferencias existentes entre el soldeo fuerte y blando y el soldeo por fusión.

Soldeo fuerte y blando El metal base no se funde. Se utilizan fundentes para proteger y mejorar el mojado de los metales base. El calor se suministra mediante resistencia, horno, inducción o soplete. Se produce una unión sin deformación. Las tensiones residuales, cuando se producen, son muy pequeñas. El metal base y el de aportación se funden consiguiéndose la unión tras su solidificación conjuntamente.

Soldeo por fusión El metal base funde. Se pueden utilizar fundentes para proteger y mejorar la adhesión. El calor se suministra por laser, haz de electrones, arco eléctrico, resistencia. Se pueden producir grandes deformaciones en los metales base. Se producen tensiones residuales. El metal base y el de aportación se funden consiguiéndose la unión tras su solidificación conjuntamente.

DIFERENCIAS ENTRE EL SOLDEO FUERTE Y BLANDO Y SOLDEO POR FUSION

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1.2. Aplicaciones, ventajas y limitaciones.

Aplicaciones

El soldeo fuerte y el soldeo blando tienen gran cantidad de aplicaciones, desde la fabricación de juguetes hasta motores de aviones y vehículos espaciales. En general, se utiliza para la unión de piezas de pequeño tamaño, piezas de diferentes materiales, donde sería muy difícil utilizar un proceso de soldeo por fusión, y piezas de diseño complicado que se pueden fabricar mediante soldeo fuerte ahorrando el coste elevado de una pieza moldeada.

El soldeo fuerte se utiliza para soldeo de plaquitas de corte en las herramientas, en diferentes partes de intercambiadores de calor, muchos componentes de automóviles, bicicletas, depósitos de aceite, instrumentos, paneles tipo sándwich con lámina intermedia en panal de abeja, uniones de materiales cerámicos a metálicos y piezas para vehículos espaciales.

El soldeo blando se utiliza en componentes electrónicos, como circuitos impresos o transistores, piezas ornamentales y piezas de intercambiadores de calor.

Ventajas:

• Se pueden conservar los recubrimientos y plaqueados de los materiales base.
• Facilidad para obtener uniones sanas entre materiales diferentes, incluso entre materiales metálicos y no metálicos (como no se funden los metales base, no tiene importancia la diferencia existente entre sus temperaturas de fusión o sus características) o entre materiales de diferente espesor. Se pueden obtener uniones entre cobre y acero mediante soldeo fuerte con la misma facilidad con que se sueldan por fusión dos piezas de acero. Sólo se requiere seleccionar un metal de aportación compatible con el cobre y el acero.
• Se pueden obtener soldaduras en piezas de precisión.
• Con algunos procesos se pueden realizar soldaduras en muchas piezas al mismo tiempo, por lo que resulta muy económico.
• Sólo se requieren bajas temperaturas, con el ahorro energético que ello conlleva.
• La apariencia de la soldadura es muy buena.
• En general, la habilidad necesaria para realizar soldaduras fuertes o blandas es más fácil de adquirir que la requerida para realizar soldaduras por fusión, ya que la soldadura fuerte o blanda casi se realiza por sí sola distribuyendose por capilaridad con gran facilidad.
• En un proceso fácilmente automatizable.

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Limitaciones:

• La resistencia mecánica y la continuidad de las piezas obtenidas por soldeo fuerte no es comparable con la obtenida con soldeo por fusión.
• El diseño de las piezas, y en algunos casos su preparación, puede resultar más complicado y costoso.
• Resulta difícil o costosa su aplicación en el caso de piezas grandes.

2. Metal de Aportación.

Metal de aportación es el metal que se añade cuando se realiza el soldeo fuerte o soldeo blando.

Las características que debe cumplir el metal de aportación son:

• Capacidad de mojar al metal base.
• Apropiada temperatura de fusión (inferior a la del metal base) y buena fluidez para permitir su distribución, por atracción capilar en las uniones.
• Ser capaz de producir una unión soldada que cumpla los requisitos de resistencia mecánica y a la corrosión en estado normal de servicio.

Se utilizará cada metal de aportación para un rango de temperaturas determinado, el rango de temperaturas depende de su composición química y está limitado, inferiormente, por su temperatura de fusión. El metal de aportación debe interaccionar con el metal base con el que se va a utilizar. Sin embargo no debe formar ningún compuesto que disminuya la resistencia de la unión, por esta razón la elección de un metal de aportación para cada metal base debe ser cuidadosa.

Los materiales de aportación se clasifican y se denominan por el metal o metales principales en su aleación. Sin embargo, todos los metales de aportación de cada grupo están constituidos por varios metales, por ejemplo: los metales de aporte del grupo plata suelen ser aleaciones de plata, cobre, cadmio, cinc ...

La clasificación AWS A5.8 de los grupos de metales de aportación más importantes se da en la tabla 1.

La designación consiste en una B de "brazing" seguida de los símbolos químicos de los metales que entran en mayor proporción en el metal de aportación.

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TABLA 1

Metal de aportación Designación Grupo Rango de temperaturas de soldeo (1) (ºC) Metales base Plata B Ag 618 - 820 Se utiliza para la mayoría de metales férricos (acero, acero inoxidable, aleaciones base, níquel, fundiciones ... ) excepto aluminio y magnesio. Oro B Au 890 - 1100 Aceros y aleaciones de cobre, acero inoxidable, aleaciones níquel, aceros aleados Aluminio- Silicio B Al Si 580 - 610 Aluminio y sus aleaciones Cobre fosforoso B Cu P 730 - 820 Aleaciones de cobre Cobre y cobre cinc B Cu 1090 - 1150 Acero, acero inoxidable, aleaciones de níquel B Cu Zn 915 - 970 Acero, aleaciones de cobre Níquel B Ni 970 - 1200 Acero inoxidable, aleaciones de níquel, acero, fundición Magnesio B Mg 604 -627 Aleaciones de magnesio (1) Estas temperaturas son una media aproximada entre las temperaturas de soldeo de todos los materiales de aporte del grupo, sin embargo, cada material de aporte tiene su temperatura de soldeo (ver tabla 2)

GRUPOS DE METALES DE APORTACIÓN PARA DIFERENTES METALES BASE DE ACUERDO CON AWS A5.8

TABLA 2

Designación Composición Rango de temperatura de soldeo (ºC) B Ag 13 53-55% Ag, 4-6% Zn, resto Cu 857 - 968 B Ag 5 44-46% Ag, 29-31% Cu, 23-27% Zn 743 - 843 B Cu 1 99,9% Cu (P, Pb, Al) 1093 - 1149 B Cu Zn A 57-61% Cu, resto Zn 910 - 954

DESIGNACIÓN, COMPOSICIÓN Y RANGO DE TEMPERATURA DE SOLDEO DE ALGUNOS METALES DE APORTACIÓN

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Metales de aportación para soldeo blando

• Estaño-plomo. Es el metal de aportación más común.
• Estaño-antimonio-plomo: Se adiciona antimonio porque mejora las propiedades mecánicas del material de aportación.
• Estaño-antimonio: Se utiliza donde es necesario evitar la contaminación por plomo.
• Estaño-plata: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados.
• Estaño-cinc: Se utilizan para soldar aluminio.
• Plomo-plata: Mejora la capacidad de mojado de plomo cuando éste es empleado en el soldeo blando de acero, fundición o cobre.
• Cadmio-plata: Se emplea en la unión de cobre y también, aunque menos, en la soldadura aluminio-aluminio.
• Cadmio-cinc: Se emplea en la unión de aluminio.
• Cinc-cadmio: Se emplea en la unión de aluminio.

En la tabla 3. se indica la designación ASTM de los metales de aportación de estaño-plomo para el soldeo blando.

Clasificación ASTM B 32 % Sn (% Estaño) % Pb (% Plomo) Temperatura de fusión Intervalo de fusión (ºC) 5 5 95 314 14 10 10 90 301 33 25 25 75 267 84 30 30 70 255 72 35 35 65 116 64 40 40 60 235 52 50 50 50 217 34 60 60 40 190 7 70 70 30 192 9

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2.1. Método de aplicación del metal de aportación.

El metal de aportación puede aplicarse manualmente durante el soldeo en el lugar de la unión, o puede ser presituado antes del trabajo.

Existen unas formas estándar de metales de aporte como pueden ser varillas, rollos de alambre, polvos, láminas, arandelas ... Dependiendo del diseño de la unión, método de calentamiento y nivel de automatización se podrá utilizar una u otra. Cuando se habla de producción masiva, el metal de aportación debe presituarse. Esta presituación del metal de aportación asegura una cantidad uniforme de metal de aportación en cada unión.

La figura (A-B) muestra algún ejemplo de cómo se presitúa el metal de aportación en forma de alambre y como queda el cordón después del soldeo.

En la figura se representa la situación del metal de aportación en forma de láminas, de manera que cuando está fundido se aplica presión y se elimina el exceso de material de aportación.

Si en una misma pieza se deben realizar varias uniones, primero se efectuará el soldeo fuerte que utilice metal de aportación con mayor temperatura de fusión, la última operación de soldeo fuerte será aquélla que utiliza el material de aportación con menor temperatura de fusión. Esta práctica del soldeo fuerte se denomina "soldeo fuerte por pasos".

Cuando el soldeo se realiza con el fin de cerrar algún recipiente, durante el soldeo el recipiente debe estar abierto, para que los gases que se produzcan puedan salir y no creen ninguna sobrepresión.

Metal de aporte Antes del soldeo - Después del soldeo (A) (B)

(A) MÉTODOS DE COLOCACIÓN DE METAL DE APORTE EN FORMA DE ALAMBRE. (B): SITUACIÓN DEL METAL DE APORTE ANTES DE SOLDAR Y RESULTADO DESPUÉS DE SOLDAR

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