Fundamentos de la Soldadura
Fuerte y Blanda
Fuerte y Blanda
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 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.
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 cabe 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.
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:
Tabla 1. Comparativa entre los
métodos de unión
|
|||||
Factor /
Requisito |
Unión Mecánica
|
Unión por Adhesivos
|
Soldadura Blanda
|
Soldadura por Fusión
|
Soldadura Fuerte
|
Economía
|
El Mejor
|
Bueno
|
Bueno
|
Aceptable
|
Bueno
|
Resistencia
|
Aceptable
|
Aceptable
|
Bueno
|
El Mejor
|
El Mejor
|
Gasto de Energía
|
El Mejor
|
Bueno
|
Bueno
|
Aceptable
|
Bueno
|
Control
|
Aceptable
|
Aceptable
|
Bueno
|
El Mejor
|
El Mejor
|
Flexibilidad
|
Aceptable
|
Aceptable
|
Bueno
|
Bueno
|
El Mejor
|
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.
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 (Monel es el nombre que se
asigna a las aleaciones comerciales con razones níquel-cobre de
aproximadamente), inconel
(inconel es una marca de Special Metals
Corporation que se refiere a una familia de superaleaciones austeníticas
de base níquel-cromo. Las aleaciones
de inconel se utilizan normalmente en aplicaciones a altas temperaturas, 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.
- 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.
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.
Tabla 2. Materiales de aporte
utilizados con soldadura fuerte
|
||
Material de aporte
|
Temperatura de fusión, (ºC)
|
Principales aplicaciones
|
Aluminio – Silicio
|
600
|
Soldadura del aluminio
|
Cobre
|
1120
|
Soldadura de aleaciones Níquel -
Cobre
|
Cobre – Fósforo
|
850
|
Cobre
|
Cobre – Zinc
|
925
|
Aceros, hierros, níquel
|
Oro – Plata
|
950
|
Aceros inoxidables, aleaciones de
níquel
|
Aleaciones de Níquel
|
1120
|
Aceros inoxidables, aleaciones de
níquel
|
Aleaciones de Plata
|
730
|
Titanio, monel, iconel, aceros de
herramientas, níquel
|
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 exentos 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
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.
Tabla 3. Materiales de aporte
utilizados en soldadura blanda
|
||
Material de aporte
|
Temperatura de fusión, (ºC)
|
Principales aplicaciones
|
Plomo – Plata
|
305
|
Uniones a temperatura elevada
|
Estaño – Antimonio
|
240
|
Plomería, fontanería y calefacción
|
Estaño – Plomo
|
190
|
Electricidad, electrónica, radiadores
|
Estaño – Plata
|
220
|
Envases de alimentos
|
Estaño – Zinc
|
200
|
Uniones de aluminio
|
Estaño - Plata – Cobre
|
215
|
Electrónica
|
BIBLIOGRAFIA.
Fundamentos de la Soldadura Fuerte y Blanda
ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn49.html
Soldadura
fuerte y blanda,
descripción del proceso de ejecución de una soldadura fuerte y blanda,
soldadura fuerte con soplete y gas combustible, soldadura.
