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Foto: upload.wikimedia.org
Brazing,Uniones de Calidad Jose Luis Ordóñez Jiménez Periodista Metal Actual
Sin afectación del metal base.
A comparación comparación de otros sistemas de soldeo utilizados utilizados actualmente en la industria metalmecánica, la soldadura brazing permite unir materiales materiales base de diferentes clases, mediante la técnica de capilaridad, capilaridad, con la que se obtienen uniones de piezas de alta resistencia, resistencia, en geometrías difíciles de acceder con otros métodos de soldadura.
Por definición, la soldadura es el proceso por el que se adhieren dos piezas de metal con el apoyo de un material de aporte, el cual genera la unión mediante un cordón de soldadura, que de ser aplicado correctamente, puede llegar a ser más resistente que los materiales base que se unen. Para realizar este procedimiento de manera correcta, es necesario conocer las propiedades mecánicas del material; la temperatura de trabajo en la que se desarrollará el proceso; el tipo de unión a realizar; el material base y la posición en la cual se unirán las piezas, para definir la técnica y tipo de soldadura apropiada para determinado soldeo, puesto que no existe un proceso que sirva para todo tipo de material. Una característica esencial del procesos de soldadura, es que se debe producir una fusión controlada del material de aporte y el metal, que en algunas ocasiones, puede llegar a perjudicar las propiedades de la pieza final, puesto que tanto el material base como el material de aporte, deben ser calentados hasta su punto de fusión, para que se fundan y generen una unión resistente.
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el cual está por encima de los 450°C. El segundo es la blanda o soldering, cuyo punto de fusión del material de aportación está por debajo de los 450°C. La principal ventaja al utilizar la soldadura blanda, es el hecho de que el material base no se expone a temperaturas altas, por lo que las propiedades del material permanecen inalterables. Debido a los mayores requisitos de temperatura, la soldadura fuerte es ideal para piezas de mayores espesores que puedan soportar el calor; mientras que la soldadura blanda, es utilizada en piezas delgadas gracias a que minimiza la deformación y distorsión del metal, por acción del calor.
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El proceso Brazing require de un calentamiento focalizado de las piezas a unir.
Si bien esa fusión es necesaria para un tipo de soldadura específico como TIG o MIG/MAG, existe un proceso de soldeo conocido como brazing, en el cual no se requiere de la fusión de los materiales base, sino que por medio de la fundición del material de aporte, el cual fluye entre las piezas de metal, se crea una unión sólida y duradera, sin afectar las propiedades de la pieza.
metales a unir, y se puede aplicar de dos maneras diferentes; el primero se conoce como soldadura fuerte o brazing, y se caracteriza por el punto de fusión del material de aporte,
Para la aplicación de ambos tipos de soldadura, los sistemas para el calentamiento del metal a unir –de los cuales se hablará más adelante–, se utilizan de la misma manera, por lo que la única diferencia entre la soldadura fuerte y la blanda, se encuentra en las temperaturas a las que se debe exponer el metal base.
La característica principal de este procedimiento, utilizado frecuentemente para la fabricación e instalación de sistemas de tuberías de cobre, es que los materiales base no necesitan ser fundidos, pero si deben calentarse previamente para que el material de aporte se funda y penetre en el espacio existente entre los metales por acción de la capilaridad, y se extienda a lo largo y ancho de toda la cavidad, para conseguir uniones totalmente herméticas, luego del enfriamiento de los componentes. Para la AWS –Sociedad Americana de Soldadura–, la soldadura brazing es un proceso en el que el metal de relleno tiene un punto de fusión superior a los 425 ºC, pero inferior a la temperatura de fusión de los
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El proceso de capilaridad es la característica principal de la soldudaura brazing.
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De todos los métodos disponibles para unión de metales en la industria, la soldadura brazing puede ser la más versátil, puesto que su proceso es relativamente rápido, de fácil adaptación para sistemas de automatización, provee uniones soldadas de gran resistencia a la tracción, buena elasticidad, excelente capilaridad y máxima resistencia; además de poder unir metales disímiles como cobre con metales ferrosos, dejando uniones limpias herméticas y libres de poros, en piezas con secciones transversales que difieren notablemente, secciones delgadas y articulaciones difíciles de reparar con otro tipo de soldadura. Las uniones soldadas con brazing, se caracterizan por retener gases y líquidos de manera eficaz; soportar vibraciones e impactos, y además las uniones no se ven afectadas por cambios de temperatura. Por esa razón, este tipo de soldadura es utilizado en piezas que requieren de acabados finos y resistentes, como en el caso de la aeronáutica, orfebrería, joyería, refrigeración, industria militar, y para la unión de herramientas de corte.
Para Obtener una Soldadura De Calidad Antes de iniciar con el procedimiento de soldadura fuerte, –cuyas temperaturas de fusión del metal de aporte está por encima de los 450°C y habitualmente entre 600°C y 800°C–, la zona a soldar debe estar completamente limpia, para que el material de aporte se funda de manera uniforme y genere juntas consistentes. En brazing es necesario aplicar un fundente sobre las piezas completamente limpias, antes de proceder posicionar el material de aporte. El fundente es un compuesto químico que protege la superficie de la pieza a soldar, y ayuda a prevenir la oxidación de la misma, absorbiendo los óxidos que se generan al momento de calentar el metal.
Si las piezas a soldar contienen residuos de óxido, grasa o cualquier otro tipo de suciedad, el material de aporte no fluirá correctamente, puesto que una mancha de grasa o aceite repelerá el fundente necesario para la fusión, dejando zonas desprotegidas que se oxidarán por acción del calor y darán lugar a poros que influyen directamente en la resistencia del punto de unión. ¿Por qué es necesario el fundente? El calentamiento de la superficie de un metal acelera la formación de óxidos, que son el resultado de una reacción química entre el metal caliente y el oxígeno del aire; estos óxidos deben ser eliminados para garantizar la unión de las superficies.
En el país, los fundentes se puede encontrar en forma de polvo o pasta, en envases de, ¼ ,½ 1, 6 y 25 libras; también se presentan fundentes gaseosos en contenedores de cinco galones, con precios que oscilan entre $ 5.000 y $ 20.000, dependiendo de su presentación, calidad y marca. Un método efectivo para la aplicación del fundente, es cubrir uniformemente las piezas de manera individual antes de ser posicionadas para su unión y así reducir completamente cualquier punto de posible oxidación. Los fundentes, que se dividen
por temperaturas de calentamiento (ver cuadro 1) , se diseñan únicamente para eliminar las películas de óxidos producidas durante el proceso de soldeo, cualquier otro contaminante como grasa, polvo, debe ser eliminado con anterioridad. Luego de tener una pieza totalmente limpia, y recubierta con fundente, como en la mayoría de procedimientos de soldadura, es necesario contar con un material de aporte el cual se encarga de unir las piezas metálicas. Para el proceso de soldadura brazing, se pueden utilizar materiales de aporte de cobre, níquel y plata, que se encuentra en el mercado nacional, en forma de varilla redonda de 1 / 16”, 3 / 32”, 1 / 8” de diámetro por 18” de largo; varilla plana de 1 / 8” x 1 / 16” por 18” largo; hilo o alambre continúo de 0.5, 1 y 1.6 mm y también en laminilla de 1”, 1 / 2”, 3 / 16” y 5 / 32” de ancho por 0,11mm, y 0.20mm de espesor. Debido a que poseen un punto de fusión relativamente bajo, las aleaciones de plata son los materiales de aporte de uso más común, al igual que el cobre y aluminio. Los materiales de aporte en forma de varillas con poco contenido en plata, tienen una apariencia espesa al momento de su calentamiento y también tienen un elevado punto de fusión, lo que las hace ideales para uniones con cavidades grandes, o que requieran de altas temperaturas.
Cuadro 1. Rango de temperatura para los fundentes.
Rango de actividad del fundente
Especifcaciones
( 550 ºC a 800 ºC )
Para aplicaciones que utilizan cobre, latón, aceros poco aleados e inoxidables siempre que la temperatura de brazing sea inferior a 700º.
( 550 ºC a 775 ºC )
Para aceros inoxidables soldados con aleaciones base plata y que tengan un liquidus de 725ºC, su mayor contenido en úor aumenta su actividad en la disolución de óxidos.
( 600 ºC a 900 ºC )
Para aceros inoxidables que requieran temperaturas de soldadura por encima de 700ºC o en materiales de cobre donde el calor aplicado sea prolongado.
Con información de mailxmail.com El primer número del rango es la temperatura a la que el fundente es capaz de eliminar los óxidos del metal, el último es la máxima temperatura a la que el fundente permanecerá activo durante un tiempo determinado que depende de los parámetros de calentamiento.
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Por su parte, las varillas que tienen mucho contenido en plata, son más fluidas y tienen un punto de fusión bajo, por lo que es utilizado para uniones con distancias de unión de bajo rango. Los materiales de aporte cumplen eficazmente con su función siempre y cuando las piezas a unir encajen perfectamente una contra la otra, sin grandes espacios entre ellas, debido a que este tipo de soldeo se basa en el proceso de capilaridad, el cual permite que el material de aporte se aloje en pequeñas cavidades, que para este proceso, debe estar en el rango de 0,05 mm a 0,13 mm. Si al momento de adelantar el soldeo se tiene un mayor rango de espacio entre piezas, generalmente dará como resultado una unión más débil, por esta razón, las uniones soldadas con brazing se clasifican como juntas de solape –ya sean planas o tubulares–, y a tope. De esta manera, al tener las piezas de metal limpias, impregnadas correctamente de fundente, posicionadas perfectamente para su unión, y con el material de aporte colocado directamente en la zona afectada, las piezas deben ser calentadas de manera controlada, para que se inicie el proceso de unión por brazing.
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La elección adecuada del material de aporte, determina la calidad de la union final.
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Sistemas Para el Calentamiento del Metal Con el propósito de que el material de aporte se funda, penetre y alo je en el punto de unión preciso, los metales base son calentados en el lugar específico de la unión. Sin embargo, al someter piezas de metal a temperaturas altas, en una atmósfera normal, esta causa cambios químicos como la oxidación, el escalado y la acumulación de carbono; por esta razón para el proceso de soldadura brazing, el calor es aplicado directamente sobre el área a soldar, para reducir y prevenir los cambios en las propiedades de los metales, y de igual forma controlar el tipo de atmósfera utilizado. Es importante resaltar, en cuanto a temperatura se refiere, que las piezas deben ser calentadas de forma pareja, puesto que el material de aporte fluye hacia la dirección donde se encuentran las altas temperaturas. Además, el calor que se aplique al material debe hacerse de forma indirecta, debido a que el material de aporte se derrite por acción del calor generado en el metal y no por la acción del calor sobre la soldadura.
Los diferentes flujos para la generación de calor utilizados en brazing, como sopletes, procesos de inducción, y hornos continuos o de vació, son elegidos por cada empresa con base al lugar en donde se aplicará la soldadura, y también dependiendo del tiempo de producción que utilice, con el propósito de controlar la temperatura en la que se desarrollará el proceso. •
calentamiento de una pieza, de manera uniforme •
Soplete: Para aplicar calor mediante antorcha en el proceso de brazing, se utilizan combustibles como hidrógeno y acetileno para generar una llama con temperaturas suficientemente altas que puedan fundir el material de aporte, pero lo suficiente baja, como para no alterar las características de los materiales a unir.
El calentamiento por medio de soplete, se utiliza a menudo para pequeños montajes y aplicaciones de bajo volumen, con una llama caracterizada por un color azul que tienda a naranja, puesto que una llama con una punta incolora puede llegar a causar oxidación. Debido a que el soplete emite su llama en una sola dirección, a menudo se utilizan sistema que proporcionan más de una llama para realizar el
El sistema de inducción o resistencia, puede ser dirigido para proporcionar calor en áreas muy pequeñas y específicas dentro de las tolerancias de calor requerido, lo que permite que una parte de la pieza se caliente, y el resto del metal no se ve afectado por el calor. •
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Sopletes con multiples llamas son utilizados para el calentamiento uniforme.
Por inducción: Esta fuente de calor se utiliza principalmente para soldar aleaciones de cobre y plata, mediante el uso de bobinas eléctricas posicionadas alrededor del punto requerido, y que están diseñadas para geometrías de piezas específicas, que calientan tanto la pieza de metal como el material de aporte, hasta que el metal líquido fluya por la cavidad requerida.
Horno Continuo: Este sistema permite que por medio de cintas transportadoras, los componentes a soldar se transporten por zonas de calentamiento en hornos que presentan temperaturas controladas, y en donde el material de aporte alcanza la temperatura de fusión requerida; posteriormente la pieza continúa su recorrido hasta una zona de enfriamiento, para que el material de aporte se solidifique. Este tipo de calentamiento de metal, es utilizado para soldar varias piezas a la vez, por lo que es práctico para procesos en serie, si el metal de relleno puede ser posicionado en la pieza de metal, antes de entrar al horno. Horno De Vacío: Para que el material de aporte llegue a un estado líquido, y se realice la unión requerida, este sistema de horno de vació, que controla la temperatura eléctricamente, calienta las piezas y posteriormente un sistema de bombeo se activa para elimina el oxígeno existente en el interior del horno, para generar uniones libres de elementos de oxidación. Este sistema puede procesar una o varias piezas, lo que depende de la marca, capacidad del horno y tipo de piezas a unir.
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La manera focalizada con la que se calientan los metales en este proceso, permite que el material de aporte llegue a su punto de fusión y se mueva de manera fluida en la cavidad, para genera una cohesión perfecta. Finalmente, y luego de que la pieza es calentada y el material de aporte se aloja correctamente en la cavidad deseada, al terminar el procedimiento de soldeo es necesario realizar una limpieza en las partes adyacentes al lugar de unión, para eliminar los residuos del fundente que pudieran haber quedado en la superficie, los cuales de no eliminarse, pueden atacar tanto el metal como el material de aporte y debilitar la unión soldada. Esta limpieza se realiza dependiendo del tipo de fundente utilizado, generalmente se puede utilizar agua caliente a 60ºC, y frotar la zona adyacente a la soldadura, para verificar una limpieza total. Una ventaja de la soldadura brazing, es que aparte de esta limpieza al finalizar el proceso de soldeo, no se requiere de ningún tipo de rectificados mecánicos.
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Proceso de calentamiento por Resistencia, ideal para piezas pequeñas.
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Ventajas y Limitaciones del Brazing Dentro de las principales ventajas que se obtienen al utilizar brazing, al momento de unir dos piezas de metal, se encuentra el hecho de que con muy poca cantidad de material de aporte, se pueden conseguir uniones estables y dependiendo del material base, la unión proporciona una resistencia mucho mayor que el material base. Las uniones en este tipo de soldadura, a diferencia del cordón que se genera en otros procesos, tienen una excelente distribución de esfuerzos, lo que permite a la sección generada en filete, tener características idea les en cuanto a la resistencia de los metales por fatiga. Por otra parte, este sistema no requiere de rectificado o acabados mecánicos después del proceso de soldeo, debido a que su procedimiento se basa en el principio de efecto capilar, lo que genera uniones simples, limpias y resistentes, con excelentes acabados gracias a sus bordes lisos. Además, gracias a que el proceso de soldadura brazing permite generar calor de diferentes maneras sobre la pieza de metal para obtener soldaduras óptimas, es de resaltar que los ciclos de calor lentos generalmente producen mejores resultados que los ciclos de calor rápido. Pero si bien una correcta aplicación de este tipo de soldadura genera piezas con características de funcionamiento óptimas, una de las desventajas que presenta, es que al tener uniones generalmente solapadas el peso total de la pieza soldada, puede llegar a incrementa su peso; además, el soldeo brazing, requiere de una limpieza al finalizar el proceso, para eliminar los residuos del fundente, por lo que los tiempos para cumplir con la soldadura, pueden llegar a extenderse debido a que este paso de limpieza final, no se debe pasar por alto, puesto que se compromete directamente la integridad de la unión generada.
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Unions con bordes y ángulos finos, característica del brazing.
Un Proceso de Gran Calidad Si bien, para el ingeniero Guillermo Luque, Gerente Administrativo de Disol S.A.S, “en el país la soldadura brazin es muy poco utilizada, con respecto a los otros tipos de soldaduras, debido a que se utiliza en aplicaciones muy específicas y técnicamente recomendadas”, dentro de las ventajas que ofrece la soldadura brazing es el hecho de que se puede desarrollar en lugares de difícil acceso como pequeños soportes, tuberías de motores, o en la unión de piezas de pequeño espesor, donde las técnicas convencionales de soldeo destruirían el material base. Además, se resalta el hecho de que se pueden conseguir uniones estables y duraderas, con resistencias mayores que la del material base, con el uso de poco material de aporte, generalmente en procesos de soldeo para plomería, herramientas, equipo construcción, productos de refrigeración, calefacción, aire acondicionado y motores eléctricos. De igual manera, este proceso ofrece uniones herméticas sin costuras, en materiales con diferentes puntos de fusión, como aluminio, bronce, acero, hierro y cobre.
El proceso de soldadura fuerte es un medio efectivo de crear uniones resistentes, dúctiles, y conductoras tanto térmica como eléctricamente, además de ofrecer gran resistencia a las fugas, siempre y cuando se conozcan y apliquen adecuadamente los fundamentos del proceso. De esta manera, la soldadura brazing se considera una operación relativamente sencilla, que no requiere de procesos posteriores o rectificados, puesto que presenta una unión estable y libre de defectos, y que puede ser utilizado en diferentes industrias con insumos de calidad, que pueden ser adquiridos fácilmente en el mercado nacional.
Fuentes
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Alejandra Echeverry. Mercadeo Sager. ale
[email protected] Ing. Giovanni A. Torres. Area Manager
Andean Countries Caribbean and Central America EUTECTIC CORP. giovanni.torres@ eutecticusa.com •
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Ing. Guillermo Luque, Gerente Administrativo Disol S.A.S.
[email protected]
www.sisa-brazing.com - www.soldaduras. com
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