TERMODINAMICA DE LA SOLDADURA EN FRIO INTRODUCCIÓN
La soldadura es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material,
(generalmente metales o termoplásticos),
usualmente
logrado
a
través
de
la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo, se puede agregar un material de aporte (metal o plástico), que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (el baño de soldadura ) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo. En el cuadro N° 1 se puede observar la Clasificación de la soldadura Cuadro N° 1: Clasificación de la Soldadura
CONCEPTO DE LA SOLDADURA EN FRIO
Este proceso produce soldaduras sin la aplicación de calor externo, sometiendo en cambio los metales por soldar a una presión suficiente para ocasionar su deformación plástica a la temperatura ambiente. El procedimiento de soldadura con presión aplicada en frío es óptimamente adecuado para la unión del aluminio de alta pureza y del de pureza comercial; de otros metales no ferrosos y sin presencia de carbono, como las aleaciones de aluminio, el cadmio, el plomo, el cobre, el niquel, el zinc, la plata y el oro; o las combinaciones de metales no ferrosos de dureza diferente. La presión de soldadura que puede aplicarse por medios manuales o mecánicos, puede ser del tipo 2
de comprensión lenta o de impacto, dentro de un margen de 20,000 lb/pulg , para el aluminio a 2
160,000 lb/pulg , para el cobre. Un caso típico de soldadura en frío es una pepita de oro, que se puede formar en los ríos auríferos por golpeo a lo largo de los años de pequeñas partículas de oro con las piedras y cantos rodados del río. En la figura N°1 se observa las matrices avanzando uno hacia otro hasta que se tocan las superficies por unir, con presión adicional se logra que el metal se deforme por aplastamiento y fluya hacia las depresiones del área del relámpago. En la figura N°2 se observa la soldadura en frio por etapas del alambre de aluminio tipo 1100 Figura N°1: Soldadura en Frio
Figura N°2: Soldadura en Frio del alambre Tipo 1100 de Aluminio
La figura N°3 y N°4 muestra las etapas de soldadura en frio de compresión múltiple Figura N°3: Soldadura en Frio de Compresión Múltiple
Figura N°4: Ensayo no destructivo de la Soldadura en Frio de Compresión Múltiple
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA
La soldadura en frío o de contacto tiene aplicaciones industriale s, como cables de almacenaje, conexiones eléctricas (como conectores con desplazamiento de aislamiento) y unir piezas pequeñas hechas de metales blandos y dúctiles. El método tecnológico se emplea también para componentes metálicos aeroespaciales críticos que no puede tolerar cualquier grado de distorsión. Las aleaciones de aluminio utilizadas en la soldadura en frío son: 1100, 2319, 3003, todas las series 5000, 6061 y 6201. BASE TERMODINAMICA
La soldadura en frío es un proceso de unión en estado sólido entre dos superficies. El principio que rige el proceso es la difusión atómica, es decir el movimiento al azar de átomos dentro de un sólido. Cada partícula por encima de cero Kelvin tiene una energía cinética no nula (por definición) lo que significa que se mueve, o bien se da vueltas, vibra, o simplemente roza alrededor del espacio. En un gran sistema de partículas, o, en este caso, de átomos, incluso si están vinculados entre sí por
enlaces atómicos, el valor distinto de cero de la temperatura implica una distribución no nula de movimiento y energía cinética. En otras palabras, se tendrá algunos átomos que se mueven un poco interactuando con el resto, otros más activos y como siempre, tendrá algunos átomos que están cargados de forma masiva y cargado de vibraciones, estos últimos puede ser tan rápido y cargado de energía que puedan moverse y saltar de una posición a otra, empujando otros átomos a distancia y ocupar espacios abiertos, libres, conocidos como vacantes e n el sólido cristalino. Por lo tanto en todos los sólidos hay en cada instante átomos que saltan mezclándose y cambiando de posición, este proceso es llamado auto-difusión; este es el fenómeno detrás de la soldadura en frío de materiales similares. Se usa el método del átomo incrustado para el cálculo del potencial de la soldadura a temperatura ambiente, sin calor y baja presión es posible en nano cables metálicos de 4 a 10 nanómetros de diámetro para el estudio de la dinámica molecular, en la siguiente formula N° 1 tenemos el cálculo del potencial. FORMULA N° 1: METODO DEL ATOMO INCRUSTADO
∑() ∑() E = potencial F = en función de la densidad electrónica Фij
= par potencial de interacción
En la figura N° 5 podemos observar la simulación de la soldadura en frio de los nanocable metálicos de oro
FIGURA N° 5: Soldadura en frio de nano cables metálicos de oro
CONCLUSIONES:
La soldadura en frio puede ser utilizada en metales con alta pureza de Aluminio, Cobre, Cadmio, Oro, Plata, Plomo, Níquel, Zinc.
Se puede usar en matrices con múltiples compresiones.
Es usada en cables de almacenaje, conexiones eléctricas, metales blandos y dúctiles, y tecnología aeroespacial.
La soldadura en frio puede lograrse con muy pocos defectos en la estructura soldada
La Soldadura en frio está basada en el principio que rige la difusión atómica, es decir el movimiento al azar de átomos dentro de un sólido.
La Soldadura en frio es utilizada para superficies pequeñas sin presencia de fierro y carbono.
BIBLIOGRAFIA
Cold welding of gold nanowires a computer simulation by Zenner Pere ira and E.Z. da Silva
Automatización Avanzada para las misiones espaciales: Apéndice 4C
Kalpakjian, Manufacturing Engineering and Technology 5th Edition. 1981.
Let’s Look at the Processes COLD
Richard Feynman – the adventure of physics
WELDING PRESSURE GAS WELDING ROLL BONDING
