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Soldadura fuerte en la industria automotriz

Unión de metales: soldadura por arco, soldadura fuerte o soldadura blanda

Unión de metales: soldadura por arco, soldadura fuerte o soldadura blanda

Existen varios métodos disponibles para unir metales, entre los que se incluyen la soldadura por arco, la soldadura fuerte y la soldadura blanda. ¿Cuál es la diferencia entre soldadura por arco y soldadura fuerte? ¿Cuál es la diferencia entre soldadura fuerte y soldadura blanda? Exploremos las diferencias y comparemos las ventajas, además de las aplicaciones comunes. Este análisis hará que pueda comprender más acerca las uniones de metal y lo ayudará a identificar cuál es el mejor enfoque para su aplicación.

Cómo funciona la soldadura por arco

La soldadura por arco une metales derritiéndolos y fusionándolos; por lo general, mediante el agregado de un metal de aportación para soldadura por arco. Las uniones resultantes son resistentes; por lo general, tan resistentes como los metales que une o más. Para fusionar los metales, se aplica un calor concentrado directamente en el área de unión. Este calor debe ser de una temperatura alta como para derretir los metales base (los metales que se unirán) y los metales de aportación. Por lo tanto, las temperaturas para soldadura por arco comienzan en el punto de fusión de los metales base.

La soldadura por arco, generalmente, es adecuada para unir grandes ensamblajes donde ambas secciones de metal son relativamente gruesas (0.5 pulgadas/12.7 mm) y se unen en un único punto. Debido a que el cordón de la unión soldada es irregular, no suele usarse en productos que requieran uniones estéticas. Entre las aplicaciones se incluye transporte, construcción, fabricación y talleres de reparación. Entre los ejemplos se encuentran ensamblajes robóticos más fabricación de recipientes a presión, puentes, estructuras de edificios, aeroplanos, vagones y vías de ferrocarril, tuberías y más.

Ventajas comparativas. Debido a que el calor de la soldadura por arco es intenso; por lo general, es localizado y preciso y no conviene aplicarlo uniformemente en un área amplia. Esta característica de "localizado" tiene sus ventajas. Por ejemplo, si desea unir dos pequeñas bandas de metal en un único punto, la soldadura por arco de resistencia eléctrica es una opción práctica. Esta es una manera rápida y económica de hacer uniones fuertes y permanentes por cientos y miles.  

Sin, embargo, si la unión es lineal en vez de localizada, pueden surgir problemas. El calor localizado de la soldadura por arco puede convertirse en una desventaja. Por ejemplo, si desea soldar a tope dos piezas de metal, debe comenzar biselando los bordes de las piezas de metal para dar espacio al metal de aportación para soldadura por arco. Luego debe soldar, primero calentando un extremo del área de unión a temperatura de fusión y luego moviendo lentamente el calor a lo largo de la línea de unión, depositando el metal de aportación y aplicando calor simultáneamente. Esta es una operación típica convencional de soldadura por arco. Cuando se realiza correctamente, la unión soldada es, como mínimo, tan fuerte como los metales unidos.  

Sin embargo, este método de soldadura por arco para unión lineal tiene sus desventajas. Las uniones se hacen a altas temperaturas, tan altas como para derretir los metales base como el metal de aportación. Estas altas temperaturas pueden generar problemas, incluida una posible distorsión y deformación de los metales base o tensiones alrededor de la zona de soldadura. Estos peligros son mínimos cuando los metales que se unen son gruesos, pero pueden surgir problemas cuando los metales base son secciones finas. Además, las altas temperaturas son costosas, ya que el calor es energía y la energía cuesta dinero. Mientras más calor necesite para hacer la unión, más costará la producción de esa unión.

Ahora, considere el proceso de soldadura automatizada. ¿Qué sucede cuando une no uno, sino cientos o miles de ensamblajes? Por su naturaleza, la soldadura por arco presenta problemas con la automatización. Una unión soldada con resistencia en un único punto es relativamente fácil de automatizar. Sin embargo, cuando el punto se convierte en una línea (una unión lineal) nuevamente, la línea se debe trazar. Es posible automatizar esta operación de trazado, moviendo la línea de unión, por ejemplo, más allá de una estación de calentamiento y alimentando el alambre de relleno automáticamente desde grandes bobinas. De todos modos, esta es una configuración compleja y exigente que se justifica solamente cuando tiene grandes series de producción de piezas idénticas.

Tenga en cuenta que las técnicas de soldadura por arco mejoran continuamente. Puede soldar en producción con un haz de electrones, una descarga de condensador, fricción y otros métodos. Estos procesos sofisticados suelen requerir equipos especializados y costosos, además de configuraciones complejas y que necesitan mucho tiempo. Considere si son prácticos para series de producción más cortas, cambios en la configuración de ensamblaje o los requisitos típicos de unión de metal del día a día.

Cómo funciona la soldadura fuerte

Una unión con soldadura fuerte se realiza de una manera totalmente diferente a la de una unión con soldadura por arco. La primera gran diferencia es la temperatura: la soldadura fuerte no derrite los metales base. Esto significa que las temperaturas de la soldadura fuerte son invariablemente más bajas que los puntos de fusión de los metales base. Las temperaturas de soldadura fuerte también son significativamente más bajas que las temperaturas de soldadura por arco para los mismos metales base, y requieren de menos energía.

Si la soldadura fuerte no fusiona los metales base, ¿qué los une? Funciona creando una unión metalúrgica entre el metal de aportación y las superficies de los metales que se unen. El principio por el cual el metal de aportación se traza a través de la unión para crear esta junta es la capilaridad. En la operación de soldadura fuerte, se aplica calor ampliamente a los metales base. Luego, el metal de aportación entra en contacto con las piezas calentadas. Se derrite al instante por el calor de los metales base y se traza completamente a través de la unión por acción de la capilaridad. De esta manera se hace una unión con soldadura fuerte.

Entre las aplicaciones con soldadura fuerte se incluyen electrónica/eléctrica, espacio aéreo, automotriz, HVAC/R, construcción y más. Los ejemplos van desde sistemas de aire acondicionado para automóviles, hojas de turbinas a reacción altamente sensibles hasta componentes satelitales y joyería fina. La soldadura fuerte ofrece una ventaja importante en aplicaciones que requieren unir metales base disímiles, incluidos cobre y acero, además de no metales como carburo de tungsteno, alúmina, grafito y diamante.

Ventajas comparativas. En primer lugar, una unión con soldadura fuerte es una unión resistente. Una unión con soldadura fuerte (al igual que una unión con soldadura por arco) realizada correctamente, en muchos casos, será tan resistente o más que los metales que se unen. En segundo lugar, la unión se realiza a temperaturas relativamente bajas, de entre unos 1150 °F a 1600 °F (620 °C a 870 °C).

Y lo que es más importante: los metales base nunca se derriten. Debido a que los metales base no se funden, por lo general, pueden retener la mayor parte de sus propiedades físicas. Esta integridad del metal base es característica de las uniones con soldadura fuerte, incluidas las uniones en secciones delgadas y gruesas. Además, el uso de menos calor minimiza el peligro de distorsión o deformación del metal. Considere también que las temperaturas más bajas requieren menos calor, lo que representa un considerable factor de ahorro.

Otra ventaja importante de la soldadura fuerte es la facilidad para unir metales disímiles utilizando fundente o aleaciones fundentes recubiertas y rellenas. Si no debe fundir juntos los metales base para unirlos, no importa si tienen puntos de fusión muy diferentes. Puede soldar acero y cobre tan fácilmente como soldar acero con acero. La soldadura por arco es diferente porque debe fundir los metales base para fusionarlos. Esto significa que, si intenta soldar cobre (punto de fusión en 1981 °F/1083 °C) con acero (punto de fusión 2500 °F/1370 °C), debe emplear técnicas de soldadura por arco sofisticadas y costosas. La facilidad total de unir metales disímiles mediante procedimientos de soldadura fuerte convencional significa que puede elegir los metales que mejor se adapten a la función del ensamblaje, sabiendo que no tendrá problemas para unirlos, independientemente de cuánto varíen sus temperaturas de fusión.

Además, una unión con soldadura fuerte tiene una apariencia suave y favorable. Existe un gran contraste entre el filete prolijo y pequeño de una unión con soldadura fuerte y el cordón grueso e irregular de una unión con soldadura por arco. Esta característica es especialmente importante para uniones en productos para el consumidor, donde la apariencia es fundamental. Una unión con soldadura fuerte casi siempre se puede usar "tal cual está" sin ninguna operación de acabado, lo que significa otro ahorro.

La soldadura fuerte ofrece otra ventaja importante sobre la soldadura por arco y es que los operadores suelen adquirir las habilidades para soldadura fuerte más rápidamente que las habilidades para soldadura por arco. El motivo radica en la diferencia inherente entre los dos procesos. Una unión con soldadura por arco lineal se debe trazar en una exacta sincronización de aplicación de calor y depósito de metal de aportación. Una unión con soldadura fuerte, por lo contrario, tiende a "hacerse sola" por la capilaridad. De hecho, una parte importante de la habilidad que implica hacer una soldadura fuerte tiene su raíz en el diseño y la ingeniería de la unión. La velocidad comparativa de la capacitación del operador altamente calificado es un factor de costo importante.

Finalmente, la soldadura fuerte es relativamente fácil de automatizar. Las características del proceso de soldadura fuerte (aplicaciones de calor en una zona amplia y facilidad de colocación del metal de aportación) ayudan a eliminar los posibles problemas. Existen muchas maneras de calentar automáticamente la unión, muchas maneras de soldar metal de aportación y muchas maneras de depositarlo, por lo que la operación de soldadura fuerte se puede automatizar fácilmente para casi cualquier nivel de producción.

Cómo funciona la soldadura blanda

La soldadura blanda une materiales, por lo general metales, mediante el derretimiento y la colocación de un metal de aportación (soldador) en la unión, este metal de aportación tiene un punto de fusión más bajo que el metal colindante. En la actualidad los soldadores usan aleaciones sin plomo para aplicaciones en las industrias electrónicas y de plomería; usan metales como el oro, la plata, el cobre, el latón y el hierro.

¿Cuál es la diferencia entre soldadura fuerte y soldadura blanda? La Sociedad Americana de Soldadura (American Welding Society, AWS) define la soldadura fuerte como un grupo de procesos de unión que produce una fusión de materiales al calentarlos a temperatura de soldadura fuerte y al usar un metal de aportación (soldador) con una temperatura de fusión por encima de los 840 °F (450 °C) y un punto de solidificación inferior al de los metales base.

La soldadura blanda tiene la misma definición según la AWS que la soldadura fuerte, excepto en que el metal de aportación usado tiene una temperatura de fusión inferior a 840 °F (450 °C) y por debajo del punto de solidificación de los metales base. La soldadura blanda se puede considerar la prima de baja temperatura de la soldadura fuerte.

Ventajas comparativas. Si bien existen similitudes entre la soldadura fuerte y la blanda, la diferencia en temperatura entre los procesos produce un comportamiento diferente. Los metales base involucrados en la soldadura blanda; por lo general, son más resistentes que el soldador en sí; bajo la presión y la fatiga del servicio, se pueden producir fallas en la unión con soldadura blanda. Esto significa que un ensamblaje con soldadura blanda puede exhibir menor resistencia en la unión y menor resistencia a la fatiga que un ensamblaje con soldadura fuerte.

Cómo elegir el proceso correcto de unión de metales

Si necesita uniones que sean permanentes y resistentes, posiblemente deba limitarse a considerar la soldadura fuerte o la blanda. Estas soldaduras usan calor y metales de aportación. Ambas se pueden realizar en una producción. Sin embargo, la similitud llega hasta aquí. Funcionan de manera diferente, por lo que debe recordar esta consideración entre soldadura fuerte y blanda:

  • Tamaño del ensamblaje
  • Espesor de las secciones del metal base
  • Requisitos de la unión en punto o en línea
  • Metales que se unirán
  • Cantidad necesaria de ensamblaje final

¿Otras opciones? Las uniones con sujeción mecánica (roscadas, apiladas o remachadas); por lo general, no se comparan a las uniones con soldadura fuerte en resistencia, tolerancia al choque y a la vibración, y hermeticidad. Las uniones adhesivas y la soldadura blanda proporcionan uniones permanentes, pero en general, ninguna puede ofrecer la resistencia de una unión con soldadura fuerte igual o superior a la de los metales base. Como regla, tampoco pueden producir uniones que ofrezcan tolerancia a temperaturas superiores a 200 °F (93 °C). Cuando necesite uniones entre metales sólidas y permanentes, la soldadura fuerte es la opción más fuerte.

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