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• Paola Morgado Acevedo

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SOLDADURA BLANDA (Soldering)

PROCESOS DE SOLDADURA SOLDADURA BLANDA

PROCESOS DE SOLDADURA

SOLDADURA BLANDA (Soldering)

Presentado por: MIGUEL ÁNGEL JAIMES PINTO YIRETH TATIANA CORREDOR GARCÍA STEFANNY MARITZA FRAGOZO VÁSQUEZ

Grupo: D2

Presentado a: Dr. ORLANDO JOSÉ GÓMEZ MORENO

ESCUELA DE INGENIERÍA METALURGICA Y CIENCIA DE MATERIALES UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER BUCARAMANGA, 2013

PROCESOS DE SOLDADURA SOLDADURA BLANDA

INTRODUCCIÓN La soldadura es un proceso de unión entre metales por la acción del calor, con o sin aportación de material metálico nuevo, dando continuidad a los elementos unidos. Es necesario suministrar calor hasta que el material de aportación funda y una ambas superficies, o bien lo haga el propio metal de las piezas. Para que el metal de aportación pueda realizar correctamente la soldadura es necesario que «moje» a los metales que se van a unir, lo cual se verificará siempre que las fuerzas de adherencia entre el metal de aportación y las piezas que se van a soldar sean mayores que las fuerzas de cohesión entre los átomos del material añadido. Los efectos de la soldadura resultan determinantes para la utilidad del material soldado. El metal de aportación y las consecuencias derivadas del suministro de calor pueden afectar a las propiedades de la pieza soldada. Deben evitarse porosidades y grietas añadiendo elementos de aleación al metal de aportación, y sujetando firmemente las piezas que se quieren soldar para evitar deformaciones. También puede suceder que la zona afectada por el calor quede dura y quebradiza. Para evitar estos efectos indeseables, algunas veces se realizan precalentamientos o tratamientos térmicos posteriores. Por otra parte, el calor de la soldadura causa distorsiones que pueden reducirse al mínimo eligiendo de modo adecuado los elementos de sujeción y estudiando previamente la secuencia de la soldadura. Los procesos de soldadura, desde un punto de vista generalizado pueden ser homogéneos o heterogéneos. En los homogéneos, tanto el metal base como el metal de aporte (en caso de que sea necesario) son de la misma naturaleza, mientras que en la soldadura heterogénea la naturaleza de ambos varía, siendo indispensable el análisis de la modificación de las propiedades finales de la estructura soldada. Por medio de este trabajo, nos referiremos a uno de los procesos de soldadura heterogénea denominado Soldadura Blanda o Soldering, definiendo sus aplicaciones, ventajas, limitaciones y el efecto final sobre las características físicas y mecánicas de la junta.

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SOLDADURA BLANDA Soldering

Generalidades

La soldadura heterogénea consiste en realizar uniones en las que el material de aportación tiene menor punto de fusión (y distintas características químicofísicas) que el material base, realizándose la unión soldada sin fusión del material 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. La soldadura blanda o soldering es un proceso de soldadura heterogénea que aprovecha los bajos puntos de fusión del metal de aporte para lograr la unión de dos o más partes del metal base sin que se logre la fusión de este último. La soldadura blanda se distingue de la soldadura fuerte por la temperatura de fusión del material de aporte. La soldadura blanda utiliza aportaciones con punto de fusión por debajo de los 450 °C y la soldadura fuerte por encima de los 450 °C. Propiedades La resistencia de estas uniones a esfuerzos cortantes o de cizalla, a temperatura ambiente, dependen de:  La distancia entre los metales que se han de unir.  La temperatura de soldadura.  El tiempo de calefacción.  La composición de los metales que se desea soldar.

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Las propiedades de la unión varían si la aleación de aportación se alea o no con los metales base. La distancia entre los metales que se desea unir puede variar bastante. Normalmente no se recomienda la soldadura blanda para unir aluminio, pues para ello ya se utilizan otros métodos. Para soldar cinc o hierro galvanizado no debe estar presente el antimonio en el metal de aportación, ya que forman una combinación difícilmente fusible. Equipo

 Dispositivo de soldadura: Son los elementos encargados de proporcionar el calor necesario para alcanzar la temperatura de fusión del material de aportación para realizar la soldadura entre los dos materiales. Los dispositivos de soldadura más comunes son los denominados soldadores de estaño, se especifican según su potencia en vatios dependiendo del tipo de trabajo. Asimismo, la forma y tamaño de la punta también dependerá del trabajo a realizar. Los tipos más comunes de soldadores son: soldador de lápiz, soldador industrial, pistola de soldar y soldador de gas.

 Fundente o pasta limpiadora: El fundente juega un papel primordial para realizar la soldadura blanda, donde sus principales funciones son:  Aislar del contacto del aire.  Disolver y eliminar los óxidos que pueden formarse.  Favorecer el “mojado” del material base por el metal de aportación fundido, consiguiendo que el metal de aportación pueda fluir y se distribuya en la unión. Los fundentes son mezclas de muchos componentes químicos. Entre los que se pueden citar están los boratos, fluoruros, bórax, ácido bórico y agentes mojantes. Se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o líquido. El fundente en polvo puede aplicarse en seco, o disolverse en agua o alcohol con lo que se mejora su adherencia. El tipo de fundente más conocido es el fundente en pasta; el fundente líquido es el menos utilizado. El fundente debe aplicarse

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después de la limpieza de las piezas mediante brocha, espolvoreando en el caso de polvo, o disolviéndolo con agua o alcohol con lo que mejora su adherencia. El fundente indica cuándo el material base ha alcanzado la temperatura de soldadura y se debe aplicar el material de aportación, en muchos casos el fundente, cuando se funde, se vuelve transparente, indicando que ha llegado el momento de aplicar el metal de aportación. Una vez realizado el proceso de soldado, los residuos deben limpiarse para evitar la corrosión. Tras retirarlo es necesario aplicar un tratamiento de decapado, para eliminar los óxidos que se hayan podido formar durante la soldadura en las zonas no protegidas por el fundente. Cuando se utiliza poca cantidad de fundente, o se han sobrecalentado las piezas, el fundente queda sobresaturado con óxidos, volviéndose generalmente de color verde o negro, siendo difícil retirarlo, para este caso será necesario sumergir la pieza en un ácido que actuará como decapante.  Metal de aporte: Es el metal que se añade cuando se realiza la soldadura. Las características que debe cumplir el metal de aportación son:  Capacidad de mojar al metal base.  Apropiada temperatura de fusión y buena fluidez para permitir su distribución, por atracción capilar en las uniones.  Capacidad de producir una unión soldada que cumpla los requisitos de resistencia mecánica y a la corrosión en estado normal de servicio. Se utiliza cada material de aportación para un rango de temperaturas determinado, 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. El material de aportación se comercializa en forma de barras, pastas o carretes de hilo. Los materiales de aportación utilizados en la soldadura blanda son los siguientes:  Sn-Pb: Es el metal de aportación más común y es el utilizado en casos generales.  Sn-Sb-Pb: Se añade antimonio porque mejora las propiedades mecánicas del material de aportación.  Sn-Ag: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados.  Sn-Zn: Se utiliza para soldar aluminio.  Sn-Bi: Tiene una gran aplicación en el campo de la electrónica.  Pb-Ag: Mejora la capacidad de mojado del plomo cuando éste es empleado en la soldadura blanda de acero, fundición o cobre.

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Cd-Ag: Se emplea en la unión de cobre y también, aunque menos, en la soldadura aluminio-aluminio teniendo una gran resistencia a grandes temperaturas. Cd-Zn: Se emplea en la unión de aluminio. Zn-Cd: También se hace uso en las uniones de aluminio. Zn-Al: Se utiliza para la soldadura de aluminio obteniendo una gran resistencia a la corrosión.

Atmósferas controladas Las atmósferas se emplean para prevenir la formación de óxidos durante el proceso de soldado, y en muchos de los casos, reducir la presencia de óxidos, para que el metal de aportación pueda mojar y fluir mejor sobre el metal base limpio. El empleo mayoritario de atmósferas controladas se da en hornos. Cuando ésta se utiliza, se suele prescindir de la limpieza post-soldadura, aunque si se utiliza fundente, sí será necesaria la limpieza. En uniones de alta calidad es siempre aconsejable la realización de la unión en atmósferas controladas. Las atmósferas que se utilizan son las de dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno. Hay que tomar las precauciones necesarias para el empleo de ciertos gases, bien por ser tóxicos, explosivos o cualquier otra causa que pueda ser dañina para la salud. Procesos de soldadura blanda Se          

destacan los siguientes procesos por su importancia: Soldadura blanda con soplete. Soldadura blanda en horno. Soldadura blanda por inducción. Soldadura blanda por resistencia. Soldadura blanda por inmersión. Soldadura blanda por infrarrojos. Soldadura blanda con soldador de cobre. Soldadura blanda por ultrasonido. Soldadura blanda con pasta. Soldadura blanda con olas. Soldadura blanda con soplete: El calentamiento del metal de aportación se consigue mediante la llama de un soplete. La soldadura puede llevarse a cabo con uno o más sopletes y puede ser manual o no. Es necesario aplicar un fundente para realizar el

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decapado. En general, el metal de aportación se va introduciendo manualmente entre las partes a unir. Se puede utilizar como combustible: acetileno, propano, gas natural o gas ciudad, y como comburente (aire u oxígeno). La llama producida con oxígeno será de mayor temperatura que si se empleara aire, el gas quemado en el aire produce una llama de baja temperatura, sin embargo el acetileno en oxígeno produce la temperatura más alta. Se puede ajustar la llama para conseguir una soldadura satisfactoria, muchas veces se prefiere una llama reductora. Una excepción es el caso del cobre no desoxidado ya que para su soldadura es necesaria una llama oxidante o neutra. El ajuste de la llama oxiacetilénica es fácil ya que se puede tener diferentes llamas por simple observación. La llama producida con otros combustibles es más difícil de distinguir. La fusión del fundente será una indicación de que se está alcanzando la temperatura de soldadura. En el momento en que el fundente esté completamente fundido, se aplicará el metal de aportación. Cuando el metal de aportación fluya por la unión, cesará el calentamiento. Proceso de ejecución

 Preparación y limpieza de las piezas a unir: Las zonas de las piezas a unir deben permitir un contacto lo más perfecto posible entre ellas, para ello será necesario prepararlas. También será necesario limpiarlas, eliminando la cascarilla, óxido o las posibles suciedades. Para la limpieza de la pieza se utiliza el fundente. Los más utilizados son: cloruro de cinc, la sal de amoníaco y las resinas. Un indicio de la buena limpieza y ausencia de óxidos de las piezas a unir es que el material de aportación fluye con normalidad, si están sucias se formarán gotas.

 Preparación del soldador: El calentamiento de las partes a unir y la fusión del material de aportación se realizarán mediante el soldador, para ello se enchufará el soldador a la red eléctrica para producir su calentamiento. Deberemos tener en cuenta de que las puntas del soldador se encuentren limpias sin ningún tipo de restos de material de otras operaciones.

 Ejecución de la soldadura:

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Estando las piezas juntas se aplica una capa de material fundente, se calientan mediante el soldador eléctrico y se acerca el material de aportación, que al fundirse cae sobre la zona de unión. Al pasar un tiempo, al solidificarse el metal (una vez retirado el soldador de la zona de unión), las piezas quedarán unidas. Soldadura de una junta: Para soldar una junta entre dos piezas metálicas o no metálicas puede seguirse el siguiente proceso: 1. Colocar las dos piezas sobre una superficie adecuada. 2. Limpiar la zona de soldadura para eliminar los posibles óxidos, grasas o pinturas. 3. Sujetar convenientemente las piezas de la zona de unión. 4. Aplicar una capa de fundente adecuado sobre la zona de unión. 5. Calentar el soldador hasta que las piezas a soldar alcancen la temperatura adecuada. 6. Aplicar varios puntos de soldadura sobre la costura para que no se separe por efecto de la dilatación. 7. Empezar la costura por un extremo de la misma, desplazando el soldador en una sola dirección y añadiendo el material de aportación siempre que se requiera. 8. Eliminar restos de fundente que se hayan podido quedar de las operaciones anteriores. Soldadura de cables eléctricos: Para conseguir una unión perfecta entre 2 cables, podemos seguir los siguientes pasos: 1. Pelar los extremos de los cables en una longitud adecuada a su sección. 2. Cuando los cables no son de hilo rígido, es necesario trenzar los hilos de cobre para evitar que se dispersen al aplicar el estaño. 3. Aplicar una capa de fundente sobre los extremos pelados de los cables. 4. Calentar el soldador hasta que las piezas a soldar alcancen la temperatura adecuada. 5. Depositar una pequeña cantidad de estaño sobre cada uno de los extremos pelados de los cables (en toda su superficie). 6. Juntar e inmovilizar ambos extremos y aplicar la punta del soldador sobre los mismos hasta que el material de aportación vuelva a fluir formando una disolución homogénea, momento en el cual se ha de separar el soldador para conseguir el enfriamiento y solidificación de la unión (evitando los posibles movimientos de los cables). 7. Aislar la unión obtenida con algún tipo de aislante. Defectología

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Estados de la soldadura blanda: 1. Buenas propiedades mecánicas. 2. Malas propiedades mecánicas. 3. Soldadura sin adherencia.

Los defectos y sus posibles causas más típicas en la soldadura blanda son los siguientes:  Falta de material de aportación, puede no haberse conseguido una adecuada distribución por capilaridad.  Metal de aportación no adecuado o defectuoso.  Temperatura de soldadura baja por utilizar una mala técnica.  Tiempo de soldadura muy corto.  Limpieza de las piezas a unir inadecuada.  Poca cantidad de fundente o fundente inadecuado.  Oxidación del metal base.  Separación excesiva entre piezas.  Excesiva cantidad de metal de aportación donde no se desea.  Temperatura demasiado elevada debido a la mala técnica o a un fallo en el horno.  Tiempo de soldadura excesivo.  Demasiado metal de aportación o tipo inadecuado.  Fundente atrapado.  Fundente no adecuado para el material de aportación.  Excesiva cantidad de fundente.  Corrosión del metal base por el metal de aportación que reduce el espesor del metal base.  Temperatura o tiempo excesivo debido a una mala técnica o a un fallo en el control.  Excesiva cantidad de metal de aportación.  Utilización del metal de aportación muy cerca del límite superior de su rango de temperaturas.  Metal de aportación no adecuado.  Whiskering: En soldadura electrónica, se dice del crecimiento espontáneo de hilos entre soldaduras próximas con el consiguiente riesgo de cortocircuitos. Se observó por vez primera en la electrónica de válvulas

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donde se utilizaban soldaduras de estaño puro. La adición de plomo para crear una aleación de Sn-Pb mitigó este problema durante décadas. Las recientes legislaciones medioambientales relativas a la soldadura sin plomo habrían vuelto a plantear el problema y motivado excepciones a la ley en equipamiento de uso médico y militar. Aplicaciones La soldadura blanda tiene gran cantidad de aplicaciones, desde la fabricación de juguetes hasta de 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 soldadura por fusión. La soldadura blanda se suele utilizar en componentes electrónicos, como circuitos impresos o transistores, piezas ornamentales y piezas de intercambiadores de calor. Medidas de seguridad En los procesos de soldadura blanda se tendrán en cuenta las siguientes medidas de seguridad:  La vista se tiene que proteger con gafas para evitar proyecciones y salpicaduras, siendo las de metacrilato las más adecuadas para este proceso gracias a su buena visión.  Deberán quitarse todos los complementos como anillos o pulseras para que no se produzcan accidentes.  Las manos se tendrán que proteger con unos guantes adecuados, para evitar quemaduras y el contacto con los decapantes o flux.  Se deberán revisar los equipos de gas para que no tengan ningún tipo de fuga que pueda provocar incendios o explosiones.  En caso de tener el cabello largo, tendrá que recogerse y protegerse con una gorra para que no se produzcan quemaduras durante la soldadura.  Realizar las soldaduras en áreas bien ventiladas para evitar respirar vapores de la misma. Ventajas  No hay cambios físicos en el material a soldar.  No se presentan tensiones superficiales.  Se pueden conservar los recubrimientos y plaqueados de los materiales base.  Facilidad para obtener uniones sanas entre materiales diferentes.

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 Se pueden obtener soldaduras en piezas de precisión.  Se permiten soldaduras con varias piezas al mismo tiempo, reduciendo costos.  Se requieren bajas temperaturas.  La apariencia de la soldadura es muy buena.  Fácilmente automatizable.  No se necesitan medidas de protección especiales. Limitaciones El diseño de las piezas, y en algunos casos su preparación, puede resultar más complicado y costoso. Resulta muy costosa su aplicación en el caso de piezas grandes.} Soldering en Colombia La empresa DISOL S.A.S ofrece los servicios de Soldering:  Soldadura blanda para aluminio: Son soldaduras que se unen el metal base a muy baja temperatura entre 180°C y 370°C y una resistencia inferior a 26.000 PSI. Manejamos dos excelentes tipos de soldaduras blandas para aluminio:  SILVERING Al 100: De excelente fluidez, capilaridad, bajo punto de derretido 370°C y una excelente resistencia 26.000 PSI. Requiere del FLUX Al 100. Presentación en varilla redonda de 3/32” y 1/8”.  SILVERING Al-Ag: Única soldadura que funde a la menor temperatura posible 180°C (360°F) capaz de unir cualquier metal al aluminio, como Cobre/Aluminio, o Acero/Aluminio o a cualquier otro metal: Zinc, Estaño, Plomo, bronce, Hierro fundido, alpaca, monel, inoxidable, Zamac, peltre, etc. Con excelente resistencia 21.000 PSI. Requiere del FLUX Al 50. Presentación en varilla redonda de 1/16", 3/32", 1/8".

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BIBLIOGRAFÍA

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