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SOLDADURA INDIRECTA

CHRISTIAN CALLE BRYAM NOVILLO

CUENCA-2017

SOLDADURA INDIRECTA 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 unas 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.

Fig1. Procedimiento de soldadura fuerte/blanda

Soldadura Fuerte 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.

Fig.2 Uniones con soldadura fuerte Soldadura Blanda 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. [1]

Fig.3 Rodetes de hilo para material de aporte en soldadura blanda Fenómeno de Capilaridad La soldadura por capilaridad tiene lugar cuando a la unión de un tubo y un accesorio, después de su calentamiento, se le aporta un metal que se funde al contacto con ellos. Debido al fenómeno de capilaridad, el metal fundido asciende y se extiende en cualquier sentido, por el reducido espacio que queda entra la pared del tubo y la del accesorio; con ello, al enfriarse se consigue una unión totalmente hermética.

Fig.4 efecto capilar

Ventajas de la soldadura indirecta 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. 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.

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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.

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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.

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Es un procedimiento de soldadura que permite la unión sin dañar los recubrimientos metálicos que dispongan las piezas a unir.

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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.

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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.

Materiales de aportación para la soldadura fuerte

Materiales de aportación para soldadura blanda

Procedimiento para obtener una soldadura de buena calidad 1) Determinación de la separación entre piezas: Para que el material de aporte pueda fluir correctamente por entre las superficies por donde tendrá lugar la unión, es necesario determinar la correcta separación entre las partes. Normalmente para conseguir uniones lo más resistentes posibles se recomienda que la separación entre piezas se encuentre en el intervalo entre 0,25 y 1,20 mm. Separaciones mayores darán lugar a uniones menos resistentes. Hay que recordar que los materiales se expanden durante el proceso de soldadura al aplicarles calor, y se contraen posteriormente cuando se enfrían. Esta cuestión es especialmente importante cuando se trata de soldar metales disímiles, con diferentes coeficientes de dilatación, cuestión que habrá que tener en cuenta a la hora de posicionar y realizar su sujeción, con objeto de permitir su expansión ó contracción diferencial de cada una de las partes.

2- Posicionamiento de las piezas: Asegurar una adecuada sujeción que garantice la correcta alineación y posicionamiento de las partes a soldar es muy importante. Cuando se necesite de elementos auxiliares para el soporte de las piezas a soldar, éstos se deberán elegir de materiales que no sean buenos conductores del calor, como lo son los materiales cerámicos, inconel o de acero inoxidable. Con ello se conseguirá minimizar las pérdidas y mejorar la eficiencia del proceso. Se deberá comprobar además, que el sistema de sujeción o soporte que se emplee sea compatible con los procesos de dilatación por efecto de la generación de calor durante la soldadura, con objeto de no alterar la correcta alineación de las partes. Otro aspecto importante antes de comenzar la soldadura es elegir una configuración adecuada para la unión de las piezas. Aunque hay muchas posibilidades de realizar el ensamblaje entre las piezas, todas son una variedad de dos fundamentales: a tope y por solape.

Figura 5. Diferentes formas de posicionamiento entre piezas En la unión a tope, donde ambas piezas se posicionan enfretadas borde con borde, la resistencia de la unión dependerá en gran medida de la magnitud de la longitud de contacto. Esta solución es la más simple, y en ocasiones, la más ventajosa al presentar una zona de unión consistente y de espesor constante e igual al de las piezas a unir. Sin embargo, para aplicaciones donde se requiera una mayor resistencia en la unión, la unión por solape es la recomendable, debido a que se genera mayor superficie de contacto al estar solapado una pieza sobre la otra. En este caso ocurre que en la zona de unión el espesor es doble, al estar una pieza sobre la otra. No obstante, este hecho no es un problema en ciertos trabajos de soldadura, como en fontanería o plomería y aplicaciones similares.

3- Elección de la aleación correcta para el metal de aporte: Aleaciones de plata, cobre y aluminio son las más comúnmente empleadas como material de aporte para soldar metales en la soldadura fuerte y blanda. Aleaciones de plata son usadas frecuentemente porque tienen un punto de fusión relativamente bajo, mientras que las aleaciones de cobre, que aunque su punto de fusión es más elevado, son también muy empleadas al ser generalmente más baratas. Asimismo, y dependiendo del tipo de aplicación, los materiales de aporte suelen presentarse en forma de hilos que se suministran enrollados en rodetes, en forma de varillas o alambres, o como pasta. 4- Eliminación de la grasa y limpieza de las superficies: La presencia de grasa o suciedad en las superficies de la unión impedirá un correcto fluido del material de aporte. Por ello, antes de comenzar el proceso de ejecución de la soldadura, habrá que eliminar la presencia de cualquier resto de grasa o aceite mediante el empleo de disolventes, así como reducir en lo posible la presencia de cascarillas y óxidos sobre la superficie donde se llevará a cabo la soldadura, mediante su decapado a base de cepillado o tratamiento químico. En última instancia, y para asegurar el mejor estado de las superficies, se recomienda una última limpieza a fondo empleando el propio fundente como agente limpiador. Los más utilizados son el cloruro de cinc, la sal de amoniaco y las resinas. Un indicativo de buena limpieza en la superficie es cuando al aplicar el material de aportación, éste fluye con normalidad, de lo contrario se formarán gotas impidiendo que el material de aporte moje completamente las superficies a unir del metal base. 5- Aplicación del fundente sobre las superficies: Por último, para facilitar que el material de aporte pueda fluir mejor, además de servir de agente protector evitando que se produzcan óxidos que perjudiquen a la soldadura, se aplicará el material fundente o flux sobre las superficies entre las cuales se producirá la unión. El fundente se aplicará, como se ha visto, después de haber realizado la limpieza de las piezas a soldar, y se llevará a cabo mediante brocha (o espolvoreando en el caso que el fundente se presente en forma de polvo) sobre las superficies a unir. También se puede aplicar disolviéndolo en agua o alcohol para mejorar su adherencia al metal base. [2] Diseño de la junta a soldar La forma de la junta que se usa en la soldadura es un factor importante para determinar la carga máxima que puede soportar, sin hallar fracturas o deformación. Las dos juntas básicas para soldadura son:  

Junta a Traslape. Junta de Tope.

Figura 6. Diseños de las juntas para soldar Junta a tope La Junta a tope tiene la ventaja de un solo espesor en ella. La preparación es sencilla y la unión tiene suficiente resistencia para muchas aplicaciones. Pero la resistencia de cualquier unión depende, en parte, de la zona disponible para el ligado y, en la unión a tope, esta zona y la resistencia máxima de la unión la determina el componente más delgado de ella; una desventaja de la unión a tope es que casi toda la carga se trasmite en forma de esfuerzos de tracción que no es deseable. Por tanto, la unión a tope solo se debe emplear cuando el espesor es un factor crítico y la resistencia es secundaria. Junta traslapada La unión traslapada tiene espesor doble en la unión, pero la carga se trasmite como esfuerzo cortante; lo cual es deseable. Como regla empírica, un traslapo de, cuando menos, tres veces el espesor del componente más delgado, produce una unión de máxima eficiencia. La resistencia es solo una de las razones por las cuales la mayoría de las uniones con soldadura fuerte son del tipo traslapado. Estas uniones son fáciles de diseñar para que traslapen por si solas o sean de auto alineación en el caso de tubos. Además, el material de aporte colocado previamente se puede sujetar mejor en su lugar en esta unión. Las variantes de las dos uniones básicas son la de escuadra a tope y la unión biselada. En la primera se trata de combinar la ventaja de un solo espesor con una zona de ligado y resistencia máxima. [3]

La holgura La holgura del ensamble o separación influye en el desempeño mecánico de la unión soldada. De la holgura del ensamble dependerá: [4]

(1) la posibilidad de que la escoria producida por el fundente quede atrapada (2) la posibilidad de que queden espacios vacíos o huecos. (3) la relación entre la holgura y la fuerza capilar que gobierna la distri-bución del metal de aporte. Cuando la holgura es muy grande la fuerza capilar disminuye, si es muy pequeña podría dificultar el ingreso de la aleación de aporte si esta es muy viscosa. (4) la cantidad de metal de aporte que debe difundirse. Si la unión soldada en fuerte está libre de defectos (inclusio-nes de fundente, huecos, áreas no soldadas o porosidad), su resistencia en corte dependerá del espesor de la unión. Aunque existen modelos para calcular la holgura del ensamble, estos pueden resultar engorrosos, se sugiere recurrir a las tablas de holgura que ofrecen las normas de acuerdo con los materiales base y las aleaciones de aporte a usar. BIBLIOGRAFIA [1] Molera Solá, P. (1992). Soldadura industrial: clases y aplicaciones (Vol. 56). Marcombo. [2] Tituaña, P., Chanatasig, M., & Adrián, M. (2007). Soldadura indirecta en tuberías de cobre

para instalaciones de agua potable. [3] Mirensky, N. (1998). Procesos de soldadura (Doctoral dissertation, Facultad de

Ingeniería). [4]O'Brien, R. L. (1996). Manual de soldadura. American Welding Society.