Soldadura de Estado Sólido

Este tipo de soldadura se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente, o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. No se utiliza un metal de aporte en los procesos de estado sólido.

Algunos procesos de este tipo de soldadura incluye:

- Soldadura por Difusión

En este tipo de soldadura se colocan juntas dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce coalescencia de las partes por medio de fusión de estado sólido.

El proceso de difusión es utilizado para unir metales de misma o diferente composición, para la obtención de difusión con metales de diferente composición se suele introducir con frecuencia entre los metales a unir una pequeña capa de relleno como por ejemplo níquel, para promover la difusión de los dos metales base.

Este proceso se lleva a cabo en tres procedimientos:

1. Hace que las dos superficies se suelden a alta temperatura y presión, aplanando las superficies de contacto, fragmentando las impurezas y produciendo un área grande de contacto de átomo con átomo.

2. Una vez obtenidas las superficies lo suficientemente comprimidas a temperaturas altas, los átomos se difunden a través de los límites del grano, este paso suele suceder con mucha rapidez aislando los huecos producidos por la difusión en los límites del grano.

3. Por último se eliminan por completo los huecos mencionados en el segundo paso, produciéndose una difusión en volumen, la cual es muy lenta respecto de la anterior.

Este proceso de soldadura por difusión se emplea para fabricar piezas complicadas en la industria aeroespacial, nuclear y electrónica, y tiene posibilidades de automatización. Resulta en un proceso muy complicado y demanda capacitación y mucha destreza del operario.

Pasos producidos en la microestructura cristalina en la soldadura por

difusión:

(a): Al principio, el área de contacto es pequeña.

(b): Al aplicar presión se deforma la superficie, aumentando el área de contacto.

(c): La difusión en límites del grano permite contraer los huecos.

(d): Por último para la eliminación final de los huecos se requiere una difusión en volumen

Ventajas

Capacidad de unión de metales diferentes incluyendo aquellos que son difíciles de unir por procesos convencionales de fusión.

La capacidad de esquivar dificultades metalúrgicas mediante un ensamblaje de varios materiales a través de una capa intermedia de níquel.

No hay problemas de acceso y se pueden realizar uniones en piezas con rebajes profundos, huecas totalmente cerradas o incluso una dentro de otra.

No hay un límite en el número de uniones que se puedan realizar de una sola operación, esto nos ayuda a abaratar los costes de tiempo.

- Soldadura por Fricción

La coalescencia de las partes se obtiene mediante el calor de la fricción entre dos superficies.

Es un proceso automático que permite soldar juntas a tope y a solape de gran longitud y por consiguiente supera la mayor limitación del proceso convencional por fricción que consiste precisamente en la restricción de su aplicación a

piezas con simetría de revolución.

La soldadura por fricción se basa esencialmente en la utilización de una herramienta cilíndrica de un perfil especial, la cual se inserta entre las superficies de encuentro de los materiales a unir con una cierta velocidad de rotación y bajo una fuerza determinada. Las piezas deben estar rígidamente vinculadas a tope o superpuestas para evitar su movimiento cuando avanza la herramienta a lo largo de la junta produciendo la dispersión de los óxidos, la plastificación localizada del material y la soldadura.

La soldadura por fricción se suele emplear en volúmenes cilíndricos como pueden ser los ejes de transmisión, turbocompresores o las válvulas de coches, camiones o trenes.

Ventajas

No requiere costes adicionales porque no necesita material de relleno ni gas protector por lo que no se producen humos tóxicos.

Es un proceso bastante seguro ya que no se producen arcos, chispas ni llamas.

Debido a que toda la superficie transversal está implicada en el proceso, se obtendrá una alta resistencia, bajas tensiones de soldadura, las impurezas se eliminarán durante el proceso y no existirá porosidad.

Se pueden producir geometrías que no son posibles en la forja o la fundición, ahorrando material y operaciones, reduciendo el tiempo de ciclo y aumentando la tasa de producción.

- Soldadura Ultrasónica

Se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en

una dirección paralela a la superficie de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y se obtiene una unión atómica de las superficies.

Mientras que en la unión ultrasónica de plásticos las vibraciones de alta frecuencia son usadas para incrementar la temperatura y así lograr la plastificación del material; la unión ultrasónica de metales es un proceso completamente diferente: las vibraciones mecánicas son introducidas horizontalmente, las partes a ser soldadas no son calentadas hasta el punto de fusión, sino que son conectadas gracias a la aplicación de presión y vibraciones mecánicas de alta frecuencia.

Durante la soldadura ultrasónica de metales, un proceso complejo es iniciado el cual involucra fuerzas estáticas, fuerzas cortantes de oscilación y un moderado incremento de temperatura en el área a soldar. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas a unir, de su estructura superficial y de sus propiedades mecánicas.

La soldadura ultrasónica, es usada para conectar hojas o alambres finos hechos de metal o termoplásticos, haciéndolos vibrar en alta frecuencia y bajo alta presión. El equipo y los métodos implicados son similares a los de la soldadura por resistencia, pero en vez de corriente eléctrica, la vibración proporciona la fuente de energía.

Cuando se están soldando plásticos, los materiales deben tener similares temperaturas de fusión, y las vibraciones son introducidas verticalmente. La soldadura ultrasónica se usa comúnmente para hacer conexiones eléctricas de aluminio o cobre.

Ventajas:

La soldadura ultrasónica permite unir metales diferentes.

Los tiempos de ciclo son menores a un segundo.

La calidad de la soldadura es alta y uniforme. Las ligas son normalmente más fuertes que las juntas hechas con

soldadura o por resistencia.

Necesidad moderada de habilidad y entrenamiento del operador para producir uniones de alta calidad.

No requiere de soldadura o fundente.

No hay acumulación de calentamiento, de modo que no se fragilizan las zonas afectadas por el calor.

La conductividad eléctrica es normalmente superior a la obtenida por conexiones tranzadas o soldadas.

Oxidación o contaminación superficial no afectan la cantidad de la conexión.

Desventajas:

La soldadura se restringe a soldadura de solapa.

No permite hacer soldaduras de cordón.

Solo se pueden soldar piezas con espesores menores a 3 milímetros.

Solo se pueden unir superficies planas o con poca curvatura.

No es adecuada para partes estañadas.

El costo de capital es más alto que el de la soldadura normal.

- Soldadura Explosiva

El proceso de soldadura por explosión se basa en la detonación de una carga explosiva colocada adecuadamente y que obliga a uno de los metales que se desean soldar a precipitarse aceleradamente sobre otro.

Una de las condiciones fundamentales para que se realice esta soldadura es la

existencia de un flujo o chorro limpiador que viaja inmediatamente por

delante del punto de colisión en el que la velocidad de la chapa, presión, ángulo y velocidad del punto de colisión se controlan de manera que este flujo sea forzado a salir de entre las chapas a alta velocidad, expulsando óxidos y contaminantes, dejando así limpias las superficies de unión.

El proceso de unión de materiales diferentes mediante soldadura por explosión comienza por la limpieza de las superficies a unir. Aunque el barrido de la onda explosiva ejerce una limpieza de las superficies es recomendable. A continuación se coloca el material base, chapa nº1, sobre el cual se va a explosionar y se le colocan una especie de pequeñas pletinas de metal en forma de L distribuidas por toda la superficie. Su función es únicamente que al colocar la chapa del otro material, chapa nº2, quede una separación conocida y uniforme. Después se coloca un pequeño cerco alrededor de esta "construcción", de forma que al colocar el polvo explosivo sobre la chapa nº2 quede distribuido por todos los puntos incluidos los bordes y no se caiga. Por último se coloca el detonador, generalmente a media distancia de la longitud media de la chapa pero junto a un extremo (depende de las dimensiones de la chapa). Al realizar la detonación, la onda expansiva aprieta una chapa contra la otra creando una "ola" que recorre toda la chapa. Debido a esta, todas las pletinas así como suciedad son expulsadas y con el calor generado por la explosión, los materiales quedan unidos entre sí.

Entre las reducidas aplicaciones de esta soldadura están la calderería, para la fabricación de recipientes a presión, y la industria eléctrica, para la fabricación de juntas de transición donde entran en juego materiales difícilmente soldables entre sí como el aluminio y el cobre.

- Soldadura en Frio

En la soldadura en frío, se aplica presión a las piezas mediante matrices o rollos. Debido a la deformación plástica que tiene lugar, es necesario que al menos una de las piezas a ensamblar sea dúctil (pero preferiblemente las dos). Antes de la soldadura, la interfaz es desgrasada, con cepillo de alambre, y frotada para sacar las manchas de óxido.

Esta se lleva a cabo sin necesidad de ninguna fusión en la interfaz de unión de las dos partes a soldar. A diferencia de la soldadura por fusión, los procesos de soldadura en frío se realizan, sin que ningún líquido (o fase líquida) esté presente en la articulación de las dos piezas que se sueldan.

La soldadura en frío puede ser utilizada para unir piezas pequeñas hechas de metales blandos y dúctiles.

Las aplicaciones incluyen cables de almacenaje y conexiones eléctricas (como conectores con desplazamiento de aislamiento).

- Soldadura por Forja

Es un proceso en el que se calientan las piezas a soldar a temperatura de trabajo y se golpean con martillo o herramientas similares hasta unirlas.

Su dependencia principal se basa en la habilidad del artesano.

- Soldadura por Rodillos

Se basa en la presión producida por rodillos que juntan las piezas avanzando hasta producir coalescencia.

Entre sus aplicaciones podemos mencionar revestimientos con acero inoxidable, tiras bimetálicas.