Introducción a la soldadura fuerte del aluminio al vacío

Soldadura

La soldadura lleva la unión de metales un poco más lejos. En lugar de calentar sólo el metal de aportación, la soldadura calienta también las dos piezas metálicas que se van a unir, de forma que los dos metales se funden. Es posible que haya visto a un soldador en acción en un taller de chapa y pintura. Un accidente de coche puede deformar una pieza metálica que haya que retirar y sustituir, por lo que un técnico de carrocería puede utilizar un soplete de acetileno para cortar la pieza dañada y sustituirla por una nueva, cortada para que coincida con la original y soldada en su sitio.

La soldadura de dos metales crea una unión fuerte, ya que los metales de ambas partes en la unión se han fusionado. La estructura cristalina de las dos piezas distintas se ha entremezclado y puede actuar como si siempre hubieran formado parte de la misma estructura. Las condiciones óptimas de soldadura dependen de que las dos piezas que se sueldan tengan una estructura cristalina original similar, lo que suele significar que estén hechas de la misma aleación metálica, o de una bastante similar.

ADVERTENCIA: Nunca mires directamente a una chispa de soldadura. La temperatura en el punto de soldadura puede superar con creces los 6.000 grados Fahrenheit, ¡y la chispa puede ser más brillante que el sol!

El material de soldadura fuerte puede tener cualidades similares a las del material de partida, pero está aleado de forma que el material de aportación tenga un punto de fusión ligeramente inferior. Para garantizar que el material de aportación se funde sin modificar la estructura del material de partida, el proceso de soldadura fuerte requiere un mayor grado de uniformidad térmica y control del proceso. Al ejercer estos controles, el material de aportación puede actuar de forma predecible, utilizando la acción capilar para rellenar costuras o huecos de forma suficientemente uniforme para crear uniones fuertes y herméticas.

La soldadura fuerte tiende a dejar uniones limpias y atractivas que no suelen requerir un procesamiento adicional significativo. Una vez que las piezas se han soldado, no es necesario ningún tratamiento térmico adicional para restaurar las cualidades metálicas originales de la pieza, ya que sólo se ha calentado el material de soldadura hasta el punto de transformación líquida; la integridad del metal de las piezas originales no se ha visto afectada.

Las piezas soldadas tienen un menisco curvado en la junta que a menudo recuerda a un cordón de masilla fresco alrededor de una bañera. Este menisco añade estabilidad a la pieza, reduciendo las concentraciones de tensión y mejorando las propiedades de fatiga en la unión.

¿Por qué soldadura fuerte de aluminio?

Aunque se pueden utilizar muchos metales diferentes para soldar piezas, como el cobre, la plata, el latón y las aleaciones de níquel, el aluminio es un material ligero pero resistente que puede unirse a una gran variedad de aleaciones metálicas.

Encontrará piezas soldadas de aluminio siempre que necesite transferir calor de un líquido al aire circundante en un sistema líquido cerrado. Artículos como radiadores de automóvil, intercoolers, unidades de aire acondicionado o evaporadores. Las geometrías complejas de tuberías que serpentean de un lado a otro a lo largo de una trayectoria estricta con una gran superficie son una situación ideal para utilizar la soldadura fuerte de aluminio al vacío a fin de garantizar un sellado completo en todas las curvas y valles de la pieza.

La soldadura fuerte de aluminio en vacío también es atractiva para piezas que exigen limpieza: componentes aeroespaciales, dispositivos médicos u otras piezas de alta precisión. Dado que la limpieza de la pieza es un paso necesario antes del proceso de soldadura fuerte, un proceso sin atmósfera probablemente dará como resultado un producto acabado limpio y sin óxido.

¿Por qué comprar un horno dedicado a la soldadura fuerte del aluminio al vacío?

La soldadura fuerte de aluminio al vacío puede realizarse técnicamente en prácticamente cualquier horno de vacío con una zona caliente metálica, pero no se recomienda. Un horno dedicado a la soldadura fuerte de aluminio al vacío, como el horno VAB de Ipsen, tiene características que un horno de vacío estándar no tiene, y el proceso es duro en un horno de una manera que muchos otros procesos de tratamiento térmico no lo son.

Mientras que la mayoría de los hornos de vacío de Ipsen están optimizados para operar a temperaturas entre 1.000 °F y 2.400 °F (540 °C - 1.320 °C), el horno VAB se centra en operaciones entre 600 °F y 1.200 °F (320 °C - 650 °C), donde se produce el estado líquido de la mayor parte del material de relleno de aluminio.

Los controles de termopar adicionales garantizan que las temperaturas en toda la cámara mantengan un rango variable ajustado de 10 °C (50 °F) de delante hacia atrás y de arriba hacia abajo. Esta intensa precisión a temperaturas más bajas es necesaria para cumplir los exigentes estándares de industrias como la aeroespacial y la aeronáutica.

Al soldar aluminio en un horno de vacío, uno de los mayores problemas a los que se enfrentan los operarios es la acumulación de óxido de magnesio. El magnesio se utiliza como aditivo del material de aportación de aluminio, actuando de forma muy parecida a un fundente. Las aleaciones de aluminio que incluyen magnesio tienen un punto de fusión más bajo que el aluminio puro u otras aleaciones comunes. Cuando el material de soldadura se calienta, el magnesio liberado se vaporiza y busca los átomos de oxígeno restantes en el horno de vacío, manteniéndolos alejados de la unión. El magnesio también atacará cualquier óxido de aluminio que exista en la superficie del aluminio para garantizar que el material de soldadura fuerte restante se adhiera a las piezas de manera uniforme.

Estas reacciones químicas se producen cuando el horno alcanza y supera los 570 °C (1.060 °F), creando un "magburst", un pico de desgasificación. El diseño óptimo de un horno para hacer frente a este salto en la desgasificación debe contar con un sistema de bombeo lo suficientemente robusto como para mantener un vacío del 10^-4 a 10^-5 torr. Como el horno de vacío sigue bombeando los nuevos gases, el proceso puede dejar residuos de desgasificación en las paredes de la zona caliente.

La manipulación de los residuos de óxido de magnesio es complicada, ya que tienen una composición química similar a la de una llamarada de carretera. La mayor parte del tiempo de mantenimiento empleado en un horno de vacío que realice soldadura fuerte de aluminio se dedicará a limpiar estos depósitos de óxido de magnesio. El raspado de las paredes de la cámara y de los escudos de la zona caliente debe hacerse con un material de raspado no ferroso para evitar crear una chispa que encienda el óxido de combustión rápida. Si la acumulación de óxido de magnesio es demasiado pesada y difícil de raspar, puede ser necesario utilizar un ciclo de quemado con aire para romper los grupos de óxido de magnesio más grandes. Una vez eliminada la mayor parte del residuo, es necesario realizar un quemado en vacío normal para acondicionar el horno para la futura producción de soldadura fuerte. Las bombas de difusión también deberán limpiarse periódicamente, siguiendo las especificaciones del fabricante.

Actualmente, Ipsen produce hornos VAB que incluyen placas colectoras de magnesio. Esta innovación en el diseño ayuda a los clientes a reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento y evita la acumulación de magnesio en zonas como el conducto de alimentación del horno y los conductos de alimentación de los termopares, zonas que pueden ser difíciles de mantener limpias.

Algunas de las reacciones químicas que se producen durante el proceso de soldadura fuerte del aluminio son:
Mg + H2O → MgO + H2
Mg + O2 → 2 MgO
Mg + Al2O3 → MgO + Al
Mg + N2 → Mg3N2