Soldadura

La soldadura fuerte es un proceso de unión de metales en el que dos o más piezas metálicas se unen fundiendo un metal de aportación que fluye hacia la junta, teniendo dicho metal de aportación un punto de fusión inferior al del metal adyacente.

Durante el proceso de soldadura fuerte, el metal de aportación fluye hacia el espacio entre las piezas ajustadas por acción capilar . El metal de aportación se calienta ligeramente por encima de su temperatura de fusión ( liquidus ) mientras está protegido por una atmósfera adecuada, generalmente un fundente . Luego fluye sobre el metal base (en un proceso conocido como humectación ) y posteriormente se enfría para unir las piezas. ^{[ 1 ]}

La soldadura fuerte se diferencia de la soldadura convencional en que no implica fundir las piezas. En la soldadura convencional, las piezas metálicas originales se pueden fusionar sin necesidad de añadir material de aporte.

La soldadura fuerte se diferencia de la soldadura blanda por el uso de una temperatura más alta. El principio de unión con metal de aportación es el mismo, pero la soldadura tiene una composición específica y un punto de fusión más bajo, lo que permite trabajar en componentes delicados, como los electrónicos, con una reacción metalúrgica mínima. Las uniones obtenidas mediante soldadura blanda son más débiles. ^{[ 2 ]}

La soldadura fuerte une metales iguales o diferentes con una resistencia considerable.

La soldadura fuerte presenta numerosas ventajas sobre otras técnicas de unión de metales, como la soldadura convencional . Dado que no funde el metal base de la unión, permite un control mucho más preciso de las tolerancias y produce una unión limpia sin necesidad de acabados secundarios. Además, permite soldar metales y materiales no metálicos diferentes (por ejemplo, cerámicas metalizadas). ^{[ 3 ]} En general, la soldadura fuerte también produce menor distorsión térmica que la soldadura convencional debido al calentamiento uniforme de la pieza soldada. Los ensamblajes complejos y de varias piezas pueden soldarse de forma rentable. Las uniones soldadas a veces deben rectificarse para que queden al ras, una operación secundaria costosa que la soldadura fuerte no requiere, ya que produce una unión limpia. Otra ventaja es que la soldadura fuerte puede recubrirse o revestirse con fines protectores. Finalmente, la soldadura fuerte se adapta fácilmente a la producción en masa y es fácil de automatizar, ya que los parámetros individuales del proceso son menos sensibles a las variaciones. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Una de las principales desventajas es la falta de resistencia de la unión en comparación con una unión soldada debido a los metales de aporte más blandos utilizados. ^{[ 1 ]} La resistencia de la unión soldada es probable que sea menor que la del metal base pero mayor que la del metal de aporte. ^{[ 6 ]} Otra desventaja es que las uniones soldadas pueden dañarse bajo altas temperaturas de servicio. ^{[ 1 ]} Las uniones soldadas requieren un alto grado de limpieza del metal base cuando se realizan en un entorno industrial. Algunas aplicaciones de soldadura requieren el uso de agentes fundentes adecuados para controlar la limpieza. El color de la unión suele ser diferente al del metal base, lo que crea una desventaja estética.

Las uniones soldadas de alta calidad requieren que las piezas se ajusten con precisión a superficies de metal base excepcionalmente limpias y libres de óxidos. En la mayoría de los casos, se recomiendan holguras de unión de 0,03 a 0,08 mm (0,0012 a 0,0031 pulg.) para una óptima acción capilar y resistencia de la unión; ^{[ 7 ]} sin embargo, en algunas operaciones de soldadura, no es raro encontrar holguras de unión de alrededor de 0,6 mm (0,024 pulg .) . La limpieza de las superficies de soldadura también es importante, ya que cualquier contaminación puede causar una mala humectación (flujo). Los dos métodos principales para limpiar las piezas antes de la soldadura son la limpieza química y la limpieza abrasiva o mecánica. En el caso de la limpieza mecánica, es importante mantener la rugosidad superficial adecuada, ya que la humectación en una superficie rugosa se produce con mucha más facilidad que en una superficie lisa de la misma geometría. ^{[ 7 ]}    

Otra consideración es el efecto de la temperatura y el tiempo en la calidad de las uniones soldadas. A medida que aumenta la temperatura de la aleación de soldadura, también aumenta la aleación y la humectación del metal de aporte. En general, la temperatura de soldadura seleccionada debe ser superior al punto de fusión del metal de aporte. Sin embargo, varios factores influyen en la selección de la temperatura por parte del diseñador de la unión. La temperatura óptima suele seleccionarse para:

• Minimizar la temperatura de soldadura
• Minimizar cualquier efecto del calor en el conjunto
• Minimizar la interacción entre el metal de relleno y el metal base.
• Maximizar la vida útil de cualquier accesorio o plantilla utilizada ^{[ 7 ]}

En algunos casos, un operario puede seleccionar una temperatura más alta para tener en cuenta otros factores del diseño (por ejemplo, para permitir el uso de un metal de aporte diferente, controlar los efectos metalúrgicos o eliminar la contaminación superficial). El efecto del tiempo en la unión soldada afecta principalmente a la magnitud de estos efectos. Sin embargo, en general, la mayoría de los procesos de producción se seleccionan para minimizar el tiempo de soldadura y los costes asociados. No obstante, esto no siempre es así, ya que en algunos entornos ajenos a la producción, el tiempo y el coste son secundarios en comparación con otros atributos de la unión (por ejemplo, la resistencia y el aspecto).

Existen muchos métodos de calentamiento disponibles para realizar operaciones de soldadura fuerte. El factor más importante al elegir un método de calentamiento es lograr una transferencia de calor eficiente a través de la junta, dentro de la capacidad calorífica de los metales base utilizados. La geometría de la junta de soldadura fuerte también es un factor crucial a considerar, al igual que la velocidad y el volumen de producción requeridos. La forma más sencilla de clasificar los métodos de soldadura fuerte es agruparlos por método de calentamiento. Aquí se presentan algunos de los más comunes: ^{[ 1 ] [ 9 ]}

• soldadura fuerte con soplete
• Soldadura fuerte en horno
• Soldadura fuerte por inducción
• Soldadura fuerte por inmersión
• Soldadura fuerte por resistencia
• Soldadura por infrarrojos
• Soldadura fuerte de manta
• Soldadura fuerte por haz de electrones y láser
• Soldadura fuerte

Estos métodos de calentamiento se clasifican en técnicas de calentamiento localizado y difuso y ofrecen ventajas en función de sus diferentes aplicaciones. ^{[ 10 ]}

Soldadura fuerte en horno

La soldadura fuerte en horno es un proceso semiautomático ampliamente utilizado en operaciones de soldadura industrial debido a su adaptabilidad a la producción en masa y al uso de mano de obra no calificada . La soldadura fuerte en horno presenta muchas ventajas sobre otros métodos de calentamiento que la hacen ideal para la producción en masa. Una de las principales ventajas es la facilidad con la que puede producir grandes cantidades de piezas pequeñas que se pueden colocar fácilmente en plantillas o autoposicionar. ^{[ 12 ]} El proceso también ofrece los beneficios de un ciclo de calor controlado (lo que permite el uso de piezas que podrían deformarse bajo calentamiento localizado) y no requiere limpieza posterior a la soldadura. Las atmósferas comunes utilizadas incluyen: atmósferas inertes, reductoras o de vacío , las cuales protegen la pieza de la oxidación. Otras ventajas incluyen: bajo costo unitario cuando se utiliza en la producción en masa, control preciso de la temperatura y la capacidad de soldar múltiples uniones a la vez. Los hornos se calientan típicamente con electricidad, gas o petróleo, según el tipo de horno y la aplicación. Sin embargo, algunas de las desventajas de este método incluyen: alto costo de capital del equipo, consideraciones de diseño más complejas y alto consumo de energía. ^{[ 12 ]}

En las operaciones de soldadura fuerte se utilizan cuatro tipos principales de hornos: por lotes; continuos; de retorta con atmósfera controlada; y de vacío.

Un horno de tipo discontinuo tiene costos iniciales de equipo relativamente bajos y puede calentar cada carga de piezas por separado. Se puede encender y apagar a voluntad, lo que reduce los gastos operativos cuando no está en uso. Estos hornos son adecuados para la producción de volumen medio a grande y ofrecen un alto grado de flexibilidad en el tipo de piezas que se pueden soldar. ^{[ 12 ]} Se pueden utilizar atmósferas controladas o fundente para controlar la oxidación y la limpieza de las piezas.

Los hornos de tipo continuo son los más adecuados para un flujo constante de piezas de tamaño similar a través del horno. ^{[ 12 ]} Estos hornos suelen alimentarse mediante cintas transportadoras, que mueven las piezas a través de la zona caliente a una velocidad controlada. Es común utilizar atmósfera controlada o fundente preaplicado en hornos continuos. En particular, estos hornos ofrecen la ventaja de requerir muy poca mano de obra, por lo que son los más adecuados para operaciones de producción a gran escala.

Los hornos de retorta se diferencian de otros hornos discontinuos en que utilizan un revestimiento sellado llamado "retorta". La retorta generalmente se sella con una junta o se suelda y se llena completamente con la atmósfera deseada, para luego calentarse externamente mediante elementos calefactores convencionales. ^{[ 12 ]} Debido a las altas temperaturas involucradas, la retorta suele estar hecha de aleaciones resistentes al calor que resisten la oxidación. Los hornos de retorta se utilizan a menudo en versiones discontinuas o semicontinuas .

Los hornos de vacío son un método relativamente económico para prevenir la oxidación y se utilizan con mayor frecuencia para soldar materiales con óxidos muy estables ( aluminio , titanio y circonio ) que no se pueden soldar en hornos atmosféricos. La soldadura al vacío también se utiliza ampliamente con materiales refractarios y otras combinaciones de aleaciones exóticas que no son adecuadas para hornos atmosféricos. Debido a la ausencia de fundente o atmósfera reductora, la limpieza de la pieza es fundamental al soldar al vacío. Los tres tipos principales de hornos de vacío son: retorta caliente de pared simple, retorta caliente de doble pared y retorta de pared fría. Los niveles de vacío típicos para la soldadura oscilan entre presiones de 1,3 a 0,13 pascales (10⁻² ^a 10⁻³ ^Torr ) y 0,00013 Pa (10⁻⁶ ^Torr ) o inferiores. ^{[ 12 ]} Los hornos de vacío suelen ser de tipo discontinuo y son adecuados para volúmenes de producción medios y altos.

soldadura fuerte de plata

La soldadura fuerte de plata, también conocida como soldadura dura, consiste en soldar utilizando un material de relleno a base de aleación de plata. Estas aleaciones se componen de diferentes porcentajes de plata y otros metales, como cobre, zinc y cadmio.

La soldadura fuerte se utiliza ampliamente en la industria de herramientas para fijar puntas de metal duro (carburo, cerámica, cermet y similares) a herramientas como hojas de sierra. A menudo se realiza un preestañado: la aleación de soldadura se funde sobre la punta de metal duro, que se coloca junto al acero y se vuelve a fundir. El preestañado soluciona el problema de que los metales duros son difíciles de humedecer.

Las uniones soldadas de metales duros suelen tener un espesor de dos a siete milésimas de pulgada . La aleación de soldadura une los materiales y compensa la diferencia en sus tasas de expansión. También proporciona una amortiguación entre la punta de carburo duro y el acero duro, lo que suaviza el impacto y evita la pérdida y el daño de la punta, de forma similar a como la suspensión de un vehículo ayuda a prevenir daños en los neumáticos y el vehículo. Finalmente, la aleación de soldadura une los otros dos materiales para crear una estructura compuesta, de forma similar a como las capas de madera y pegamento crean el contrachapado. El estándar para la resistencia de las uniones soldadas en muchas industrias es una unión que sea más resistente que cualquiera de los materiales base, de modo que cuando se somete a tensión, uno u otro de los materiales base falla antes que la unión. La soldadura de plata puede causar defectos en ciertas aleaciones, por ejemplo, agrietamiento intergranular inducido por tensión en cobre-níquel .

Un método especial de soldadura de plata se llamasoldadura fuerte oSoldadura por pasador . Se ha desarrollado especialmente para conectar cables a vías férreas o parade protección catódica. El método utiliza un pasador de soldadura que contiene plata y fundente, el cual se funde en el ojo de un terminal de cable. El equipo normalmente se alimenta con baterías.

En la soldadura fuerte se utilizan diversas aleaciones como metales de aporte, según el uso previsto o el método de aplicación. En general, las aleaciones para soldadura fuerte se componen de tres o más metales para formar una aleación con las propiedades deseadas. El metal de aporte para una aplicación específica se elige en función de su capacidad para: humedecer los metales base, soportar las condiciones de servicio requeridas y fundirse a una temperatura inferior a la de los metales base o a una temperatura muy específica.

La aleación para soldadura fuerte generalmente está disponible en forma de varilla, cinta, polvo, pasta, crema, alambre y preformas (como arandelas estampadas). ^{[ 15 ]} Dependiendo de la aplicación, el material de aporte se puede colocar previamente en la ubicación deseada o aplicar durante el ciclo de calentamiento. Para la soldadura fuerte manual, generalmente se utilizan alambres y varillas, ya que son las más fáciles de aplicar durante el calentamiento. En el caso de la soldadura fuerte en horno, la aleación generalmente se coloca con anticipación, ya que el proceso suele estar altamente automatizado. ^{[ 15 ]} Algunos de los tipos más comunes de metales de aporte utilizados son:

• Aluminio-silicio
• Cobre
• Cobre-plata
• Cobre-zinc ( latón )
• Cobre-estaño ( bronce )
• Oro - plata
• aleación de níquel
• Plata ^{[ 1 ] [ 16 ]}
• Lámina de soldadura amorfa que utiliza níquel, hierro, cobre, silicio, boro, fósforo, etc.

Algunas soldaduras se presentan en forma de láminas triples , láminas laminadas de un metal portador revestidas con una capa de soldadura en cada lado. El metal central suele ser cobre; su función es actuar como portador de la aleación, absorber las tensiones mecánicas debidas, por ejemplo, a la dilatación térmica diferencial de materiales distintos (como una punta de carburo y un soporte de acero), y actuar como barrera de difusión (por ejemplo, para evitar la difusión de aluminio del bronce de aluminio al acero al soldar estos dos materiales).

Las aleaciones para soldadura fuerte forman varios grupos distintos; las aleaciones del mismo grupo tienen propiedades y usos similares. ^{[ 17 ]}

metales puros

Sin alear. A menudo metales nobles: plata, oro, paladio.

Ag-Cu

Plata - cobre . Buenas propiedades de fusión. La plata mejora la fluidez. Aleación eutéctica utilizada para soldadura fuerte en horno. Las aleaciones ricas en cobre son propensas al agrietamiento por tensión causado por el amoníaco.

Ag-Zn

Plata- zinc . Similar al cobre-zinc, se utiliza en joyería por su alto contenido en plata, lo que permite que el producto cumpla con los requisitos de contraste . Su color es similar al de la plata y es resistente a los líquidos limpiadores de plata que contienen amoníaco.

Cu-Zn ( latón )

Cobre-zinc. De uso general, se utiliza para unir acero y hierro fundido. Su resistencia a la corrosión suele ser insuficiente para el cobre, el bronce de silicio, el cobre-níquel y el acero inoxidable. Presenta una ductilidad razonable. Debido a la volatilidad del zinc, tiene una alta presión de vapor, por lo que no es apto para la soldadura fuerte en horno. Las aleaciones ricas en cobre son propensas a agrietarse por tensión con amoníaco.

Ag-Cu-Zn

Plata-cobre-zinc. Punto de fusión más bajo que Ag-Cu para el mismo contenido de Ag. Combina las ventajas de Ag-Cu y Cu-Zn. Por encima del 40% de Zn, la ductilidad y la resistencia disminuyen, por lo que solo se utilizan aleaciones de este tipo con menor contenido de zinc. Por encima del 25% de zinc, aparecen fases de cobre-zinc y plata-zinc menos dúctiles. Un contenido de cobre superior al 60% produce una resistencia reducida y se funde por encima de 900  °C. Un contenido de plata superior al 85% produce una resistencia reducida, un liquidus alto y un coste elevado. Las aleaciones ricas en cobre son propensas al agrietamiento por tensión con amoníaco. Las soldaduras fuertes ricas en plata (por encima del 67,5% de Ag) son contrastables y se utilizan en joyería; las aleaciones con menor contenido de plata se utilizan para fines de ingeniería. Las aleaciones con una relación cobre-zinc de aproximadamente 60:40 contienen las mismas fases que el latón y coinciden con su color; se utilizan para unir latón. Una pequeña cantidad de níquel mejora la resistencia y la resistencia a la corrosión y promueve la humectación de los carburos. La adición de manganeso junto con níquel aumenta la tenacidad a la fractura. La adición de cadmio produce aleaciones de Ag-Cu-Zn-Cd con mayor fluidez y humectabilidad, y menor punto de fusión; sin embargo, el cadmio es tóxico. La adición de estaño puede desempeñar prácticamente el mismo papel.

Taza

Cobre- fósforo . Ampliamente utilizado para cobre y aleaciones de cobre. No requiere fundente para el cobre. También puede utilizarse con plata, tungsteno y molibdeno. Las aleaciones ricas en cobre son propensas a agrietarse por tensión con amoníaco.

Ag-Cu-P

Similar al Cu-P, pero con mejor fluidez. Ideal para espacios más grandes. Más dúctil, con mejor conductividad eléctrica. Las aleaciones ricas en cobre son propensas al agrietamiento por tensión causado por el amoníaco.

Au-Ag

Oro y plata. Metales nobles. Utilizados en joyería.

Au-Cu

Oro-cobre. Serie continua de soluciones sólidas. Moja fácilmente muchos metales, incluidos los refractarios. Rangos de fusión estrechos, buena fluidez. ^{[ 18 ]} Frecuentemente utilizado en joyería. Las aleaciones con 40–90% de oro se endurecen al enfriarse pero permanecen dúctiles. El níquel mejora la ductilidad. La plata reduce el punto de fusión pero empeora la resistencia a la corrosión. Para mantener la resistencia a la corrosión, el oro debe mantenerse por encima del 60%. La resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión pueden mejorarse mediante aleaciones adicionales, por ejemplo, con cromo, paladio, manganeso y molibdeno. El vanadio añadido permite mojar cerámicas. El oro-cobre tiene baja presión de vapor.

Au-Ni

Oro- níquel . Serie continua de soluciones sólidas. Rango de fusión más amplio que las aleaciones de Au-Cu, pero mejor resistencia a la corrosión y humectabilidad mejorada. Frecuentemente se alea con otros metales para reducir la proporción de oro manteniendo sus propiedades. Se puede añadir cobre para disminuir la proporción de oro, cromo para compensar la pérdida de resistencia a la corrosión y boro para mejorar la humectabilidad afectada por el cromo. Generalmente no se utiliza más del 35 % de Ni, ya que las proporciones Ni/Au más altas tienen un rango de fusión demasiado amplio. Baja presión de vapor.

Au-Pd

Oro- paladio . Mayor resistencia a la corrosión que las aleaciones de Au-Cu y Au-Ni. Se utiliza para unir superaleaciones y metales refractarios en aplicaciones de alta temperatura, como motores a reacción. Es costoso. Puede sustituirse por soldaduras fuertes a base de cobalto. Presenta baja presión de vapor.

Pd

Paladio. Buen rendimiento a altas temperaturas, alta resistencia a la corrosión (menor que el oro), alta resistencia mecánica (mayor que el oro). Generalmente se alea con níquel, cobre o plata. Forma soluciones sólidas con la mayoría de los metales, no forma compuestos intermetálicos frágiles. Baja presión de vapor.

Ni

Aleaciones de níquel, incluso más numerosas que las de plata. Alta resistencia. Menor costo que las aleaciones de plata. Buen desempeño a altas temperaturas, buena resistencia a la corrosión en ambientes moderadamente agresivos. Se utilizan frecuentemente para aceros inoxidables y aleaciones resistentes al calor. Fragilizadas con azufre y algunos metales de bajo punto de fusión, por ejemplo, zinc. El boro, fósforo, silicio y carbono tienen un punto de fusión más bajo y se difunden rápidamente a los metales base. Esto permite la soldadura fuerte por difusión y permite que la unión se utilice por encima de la temperatura de soldadura fuerte. Los boruros y fosfuros forman fases frágiles. Se pueden hacer preformas amorfas por solidificación rápida.

Co

Aleaciones de cobalto . Buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas, posible alternativa a las soldaduras fuertes de Au-Pd. Baja trabajabilidad a bajas temperaturas; las preformas se preparan mediante solidificación rápida.

Al-Si

Aluminio - silicio . Para soldar aluminio.

Aleaciones activas

Contiene metales activos, por ejemplo, titanio o vanadio. Se utiliza para soldar materiales no metálicos, por ejemplo, grafito o cerámica .

Algunos aditivos e impurezas actúan a niveles muy bajos. Se pueden observar efectos tanto positivos como negativos. El estroncio a niveles del 0,01 % refina la estructura granular del aluminio. El berilio y el bismuto a niveles similares ayudan a romper la capa de pasivación del óxido de aluminio y favorecen la humectación. El carbono al 0,1 % perjudica la resistencia a la corrosión de las aleaciones de níquel. El aluminio puede fragilizar el acero dulce al 0,001 %, y el fósforo al 0,01 %. ^{[ 19 ]}

En algunos casos, especialmente para la soldadura fuerte al vacío, se utilizan metales y aleaciones de alta pureza. Se pueden encontrar comercialmente niveles de pureza del 99,99 % y del 99,999 %.

Se debe tener cuidado de no introducir impurezas perjudiciales por contaminación de las juntas o por disolución de los metales base durante la soldadura fuerte.

Interacción con metales base

Para una humectación exitosa, el metal base debe ser al menos parcialmente soluble en al menos un componente de la aleación de soldadura. Por lo tanto, la aleación fundida tiende a atacar el metal base y disolverlo, modificando ligeramente su composición en el proceso. Este cambio de composición se refleja en la variación del punto de fusión de la aleación y, en consecuencia, en su fluidez. Por ejemplo, algunas aleaciones disuelven tanto la plata como el cobre; la plata disuelta disminuye su punto de fusión y aumenta su fluidez, mientras que el cobre produce el efecto contrario.

Se puede aprovechar el cambio en el punto de fusión. Dado que la temperatura de refundición se puede aumentar enriqueciendo la aleación con metal base disuelto, es posible realizar soldadura fuerte escalonada utilizando la misma soldadura. ^{[ 23 ]}

Las aleaciones que no atacan significativamente los metales base son más adecuadas para la soldadura fuerte de secciones delgadas.

La microestructura no homogénea de la soldadura fuerte puede provocar una fusión no uniforme y erosiones localizadas del metal base.

La humectación de los metales base puede mejorarse añadiendo un metal adecuado a la aleación. El estaño facilita la humectación del hierro, el níquel y muchas otras aleaciones. El cobre humecta los metales ferrosos que la plata no ataca; por lo tanto, las aleaciones de cobre y plata pueden soldar aceros que la plata por sí sola no humecta. El zinc mejora la humectación de los metales ferrosos, al igual que el indio. El aluminio mejora la humectación de las aleaciones de aluminio. Para la humectación de la cerámica, se pueden añadir a la soldadura metales reactivos capaces de formar compuestos químicos con la cerámica (por ejemplo, titanio, vanadio, circonio...).

La disolución de los metales base puede provocar cambios perjudiciales en la aleación de soldadura. Por ejemplo, el aluminio disuelto de los bronces de aluminio puede fragilizar la soldadura; la adición de níquel a la misma puede contrarrestar este efecto.

El efecto es bidireccional; pueden producirse interacciones perjudiciales entre la aleación de soldadura y el metal base. La presencia de fósforo en la aleación de soldadura da lugar a la formación de fosfuros frágiles de hierro y níquel; por lo tanto, las aleaciones que contienen fósforo no son adecuadas para soldar níquel ni aleaciones ferrosas. El boro tiende a difundirse en los metales base, especialmente a lo largo de los límites de grano, y puede formar boruros frágiles. El carbono puede influir negativamente en algunos aceros.

Es necesario tener cuidado para evitar la corrosión galvánica entre la soldadura fuerte y el metal base, y especialmente entre metales base diferentes que se sueldan entre sí. La formación de compuestos intermetálicos frágiles en la interfaz de la aleación puede provocar fallas en la unión. Este tema se trata con mayor detalle en el apartado de soldaduras .

Las fases potencialmente perjudiciales pueden distribuirse uniformemente por todo el volumen de la aleación o concentrarse en la interfaz de la base de soldadura. Una capa gruesa de intermetálicos interfaciales suele considerarse perjudicial debido a su baja tenacidad a la fractura y otras propiedades mecánicas deficientes. Sin embargo, en algunas situaciones, como en la fijación de chips, esto no supone un gran problema, ya que los chips de silicio no suelen estar sometidos a un maltrato mecánico. ^{[ 19 ]}

Al humedecerse, las soldaduras fuertes pueden liberar elementos del metal base. Por ejemplo, la soldadura fuerte de aluminio-silicio humedece el nitruro de silicio, disocia la superficie para que reaccione con el silicio y libera nitrógeno, lo que puede crear huecos a lo largo de la interfaz de la unión y disminuir su resistencia. La soldadura fuerte de níquel-oro que contiene titanio humedece el nitruro de silicio y reacciona con su superficie, formando nitruro de titanio y liberando silicio; este último forma siliciuros de níquel frágiles y una fase eutéctica de oro-silicio; la unión resultante es débil y se funde a una temperatura mucho menor de lo esperado. ^{[ 19 ]}

Los metales pueden difundirse de una aleación base a otra, provocando fragilización o corrosión. Un ejemplo es la difusión de aluminio del bronce de aluminio a una aleación ferrosa durante la unión de estas. Se puede utilizar una barrera de difusión, como una capa de cobre (por ejemplo, en una tira de Trimet).

Se puede utilizar una capa de sacrificio de un metal noble sobre el metal base como barrera de oxígeno, evitando la formación de óxidos y facilitando la soldadura fuerte sin fundente. Durante la soldadura, la capa de metal noble se disuelve en el metal de aporte. El recubrimiento de aceros inoxidables con cobre o níquel cumple la misma función. ^{[ 19 ]}

En la soldadura fuerte de cobre, una atmósfera reductora (o incluso una llama reductora) puede reaccionar con los residuos de oxígeno presentes en el metal, que se encuentran en forma de inclusiones de óxido cuproso , y provocar fragilización por hidrógeno . El hidrógeno presente en la llama o la atmósfera a alta temperatura reacciona con el óxido, produciendo cobre metálico y vapor de agua. Las burbujas de vapor ejercen una alta presión en la estructura del metal, lo que provoca grietas y porosidad en la unión. El cobre libre de oxígeno no es sensible a este efecto; sin embargo, los grados más comunes, como el cobre electrolítico o el cobre de alta conductividad, sí lo son. La unión fragilizada puede entonces fallar catastróficamente sin ningún signo previo de deformación o deterioro.

A menos que las operaciones de soldadura fuerte se realicen en una atmósfera inerte o reductora (por ejemplo, nitrógeno ), se requiere un fundente como el bórax para evitar la formación de óxidos durante el calentamiento del metal. El fundente también limpia cualquier contaminación que quede en las superficies de soldadura. El fundente se puede aplicar en diversas formas, como pasta, líquido, polvo o pastas prefabricadas que combinan fundente con polvo de metal de aporte. También se puede aplicar mediante varillas de soldadura con recubrimiento de fundente o con núcleo de fundente. En ambos casos, el fundente fluye hacia la junta al aplicarse sobre la junta caliente y es desplazado por el metal de aporte fundido. El exceso de fundente debe eliminarse al finalizar el ciclo, ya que el fundente residual en la junta puede provocar corrosión, dificultar la inspección de la junta e impedir operaciones posteriores de acabado superficial. Las aleaciones de soldadura fuerte que contienen fósforo pueden ser autofundentes al unir cobre con cobre. ^{[ 24 ]} Los fundentes se seleccionan generalmente en función de su rendimiento en metales base específicos. Para ser eficaz, el fundente debe ser químicamente compatible tanto con el metal base como con el metal de aporte utilizado. Las aleaciones de aporte de fósforo autofundentes producen fosfuros frágiles si se utilizan sobre hierro o níquel. ^{[ 24 ]} Como regla general, los ciclos de soldadura más largos deben utilizar fundentes menos activos que las operaciones de soldadura cortas. ^{[ 25 ]}

Como el trabajo de soldadura fuerte requiere altas temperaturas, la oxidación de la superficie del metal ocurre en una atmósfera que contiene oxígeno. Esto puede requerir el uso de un entorno atmosférico distinto al aire. Las atmósferas comúnmente utilizadas son: ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Aire

Sencillo y económico. Muchos materiales son susceptibles a la oxidación y a la acumulación de incrustaciones . Se puede utilizar un baño de limpieza con ácido o una limpieza mecánica para eliminar la oxidación después del trabajo. El fundente contrarresta la oxidación, pero puede debilitar la junta.

Gas combustible combustionado

Bajo contenido de hidrógeno, AWS tipo 1, "atmósferas generadas exotérmicamente". 87% N₂ _, 11–12% CO₂ _, 5-1% CO, 5-1% H₂ _. Para metales de aporte de plata, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre y latón.

Gas combustible combustionado

Descarburación , tipo AWS 2, "atmósferas generadas endotérmicas. 70–71% N ₂ , 5–6% CO ₂ , 9–10% CO, 14–15% H ₂ . Para metales de aporte de cobre, plata, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre, latón, aleaciones de níquel, Monel, aceros de carbono medio .

Gas combustible combustionado

Seco, tipo AWS 3, "atmósferas generadas endotérmicamente. 73–75% N ₂ , 10–11% CO, 15–16% H ₂ . Para metales de aporte de cobre, plata, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre, latón, aleaciones de bajo níquel, Monel , aceros de carbono medio y alto .

Gas combustible combustionado

Seco, descarburante, tipo AWS 4. 41–45% N₂ _, 17–19% CO, 38–40% H₂ _{. Para metales de aporte de cobre, plata, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre, latón, aleaciones de bajo contenido de níquel,} aceros de carbono medio y alto .

Amoníaco

Tipo AWS 5, también llamado gas de formación . El amoníaco disociado (75 % hidrógeno, 25 % nitrógeno) se puede utilizar para diversos tipos de soldadura fuerte y recocido. Económico. Para metales de aporte de cobre, plata, níquel, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldar cobre, latón, aleaciones de níquel, Monel, aceros de medio y alto contenido de carbono y aleaciones de cromo.

Nitrógeno + hidrógeno

Criogénico o purificado (tipo AWS 6A). 70–99% N₂ _, 1–30% H₂ _. Para metales de relleno de cobre, plata, níquel, cobre-fósforo y cobre-zinc.

Nitrógeno + hidrógeno + monóxido de carbono

Criogénico o purificado (tipo AWS 6B). 70–99% N₂ _, 2–20% H₂ _{, 1–10% CO. Para metales de aporte de cobre, plata, níquel, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre, latón, aleaciones de bajo contenido de níquel,} aceros de carbono medio y alto .

Nitrógeno

Criogénico o purificado (tipo AWS 6C). No oxidante, económico. A altas temperaturas puede reaccionar con algunos metales, por ejemplo, ciertos aceros, formando nitruros . Para metales de aporte de cobre, plata, níquel, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre, latón, aleaciones de bajo contenido de níquel, Monel, aceros de medio y alto contenido de carbono .

Hidrógeno

Tipo AWS 7. Desoxidante potente, altamente conductor térmico. Se puede utilizar para soldar cobre y recocer acero. Puede causar fragilización por hidrógeno en algunas aleaciones. Para metales de aporte de cobre, plata, níquel, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldar cobre, latón, aleaciones de níquel, Monel, aceros de medio y alto contenido de carbono , aleaciones de cromo, cobalto, tungsteno y carburos.

vapores inorgánicos

Diversos fluoruros volátiles, tipo AWS 8. Uso especial. Se puede mezclar con atmósferas AWS 1–5 para sustituir el fundente. Se utiliza para la soldadura fuerte de latón con plata.

Gas noble

Generalmente argón , tipo AWS 9. No oxidante, más caro que el nitrógeno. Inerte. Las piezas deben estar muy limpias, el gas debe ser puro. Para metales de aporte de cobre, plata, níquel, cobre-fósforo y cobre-zinc. Para soldadura fuerte de cobre, latón, aleaciones de níquel, Monel, aceros de medio y alto contenido de carbono , aleaciones de cromo, titanio, circonio y hafnio.

Gas noble + hidrógeno

AWS tipo 9A.

Vacío

Requiere evacuar la cámara de trabajo. Es costoso. No es adecuado (o requiere cuidados especiales) para metales con alta presión de vapor, como plata, zinc, fósforo, cadmio y manganeso. Se utiliza para uniones de máxima calidad, por ejemplo, en aplicaciones aeroespaciales .

Una preforma para soldadura fuerte es una pieza metálica estampada de alta calidad y precisión que se utiliza en diversas aplicaciones de unión en la fabricación de dispositivos y sistemas electrónicos. Entre los usos típicos de las preformas para soldadura fuerte se incluyen la fijación de circuitos electrónicos, el encapsulado de dispositivos electrónicos, la provisión de una buena conductividad térmica y eléctrica, y la creación de una interfaz para conexiones electrónicas. Las preformas para soldadura fuerte cuadradas, rectangulares y en forma de disco se utilizan comúnmente para fijar componentes electrónicos que contienen chips de silicio a un sustrato, como una placa de circuito impreso . Las preformas con forma de marco rectangular suelen ser necesarias para la construcción de encapsulados electrónicos, mientras que las preformas para soldadura fuerte en forma de arandela se utilizan normalmente para fijar cables conductores y pasamuros herméticos a circuitos y encapsulados electrónicos. Algunas preformas también se utilizan en el encapsulado de diodos , rectificadores , dispositivos optoelectrónicos y componentes. ^{[ 28 ]}

La soldadura fuerte puede implicar la exposición a humos químicos peligrosos . El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional de los Estados Unidos recomienda que la exposición a estos humos se controle a niveles inferiores al límite de exposición permitido . ^{[ 29 ]}

• Soldadura
• CuproBraze
• Petit chien à bélière
• Soldadura

• Fletcher, MJ (1971). Soldadura fuerte al vacío . Londres: Mills and Boon Limited. ISBN 0-263-51708-X.
• PM Roberts, "Prácticas de soldadura fuerte industrial", CRC Press, Boca Raton, Florida, 2004.
• Kent White, "Soldadura de aluminio auténtica con gas: además de soldadura fuerte y blanda". Editorial: TM Technologies, 2008.
• Andrea Cagnetti (2009). "Estudio experimental sobre la soldadura fuerte fluida en el arte de la orfebrería antigua". International Journal of Materials Research . 100 (1): 81– 85. Bibcode : 2009IJMR..100...81C . doi : 10.3139/146.101783 . S2CID 137786674 . 
• Groover, Mikell P. (2007). Fundamentos de la fabricación moderna: materiales, procesos y sistemas (2.ª  ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-81-265-1266-9.
• Schwartz, Mel M. (1987). Soldadura fuerte . ASM International. ISBN 978-0-87170-246-3.

• Asociación Europea de Soldadura Fuerte y Soldadura Blanda