La soldadura fuerte es un proceso de unión de metales en el que dos o más elementos metálicos se unen fundiendo y haciendo fluir un metal de aportación hacia la unión, teniendo el metal de aportación un punto de fusión más bajo que el metal contiguo.
La soldadura fuerte se diferencia de la soldadura en que no implica fundir las piezas de trabajo. La soldadura fuerte se diferencia de la soldadura por el uso de una temperatura más alta y piezas mucho más ajustadas que cuando se suelda. 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 lleva ligeramente por encima de su temperatura de fusión ( liquidus ) mientras está protegido por una atmósfera adecuada, normalmente un fundente . Luego fluye sobre el metal base (en un proceso conocido como humectación ) y luego se enfría para unir las piezas de trabajo. [1] Una de las principales ventajas de la soldadura fuerte es la capacidad de unir metales iguales o diferentes con una resistencia considerable.
La soldadura fuerte tiene muchas ventajas sobre otras técnicas de unión de metales, como la soldadura . Dado que la soldadura fuerte no funde el metal base de la junta, permite un control mucho más estricto sobre las tolerancias y produce una junta limpia sin necesidad de un acabado secundario. Además, se pueden soldar metales y no metales diferentes (es decir, cerámicas metalizadas). [2] En general, la soldadura fuerte también produce menos distorsión térmica que la soldadura debido al calentamiento uniforme de una pieza soldada. Se pueden soldar conjuntos complejos y de varias piezas de forma rentable. A veces las uniones soldadas deben esmerilarse, una operación secundaria costosa que la soldadura fuerte no requiere porque 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 porque los parámetros individuales del proceso son menos sensibles a la variación. [3] [4]
Una de las principales desventajas es la falta de resistencia de la unión en comparación con una unión soldada debido a los metales de aportación más blandos utilizados. [1] Es probable que la resistencia de la unión soldada sea menor que la del metal base pero mayor que la del metal de aportación. [5] 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 fuerte requieren el uso de agentes fundentes adecuados para controlar la limpieza. El color de la junta 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 estrechamente con superficies de metal base excepcionalmente limpias y libres de óxidos. En la mayoría de los casos, se recomiendan espacios libres para las juntas de 0,03 a 0,08 mm (0,0012 a 0,0031 pulgadas) para obtener la mejor acción capilar y resistencia de las juntas; [6] Sin embargo, en algunas operaciones de soldadura fuerte, no es raro tener espacios libres en las juntas de alrededor de 0,6 mm (0,024 pulgadas). La limpieza de las superficies de soldadura también es importante, ya que cualquier contaminación puede provocar una mala humectación (flujo). Los dos métodos principales para limpiar piezas, antes de soldar, 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 mucho más fácilmente que en una superficie lisa de la misma geometría. [6]
Otra consideración es el efecto de la temperatura y el tiempo sobre la calidad de las uniones soldadas. A medida que aumenta la temperatura de la aleación de soldadura fuerte, también aumenta la acción de aleación y humectación del metal de aportación. En general, la temperatura de soldadura seleccionada debe estar por encima del punto de fusión del metal de aportación. Sin embargo, varios factores influyen en la selección de temperatura por parte del diseñador de juntas. La mejor temperatura suele seleccionarse para:
En algunos casos, un trabajador puede seleccionar una temperatura más alta para adaptarse a otros factores en el diseño (por ejemplo, para permitir el uso de un metal de aportación diferente, o para controlar los efectos metalúrgicos, o para eliminar suficientemente la contaminación de la superficie). El efecto del tiempo en la unión soldada afecta principalmente el grado en que estos efectos están presentes. Sin embargo, en general, la mayoría de los procesos de producción se seleccionan para minimizar el tiempo de soldadura y los costos asociados. Sin embargo, este no es siempre el caso, ya que en algunos entornos no productivos, el tiempo y el costo son secundarios a otros atributos conjuntos (por ejemplo, resistencia, apariencia).
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Hay 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 eficiente de calor a través de la junta y hacerlo dentro de la capacidad calorífica de los metales base individuales utilizados. La geometría de la unión soldada también es un factor crucial a considerar, al igual que la tasa y el volumen de producción requeridos. La forma más sencilla de clasificar los métodos de soldadura fuerte es agruparlos por método de calentamiento. Éstos son algunos de los más comunes: [1] [8]
Estos métodos de calentamiento se clasifican en técnicas de calentamiento localizado y difuso y ofrecen ventajas en función de sus diferentes aplicaciones. [9]
La soldadura fuerte con soplete es, con diferencia, el método más común de soldadura mecanizada en uso. Se utiliza mejor en pequeños volúmenes de producción o en operaciones especializadas y, en algunos países, representa la mayor parte de la soldadura fuerte. Se utilizan tres categorías principales de soldadura fuerte con soplete: [10] soldadura fuerte manual, mecánica y automática.
La soldadura fuerte con soplete manual es un procedimiento en el que se aplica calor utilizando una llama de gas colocada sobre o cerca de la junta que se está soldando. La antorcha puede sostenerse manualmente o en una posición fija dependiendo de si la operación es completamente manual o tiene algún nivel de automatización. La soldadura fuerte manual se usa más comúnmente en volúmenes de producción pequeños o en aplicaciones donde el tamaño o la configuración de la pieza hace que otros métodos de soldadura sean imposibles. [10] El principal inconveniente es el alto costo de mano de obra asociado con el método, así como la habilidad del operador requerida para obtener uniones soldadas de calidad. Se requiere el uso de fundente o material autofundente para evitar la oxidación. La soldadura fuerte de cobre con soplete se puede realizar sin el uso de fundente si se suelda con un soplete usando oxígeno e hidrógeno gaseoso, en lugar de oxígeno y otros gases inflamables.
La soldadura fuerte con soplete mecánico se utiliza comúnmente cuando se lleva a cabo una operación de soldadura fuerte repetitiva. Este método es una combinación de operaciones manuales y automatizadas en las que un operador suele colocar material de soldadura, fundente y piezas de sujeción mientras el mecanismo de la máquina realiza la soldadura. [10] La ventaja de este método es que reduce la gran necesidad de mano de obra y habilidades de la soldadura fuerte manual. También se requiere el uso de fundente para este método, ya que no hay atmósfera protectora y es más adecuado para volúmenes de producción pequeños y medianos.
La soldadura fuerte con soplete automático es un método que casi elimina la necesidad de mano de obra en la operación de soldadura, excepto para la carga y descarga de la máquina. Las principales ventajas de este método son: una alta tasa de producción, una calidad de soldadura uniforme y un costo operativo reducido. El equipo utilizado es esencialmente el mismo que se utiliza para la soldadura con soplete mecánico, con la principal diferencia de que la maquinaria reemplaza al operador en la preparación de la pieza. [10]
La soldadura fuerte en horno es un proceso semiautomático que se utiliza ampliamente en operaciones de soldadura fuerte industrial debido a su adaptabilidad a la producción en masa y al uso de mano de obra no calificada . La soldadura fuerte en horno tiene muchas ventajas sobre otros métodos de calentamiento que la hacen ideal para la producción en masa. Una ventaja principal es la facilidad con la que puede producir una gran cantidad de piezas pequeñas que se pueden ajustar o autoposicionar fácilmente. [11] El proceso también ofrece los beneficios de un ciclo de calor controlado (que permite el uso de piezas que podrían distorsionarse bajo el calentamiento localizado) y sin necesidad de limpieza posterior a la soldadura. Las atmósferas comunes utilizadas incluyen: atmósferas inertes, reductoras o de vacío , todas las cuales protegen la pieza de la oxidación. Algunas otras ventajas incluyen: bajo costo unitario cuando se usa en producción en masa, control estricto de la temperatura y la capacidad de soldar múltiples juntas a la vez. Los hornos normalmente se calientan 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 equipo de capital, consideraciones de diseño más difíciles y alto consumo de energía. [11]
Hay cuatro tipos principales de hornos utilizados en las operaciones de soldadura: tipo discontinuo; continuo; retorta con atmósfera controlada; y vacío.
Un horno de tipo discontinuo tiene costos de equipo iniciales relativamente bajos y puede calentar cada carga parcial 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 producciones de volumen medio a grande y ofrecen un alto grado de flexibilidad en el tipo de piezas que se pueden soldar. [11] Se pueden utilizar atmósferas controladas o fundentes 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. [11] Estos hornos suelen ser alimentados por cinta transportadora, moviendo 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 el beneficio de requisitos de mano de obra muy bajos y, por lo tanto, son los más adecuados para operaciones de producción a gran escala.
Los hornos de tipo retorta se diferencian de otros hornos de tipo discontinuo 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 y luego se calienta externamente mediante elementos calefactores convencionales. [11] Debido a las altas temperaturas involucradas, la retorta generalmente está hecha de aleaciones resistentes al calor que resisten la oxidación. Los hornos de retorta se utilizan a menudo en versiones discontinuas o semicontinuas [ dudoso ] .
Los hornos de vacío son un método relativamente económico de prevención de óxido 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 fuerte al vacío también se utiliza mucho con materiales refractarios y otras combinaciones de aleaciones exóticas no adecuadas para hornos atmosféricos. Debido a la ausencia de fundente o atmósfera reductora, la limpieza de la pieza es crítica cuando se suelda en vacío. Los tres tipos principales de hornos de vacío son: retorta caliente de pared simple, retorta caliente de pared doble y retorta caliente de pared fría. Los niveles de vacío típicos para soldadura fuerte varían desde presiones de 1,3 a 0,13 pascales (10 −2 a 10 −3 Torr ) a 0,00013 Pa (10 −6 Torr) o menos. [11] Los hornos de vacío suelen ser del tipo discontinuo y son adecuados para volúmenes de producción medios y altos.
La soldadura fuerte con plata, a veces conocida como soldadura dura, es una soldadura fuerte que utiliza un relleno a base de aleación de plata. Estas aleaciones de plata constan de muchos porcentajes diferentes de plata y otros metales, como cobre, zinc y cadmio.
La soldadura fuerte se utiliza ampliamente en la industria de herramientas para sujetar 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 fuerte 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 metal duro suelen tener de dos a siete milésimas de pulgada de espesor. La aleación de soldadura une los materiales y compensa la diferencia en sus tasas de expansión. También proporciona un cojín 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 la misma manera que la suspensión de un vehículo ayuda a prevenir daños a los neumáticos y al vehículo. Finalmente, la aleación soldada une los otros dos materiales para crear una estructura compuesta, de la misma manera que las capas de madera y pegamento crean madera contrachapada. El estándar para la resistencia de las juntas soldadas en muchas industrias es una junta que sea más resistente que cualquiera de los materiales base, de modo que cuando se encuentre bajo tensión, uno u otro de los materiales base falla antes que la junta. La soldadura fuerte con plata puede causar defectos en ciertas aleaciones, por ejemplo, agrietamiento intergranular inducido por tensión en cobre-níquel .
Un método especial de soldadura fuerte con plata se llamasoldadura por alfiler osoldadura fuerte de pasador . Ha sido desarrollado especialmente para la conexión de cables a vía férrea o parade protección catódica. El método utiliza un pasador de soldadura que contiene plata y fundente, que se funde en el ojo de un terminal de cable. El equipo normalmente funciona con baterías.
La soldadura fuerte es el uso de una varilla de relleno de bronce o latón recubierta con fundente para unir piezas de acero . El equipo necesario para la soldadura fuerte es básicamente idéntico al equipo utilizado para la soldadura fuerte. Dado que la soldadura fuerte generalmente requiere más calor que la soldadura fuerte, comúnmente se usa combustible de acetileno o gas metilacetileno-propadieno ( gas MAPP ). El nombre proviene del hecho de que no se utiliza acción capilar.
La soldadura fuerte tiene muchas ventajas sobre la soldadura por fusión. Permite la unión de metales diferentes, minimiza la distorsión por calor y puede reducir la necesidad de un precalentamiento extenso. Además, dado que los metales unidos no se funden en el proceso, los componentes conservan su forma original; Los bordes y contornos no se erosionan ni cambian por la formación de un filete. Otro efecto de la soldadura fuerte es la eliminación de las tensiones acumuladas que suelen estar presentes en la soldadura por fusión. Esto es extremadamente importante en la reparación de piezas fundidas grandes. Las desventajas son la pérdida de resistencia cuando se somete a altas temperaturas y la incapacidad de soportar tensiones elevadas.
Las puntas de carburo, cermet y cerámica se recubren y luego se unen al acero para fabricar sierras de cinta con punta. El revestimiento actúa como una aleación de soldadura fuerte.
La "soldadura" de hierro fundido suele ser una operación de soldadura fuerte, utilizándose una varilla de relleno hecha principalmente de níquel , aunque también está disponible la verdadera soldadura con varillas de hierro fundido. Las tuberías de hierro fundido dúctil también se pueden "soldar con cadmio", un proceso que conecta las juntas por medio de un pequeño alambre de cobre fundido en el hierro cuando previamente se muele hasta el metal desnudo, paralelo a las juntas de hierro que se forman como en el tubo central con junta de neopreno. focas. El propósito de esta operación es utilizar electricidad a lo largo del cobre para mantener calientes las tuberías subterráneas en climas fríos.
La soldadura fuerte al vacío es una técnica de unión de materiales que ofrece importantes ventajas: uniones de soldadura extremadamente limpias, superiores y sin fundente, de alta integridad y resistencia. El proceso puede resultar costoso porque debe realizarse dentro de un recipiente con cámara de vacío. La uniformidad de la temperatura se mantiene en la pieza de trabajo cuando se calienta al vacío, lo que reduce en gran medida las tensiones residuales debidas a los ciclos lentos de calentamiento y enfriamiento. Esto, a su vez, puede mejorar significativamente las propiedades térmicas y mecánicas del material, proporcionando así capacidades únicas de tratamiento térmico. Una de esas capacidades es tratar térmicamente o endurecer la pieza de trabajo mientras se realiza un proceso de unión de metales, todo en un ciclo térmico de un solo horno.
Los productos que más comúnmente se sueldan al vacío incluyen placas frías de aluminio, intercambiadores de calor de placas y aletas y intercambiadores de calor de tubos planos. [12]
La soldadura fuerte al vacío suele realizarse en un horno; esto significa que se pueden realizar varias uniones a la vez porque toda la pieza alcanza la temperatura de soldadura fuerte. El calor se transfiere mediante radiación, ya que muchos otros métodos no se pueden utilizar en el vacío.
La soldadura fuerte por inmersión es especialmente adecuada para soldar aluminio porque se excluye el aire, evitando así la formación de óxidos. Las piezas que se van a unir se fijan y el compuesto de soldadura fuerte se aplica a las superficies de contacto, normalmente en forma de suspensión . Luego, los conjuntos se sumergen en un baño de sal fundida (normalmente NaCl, KCl y otros compuestos), que funciona como medio de transferencia de calor y como fundente. Muchas piezas soldadas por inmersión se utilizan en aplicaciones de transferencia de calor para la industria aeroespacial. [13]
Se utiliza una variedad de aleaciones como metales de aportación para soldadura fuerte, 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 aportación para una aplicación particular se elige en función de su capacidad para: humedecer los metales base, resistir las condiciones de servicio requeridas y fundirse a una temperatura más baja que 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). [14] Dependiendo de la aplicación, el material de relleno puede colocarse previamente en el lugar deseado o aplicarse durante el ciclo de calentamiento. Para la soldadura fuerte manual, generalmente se utilizan formas de alambre y varilla, ya que son las más fáciles de aplicar mientras se calienta. En el caso de la soldadura fuerte en horno, se suele colocar previamente la aleación ya que el proceso suele estar muy automatizado. [14] Algunos de los tipos más comunes de metales de aportación utilizados son
Algunas soldaduras vienen en forma de trifoils , láminas laminadas de un metal portador revestidas con una capa de soldadura a cada lado. El metal central suele ser cobre; su función es actuar como portador de la aleación, absorber tensiones mecánicas debidas, por ejemplo, a la expansión térmica diferencial de materiales diferentes (por ejemplo, una punta de carburo y un soporte de acero) y actuar como barrera de difusión (por ejemplo, para detener la difusión del aluminio). desde bronce de aluminio hasta acero al soldar estos dos).
Las aleaciones para soldadura fuerte forman varios grupos distintos; las aleaciones del mismo grupo tienen propiedades y usos similares. [dieciséis]
Algunos aditivos e impurezas actúan en niveles muy bajos. Se pueden observar efectos tanto positivos como negativos. El estroncio en niveles del 0,01% refina la estructura del grano del aluminio. El berilio y el bismuto en niveles similares ayudan a alterar la capa de pasivación del óxido de aluminio y promueven 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%. [18]
En algunos casos, especialmente para la soldadura fuerte al vacío, se utilizan aleaciones y metales de alta pureza. Los niveles de pureza del 99,99 % y 99,999 % están disponibles comercialmente.
Se debe tener cuidado de no introducir impurezas nocivas por contaminación de las juntas o por disolución de los metales base durante la soldadura fuerte.
Las aleaciones con un intervalo mayor de temperaturas sólido/líquido tienden a fundirse en un estado "blando", durante el cual la aleación es una mezcla de material sólido y líquido. Algunas aleaciones muestran tendencia a la licuación , separación de la porción líquida de la porción sólida; para estos, el calentamiento a través del rango de fusión debe ser lo suficientemente rápido para evitar este efecto. Algunas aleaciones muestran un rango plástico extendido, cuando sólo una pequeña porción de la aleación es líquida y la mayor parte del material se funde en el rango de temperatura superior; Estos son adecuados para cerrar grandes huecos y formar filetes. Las aleaciones altamente fluidas son adecuadas para penetrar profundamente en espacios estrechos y para soldar uniones herméticas con tolerancias estrechas, pero no son adecuadas para llenar espacios más grandes. Las aleaciones con un rango de fusión más amplio son menos sensibles a las holguras no uniformes.
Cuando la temperatura de soldadura fuerte es adecuadamente alta, la soldadura fuerte y el tratamiento térmico se pueden realizar en una sola operación simultáneamente.
Las aleaciones eutécticas se funden a una sola temperatura, sin zonas blandas. Las aleaciones eutécticas tienen una dispersión superior; Los no eutécticos en la zona blanda tienen una alta viscosidad y al mismo tiempo atacan el metal base, con una fuerza de dispersión correspondientemente menor. El tamaño de grano fino proporciona a los eutécticos una mayor resistencia y ductilidad. La temperatura de fusión altamente precisa permite que el proceso de unión se realice sólo ligeramente por encima del punto de fusión de la aleación. Al solidificarse, no existe un estado blando en el que la aleación parezca sólida pero aún no lo sea; se reduce la posibilidad de alterar la unión mediante la manipulación en tal estado (suponiendo que la aleación no haya cambiado significativamente sus propiedades al disolver el metal base). El comportamiento eutéctico es especialmente beneficioso para las soldaduras . [18]
Los metales con estructura de grano fino antes de fundirse proporcionan una humectación superior a los metales con granos grandes. Se pueden añadir aditivos de aleación (por ejemplo, estroncio a aluminio) para refinar la estructura del grano, y las preformas o láminas se pueden preparar mediante enfriamiento rápido. Un enfriamiento muy rápido puede proporcionar una estructura metálica amorfa, que posee ventajas adicionales. [18]
Para una humectación exitosa, el metal base debe ser al menos parcialmente soluble en al menos un componente de la aleación de soldadura fuerte. Por tanto, la aleación fundida tiende a atacar el metal base y a disolverlo, cambiando ligeramente su composición en el proceso. El cambio de composición se refleja en el cambio del punto de fusión de la aleación y el correspondiente cambio de fluidez. Por ejemplo, algunas aleaciones disuelven tanto la plata como el cobre; La plata disuelta reduce su punto de fusión y aumenta la fluidez, el cobre tiene el efecto contrario.
Se puede aprovechar el cambio del punto de fusión. Como la temperatura de refundición se puede aumentar enriqueciendo la aleación con metal base disuelto, es posible realizar una soldadura fuerte por etapas utilizando la misma soldadura fuerte. [22]
Las aleaciones que no atacan significativamente los metales base son más adecuadas para soldar secciones delgadas.
La microestructura no homogénea de la soldadura fuerte puede provocar una fusión no uniforme y erosiones localizadas del metal base. [ cita necesaria ]
La humectación de los metales base se puede mejorar añadiendo un metal adecuado a la aleación. El estaño facilita la humectación del hierro, el níquel y muchas otras aleaciones. El cobre humedece 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 moja. El zinc mejora la humectación de los metales ferrosos y también del indio. El aluminio mejora la humectación de las aleaciones de aluminio. Para humedecer 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 fuerte. Por ejemplo, el aluminio disuelto de los bronces de aluminio puede fragilizar la soldadura; La adición de níquel a la soldadura puede compensar esto. [ cita necesaria ]
El efecto funciona en ambos sentidos; Puede haber interacciones perjudiciales entre la aleación de soldadura fuerte y el metal base. La presencia de fósforo en la aleación de soldadura fuerte conduce a la formación de fosfuros quebradizos de hierro y níquel, por lo que las aleaciones que contienen fósforo no son adecuadas para soldar níquel y aleaciones ferrosas. El boro tiende a difundirse en los metales base, especialmente a lo largo de los límites de los granos, y puede formar boruros frágiles. El carbono puede influir negativamente en algunos aceros. [ cita necesaria ]
Se debe tener cuidado para evitar la corrosión galvánica entre la soldadura fuerte y el metal base, y especialmente entre metales base diferentes que se sueldan juntos. La formación de compuestos intermetálicos frágiles en la interfaz de la aleación puede causar fallas en las juntas. Esto se analiza más en profundidad con las soldaduras .
Las fases potencialmente perjudiciales pueden distribuirse uniformemente en todo el volumen de la aleación o concentrarse en la interfaz base-soldadura. Una capa gruesa de intermetálicos interfaciales generalmente se considera perjudicial debido a su comúnmente baja tenacidad a la fractura y otras propiedades mecánicas deficientes. Sin embargo, en algunas situaciones, por ejemplo en la fijación de matrices, no importa mucho, ya que los chips de silicio no suelen estar sujetos a abuso mecánico. [18]
Al humedecerse, las soldaduras fuertes pueden liberar elementos del metal base. Por ejemplo, la soldadura fuerte de aluminio y silicio humedece el nitruro de silicio, disocia la superficie para que pueda reaccionar con el silicio y libera nitrógeno, lo que puede crear huecos a lo largo de la interfaz de la unión y reducir su resistencia. La soldadura fuerte con níquel y oro que contiene titanio humedece el nitruro de silicio y reacciona con su superficie, formando nitruro de titanio y liberando silicio; el silicio forma entonces siliciuros de níquel frágiles y una fase eutéctica de oro-silicio; la unión resultante es débil y se funde a una temperatura mucho más baja de lo que se podría esperar. [18]
Los metales pueden difundirse de una aleación base a la otra, provocando fragilidad o corrosión. Un ejemplo es la difusión del aluminio desde el bronce de aluminio hasta una aleación ferrosa al unirlos. Se puede utilizar una barrera de difusión, por ejemplo 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 al oxígeno, evitando la formación de óxidos y facilitando la soldadura fuerte sin fundente. Durante la soldadura fuerte, la capa de metal noble se disuelve en el metal de aportación. El cobre o niquelado de aceros inoxidables realiza la misma función. [18]
En la soldadura fuerte de cobre, una atmósfera reductora (o incluso una llama reductora) puede reaccionar con los residuos de oxígeno en el metal, que están presentes como inclusiones de óxido cuproso , y provocar fragilidad por hidrógeno . El hidrógeno presente en la llama o en 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 metálica, provocando grietas y porosidad en las juntas. El cobre libre de oxígeno no es sensible a este efecto, aunque sí lo son los tipos más fácilmente disponibles, como por ejemplo el cobre electrolítico o el cobre de alta conductividad. La junta fragilizada puede entonces fallar catastróficamente sin ningún signo previo de deformación o deterioro. [23]
A menos que las operaciones de soldadura fuerte se realicen dentro de una atmósfera inerte o reductora (es decir, nitrógeno ), se requiere un fundente como el bórax para evitar que se formen óxidos mientras se calienta el metal. El fundente también sirve para limpiar cualquier contaminación que quede en las superficies de soldadura. El fundente se puede aplicar en diversas formas, incluidas pasta fundente, líquido, polvo o pastas para soldadura fuerte prefabricadas que combinan fundente con polvo de metal de aportación. El fundente también se puede aplicar utilizando varillas de soldadura fuerte con una capa de fundente o un núcleo de fundente. En cualquier caso, el fundente fluye hacia la junta cuando se aplica a la junta calentada y es desplazado por el metal de aportación fundido que ingresa a la junta. El exceso de fundente debe eliminarse cuando se completa el ciclo porque el fundente que queda en la junta puede provocar corrosión, impedir la inspección de la junta y evitar operaciones adicionales de acabado de superficies. Las aleaciones para soldadura fuerte que contienen fósforo pueden ser autofundentes al unir cobre con cobre. [24] Los fundentes generalmente se seleccionan en función de su desempeño en metales base particulares. Para que sea eficaz, el fundente debe ser químicamente compatible tanto con el metal base como con el metal de aportación que se utiliza. Las aleaciones de relleno de fósforo autofundentes producen fosfuros quebradizos si se usan 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 se produce en una atmósfera que contiene oxígeno. Esto puede requerir el uso de un ambiente atmosférico distinto del aire. Las atmósferas comúnmente utilizadas son: [26] [27]
Una preforma de soldadura fuerte es un estampado de metal de precisión y alta calidad que se utiliza para una variedad de aplicaciones de unión en la fabricación de dispositivos y sistemas electrónicos. Los usos típicos de las preformas de soldadura fuerte incluyen conectar circuitos electrónicos, empaquetar dispositivos electrónicos, proporcionar una buena conductividad térmica y eléctrica y proporcionar una interfaz para conexiones electrónicas. Las preformas de soldadura fuerte cuadradas, rectangulares y en forma de disco se usan comúnmente para unir componentes electrónicos que contienen matrices de silicio a un sustrato como una placa de circuito impreso . A menudo se requieren preformas con forma de marco rectangular para la construcción de paquetes electrónicos, mientras que las preformas de soldadura fuerte con forma de arandela se utilizan típicamente para unir cables conductores y pasamuros herméticos a circuitos y paquetes electrónicos. Algunas preformas también se utilizan en diodos , rectificadores , dispositivos optoelectrónicos y embalaje de componentes. [28]
La soldadura fuerte puede implicar exposición a vapores químicos peligrosos . El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de Estados Unidos recomienda que la exposición a estos vapores se controle a niveles inferiores al límite de exposición permitido . [29]
