La soldadura por inducción es una forma de soldadura que utiliza la inducción electromagnética para calentar la pieza de trabajo. El aparato de soldadura contiene una bobina de inducción que se activa con una corriente eléctrica de radiofrecuencia . Esto genera un campo electromagnético de alta frecuencia que actúa sobre una pieza de trabajo conductora de electricidad o ferromagnética . En una pieza de trabajo conductora de electricidad, el principal efecto de calentamiento es el calentamiento resistivo , que se debe a corrientes inducidas llamadas corrientes de Foucault . En una pieza de trabajo ferromagnética, el calentamiento se produce principalmente por histéresis , ya que el campo electromagnético distorsiona repetidamente los dominios magnéticos del material ferromagnético. En la práctica, la mayoría de los materiales sufren una combinación de estos dos efectos.
Los materiales no magnéticos y los aislantes eléctricos, como los plásticos, se pueden soldar por inducción implantándoles compuestos metálicos o ferromagnéticos, llamados susceptores , que absorben la energía electromagnética de la bobina de inducción, se calientan y pierden su calor al material circundante por conducción térmica . [1] El plástico también se puede soldar por inducción incrustando el plástico con fibras conductoras de electricidad como metales o fibra de carbono. Las corrientes de Foucault inducidas calientan resistivamente las fibras incrustadas que pierden su calor al plástico circundante por conducción. La soldadura por inducción de plásticos reforzados con fibra de carbono se utiliza comúnmente en la industria aeroespacial.
La soldadura por inducción se utiliza para series largas de producción y es un proceso altamente automatizado que se utiliza generalmente para soldar las costuras de las tuberías. Puede ser un proceso muy rápido, ya que se puede transferir mucha potencia a un área localizada, por lo que las superficies de contacto se funden muy rápidamente y se pueden presionar para formar una soldadura continua.
La profundidad a la que las corrientes, y por tanto el calentamiento, penetran desde la superficie es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia. La temperatura de los metales que se sueldan y su composición también afectarán la profundidad de penetración. Este proceso es muy similar a la soldadura por resistencia , excepto que en el caso de la soldadura por resistencia la corriente se suministra mediante contactos a la pieza de trabajo en lugar de utilizar inducción.
La soldadura por inducción fue descubierta por primera vez por Michael Faraday. Los principios básicos de la soldadura por inducción explican que la dirección del campo magnético depende de la dirección del flujo de corriente y la dirección del campo cambiará al mismo ritmo que la frecuencia de la corriente. Por ejemplo, una corriente alterna de 120 Hz hará que el campo cambie de dirección 120 veces por segundo. Este concepto se conoce como la Ley de Faraday.
Cuando se realiza la soldadura por inducción, las piezas de trabajo se calientan por debajo de la temperatura de fusión y los bordes de las piezas se colocan juntos, expulsando las impurezas para dar una soldadura de forja sólida. [2]
La soldadura por inducción se utiliza para unir una gran variedad de termoplásticos y compuestos de matriz termoendurecible. El aparato utilizado para los procesos de soldadura por inducción incluye un generador de energía de radiofrecuencia, una estación de calentamiento, el material de la pieza de trabajo y un sistema de enfriamiento.
El generador de energía se presenta en forma de tubo de estado sólido o de vacío y se utiliza para proporcionar una corriente alterna de 230-340 V o una frecuencia de 50-60 Hz al sistema. Este valor está determinado por la bobina de inducción que se utiliza con la pieza.
La estación de calor utiliza un condensador y una bobina para calentar las piezas de trabajo. El condensador se adapta a la salida de los generadores de energía y la bobina de inducción transfiere energía a la pieza. Al soldar, la bobina debe estar cerca de la pieza de trabajo para maximizar la transferencia de energía y la pieza de trabajo utilizada durante la soldadura por inducción es un componente clave importante para una eficiencia óptima. [3]
Algunas ecuaciones a considerar para la soldadura por inducción incluyen:
Cálculo térmico:
Donde: es la masa térmica
es resistividad
es eficiencia
es la densidad superficial
Ecuación de enfriamiento de Newton:
Donde: es la densidad del flujo de calor
h es el coeficiente de transferencia de calor
es la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo
es la temperatura del aire circundante [4]
