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Jul 13, 2023

La ciencia detrás de la soldadura en frío: unir metales sin calor

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Cuando piensa en un procedimiento de soldadura, lo primero que le viene a la mente es probablemente el uso de calor. Técnicas como la soldadura por arco, la soldadura por fricción, la soldadura ultrasónica y la soldadura por láser, todas involucran calor de una forma u otra. De hecho, el calor se considera sinónimo de soldadura y, en los ejemplos anteriores, es fundamental para unir dos metales.

Sin embargo, estas no son las únicas formas. Puede, créalo o no, en realidad, fusionar metales en un proceso llamado soldadura en frío.

Comúnmente utilizado en aviación e ingeniería eléctrica, se considera ampliamente como una de las mejores formas de unir metales (y otros materiales).

Puede parecer imposible, pero en realidad es uno de los métodos de soldadura más populares que existen. Averigüemos un poco más al respecto.

La soldadura a base de calor funciona al hacer que las piezas sean lo suficientemente plásticas para que pueda tener lugar la difusión de los átomos, ya sea entre las dos piezas de trabajo o con un medio diferente en el medio. Si bien esto se hace tradicionalmente mediante la aplicación de calor, existen otras formas de persuadir a los átomos para que se difundan.

gobierno de EE.UU. Fuerza Aérea Militar/Wikimedia Commons

La soldadura en frío (también conocida como soldadura por presión en frío y soldadura por contacto) utiliza presión, en condiciones de vacío, en lugar de calor, para unir dos materiales mediante un proceso denominado difusión de estado sólido.

También se puede usar para unir otros materiales, como plásticos.

Resulta que sí.

La unión resultante suele ser tan fuerte como la de los materiales originales una vez que se completa el proceso.

Durante el proceso, ningún metal se licua y los materiales no suelen calentarse en un grado notable. Sin embargo, el proceso depende de la necesidad de eliminar primero cualquier capa de óxido de los metales en cuestión.

Esto se debe principalmente a que los metales suelen contener una capa superficial de óxido, que actúa como una fina barrera sobre la superficie de los materiales, impidiendo la difusión de átomos metálicos entre las piezas metálicas.

La mayoría de los metales, en condiciones normales, tendrán algún tipo de capa de óxido en sus superficies expuestas, incluso si no es visible a simple vista. También pueden recoger capas de otros contaminantes como grasa, polvo, etc.

La soldadura en frío supera este problema al preparar los metales antes de soldarlos. El proceso de preparación implica limpiar o cepillar los metales hasta tal punto que se elimine la capa superior de óxido o barrera.

Humanidades/Wikimedia Commons

Esto generalmente involucra una mezcla de métodos químicos y mecánicos. Desengrase, cepillado con alambre. y se utilizan otras técnicas para garantizar que todas las superficies metálicas estén libres de capas de óxido tanto como sea posible.

Como se mencionó anteriormente, cualquier metal que esté sujeto a soldadura en frío primero debe estar libre de capas de óxido.

Una vez que se obtiene la limpieza deseada de la superficie, ambos materiales se presionan juntos mecánicamente, usando la cantidad justa de fuerza. Esta cantidad de fuerza depende del material en sí, ya que algunos materiales solo pueden soldarse a altas presiones.

Pero hay otros requisitos.

Una de las condiciones exigidas para la soldadura en frío es que al menos uno de los materiales sea dúctil y no haya sufrido un endurecimiento severo. Obviamente, esto reduce la lista de materiales que pueden ser candidatos para la soldadura en frío.

Los metales blandos, como el aluminio o el cobre, suelen ser las mejores opciones para la soldadura en frío.

mtiwelding

Las uniones más comunes que son posibles con soldadura en frío son:

En una junta a tope, a menudo no es necesario quitar la capa de barrera del metal, ya que la deformación plástica que ocurre durante el proceso de unión rompe la barrera automáticamente. Este tipo de junta se aplica más comúnmente a metales como alambres de aluminio o cobre con diámetros entre 0,02 pulgadas (0,5 mm) y 0,4 pulgadas (10 mm).

Las juntas traslapadas, por otro lado, requieren un tratamiento especial porque, de lo contrario, el material no se adherirá entre sí. Las juntas traslapadas se usan más comúnmente cuando se sueldan láminas juntas o láminas a varillas.

La soldadura en frío también se usa comúnmente con alambre, incluidos aluminio, cobre, zinc, latón 70/30, níquel, plata, aleaciones de plata y oro.

La soldadura en frío se reconoció oficialmente por primera vez en la década de 1940, pero hay algunas pruebas de que puede tener un origen incluso anterior.

En 1724, por ejemplo, el reverendo JT Desaguliers parece haber soldado en frío con éxito dos metales utilizando técnicas de soldadura en frío. Demostró que cuando presionaba y giraba dos bolas de plomo del mismo diámetro, se pegaban entre sí. Las uniones eran algo erráticas pero parecían ser tan fuertes como las de las bolas de plomo originales.

A pesar de lo útil que es la soldadura en frío, está lejos de carecer de limitaciones, como cualquier forma de soldadura.

Fuerza de Defensa de Nueva Zelanda/Flickr

Una soldadura en frío perfecta es muy difícil de lograr. Esto se debe a varias razones, incluidas las capas de óxido que se forman sobre el metal en condiciones atmosféricas, las irregularidades de la superficie, la contaminación de la superficie y más. Las condiciones perfectas pueden ser difíciles de lograr y costosas, especialmente para proyectos de soldadura a gran escala.

Las soldaduras en frío óptimas solo ocurren cuando las dos superficies que se presionan juntas están limpias y libres de cualquier forma de contaminantes. Esto requiere pasos de preparación adicionales y puede llevar algún tiempo lograrlo.

Además, cuanto más plana y regular sea la superficie, más fácil y uniforme será la soldadura. Una superficie plana y lisa perfecta no siempre es posible, especialmente a escala micro y nano.

Otra limitación son los tipos de metales que se pueden soldar en frío. Al menos uno de ellos debe ser dúctil, siendo los metales blandos no ferrosos los únicos candidatos reales aptos para la soldadura en frío. El cobre y el aluminio son los dos metales más comúnmente soldados en frío.

Los metales que contienen carbono generalmente están excluidos de la posibilidad de ser soldados en frío.

La ventaja más notable de la soldadura en frío es que las soldaduras resultantes tienen la misma fuerza de unión, o muy parecida, a la del material base. Esta hazaña es muy difícil de recrear en otras formas de trabajo del metal sin fundir y refundir por completo.

El trabajo en frío también se puede utilizar para soldar aleaciones de aluminio de las series 2xxx y 7xxx, que no se pueden soldar por fusión debido a su tendencia al agrietamiento en caliente y que pueden ser muy difíciles de unir con otras formas de soldadura.

Máquinas de soldadura a presión en frío PWM/YouTube

En la industria, la soldadura en frío es conocida por su capacidad para soldar aluminio y cobre, que a menudo también son difíciles de soldar con otras formas de técnicas de soldadura. Sin embargo, la unión creada entre los dos materiales por la soldadura en frío es muy fuerte.

La soldadura en frío proporciona soldaduras limpias y fuertes sin la formación de compuestos intermetálicos quebradizos.

La soldadura en frío se aplica principalmente en alambres de soldadura. Como no hay calor involucrado y el proceso se puede hacer rápidamente, la soldadura en frío puede asegurar alambres perfectamente soldados, principalmente con aluminio, cobre, latón 70/30, zinc, plata y aleaciones de plata, níquel y oro.

Incluso hay herramientas manuales disponibles que puede usar para soldar alambres en frío, lo que las hace muy portátiles y fáciles de usar, una vez que las superficies metálicas se hayan limpiado lo suficiente, por supuesto.

La soldadura en frío también se utiliza en los casos en que se deben unir metales disímiles, como entre cobre y aluminio, por ejemplo.

La soldadura en frío proporciona una de las soldaduras más sólidas para crear uniones similares al metal principal. No requiere energía térmica ni herramientas especiales. Entre las técnicas de soldadura más populares, la soldadura en frío muestra que el calor no es necesario si se unen tipos específicos de materiales.