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

Cuando piensas en un procedimiento de soldadura, lo primero que te 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 láser implican 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, éstas no son la única manera. En realidad, lo creas o no, puedes fusionar metales en un proceso llamado soldadura en frío.

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

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

La soldadura por calor funciona haciendo 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 aplicando calor, existen otras formas de hacer que los átomos se difundan.

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

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

También se puede utilizar 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, no se licua ningún metal y, por lo general, los materiales no se calientan en un grado notable. Sin embargo, el proceso depende de la necesidad de eliminar primero las capas de óxido de los metales en cuestión.

Esto se debe principalmente al hecho de que los metales suelen contener una capa superficial de óxido, que actúa como una fina barrera en 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 soluciona este problema preparando 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 suele implicar una combinación de métodos químicos y mecánicos. Desengrasado, cepillado con alambre. y se utilizan otras técnicas para garantizar que las superficies metálicas estén lo más libres posible de capas de óxido.

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

Una vez obtenida la limpieza superficial deseada, ambos materiales se presionan mecánicamente, utilizando la cantidad justa de fuerza. Esta cantidad de fuerza depende del material en sí, ya que algunos materiales sólo pueden soldarse a altas presiones.

Pero hay otros requisitos.

Una de las condiciones requeridas para la soldadura en frío es que al menos uno de los materiales debe ser dúctil y no haber 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.

soldadura

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

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

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

La soldadura en frío también se usa comúnmente con alambres, 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 evidencia 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 retorcía dos bolas de plomo del mismo diámetro, se pegaban entre sí. Las uniones eran algo erráticas pero parecían tan fuertes como las de las bolas de plomo originales.

Por muy útil que sea la soldadura en frío, no está exenta de limitaciones, como cualquier forma de soldadura.

Fuerza de Defensa de Nueva Zelanda/Flickr

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

Las soldaduras en frío óptimas solo se producen cuando las dos superficies que se presionan entre sí están limpias y libres de cualquier tipo de contaminante. 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. No siempre es posible conseguir una superficie perfecta, plana y lisa, 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 adecuados para la soldadura en frío. El cobre y el aluminio son los dos metales más comúnmente soldados en frío.

Los metales que contienen carbono suelen estar excluidos de la posibilidad de soldarse en frío.

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

El trabajo en frío también se puede utilizar para soldar aleaciones de aluminio de las series 2xxx y 7xxx, que no pueden soldarse por fusión debido a su tendencia a agrietarse 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 mediante 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. Dado que no hay calor involucrado y el proceso puede realizarse rápidamente, la soldadura en frío puede garantizar alambres perfectamente soldados, principalmente con aluminio, cobre, latón 70/30, zinc, plata y aleaciones de plata, níquel y oro.

Incluso hay herramientas portátiles disponibles que puede utilizar para soldar alambres en frío, lo que los 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 los que es necesario unir metales diferentes, 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 demuestra que el calor no es necesario si se unen tipos específicos de materiales.