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Por definición, la soldadura es el proceso por el que se adhieren dos piezas de metal con el apoyo de un material de aporte, el cual genera la unión mediante un cordón de soldadura, que de ser aplicado correctamente, puede llegar a ser más resistente que los materiales base que se unen.

Para realizar este procedimiento de manera correcta, es nece-sario conocer las propiedades mecánicas del material; la tem-peratura de trabajo en la que se desarrollará el proceso; el tipo de unión a realizar; el material base y la posición en la cual se unirán las piezas, para definir la técnica y tipo de soldadura apropiada para determinado soldeo, puesto que no existe un proceso que sirva para todo tipo de material.

Una característica esencial del procesos de soldadura, es que se debe producir una fusión controlada del material de aporte y el metal, que en algunas ocasiones, puede llegar a perjudicar las propiedades de la pieza final, puesto que tanto el material base como el material de aporte, deben ser calentados hasta su punto de fusión, para que se fundan y generen una unión resistente.

Foto: upload.wikimedia.org

Brazing,Uniones de CalidadJose Luis Ordóñez JiménezPeriodista Metal Actual

Sin afectación del metal base.

A comparación de otros sistemas de soldeo utilizados actualmente en la industria metalmecánica, la soldadura brazing permite unir materiales base de diferentes clases, mediante la técnica de capilaridad, con la que se obtienen uniones de piezas de alta resistencia, en geometrías difíciles de acceder con otros métodos de soldadura.

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Si bien esa fusión es necesaria para un tipo de soldadura específico como TIG o MIG/MAG, existe un pro-ceso de soldeo conocido como bra-zing, en el cual no se requiere de la fusión de los materiales base, sino que por medio de la fundición del material de aporte, el cual fluye en-tre las piezas de metal, se crea una unión sólida y duradera, sin afectar las propiedades de la pieza.

La característica principal de este procedimiento, utilizado frecuen-temente para la fabricación e ins-talación de sistemas de tuberías de cobre, es que los materiales base no necesitan ser fundidos, pero si deben calentarse previamente para que el material de aporte se funda y penetre en el espacio existente en-tre los metales por acción de la ca-pilaridad, y se extienda a lo largo y ancho de toda la cavidad, para con-seguir uniones totalmente hermé-ticas, luego del enfriamiento de los componentes.

Para la AWS –Sociedad Americana de Soldadura–, la soldadura brazing es un proceso en el que el metal de relleno tiene un punto de fusión superior a los 425 ºC, pero inferior a la temperatura de fusión de los

metales a unir, y se puede aplicar de dos maneras diferentes; el primero se conoce como soldadura fuerte o brazing, y se caracteriza por el pun-to de fusión del material de aporte,

el cual está por encima de los 450°C. El segundo es la blanda o soldering, cuyo punto de fusión del material de aportación está por debajo de los 450°C. La principal ventaja al utilizar la soldadura blanda, es el hecho de que el material base no se expone a temperaturas altas, por lo que las propiedades del material permane-cen inalterables.

Debido a los mayores requisitos de temperatura, la soldadura fuerte es ideal para piezas de mayores espe-sores que puedan soportar el calor; mientras que la soldadura blanda, es utilizada en piezas delgadas gra-cias a que minimiza la deformación y distorsión del metal, por acción del calor.

Para la aplicación de ambos tipos de soldadura, los sistemas para el calentamiento del metal a unir –de los cuales se hablará más adelan-te–, se utilizan de la misma manera, por lo que la única diferencia entre la soldadura fuerte y la blanda, se encuentra en las temperaturas a las que se debe exponer el metal base.

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El proceso Brazing require de un calentamiento focalizado de las piezas a unir.

El proceso de capilaridad es la característica principal de la soldudaura brazing.

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De todos los métodos disponibles para unión de metales en la indus-tria, la soldadura brazing puede ser la más versátil, puesto que su proce-so es relativamente rápido, de fácil adaptación para sistemas de auto-matización, provee uniones solda-das de gran resistencia a la tracción, buena elasticidad, excelente capi-laridad y máxima resistencia; ade-más de poder unir metales disímiles como cobre con metales ferrosos, dejando uniones limpias herméti-cas y libres de poros, en piezas con secciones transversales que difieren notablemente, secciones delgadas y articulaciones difíciles de reparar con otro tipo de soldadura.

Las uniones soldadas con brazing, se caracterizan por retener gases y líquidos de manera eficaz; soportar vibraciones e impactos, y además las uniones no se ven afectadas por cambios de temperatura. Por esa razón, este tipo de soldadura es uti-lizado en piezas que requieren de acabados finos y resistentes, como en el caso de la aeronáutica, orfe-brería, joyería, refrigeración, indus-tria militar, y para la unión de herra-mientas de corte.

Para Obtener una Soldadura De CalidadAntes de iniciar con el procedi-miento de soldadura fuerte, –cuyas temperaturas de fusión del metal de aporte está por encima de los 450°C y habitualmente entre 600°C y 800°C–, la zona a soldar debe es-tar completamente limpia, para que el material de aporte se funda de manera uniforme y genere juntas consistentes.

En brazing es necesario aplicar un fundente sobre las piezas comple-tamente limpias, antes de proceder posicionar el material de aporte. El fundente es un compuesto químico que protege la superficie de la pieza a soldar, y ayuda a prevenir la oxi-dación de la misma, absorbiendo los óxidos que se generan al momento de calentar el metal.

Rango de actividad del fundente Especificaciones

(550ºCa800ºC) Para aplicaciones que utilizan cobre, latón, aceros poco aleados einoxidablessiemprequelatemperaturadebrazingseainferiora700º.

(550ºCa775ºC)Para aceros inoxidables soldados con aleaciones base plata y quetenganunliquidusde725ºC,sumayorcontenidoenflúoraumentasuactividadenladisolucióndeóxidos.

(600ºCa900ºC)Paraacerosinoxidablesquerequierantemperaturasdesoldaduraporencimade700ºCoenmaterialesdecobredondeel caloraplicadoseaprolongado.

Coninformacióndemailxmail.comElprimernúmerodelrangoeslatemperaturaalaqueelfundenteescapazdeeliminarlosóxidosdelmetal,elúltimoeslamáximatemperaturaalaqueelfundentepermaneceráactivoduranteuntiempodetermina-doquedependedelosparámetrosdecalentamiento.

Si las piezas a soldar contienen re-siduos de óxido, grasa o cualquier otro tipo de suciedad, el material de aporte no fluirá correctamente, puesto que una mancha de grasa o aceite repelerá el fundente nece-sario para la fusión, dejando zonas desprotegidas que se oxidarán por acción del calor y darán lugar a po-ros que influyen directamente en la resistencia del punto de unión.

¿Por qué es necesario el fundente?

El calentamiento de la superficie de un metal acelera la formación de óxidos, que son el resultado

de una reacción química entre el metal caliente y el oxígeno del aire; estos óxidos deben ser eliminados

para garantizar la unión de las superficies.

En el país, los fundentes se puede en-contrar en forma de polvo o pasta, en envases de, ¼ ,½ 1, 6 y 25 libras; también se presentan fundentes ga-seosos en contenedores de cinco ga-lones, con precios que oscilan entre $ 5.000 y $ 20.000, dependiendo de su presentación, calidad y marca.

Un método efectivo para la aplica-ción del fundente, es cubrir unifor-memente las piezas de manera indi-vidual antes de ser posicionadas para su unión y así reducir completamen-te cualquier punto de posible oxida-ción. Los fundentes, que se dividen

Cuadro 1. Rango de temperatura para los fundentes.

por temperaturas de calentamiento (ver cuadro 1), se diseñan únicamen-te para eliminar las películas de óxi-dos producidas durante el proceso de soldeo, cualquier otro contami-nante como grasa, polvo, debe ser eliminado con anterioridad.

Luego de tener una pieza totalmen-te limpia, y recubierta con fundente, como en la mayoría de procedimien-tos de soldadura, es necesario contar con un material de aporte el cual se encarga de unir las piezas metálicas. Para el proceso de soldadura bra-zing, se pueden utilizar materiales de aporte de cobre, níquel y plata, que se encuentra en el mercado na-cional, en forma de varilla redonda de 1/16”, 3/32”, 1/8” de diámetro por 18” de largo; varilla plana de 1/8” x 1/16” por 18” largo; hilo o alambre continúo de 0.5, 1 y 1.6 mm y tam-bién en laminilla de 1”, 1/2”, 3/16” y 5/32” de ancho por 0,11mm, y 0.20mm de espesor. Debido a que poseen un punto de fusión relativamente bajo, las aleaciones de plata son los mate-riales de aporte de uso más común, al igual que el cobre y aluminio.

Los materiales de aporte en forma de varillas con poco contenido en plata, tienen una apariencia espe-sa al momento de su calentamien-to y también tienen un elevado punto de fusión, lo que las hace ideales para uniones con cavidades grandes, o que requieran de altas temperaturas.

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Por su parte, las varillas que tienen mucho contenido en plata, son más fluidas y tienen un punto de fusión bajo, por lo que es utilizado para uniones con distan-cias de unión de bajo rango.

Los materiales de aporte cumplen eficazmente con su función siempre y cuando las piezas a unir encajen perfectamente una contra la otra, sin grandes espa-cios entre ellas, debido a que este tipo de soldeo se basa en el proceso de capilaridad, el cual permite que el material de aporte se aloje en pequeñas cavidades, que para este proceso, debe estar en el rango de 0,05 mm a 0,13 mm.

Si al momento de adelantar el soldeo se tiene un ma-yor rango de espacio entre piezas, generalmente dará como resultado una unión más débil, por esta razón, las uniones soldadas con brazing se clasifican como juntas de solape –ya sean planas o tubulares–, y a tope.

De esta manera, al tener las piezas de metal limpias, impregnadas correctamente de fundente, posiciona-das perfectamente para su unión, y con el material de aporte colocado directamente en la zona afectada, las piezas deben ser calentadas de manera controlada, para que se inicie el proceso de unión por brazing.

La elección adecuada del material de aporte, determina la calidad de la union final.

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Sopletes con multiples llamas son utilizados para el calentamiento uniforme.

Sistemas Para el Calentamiento del MetalCon el propósito de que el material de aporte se funda, penetre y alo-je en el punto de unión preciso, los metales base son calentados en el lugar específico de la unión. Sin em-bargo, al someter piezas de metal a temperaturas altas, en una atmósfe-ra normal, esta causa cambios quí-micos como la oxidación, el escala-do y la acumulación de carbono; por esta razón para el proceso de sol-dadura brazing, el calor es aplicado directamente sobre el área a soldar, para reducir y prevenir los cambios en las propiedades de los metales, y de igual forma controlar el tipo de atmósfera utilizado.

Es importante resaltar, en cuanto a temperatura se refiere, que las pie-zas deben ser calentadas de forma pareja, puesto que el material de aporte fluye hacia la dirección donde se encuentran las altas temperaturas. Además, el calor que se aplique al material debe hacerse de forma in-directa, debido a que el material de aporte se derrite por acción del calor generado en el metal y no por la ac-ción del calor sobre la soldadura.

Los diferentes flujos para la genera-ción de calor utilizados en brazing, como sopletes, procesos de induc-ción, y hornos continuos o de vació, son elegidos por cada empresa con base al lugar en donde se aplicará la soldadura, y también dependiendo del tiempo de producción que utili-ce, con el propósito de controlar la temperatura en la que se desarrolla-rá el proceso.

• Soplete: Para aplicar calor me-diante antorcha en el proceso de brazing, se utilizan combustibles como hidrógeno y acetileno para generar una llama con temperatu-ras suficientemente altas que pue-dan fundir el material de aporte, pero lo suficiente baja, como para no alterar las características de los materiales a unir.

El calentamiento por medio de so-plete, se utiliza a menudo para pe-queños montajes y aplicaciones de bajo volumen, con una llama ca-racterizada por un color azul que tienda a naranja, puesto que una llama con una punta incolora pue-de llegar a causar oxidación. Debi-do a que el soplete emite su llama en una sola dirección, a menudo se utilizan sistema que proporcionan más de una llama para realizar el

calentamiento de una pieza, de manera uniforme

• Por inducción: Esta fuente de ca-lor se utiliza principalmente para soldar aleaciones de cobre y plata, mediante el uso de bobinas eléc-tricas posicionadas alrededor del punto requerido, y que están di-señadas para geometrías de piezas específicas, que calientan tanto la pieza de metal como el material de aporte, hasta que el metal líquido fluya por la cavidad requerida.

El sistema de inducción o resisten-cia, puede ser dirigido para pro-porcionar calor en áreas muy pe-queñas y específicas dentro de las tolerancias de calor requerido, lo que permite que una parte de la pieza se caliente, y el resto del me-tal no se ve afectado por el calor.

• Horno Continuo: Este sistema permite que por medio de cintas transportadoras, los componentes a soldar se transporten por zonas de calentamiento en hornos que presentan temperaturas contro-ladas, y en donde el material de aporte alcanza la temperatura de fusión requerida; posteriormente la pieza continúa su recorrido has-ta una zona de enfriamiento, para que el material de aporte se soli-difique. Este tipo de calentamiento de metal, es utilizado para soldar varias piezas a la vez, por lo que es práctico para procesos en serie, si el metal de relleno puede ser posi-cionado en la pieza de metal, antes de entrar al horno.

• Horno De Vacío: Para que el ma-terial de aporte llegue a un esta-do líquido, y se realice la unión requerida, este sistema de horno de vació, que controla la tempe-ratura eléctricamente, calienta las piezas y posteriormente un sistema de bombeo se activa para elimina el oxígeno existente en el interior del horno, para generar uniones libres de elementos de oxidación. Este sistema puede procesar una o varias piezas, lo que depende de la marca, capacidad del horno y tipo de piezas a unir.

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Proceso de calentamiento por Resistencia, ideal para piezas pequeñas.

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La manera focalizada con la que se calien-tan los metales en este proceso, permite que el material de aporte llegue a su punto de fusión y se mueva de manera fluida en la cavidad, para genera una cohesión perfecta.

Finalmente, y luego de que la pieza es calen-tada y el material de aporte se aloja correc-tamente en la cavidad deseada, al terminar el procedimiento de soldeo es necesario rea-lizar una limpieza en las partes adyacentes al lugar de unión, para eliminar los residuos del fundente que pudieran haber quedado en la superficie, los cuales de no eliminarse, pueden atacar tanto el metal como el mate-rial de aporte y debilitar la unión soldada.

Esta limpieza se realiza dependiendo del tipo de fundente utilizado, generalmente se puede utilizar agua caliente a 60ºC, y fro-tar la zona adyacente a la soldadura, para verificar una limpieza total. Una ventaja de la soldadura brazing, es que aparte de esta limpieza al finalizar el proceso de soldeo, no se requiere de ningún tipo de rectificados mecánicos.

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Ventajas y Limitaciones del BrazingDentro de las principales ventajas que se obtienen al utilizar brazing, al momento de unir dos piezas de metal, se encuentra el hecho de que con muy poca cantidad de mate-rial de aporte, se pueden conseguir uniones estables y dependiendo del material base, la unión proporciona una resistencia mucho mayor que el material base.

Las uniones en este tipo de solda-dura, a diferencia del cordón que se genera en otros procesos, tienen una excelente distribución de esfuerzos, lo que permite a la sección generada en filete, tener características idea les en cuanto a la resistencia de los metales por fatiga.

Por otra parte, este sistema no re-quiere de rectificado o acabados me-cánicos después del proceso de sol-deo, debido a que su procedimiento se basa en el principio de efecto ca-pilar, lo que genera uniones simples, limpias y resistentes, con excelentes acabados gracias a sus bordes lisos.

Además, gracias a que el proceso de soldadura brazing permite generar calor de diferentes maneras sobre la pieza de metal para obtener solda-duras óptimas, es de resaltar que los ciclos de calor lentos generalmente producen mejores resultados que los ciclos de calor rápido.

Pero si bien una correcta aplicación de este tipo de soldadura genera piezas con características de fun-cionamiento óptimas, una de las desventajas que presenta, es que al tener uniones generalmente solapa-das el peso total de la pieza soldada, puede llegar a incrementa su peso; además, el soldeo brazing, requiere de una limpieza al finalizar el pro-ceso, para eliminar los residuos del fundente, por lo que los tiempos para cumplir con la soldadura, pue-den llegar a extenderse debido a que este paso de limpieza final, no se debe pasar por alto, puesto que se compromete directamente la in-tegridad de la unión generada.

Unions con bordes y ángulos finos, característica del brazing.

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Un Proceso de Gran CalidadSi bien, para el ingeniero Guillermo Luque, Gerente Administrativo de Disol S.A.S, “en el país la soldadura brazin es muy poco utilizada, con respecto a los otros tipos de solda-duras, debido a que se utiliza en aplicaciones muy específicas y técni-camente recomendadas”, dentro de las ventajas que ofrece la soldadura brazing es el hecho de que se pue-de desarrollar en lugares de difícil acceso como pequeños soportes, tu-berías de motores, o en la unión de piezas de pequeño espesor, donde las técnicas convencionales de sol-deo destruirían el material base.

Además, se resalta el hecho de que se pueden conseguir uniones esta-bles y duraderas, con resistencias mayores que la del material base, con el uso de poco material de apor-te, generalmente en procesos de soldeo para plomería, herramientas, equipo construcción, productos de refrigeración, calefacción, aire acon-dicionado y motores eléctricos. De igual manera, este proceso ofrece uniones herméticas sin costuras, en materiales con diferentes puntos de fusión, como aluminio, bronce, ace-ro, hierro y cobre.

El proceso de soldadura fuerte es un medio efectivo de crear uniones resistentes, dúctiles, y conductoras tanto térmica como eléctricamente, además de ofrecer gran resistencia a las fugas, siempre y cuando se co-nozcan y apliquen adecuadamente los fundamentos del proceso. De esta manera, la soldadura brazing se considera una operación relativa-mente sencilla, que no requiere de procesos posteriores o rectificados, puesto que presenta una unión esta-ble y libre de defectos, y que puede ser utilizado en diferentes industrias con insumos de calidad, que pueden ser adquiridos fácilmente en el mer-cado nacional.

Fuentes

• Alejandra Echeverry. Mercadeo Sager. ale-jandra.echeverry@sager.com.co

• Ing. Giovanni A. Torres. Area Manager Andean Countries Caribbean and Central America EUTECTIC CORP. giovanni.torres@eutecticusa.com

• Ing. Guillermo Luque, Gerente Administrati-vo Disol S.A.S. disol@soldaduras.com

• www.sisa-brazing.com - www.soldaduras.com

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