Como todos sabemos, el cobre y el acero (hierro) son dos metales diferentes. Soldar cobre puede parecer difícil, pero definitivamente es factible con el enfoque correcto. Este artículo es su guía práctica para soldar cobre, explorando cómo hacerlo utilizando diversas técnicas. El cobre es un metal muy versátil que se utiliza ampliamente en diversas industrias, incluidas la construcción, la electrónica y la plomería. Es un metal de color dorado rojizo dúctil, maleable y un conductor eficaz del calor y la electricidad. Se trata de un metal que reúne una diversidad de ventajas como bajo costo, liviano, maleable, seguro, fácil de unir, resistente a la corrosión y posee amplia utilización en instalaciones de agua, calefacción y refrigeración de edificios residenciales y comerciales. El cobre es un metal blando, maleable y dúctil que tiene una excelente conductividad térmica y eléctrica. También es muy resistente a la corrosión y tiene un agradable color marrón rojizo. El cobre comúnmente se alea con otros metales como zinc, estaño y níquel para mejorar sus propiedades.
El cobre tiene la conductividad térmica más alta de todos los metales no preciosos, lo que lo convierte en un excelente conductor del calor. También es un excelente conductor eléctrico, lo que lo convierte en una opción popular para cableado y componentes eléctricos. El cobre tiene un punto de fusión relativamente bajo de 1084 °C (1983 °F), lo que facilita el trabajo con él al soldar. También tiene una excelente ductilidad, lo que significa que se puede moldear y moldear fácilmente sin agrietarse ni romperse. En resumen, comprender el cobre y sus propiedades es fundamental para soldarlo de forma eficaz. El cobre es un metal versátil con excelente conductividad eléctrica y térmica, lo que lo convierte en una opción popular para diversas aplicaciones.
Desafíos al unir cobre y hierro
La conductividad térmica del cobre es 7-11 veces mayor que la del acero al carbono ordinario, y es difícil alcanzar la temperatura de fusión. Cuando se derrite el cobre, su tensión superficial es 1/3 menor que la del hierro, y su fluidez es 1-1.5 veces mayor que la del hierro. El hierro y el cobre son infinitamente solubles en estado líquido y finitos en estado sólido y no forman compuestos intermetálicos. Para la solución sólida de hierro y cobre, la solubilidad del hierro en cobre a 650 ℃ es solo 0.2%, y la de cobre a 1094 ℃ es solo 4%. Además, el coeficiente de expansión lineal del cobre es aproximadamente un 40% mayor que el del hierro.
El rango de temperatura de cristalización de la aleación de hierro-cobre es de aproximadamente 300-400 ℃, y también es fácil de formar (Cu + Cu2O), (Fe + FeS), (Ni + Ni3S2) y otro eutéctico de baja fusión. El cobre líquido o la aleación de cobre tienen una fuerte permeabilidad al límite de grano del acero cerca de la zona de grietas. Esto ocurre generalmente en la zona cercana a la soldadura de la matriz del lado de acero. Los principales desafíos al soldar cobre son su alta conductividad térmica, que puede provocar deformaciones y quemaduras, y su tendencia a formar una capa de óxido que puede interferir con el proceso de soldadura.
Soluciones y consideraciones específicas para la soldadura de cobre con hierro
A pesar de los desafíos, el acero y el cobre tienen tipos de red similares, constantes de red y radios atómicos a altas temperaturas, lo que permite que técnicas especiales de soldadura los unan. Soldar cobre puede ser un desafío debido a su alta conductividad térmica y susceptibilidad al agrietamiento. Sin embargo, con las técnicas y el equipo adecuados, es posible soldar cobre con éxito.
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Selección de materiales de aporte y elementos de aleación
Los datos muestran que la adición de Mn, Ti, V y otros elementos a la aleación de cobre o la costura de soldadura que contiene Ni, Al y Si puede reducir efectivamente la tendencia a la fisuración por penetración. Por ejemplo, cuando el contenido de Ni es superior al 16% (fracción de masa), no se producirán fisuras por penetración, mientras que se producirá una penetración grave en el estaño que contiene bronce. Generalmente se cree que el revestimiento en las soldaduras es causado por el alto contenido de Fe en las soldaduras. En general, se cree que cuando el Fe es 0.2% -1.1% en la soldadura, la estructura de la soldadura es de fase α grande, con poca resistencia al agrietamiento. Con el aumento del contenido de hierro, la soldadura tenía una estructura bifásica α + ε con la mejor resistencia al agrietamiento, especialmente cuando la fracción de masa de Fe era del 10% al 43%.
Se recomienda utilizar níquel puro o una aleación a base de níquel que contenga cobre para depositar la capa de transición debido a la fuerte resistencia al agrietamiento de las soldaduras a base de níquel. El elemento de níquel puede reducir o eliminar en gran medida el acero permeable de cobre y aleación de cobre, lo que es útil para eliminar la grieta permeable en la zona afectada por el calor. Para soldar hierro, acero u otros metales férricos, seleccionar una de las aleaciones Stay-Silv® como Safety-Silv® 45 o Safety-Silv® 56 con fundente blanco Safety-Silv®. No utilice aleaciones que contengan fósforo, ya que la unión puede ser frágil.
Varillas con alto contenido en Cobre y Plata, para rebajar su punto de Fusión, se utilizan mezcla de metales como el Cinc, Estaño, Cadmio y Silicio. El material a soldar y la temperatura de trabajo a la que queramos soldar nos indicarán qué aleación tenemos que elegir. A continuación, se presenta una tabla con las recomendaciones:
| Contenido de Plata | Materiales a soldar |
|---|---|
| 20% | Cobre, Latón, Acero al C. y Níquel |
| 30% | Cobre, Latón, Acero al C., Níquel y Inoxidable |
| 40% | Cobre, Latón, Acero al C., Níquel, Inoxidable y Aceros para Herramientas de corte |
Consejo: A mayor contenido en plata, menor punto de fusión.
Técnicas de soldadura para cobre y hierro
La soldadura por arco manual, la soldadura por arco de argón y la soldadura con gas pueden soldar acero y cobre y sus aleaciones. Los materiales de base de metal de cobre y acero se calientan en un horno de caja. La placa de cobre y el material base de la placa de acero al carbono se rellenan con alambre de cobre rojo S201 mediante soldadura por arco de argón de tungsteno (TIG) y se fijan mediante soldadura por puntos. Luego, la placa de cobre se conecta mediante fusión y soldadura fuerte, y el arco se desplaza hacia el material base en el lado de cobre (la desviación del arco es de 10 ° ~ 25 °). Al mismo tiempo, la mezcla He ~ Ar de gas protector de alta energía también puede inhibir la combinación de oxígeno y cobre, inhibiendo así la formación de partículas de óxido en la interfaz de cobre y evitando la formación de grietas.
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La soldadura TIG, también conocida como soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), es un proceso de soldadura popular para cobre debido a su control preciso y soldaduras limpias. La soldadura TIG utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para crear un arco que funde el cobre y el material de relleno. La soldadura TIG es un método apropiado para soldar láminas de cobre y se puede realizar tanto con corriente alterna como continua. Al soldar cobre TIG, se recomienda utilizar una varilla de relleno que coincida con la composición del metal base.
La soldadura MIG, también conocida como soldadura por arco metálico con gas (GMAW), es otro proceso de soldadura utilizado para el cobre. La soldadura MIG se puede utilizar para cobre, pero requiere una máquina de alta calidad y una pistola de carrete para alimentar el alambre. La soldadura con electrodo revestido, también conocida como soldadura por arco metálico protegido (SMAW) o soldadura manual por arco metálico (MMA), no se usa comúnmente para soldar cobre debido a su alto aporte de calor y su potencial de agrietamiento. No se recomienda la soldadura con núcleo fundente para soldar cobre porque la alta conductividad térmica del material dificulta el control del baño de soldadura. Para soldar cobre también se pueden utilizar otros procesos de soldadura, como la soldadura por arco de plasma (PAW) o la soldadura por láser. En conclusión, la soldadura TIG y MIG son los procesos de soldadura más comunes utilizados para soldar cobre debido a su control preciso y soldaduras limpias.
Tipos de soldadura para cobre
La soldadura de cobre tiene varias facetas, según la exigencia. Cada procedimiento se recomienda para cierto uso y maneja diferentes temperaturas, con el fin de ajustar la fuerza de unión a los distintos materiales. Así pues, existen tres tipos de soldadura, que se distinguen por el metal de relleno: soldadura blanda, soldadura de plata y soldadura fuerte. La soldadura de cobre es una herramienta común en la plomería y electrónica, tanto para soldar tuberías como para alear circuitos en el segundo caso. Las herramientas en la soldadura de cobre son pocas, pero precisas. Además del soplete o el cautín en cada uno de estos procesos, se requiere de la soldadura y de la pasta para soldar. La primera se trata de un alambre, usualmente de estaño y plomo, que sirve para unir la fundición. La segunda es una pasta o fundente que sirve para aislar del contacto del aire, además de disolver y eliminar los óxidos de la superficie a fundir.
Soldadura Blanda
La soldadura de cobre blanda se llama así debido a que el plomo suave suele ser su componente principal. Se utiliza en bajas temperaturas, por lo que no constituye uniones especialmente fuertes. Por eso, queda mejor en aplicaciones de tuberías, y no tanto en soportes de carga. El proceso de soldadura de cobre blanda no es recomendable para soldar metales preciosos, porque puede desgastar las piezas, en vez de fundirlas adecuadamente. Por esta razón, la soldadura a base de plomo, como también se le conoce, es más efectiva en la soldadura de cobre. El calor usado en este procedimiento es apto para esta tarea, ya que no se usa una temperatura superior a los 400° C. La soldadura blanda es la más indicada para instalaciones de plomería (o fontanería) y gas.
Soldadura de Plata
Este tipo de soldadura de cobre es utilizado principalmente en la industria de la herramienta donde se usa para unir puntas de metal duro a herramientas como sierras o taladros. Para ello se coloca la aleación de soldadura entre la pieza de metal duro y el acero para ser refundidos de nuevo.
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Soldadura Fuerte
La soldadura de cobre fuerte honra su nombre y produce uniones más sólidas, debido a las altas temperaturas que maneja. Por esto, requiere herramientas más precisas y también de protección especial, ya que la luz brillante producida durante este trabajo puede causar daños en la córnea y retinas. La soldadura de cobre abarca muchas actividades. Es un procedimiento muy especializado y se usa en diferentes oficios con distintas pretensiones. La soldadura fuerte es la técnica estándar en el sector de refrigeración y aire acondicionado.
En las técnicas de soldadura de cobre blanda y fuerte las piezas a soldar no se funden; por lo tanto, debe emplearse un material de aporte (habitualmente, aleaciones a base de estaño, cobre, plomo, plata o zinc, según la técnica y la aplicación) y el calor para fundir este metal de aporte -cuya magnitud depende de la técnica empleada- puede generarse por gas o electricidad. La soldadura por gas utiliza una llama proporcionada por un soplete que funde el material de aporte y permite que éste sea conducido por acción capilar a las superficies a soldar, que han sido previamente recubiertas de un fundente adecuado. El combustible del soplete es generalmente acetileno-oxígeno, propano-oxígeno o una mezcla de gas y aire. En los casos en que la presencia de una llama abierta resulta peligrosa, por ejemplo tuberías de gas, el calor necesario puede generarse mediante herramientas que funcionan con resistencias eléctricas y que emplean electrodos.
Preparación para la soldadura
Antes de comenzar a soldar cobre, es importante preparar adecuadamente la superficie para garantizar una unión fuerte y duradera. Las áreas de la superficie de la unión deben estar limpias y libres de aceite, grasa o contaminación por óxido.
Limpieza y desoxidación
El primer paso en la preparación del cobre para soldar es limpiar minuciosamente la superficie. Cualquier suciedad, aceite u otros contaminantes pueden afectar negativamente la soldadura, por lo que es importante utilizar un cepillo de alambre u otra herramienta adecuada para eliminar los residuos. Para comenzar con el proceso de soldadura, se deben tener cuidados previos en la tubería. En primer lugar, se usa papel de lija o lana de acero para quitar la capa de óxido de la tubería de cobre, ya que, de no estar completamente limpias, se pueden producir fugas en el ensamblado. La grasa, el aceite y hasta el agua perjudican el proceso de soldadura y aumentan el riesgo de agujeros en la unión. Las superficies pueden limpiarse adecuadamente para la soldadura fuerte cepillando con un cepillo de alambre de acero inoxidable o frotando con una tela de esmeril o Scotch Brite®. Si hay aceite o grasa, limpiar con un disolvente comercial. No olvide eliminar las pequeñas partículas extrañas, como el polvo de esmeril, frotando con un paño limpio y seco. Después de la limpieza, también es importante desoxidar la superficie para eliminar los óxidos que se hayan podido formar.
Corte y eliminación de rebabas
Corte a la longitud exacta requerida utilizando un cortatubos o una sierra para metales. Si se utiliza una sierra para metales, también se debe utilizar un dispositivo de aserrado para garantizar cortes a escuadra. Elimine todas las rebabas interiores y exteriores con un escariador, una lima u otra herramienta de raspado de bordes afilados.
Aplicación de fundente y precalentamiento
Una vez limpia y desoxidada la superficie, es importante aplicar un fundente en la zona a soldar. UN FLUJO ADECUADO es importante porque el fundente absorbe los óxidos formados durante el calentamiento y promueve el flujo del metal de aportación. Cuando use el fundente blanco Stay-Silv®, aplíquelo solo con una brocha. Para evitar un exceso de residuos de fundente dentro de las líneas de refrigeración, aplique una capa fina de fundente solo en el tubo macho. Tan pronto como la superficie quede limpia, se debe esparcir la pasta para soldar en el interior y el exterior del tubo. El alambre con núcleo fundente ayuda a prevenir la oxidación y asegura una fuerte unión entre las dos piezas de cobre.
Precalentar el cobre antes de soldarlo puede ayudar a prevenir grietas y garantizar una unión fuerte. Esto es particularmente importante cuando se trabaja con piezas de cobre más gruesas o cuando se sueldan metales diferentes. Cuando se utiliza un soplete, es importante calentar el cobre de manera uniforme y evitar sobrecalentar cualquier área. Esto puede hacer que el cobre se deforme o se agriete.
Proceso de soldadura
Excepto por las diferencias que distinguen la soldadura blanda de la soldadura fuerte (composición del material de aporte, tipo y composición del fundente y magnitud del calor requerido para derretir el material de aporte), ambas técnicas se aplican del mismo modo para soldar tubos de cobre y requieren de una serie de pasos en común.
Ajuste del soplete y la llama
Posteriormente, se debe regular la llama del soplete como referencia, se debe distinguir una flama azul. Para la mayoría de los trabajos de soldadura fuerte que utilizan gases de oxígeno y acetileno, se debe utilizar una llama neutra o carburante. La llama neutra tiene un cono interior bien definido. Evite una llama oxidante. El exceso de acetileno elimina los óxidos superficiales del cobre. La soldadura fuerte con sopletes de aire / acetileno es una alternativa popular al gas combustible mezclado con oxígeno. Si el tanque tiene un manómetro de entrega, ajuste la presión de entrega a 14-15 psi. Abra el valor de la antorcha. Abrir aproximadamente 3/4 de vuelta proporcionará suficiente suministro de gas combustible. No intente medir la presión (reduciendo la llama), utilizando la válvula del mango del soplete.
Aplicación de calor y material de aporte
Inserte el extremo del tubo con fundente en el accesorio. Mantenga el soporte para asegurar la alineación adecuada hasta que la aleación de soldadura se solidifique. Inserte el tubo en el accesorio y, si es posible, gire el accesorio una o dos veces en el tubo para asegurar una cobertura uniforme. Mantenga siempre la antorcha en movimiento corto. Comience a calentar el tubo, primero aplicando la llama en un punto adyacente al accesorio. Cuando se utiliza un fundente, será una buena guía de temperatura. Introduzca la aleación en la unión entre el tubo y el accesorio. Solo después de que los metales base se hayan calentado a las temperaturas de soldadura fuerte, se debe agregar el metal de aportación. En ese momento, la llama puede detectarse momentáneamente en la punta del metal de relleno para comenzar el proceso de fusión. Mantenga siempre calientes tanto el accesorio como el tubo, colocando la llama sobre el tubo y el accesorio mientras la aleación de soldadura entra en la unión. La aleación de soldadura se difundirá y llenará completamente todas las áreas de la junta. No continúe alimentando la aleación de soldadura fuerte después de llenar el área de la junta.
AL HACER UNIONES DE ALEACIÓN VERTICALES, primero caliente el tubo y luego aplique calor al accesorio. Es importante que ambas piezas alcancen la temperatura de manera uniforme. Mantenga la llama dirigida hacia el accesorio. AL HACER UNIONES HORIZONTALES, primero caliente la circunferencia del tubo y luego aplique calor al accesorio. Decidir dónde comenzar a alimentar la aleación dependerá del tamaño de la tubería y de las preferencias del operador. Sin embargo, en tuberías de gran diámetro, a veces el mejor enfoque es comenzar en la parte inferior de la tubería. A medida que la aleación se solidifica, creará un "dique" y ayudará a evitar que la aleación de soldadura fuerte se salga de la junta mientras se llena el resto de la conexión. La destreza y la habilidad vienen después. Se debe sujetar el solvente con la mano hábil y comenzar a calentar de manera uniforme la superficie del tubo. Entonces, con la mano menos hábil, se debe sujetar la soldadura y aproximarla al punto donde la llama se conecta con el cobre. Es aquí donde notamos la dificultad del proceso; por eso, esta tarea debe realizarla un experto.
Consideraciones de seguridad
Cuando se trata de soldar cobre, la seguridad siempre debe ser su máxima prioridad. La soldadura de cobre plantea varios riesgos, incluidos humos y riesgos de incendio. Antes de comenzar cualquier proyecto de soldadura, es fundamental utilizar el equipo de protección adecuado. Esto incluye un casco de soldadura, guantes y una chaqueta de soldadura. Además del equipo de protección, también es fundamental una ventilación adecuada. Soldar cobre produce vapores que pueden ser dañinos si se inhalan. Los vapores de soldadura de cobre pueden causar problemas de salud, como fiebre por vapores metálicos, que puede provocar síntomas similares a los de la gripe. Los riesgos de incendio también son una preocupación al soldar cobre. El cobre es un excelente conductor del calor y puede encender rápidamente materiales inflamables cercanos. En resumen, soldar cobre requiere precauciones de seguridad adecuadas para evitar peligros potenciales. Utilice siempre equipo de protección, garantice una ventilación adecuada y maneje los humos y los riesgos de incendio con precaución.
Problemas comunes y tratamientos post-soldadura
Al soldar cobre, dos problemas comunes que pueden surgir son la oxidación y la fragilidad. Después de soldar cobre, es importante realizar algunos tratamientos de acabado y post-soldadura para asegurar la calidad de la soldadura.
Oxidación y fragilidad
La oxidación ocurre cuando el cobre reacciona con el oxígeno del aire, formando una capa de óxido de cobre en la superficie del metal. Esta capa de óxido puede dificultar que la soldadura penetre en la superficie y cree una unión fuerte. Para evitar la oxidación, es importante limpiar bien el cobre antes de soldar. Utilice un cepillo de alambre o papel de lija para eliminar la suciedad, la grasa u otros contaminantes de la superficie del metal.
La fragilidad es otro problema que puede ocurrir al soldar cobre. Esto suele deberse al sobrecalentamiento del metal, lo que puede hacer que se vuelva quebradizo y propenso a agrietarse. Para evitar esto, es importante utilizar la técnica de soldadura y los ajustes de temperatura correctos. Asegúrese de utilizar el tipo correcto de varilla de soldadura para el grosor del metal con el que está trabajando y ajuste la temperatura del soldador en consecuencia.
Defectos de soldadura y reparación
Incluso con una preparación y soldadura cuidadosas, aún pueden producirse defectos. Algunos defectos de soldadura comunes incluyen porosidad, socavado y fusión incompleta. La porosidad ocurre cuando las burbujas de gas quedan atrapadas en la soldadura, creando pequeños agujeros o huecos. El socavado ocurre cuando la soldadura crea una ranura o depresión en la superficie del metal, debilitando la estructura general. Para reparar estos defectos, es posible que tengas que pulir la superficie del metal y volver a soldar el área afectada. También puede utilizar un material de relleno o una varilla de soldadura para reforzar la soldadura y crear una unión más fuerte. En resumen, al soldar cobre, es importante tomar medidas para prevenir la oxidación y la fragilidad, así como estar preparado para lidiar con defectos comunes de soldadura.
Enfriamiento y limpieza post-soldadura
Después de soldar cobre, debes dejar que la soldadura se enfríe de forma natural. Evite enfriar la soldadura con agua, ya que esto puede causar grietas y distorsiones en la soldadura. Todos los residuos de fundentes deben eliminarse para inspección y prueba de presión. Inmediatamente después de que la aleación de soldadura haya fraguado, enfríe o aplique un cepillo o hisopo húmedo para agrietar y eliminar los residuos de fundente. Es importante limpiar minuciosamente la soldadura para eliminar cualquier impureza o contaminante que pueda afectar la calidad de la soldadura. Puede utilizar una solución de detergente suave o un disolvente para limpiar la soldadura.
Inspección y pruebas
Inspeccionar y probar la calidad de la soldadura es un paso importante para garantizar la resistencia y durabilidad de la soldadura. Debe inspeccionar visualmente la soldadura en busca de grietas, porosidad u otros defectos. Para probar la calidad de la soldadura, puede realizar una prueba de flexión o una prueba de tracción. En una prueba de flexión, se dobla una muestra del material soldado a un ángulo específico para verificar si hay grietas o defectos.