Soldadura fuerte del cobre: Lo básico que debe saber

I. Ccobre y aleaciones de cobre

El cobre y sus aleaciones se utilizan mucho por su excelente conductividad eléctrica, conductividad térmica, resistencia a la corrosión y conformabilidad. Estas aleaciones pueden dividirse en cuatro categorías: cobre rojo, latón, bronce y cobre blanco.

II. Propiedades de los materiales de cobre y aleaciones de cobre

1. Cobre rojo

El cobre rojo es una forma pura de cobre con un contenido de cobre de al menos 99,5%.

Según su contenido en oxígeno, puede dividirse en cobre puro y cobre libre de oxígeno.

Cu2O y óxidos de CuO pueden formarse en la superficie del cobre rojo.

A temperatura ambiente, la superficie de cobre se cubre con Cu2O.

A altas temperaturas, la cascarilla de óxido se compone de dos capas: la capa exterior es CuO y la capa interior es Cu2O.

Es importante señalar que el cobre puro no puede soldarse en una atmósfera reductora que contenga hidrógeno.

2. Latón

El latón se refiere a una aleación de cobre y zinc que tiene mayor fuerza, dureza y resistencia a la corrosión en comparación con el cobre rojo, al tiempo que conserva la tenacidad y una alta resistencia a la corrosión.

Diagrama metalográfico del latón

3. Latón especial

(1) Latón estañado:

El latón estañado contiene aproximadamente 1% de estaño (Sn) y la presencia de estaño no altera la composición de los óxidos superficiales.

La soldabilidad del latón estañado es comparable a la del latón, por lo que resulta fácil de soldar.

(2) Latón de plomo:

El latón al plomo contiene plomo, que al calentarse forma una escoria pegajosa que perjudica el efecto humectante y la fluidez de la soldadura.

Es importante seleccionar el fundente adecuado para garantizar una fluidez correcta.

(3) Latón manganeso:

La superficie del latón al manganeso está compuesta por óxido de zinc y óxido de manganeso.

El óxido de manganeso es relativamente estable y difícil de eliminar, por lo que es necesario utilizar un activo soldadura fundente para garantizar la humectabilidad del metal de aportación de soldadura fuerte.

4. Bronce

Existen varios tipos de broncecada uno con diferentes elementos de aleación, lo que afecta a su soldabilidad.

Cuando el elemento de aleación añadido es estaño, o una pequeña cantidad de cromo o cadmio, tiene un impacto mínimo en la soldabilidad y, en general, es más fácil de soldar.

Sin embargo, si el elemento añadido es aluminio, especialmente cuando el contenido de aluminio es elevado (hasta 10%), el óxido de aluminio de la superficie es difícil de eliminar, lo que provoca un deterioro de la soldabilidad.

En tales casos, es necesario utilizar un fundente especial para soldadura fuerte.

Por ejemplo, cuando se añade silicio para formar bronce al silicio, éste se vuelve muy sensible a la fragilidad en caliente y al agrietamiento por tensión cuando se expone a la soldadura fundida.

Otro ejemplo es cuando el elemento de aleación añadido es el berilio.

Aunque se forma un óxido de BeO relativamente estable, el fundente de soldadura convencional es suficiente para eliminar la película de óxido.

5. Cobre blanco

Cobre blanco es una aleación de cobre y níquel que presenta excelentes propiedades mecánicas integrales.

Contiene níquel.

Al seleccionar el metal de aportación, es importante evitar los que contienen fósforo, como el metal de aportación de cobre-fósforo y el metal de aportación de cobre-fósforo-plata.

El cobre blanco es muy sensible al agrietamiento en caliente y al agrietamiento por tensión cuando se somete a soldadura fundida.

III. Composiciones típicas de cobre y aleaciones de cobre y tratamiento térmico

NombreCódigoComposición química primaria (porcentaje en masa, %)Temperatura de fusión/℃Tratamiento térmico
ω(Cu)ω(Zn)ω(Sn)ω(Pb)ω(Mn)ω(Al)ω(Ni)Otros
Cobre puroT1≤99.95------20.021083Recocido: 450~520℃
T2≤99.90------20.061083Recocido: 500~630℃
Cobre sin oxígenoTU1≤99.97------20.0031083Recocido al vacío: 500℃
TU2≤99.95------20.0031083
TUMn≤99.60---0.1~0.3--20.0031083
LatónH9695~97Rem.------1056~1071Recocido: 600℃
H6867~70Rem.------910~939Recocido: 600℃
H6260.5~63.5Rem.------899~906Recocido: 600℃
Estaño LatónHSn62-161~63Rem.0.7~1.1-----886~907Recocido: 600℃
Latón al plomoHPb59-157~60Rem.-0.8~1.9----886~901Recocido: 600℃
Manganeso LatónHMn58-257~60Rem.--1~2---866~881Recocido: 600℃
Estaño BronceQSn6,5-0,1Rem.-6~7----P: 0.1~0.25~996Recocido: 500~620℃
QSn4-3Rem.2.7~3.33.5~4.5-----~1046
Aluminio BronceQAl9-2Rem.---1.5~2.58~10--~1061Recocido: 700~750℃;Quenching880℃,Tempering400℃
QAl10-4-4Rem.----9.5~11-Fe: 3,5~4,5-Recocido: 700~750℃;Quenching920℃,Tempering650℃
Bronce berilioQBe2Rem.-----0.2~0.5Be: 1,9~2,2865~956Enfriamiento: 800℃,Envejecimiento:300℃
QBe1.7Rem.-----0.2~0.4Be: 1,6~1,8-Enfriamiento: 800℃,Envejecimiento: 300℃
Silicio BronceQSi3-1Rem.---1~1.5--Si: 2,75~3,5971~1026Recocido: 600~680℃
Cromo BronceQCr0,5Rem.------Cr: 0.5~1.01073~1080Enfriamiento: 950~1000℃
Envejecimiento: 400~460℃
Bronce cadmioQCd1Rem.------Cd: 0.9~1.21040~1076Recocido: 650℃
Zinc Níquel PlataBZn15-20Rem.18~20----13.5~16.5-~1081Recocido: 700℃
Manganeso Níquel PlataBMn40-1,5Rem.---1~2-39~40-1261Recocido: 1050~1150℃

IV. Propiedades de la soldadura fuerte del cobre y sus aleaciones

La soldadura fuerte del cobre y las aleaciones de cobre depende principalmente de los siguientes factores:

  1. La estabilidad de los óxidos formados en la superficie.
  2. La influencia del proceso de calentamiento de la soldadura fuerte en el propiedades del material.
  3. La sensibilidad del material al agrietamiento por tensión.

Las superficies de cobre puro pueden formar dos óxidos, Cu2O y CuO. A temperatura ambiente, una superficie de cobre está cubierta por Cu2O, mientras que a altas temperaturas, la película de óxido se divide en dos capas, con CuO en el exterior y Cu2O en el interior. Los óxidos de cobre son fáciles de eliminar, por lo que el cobre puro se suelda bien.

El cobre oxigenado es cobre refinado mediante pirometalurgia y cobre de brea electrolíticamente resistente. Contiene de 0,02% a 0,1% de oxígeno en masa, que existe como óxido de cobre, formando una organización eutéctica con el cobre. Esta organización eutéctica se distribuye en la matriz de cobre en forma globular.

Si el cobre oxigenado se suelda en una atmósfera reductora que contenga hidrógeno, éste se difunde rápidamente en el metal, reduciendo el óxido para producir vapor. Este vapor forma cavidades dentro de los cristales de cobre y se expande rápidamente, provocando fragilización por hidrógeno. En casos graves, el material de cobre puede fracturarse.

Si la atmósfera contiene monóxido de carbono y humedad, el monóxido de carbono puede reducir el vapor a hidrógeno, que se difunde en el metal, provocando la fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, el cobre oxigenado no debe soldarse en atmósferas de amoníaco en descomposición, endotérmicas o exotérmicas reductoras.

El calentamiento prolongado del cobre oxigenado por encima de 920℃ provocará la acumulación de óxido de cobre en los límites de grano, reduciendo la resistencia y ductilidad del cobre. Por lo tanto, durante la soldadura fuerte, el material debe evitar la exposición prolongada a temperaturas superiores a 920℃.

El cobre no puede tratarse térmicamente para aumentar su resistencia, por lo que a menudo se utilizan métodos de trabajo en frío para incrementarla. El cobre endurecido en frío se ablanda cuando se calienta entre 230℃ y 815℃. El grado de reblandecimiento depende de la temperatura y de la duración a esta temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento de la soldadura fuerte, más blando será el cobre endurecido en frío.

El cobre libre de oxígeno tiene un bajo contenido de oxígeno, y no hay constituyentes eutécticos de cobre y óxido de cobre en el cobre. Su conductividad eléctrica y su trabajabilidad en frío (como la embutición profunda y la hilatura) son mejores que las del cobre desoxidado.

El cobre sin oxígeno puede soldarse en una atmósfera protectora que contenga hidrógeno sin que se produzca fragilización por hidrógeno. El cobre libre de oxígeno endurecido en frío también se ablandará durante el calentamiento.

El latón común puede dividirse en tres categorías: latón bajo (fracción de masa de zinc inferior a 20%), latón alto (fracción de zinc superior a 20%) y latón aleado. Cuando la fracción másica de zinc en el latón es inferior a 15%, el óxido superficial consiste principalmente en Cu2O, que contiene pequeñas partículas de ZnO.

Cuando la fracción másica de zinc es superior a 20%, el óxido está formado principalmente por ZnO. El óxido de zinc también es fácil de eliminar, por lo que la soldadura fuerte del latón es muy buena. El latón no es adecuado para la soldadura fuerte en atmósfera protectora, especialmente en la soldadura fuerte al vacío. Esto se debe a que el zinc tiene una alta presión de vapor (que alcanza 105Pa a 907℃).

Durante la soldadura fuerte en atmósfera protectora, especialmente la soldadura fuerte en vacío, el zinc del latón se volatiliza, la superficie se enrojece y afecta tanto a sus propiedades de soldadura fuerte como a sus propiedades inherentes. Si la soldadura fuerte debe realizarse en una atmósfera protectora o en vacío, debe galvanizarse previamente una capa de cobre o níquel en la superficie de las piezas de latón para evitar la volatilización del zinc. Sin embargo, el chapado puede afectar a la resistencia de la unión soldada.

La soldadura fuerte del latón requiere el uso de un fundente.

El latón estañado tiene aproximadamente 1% de ω (Sn). La presencia de estaño no afecta a la composición del óxido superficial. La soldadura fuerte del latón estañado es comparable a la del latón y es fácil de soldar.

El latón de plomo forma un residuo pegajoso cuando se calienta, lo que altera la acción humectante y la fluidez del material de soldadura fuerte, por lo que debe elegirse un fundente adecuado para garantizar la acción humectante del material de soldadura fuerte. Cuando se calienta, el latón al plomo tiende a agrietarse por tensión. Su sensibilidad al agrietamiento en caliente es directamente proporcional al contenido de plomo.

Por lo tanto, el tensión interna de latón con plomo debe reducirse al mínimo durante la soldadura fuerte, por ejemplo, recociendo antes de soldar para eliminar la tensión causada por el procesamiento de los componentes. La temperatura de calentamiento debe ser lo más uniforme posible para reducir la tensión térmica. El efecto de la soldadura fuerte es deficiente cuando ω (Pb) > 3%. Para el latón con plomo con ω (Pb) > 5%, no se recomienda la soldadura fuerte.

La superficie del latón al manganeso está compuesta por óxido de zinc y óxido de manganeso. El óxido de manganeso es relativamente estable y difícil de eliminar, por lo que debe utilizarse un fundente muy activo para garantizar la humectabilidad del material de soldadura fuerte.

El estaño bronce QSn6.5-0.1 forma dos óxidos en su superficie: una capa interna de SnO2 y una capa externa de óxido de cobre. Estos óxidos son fáciles de eliminar y la aleación se suelda bien, por lo que es adecuada para diversos métodos de soldadura, como la soldadura con gas protector y la soldadura al vacío.

Para la soldadura fuerte en aire pueden utilizarse fundentes convencionales. Para evitar el agrietamiento, las piezas de bronce al estaño que contienen fósforo deben someterse a un alivio de tensión de aproximadamente 290-340℃ antes de la soldadura fuerte.

El bronce de aluminio contiene una cantidad significativa de aluminio (hasta 10% en masa), formando una capa de óxido compuesta principalmente de óxido de aluminio en la superficie, que es difícil de eliminar. Por lo tanto, soldadura de aluminio bronce es todo un reto. El óxido de aluminio no puede reducirse en una atmósfera protectora y no puede eliminarse mediante calentamiento al vacío, por lo que se requiere un fundente especializado.

Si las piezas de bronce de aluminio se sueldan en un templado y revenido la temperatura de soldadura fuerte no debe superar la temperatura de revenido. Por ejemplo, la temperatura de revenido de QAl9-2 es de 400℃.

Si la temperatura de soldadura supera los 400℃, el material base se ablandará. Si la soldadura fuerte se realiza a altas temperaturas, la temperatura de soldadura fuerte debe coincidir con la temperatura de temple (880℃), seguida del revenido, para lograr las propiedades mecánicas deseadas del material base. Esto debe tenerse en cuenta al seleccionar un material de soldadura fuerte.

Aunque se forma un óxido de BeO relativamente estable en la superficie del bronce al berilio, el fundente convencional sigue satisfaciendo el requisito de eliminación de la película de óxido. El bronce al berilio se utiliza a menudo en situaciones en las que las piezas requieren elasticidad.

Para evitar que disminuya esta propiedad, la temperatura de soldadura fuerte debe ser inferior a su temperatura de envejecimiento (300℃) o la temperatura de soldadura fuerte debe coincidir con la temperatura de temple, seguida de un tratamiento de envejecimiento después de la soldadura fuerte.

El bronce al silicio, principalmente aleación QSi3-1 con aproximadamente 3% ω (Si), forma en su superficie un óxido compuesto principalmente de dióxido de silicio. Para la soldadura fuerte del bronce al silicio debe utilizarse el mismo fundente que para la soldadura fuerte del bronce al aluminio. El bronce al silicio bajo tensión es extremadamente sensible al agrietamiento térmico y al agrietamiento por tensión bajo la acción del material de soldadura fuerte fundido.

Para evitar el agrietamiento, la aleación debe someterse a un alivio de tensiones a una temperatura de entre 300-350℃ antes de la soldadura fuerte. Se debe elegir un material de soldadura de punto de fusión más bajo y utilizar un método de soldadura que caliente uniformemente durante la soldadura fuerte.

El bronce al cromo y el bronce al cadmio tienen pequeñas cantidades de cromo o cadmio, que no afectan significativamente al proceso de soldadura fuerte. Cuando se suelda bronce al cromo, debe tenerse en cuenta el régimen de tratamiento térmico del material base.

La soldadura fuerte debe realizarse por debajo de la temperatura de envejecimiento (460℃) o la temperatura de soldadura fuerte debe coincidir con la temperatura de enfriamiento (950-1000℃).

Plata níquel y plata manganeso. La alpaca contiene níquel, y los materiales de soldadura fuerte que contienen fósforo, como el material de soldadura fuerte de cobre-fósforo y el material de soldadura fuerte de cobre-fósforo-plata, deben evitarse al elegir un material de soldadura fuerte porque los materiales de soldadura fuerte que contienen fósforo pueden formar fácilmente fosfuro de níquel quebradizo en la interfaz después de la soldadura fuerte, reduciendo la resistencia y la tenacidad de la unión.

La alpaca es extremadamente sensible tanto al agrietamiento en caliente como al agrietamiento por tensiones bajo la acción del material de soldadura fuerte fundido. Por lo tanto, antes de proceder a la soldadura fuerte deben eliminarse las tensiones internas de las piezas y debe elegirse un material de soldadura fuerte con un punto de fusión más bajo.

Las piezas deben calentarse uniformemente, y debe permitirse la libre expansión y contracción de las piezas durante el calentamiento y el enfriamiento para reducir la tensión térmica durante la soldadura fuerte.

Brazabilidad del cobre común y de las aleaciones de cobre

AleaciónSoldabilidad
Cobre T1Excelente
Cobre sin oxígeno TU1Excelente
LatónH96Excelente
H68Excelente
H62Excelente
Estaño-bronceHSn62-1Excelente
Latón manganesoHMn58-2Bien
Estaño-bronceQSn58-2Excelente
QSn4-3Excelente
Latón al plomoHPb59-1Bien
aluminio bronceQAl9-2Mal
QAl10-4-4Mal
bronce de berilioQBe2Bien
QBe1.7Bien
bronce al silicioQSi3-1Bien
bronce cromadoQCr0,5Bien
bronce cadmioQCd11Excelente
Aleación de zinc-cobre-níquelBZn15-20Bien
Mn aleación de cobre níquelBMn40-1,5Difícil

V. Metal de aportación para soldadura fuerte

1. Metal de aportación para soldadura fuerte a base de plata

La soldadura con base de plata se utiliza ampliamente debido a su punto de fusión moderado, buena procesabilidad, cualidades de resistencia y dureza, conductividad, conductividad térmica y resistencia a la corrosión.

Los principales elementos de aleación de las soldaduras a base de plata son el cobre, el zinc, el cadmio y el estaño. El cobre es el elemento de aleación más importante, ya que reduce la temperatura de fusión de la plata sin formar una fase quebradiza.

La adición de zinc reduce aún más la temperatura de fusión.

Aunque la adición de estaño puede reducir considerablemente la temperatura de fusión de las aleaciones de plata-cobre-estaño, esta baja temperatura de fusión provoca una fragilidad extrema y la falta de utilidad práctica.

Para evitar la fragilidad, el contenido de estaño en la soldadura de plata-cobre-estaño no suele ser superior a 10%.

Para reducir aún más la temperatura de fusión de la soldadura a base de plata, se puede añadir cadmio a la aleación de plata-cobre-zinc.

Composición química y principales propiedades del metal de aportación para soldadura fuerte a base de plata

Metal de aportación para soldadura fuerteComposición química (peso %)Temperatura de fusión/℃Resistencia a la tracción/MPaResistividad eléctrica/μΩ-mTemperatura de soldadura/℃

AgCuZnCdSnotros
BAg72Cu.72±1Rem.779~7793750.022780~900
BAg50Cu.50±1.1Rem.779~850
BAg70Cu.70±126±1Rem.730~7553530.042
BAg65Cu.65±120±1.1Rem.685~7203840.086
BAg60Cu60 ±1Rem.10±0.5602~718 720~840
BAg50Cu50±1.134±1.1Rem.10±0.5677~7753430.076775~870
BAg45Cu45±130+1Rem.677~7433860.097745~845
BAg25CuZn.25±1.40±1Rem.745~7753530.069800~890
BAg10CuZn10±153±1.1Rem.815~8504510.065850~950
BAg50CuZnCd50±115.5±116.5±2627~6354190.072635~760
BAg45CuZnCd45±1.15±116±2.607~618620~760
BAg40CuZnCdNi40±116±0.517.8±0.5Ni0,2±0,1595~6053920.069605~705
BAg34CuZnCd35±126±121±2 607~7024110.069700~845
BAg50CuZnCdNi50±1.115.5±115.5±2Ni3±0,5632~6884310.105690~815
BAg56CuZnSn56±122±117±250.550.5618~652650~760
BAg34CuZnSn34±136±1.127+230.530.5630~730730~820
BAg50CuZnSnNi50±121.5±127±1.110.310.3Ni0,30~0,65。650~670670~770
BAg40CuZnSnNi40±125±130.5±130.330.3Ni1,30~1,65630~640.640~740

2. Soldadura de cobre y fósforo

El metal de aportación para soldadura fuerte de cobre-fósforo se utiliza ampliamente en la soldadura fuerte de cobre y aleaciones de cobre debido a su favorable rendimiento tecnológico y rentabilidad.

El fósforo cumple dos funciones en el cobre:

En primer lugar, reduce considerablemente el punto de fusión del cobre.

En segundo lugar, actúa como fundente autosoldante durante la soldadura fuerte en aire.

Para reducir aún más la temperatura de fusión de la aleación Cu-P y mejorar su tenacidad, también puede añadirse plata.

Es importante señalar que los metales de aportación cobre-fósforo y cobre-ratón-plata sólo pueden utilizarse para la soldadura fuerte de cobre y aleaciones de cobre y no pueden utilizarse para la soldadura fuerte de acero, aleaciones de níquel o aleaciones de cobre-níquel con un contenido de níquel superior a 10%.

Este tipo de metal de aportación puede dar lugar a segregación cuando se calienta lentamente, por lo que es mejor adoptar un método de soldadura fuerte de calentamiento rápido.

Composición química y propiedades de la soldadura de cobre y fósforo

Metal de rellenoComposición química (fracción másica) (%)Temperatura de fusiónResistencia a la tracción MPaResistividad/μΩ-m
CuPAgSnotros
Bcu95P.Rem.5±0.3 710~924
Bcu93PRem.6.8~7.5 710~800470.40.28
Bcu92PSbRem.6.3±0.4Sb1,5~2,0690~800303.80.47
Bcu91AgRem.7±0.22±0.2645~810
Bcu89AgRem.5.8~6.75±0.2650~800519.40.23
Bcu80PagRem.4.8~5.315±0.5640~815499.80.12
HLAgCu70-5Rem.5±0.525±0.5650~710
HLCuP6-3Rem.5.7±0.33.5±0.5640~6800.35
Cu86SnPRem.5.3±0.57.5±0.50.8±0.4620~660
Bcu80PSnAgRem.5.3±0.55±0.510±0.5560~650
Cu77NiSnP.77.67.09.7Ni5.7591~643

3. Soldadura blanda-Soldadura a base de estaño

Al soldar cobre con soldaduras con base de Sn, es frecuente la formación del compuesto intermetálico Cu6Sn5 en la interfase entre la soldadura y el metal base. Por lo tanto, es importante considerar cuidadosamente la temperatura de soldadura fuerte y el tiempo de mantenimiento.

Cuando se utiliza un soldador, la capa de compuesto suele ser fina y tiene un impacto mínimo en el rendimiento de la unión.

Las uniones de latón soldadas con metal de aportación estaño-plomo son más resistentes que las uniones de cobre soldadas con el mismo metal de aportación. Esto se debe a que la disolución del latón en el metal de aportación líquido es más lenta, lo que da lugar a la formación de menos compuestos intermetálicos frágiles.

Metal de aportación para soldadura fuerteComposición químicaTemperatura de fusiónResistencia a la tracciónAlargamiento
SnAgSbCu
HL60696.04.022153.0
Sn95Sb95.05.023339.243
Sn92AgCuSb92.05.01.02.025049.02.3
Sn85AgSb84.58.07.527080.48.8
Metal de aportación para soldadura fuerteComposición químicaTemperatura de fusión
97.03.0Sn
HLAgPb9797.51.5304-305
HLAgPb97,5-1,0922.51.0310-310
HLAgPb92-5,583.51.55.5287-296
HLAgPb83,5-15-1,597.03.015.0265-270

4. Soldadura blanda - soldadura a base de cadmio

Composición química y propiedades de las soldaduras a base de cadmio

Metal de rellenoComposición química (fracción másica) (%)Temperatura de fusión/Resistencia a la tracción/MPa
CdAgZn
HL503955 338~393112.8
HLAgCd96-19631300~325110.8
Cd79ZnAg79516270~285200
HL5089253320~360

5. Soldadura blanda - soldadura sin plomo

Soldadura sin plomo para soldar tubos de cobre

MarcaComposición (fracción de masa)Línea de fase sólida/℃Liquidus/℃
E95Sn-4,5Cu-0,5Ag226360
HA94.5Sn-3Sb-1.5Zn-0.5Ag-0.5Cu215228
HB91.225Sn-5Sb-3.5Cu-0.275Ag238360
CA96.25n-3.25Bi-0.2Cu-0.35Ag206234
OA95,9Sn-3Cu-1Bi-0,1Ag215238
AM95,45n-3Cu-1Sb-0,6Ag221231

Resistencia de uniones de cobre y latón soldadas con parte de soldadura blanda

Marca de soldaduraResistencia al cizallamiento/MPaResistencia a la tracción/MPa
cobrelatóncobrelatón
S-Pb80Sn18Sb220.636.388.295.1
S-Pb68Sn30Sb226.5274089.286.2
S-Pb58Sn40Sb236.345.176.478.40
S-Sn90Pb1045.144.163.768.6
S-P697Ag329.449.0
S-Cd96Ag3Zn173.557.8-
S-Sn95Sb537.2 -
S-sn85Ag8Sb782.3
S-Sn92AgSCu2Sb135.3
S-Sn96Ag4P35.339.2~49.05.339.2~49.0

VI. Fundente de soldadura

Los fundentes para soldadura fuerte comúnmente utilizados consisten en una matriz de bórax, ácido bórico o una mezcla de ambos, y se complementan con fluoruros o fluoroboratos de metales alcalinos o alcalinotérreos para lograr una temperatura de activación adecuada y mejorar la capacidad de eliminación de óxido.

Cuando se calienta, el ácido bórico (H3BO3) se descompone para formar anhídrido bórico (B2O3).

La fórmula de reacción es la siguiente:

2H3BO3→B2O3+3H2O

El punto de fusión del anhídrido bórico es de 580°C.

Puede reaccionar con óxidos de cobre, zinc, níquel y hierro para formar un borato soluble, que flota en la unión soldada como escoria. Esto no solo elimina la película de óxido, sino que también proporciona protección mecánica.

MeO+B2O3→MeO-B2O3

Bórax Na2B4O7 se funde a 741 ℃:

Na2B4O7→B2O3+2NaBO2

El anhídrido bórico y los óxidos metálicos reaccionan para formar boratos solubles. El metaborato sódico y los boratos se combinan para formar compuestos con una temperatura de fusión más baja, lo que facilita su ascenso a la superficie de las juntas de soldadura.

MeO+2NaBO2+B2O3>(NaBO22Me(BO22

La combinación de bórax y ácido bórico es un fundente muy utilizado. La adición de ácido bórico puede reducir la tensión superficial del fundente de bórax y mejorar su extensión. El ácido bórico también mejora la capacidad del residuo de fundente para desprenderse limpiamente de la superficie. Sin embargo, cuando se utiliza fundente de bórax-ácido bórico con metal de aportación de plata, su temperatura de fusión sigue siendo demasiado elevada y su viscosidad sigue siendo demasiado alta.

Para disminuir aún más la temperatura de fusión, se puede añadir fluoruro potásico. La función principal del fluoruro potásico es reducir la viscosidad del fundente y mejorar su capacidad para eliminar óxidos. Para reducir aún más la temperatura de fusión y aumentar su actividad, el KBF4 puede añadirse.

El punto de fusión del KBF4 es 540 ℃, y la descomposición de fusión es:

KBF4→KF+BF3

MarcaComposición (fracción de masa) (%)Temperatura de acción ℃Propósito
FB101Ácido bórico 30, fluoroborato potásico 70550~850℃Fundente para soldadura de plata
FB102Fluoruro potásico anhidro 42, fluoroborato potásico 25, anhídrido bórico 35600~850℃El fundente para soldadura de plata más utilizado
FB103Fluoborato de potasio>95, carbonato de potasio<5550~750℃Para soldadura de plata, cobre, zinc y cadmio
FB104Bórax 50, ácido bórico 35, fluoruro potásico 15650~850℃Soldadura fuerte en horno con metal de aportación a base de plata

VII. Fundente blando

1. Fundente corrosivo

NúmeroComponentePropósito
1ZnCl21130g,NH4Cl110g,H2O4LSoldadura fuerte de cobre y aleaciones de cobre, acero
2ZnCl21020g,NaCI280g,NH4CI,HCI30g,H2O4LSoldadura del cobre y aleaciones de cobre, acero
3ZnCl2600g,NaCl170gRecubrimiento de soldadura por inmersión
4ZnCl2710g, NH4Cl100g, Vaselina 1840g, H2O 180 gSoldadura fuerte de cobre y aleaciones de cobre, acero
5ZnCl21360g,NH4Cl140g,HC185g,H2O4LSoldadura fuerte de bronce al silicio, bronce al aluminio y acero inoxidable
6H3P04960g,H20455gBronce al manganeso soldado, Acero inoxidable
QJ205ZnCl250g,NH4Cl15,CdCl230,NaF6Soldadura fuerte de cobre y aleaciones de cobre con metales de aportación a base de cadmio

2. Fundente débilmente corrosivo

NúmeroComponentePropósito
1Clorhidrato de ácido glutámico 540g, urea 310g, agua 4LCobre, latón, bronce
2Monobromuro de hidracina 280 g, agua 2550 g, agente humectante no iónico 1,5 gCobre, latón, bronce
3Ácido láctico (85%) 260 g, agua 1190 g, agente humectante 3 gBronce arrugado

3. Fundente no corrosivo

El principal componente del fundente no corrosivo es la colofonia.

Existen tres fundentes de colofonia de uso común:

  • Colofonia inactivada;
  • Colofonia activada débil;
  • Colofonia activa.

VIII. Preparación de la superficie

  • El desengrase con disolvente o solución alcalina es aplicable al cobre y sus aleaciones.
  • Para eliminar los óxidos pueden utilizarse métodos mecánicos, cepillos de alambre y chorro de arena.
  • Latón siliconado;
  • Bronce al cromo y aleación de cobre y níquel;
  • Bronce al aluminio Bronce al berilio
  • Cobre, latón, estaño bronce.

IX. Proceso de soldadura fuerte

El cobre y sus aleaciones pueden soldarse mediante diversos métodos, como la soldadura fuerte con hierro, la soldadura fuerte por inmersión, la soldadura fuerte por llama, la soldadura fuerte por inducción, la soldadura fuerte por resistencia, la soldadura fuerte en horno, la soldadura fuerte por reacción de contacto y otros. Sin embargo, durante la soldadura fuerte de alta frecuencia, es necesaria una corriente de calentamiento elevada debido a la baja resistencia del cobre.

X. Tecnología de soldadura fuerte de cobre y aleaciones de cobre

1. Cobre

En la soldadura fuerte del cobre, la coordinación del metal de aportación y el fundente es la siguiente:

Cuando se sueldan superficies limpias, especialmente con soldaduras de estaño-plomo y estaño-plata, puede utilizarse fundente de colofonia. Para otras superficies, se puede utilizar colofonia activa, fundente corrosivo débil o fundente corrosivo.

Es importante señalar que el cobre puro no debe soldarse en atmósfera reductora, excepto el cobre libre de oxígeno, para evitar la fragilización por hidrógeno.

2. Latón

El metal de aportación y el fundente utilizados para la soldadura fuerte del latón suelen ser similares a los utilizados para la soldadura fuerte del cobre. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, debido a la presencia de óxido de zinc en la superficie del latón, no puede soldarse con colofonia inactiva. Además, cuando se suelda con cobre fósforo y soldadura de plata, debe utilizarse fundente FB102.

3. Latón manganeso

Para la soldadura fuerte de estaño-plomo, debe utilizarse un fundente de solución de ácido fosfórico. La soldadura fuerte con base de plomo requiere el uso de un fundente para soldadura fuerte con solución de óxido de zinc. El fundente Q205 se utiliza para la soldadura fuerte a base de cadmio. Las soldaduras BAg45CuCdNi y BAg45CuCd deben soldarse con los fundentes FB102 o FB103. Otras soldaduras con base de plata, así como las soldaduras de cobre-fósforo y cobre-fósforo-plata, deben soldarse con el fundente FB102. Se recomienda realizar la soldadura fuerte con el fundente FB104 en una atmósfera protectora dentro de un horno.

4. Bronce al berilio

Cuando se suelda el bronce al berilio en su estado de envejecimiento por enfriamiento y soldadura blanda, es importante seleccionar un metal de aportación para soldadura fuerte con una temperatura de fusión inferior a 300°C. La combinación preferida para esta aplicación es 63Sn-37Pb en combinación con un fundente corrosivo débil o un fundente corrosivo.

Además, la soldadura fuerte y el tratamiento con solución deben realizarse simultáneamente durante el proceso de soldadura.

5. Bronce cromado

La soldadura blanda tiene un impacto mínimo en el índice de rendimiento del bronce al berilio, por lo que para la soldadura fuerte se pueden utilizar soldaduras blandas y fundentes similares a los utilizados para el bronce al berilio.

Es importante señalar que el bronce al cromo no debe soldarse en su estado de envejecimiento en solución, sino en el estado de tratamiento en solución seguido de envejecimiento.

Cuando se utiliza un método de calentamiento rápido para la soldadura fuerte, se recomienda utilizar la soldadura de plata con la temperatura de fusión más baja, como BAgA0 CuZnCdNi.

6. Bronce al cadmio y bronce al estaño

La soldadura fuerte del estaño-bronce es similar a la soldadura fuerte del cobre y el latón, pero con la ventaja añadida de evitar la fragilización por hidrógeno y la volatilización del zinc cuando se suelda en una atmósfera protectora.

No obstante, hay que tener en cuenta que el estaño-bronce que contiene fósforo tiene tendencia al agrietamiento por tensión.

7. Bronce al silicio

Para la soldadura blanda, se recomienda utilizar un fundente corrosivo fuerte que contenga ácido clorhídrico.

Durante la soldadura fuerte, existe una tendencia al agrietamiento por tensión y a la penetración intergranular del metal de aportación. La temperatura de soldadura debe ser inferior a 760°C.

Pueden utilizarse soldaduras de plata con temperaturas de fusión más bajas, como BAg65CuZn, BAg50 CuZnCd, BAg40 CuZnCdNi y BAg56 CuZnSn. Cuanto más baja sea la temperatura de fusión, mejor.

Para obtener resultados óptimos, se recomienda utilizar los fundentes FB102 y FB103.

8. Bronce de aluminio

Al realizar soldaduras blandas, es importante utilizar un fundente corrosivo fuerte que contenga ácido clorhídrico para eliminar la película de óxido de la superficie. La soldadura más utilizada para este proceso es la de estaño-plomo.

Para la soldadura fuerte, se suele utilizar metal de aportación de plata. Para evitar que el aluminio se difunda en la soldadura de plata, el tiempo de calentamiento de la soldadura debe ser lo más corto posible. El chapado de la superficie del bronce de aluminio con cobre o níquel también puede impedir la difusión del aluminio en la soldadura.

9. Zinc cobre blanco

El proceso de soldadura del cobre blanco de zinc es similar al del latón. Para la soldadura fuerte se suelen utilizar las siguientes soldaduras de plata: BAg56CuZnSn, BAg50CuZnSnNi, BAg40CuZnNi y BAg56CuZnCd, entre otras. Los fundentes recomendados para su uso son FB102 y FB103.

10. Manganeso cobre blanco

Para soldar cobre blanco con zinc, puede utilizarse un fundente de solución de ácido fosfórico o la superficie puede recubrirse previamente con cobre.

Los metales de aportación para soldadura fuerte que pueden utilizarse son, entre otros, BAg60CuZn, BAg45CuZn, BAg40CuZnCdNi y BAg50 CuZnCd.

No se recomienda utilizar soldadura de cobre-fósforo-plata, ya que el fósforo y el níquel formarán una fase compuesta quebradiza.

Resistencia de las uniones de cobre y latón soldadas con soldadura de plata

Metal de rellenoResistencia al cizallamiento/MPaResistencia a la tracción/MPa
cobrelatóncobrelatón
BAg45CuZn177215181325
BAg50CuZn171208174.334
BAg65CuZn171208177334
BAg70CuZn166199185321
BAg40CuZnCdNi167194179339
BAg50CuZnCd167226210375
BAg35CuZnCd164190167328
BAg40CuZnSnNi98245176295
BAg50CuZnSn220240

Propiedades mecánicas de uniones de cobre soldadas con soldaduras de cobre fósforo y cobre fósforo plata

Metal de rellenoResistencia a la tracción
/MPa
Resistencia al cizallamiento
/MPa
Ángulo de flexión
(°)
Resistencia al impacto
/J - cm-2
BCu93P186132256
BCu92PSb233138907
BCu80PAg25515412023
BCu89PAg24214012021

XI. Tratamiento térmico posterior a la soldadura

Para las aleaciones de cobre endurecibles por envejecimiento, como el bronce al berilio, que han sido sometidas a tratamiento térmico, el único paso después de la soldadura fuerte es eliminar el fundente residual y limpiar la superficie de la pieza.

La razón principal para eliminar los residuos es evitar la corrosión en la pieza y, en algunos casos, conseguir un buen aspecto o preparar la pieza para su posterior procesamiento.

XII. Materiales de soldadura

En la Tabla 10 se muestra la resistencia de las uniones soldadas blandas de cobre y latón utilizando varios materiales de soldadura blanda de uso común.

Tabla 10: Resistencia de las uniones por soldadura blanda de cobre y latón

Grado del material de soldaduraResistencia al cizallamiento
/MPa
Resistencia a la tracción
/MPa
CobreLatónCobreLatón
S-Pb80Sn18Sb220.636.388.295.1
S- Pb68Sn30Sb226.527.489.286.2
S-Pb58Sn405b236.345.176.478.4
S-Pb97Ag333.334.350.058.8
S-Sn90Pb1045.144.163.768.6
S-Sn95Sb537.2
S-Sn92Ag5Cu2Sb135.3
S-Sn85Ag85B742.3
S-Cd96Ag3Znl57.873.8
S-Cd95Ag544.146.087.288.2
S-Cd92Ag5Zn348.054.990.196.0

En cobre de soldadura con soldadura de estaño-plomo, pueden utilizarse fundentes no corrosivos como la solución de alcohol de colofonia o una mezcla de colofonia activada y solución acuosa de ZnCl2 + NH4Cl. Este último también puede utilizarse para soldadura latón, bronce y bronce al berilio.

Para la soldadura fuerte de latón de aluminio, bronce de aluminio y latón de silicio, puede utilizarse un fundente consistente en cloruro de cinc en solución de ácido clorhídrico. Para la soldadura fuerte del bronce al manganeso, se puede utilizar como fundente una solución de ácido fosfórico.

Cuando se utilizan soldaduras con base de plomo, se puede utilizar como fundente una solución acuosa de cloruro de zinc, y para las soldaduras con base de cadmio, se puede utilizar el fundente FS205.

Materiales y fundentes para soldadura fuerte

Para soldar cobre, se pueden utilizar soldaduras con base de plata y soldaduras de cobre-fósforo. La soldadura con base de plata tiene un punto de fusión moderado, buena procesabilidad y excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y de conductividad térmica. Es el material de soldadura fuerte más utilizado.

Para aplicaciones que requieran una alta conductividad eléctrica, debe elegirse una soldadura que contenga plata, como B-Ag70CuZn. Para la soldadura fuerte en vacío o en horno con atmósfera protectora, deben utilizarse soldaduras con base de plata sin elementos volátiles, como B-Ag50Cu y B-Ag60CuSn.

Las soldaduras con menor contenido de plata son más baratas pero tienen mayor temperaturas de soldadura y menor tenacidad de la unión, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de soldadura fuerte con menores requisitos de cobre y aleaciones de cobre.

Las soldaduras de cobre-fósforo y cobre-fósforo-plata sólo pueden utilizarse para la soldadura fuerte del cobre y sus aleaciones. La soldadura B-Cu93P tiene una excelente fluidez y es adecuada para la soldadura fuerte de piezas en las industrias mecánica, eléctrica, de instrumentación y de fabricación que no estén sometidas a cargas de impacto.

El tamaño ideal de la separación es de 0,003-0,005 mm. Las soldaduras de cobre-fósforo-plata (como B-Cu70Pag) tienen mejor tenacidad y conductividad eléctrica que la soldadura de cobre-fósforo y se utilizan principalmente para uniones eléctricas de alta conductividad. En la Tabla 11 se muestra el rendimiento de varios materiales de soldadura fuerte comúnmente utilizados para la soldadura fuerte de uniones de cobre y latón.

Tabla 11: Rendimiento de las uniones de cobre y latón con soldadura fuerte

Grado del material de soldaduraResistencia al cizallamiento
/MPa
Resistencia a la tracción
/MPa
Ángulo de flexión
/(°)
Energía de absorción de impactos
/J
CobreLatónCobreLatónCobreCobre
H62165-176-120353
B-Cu60ZnSn-R167-181-120360
B-Cu54Zn162-172-90240
B-Zn52Cu154-167-60211
B-Zn64Cu132-147-30172
B-Cu93P132-162176-58
B-Cu92PSb138-16019625-
B-Cu93Pag159219225292--
B-Cu80Pag162220225343120205
B-Cu90P6Sn4152205202255120182
B-Ag70CuZn16719918532190-
B-Ag65CuZn172211177334--
B-Ag55CuZn172208174328--
B-Ag45CuZn177216181325--
 B-Ag25CuZn167184174316--
B-Ag10CuZn158161167314--
B-Ag72Cu165-177---
B-Ag50CuZnCd177226210375--
B-Ag40CuZnCd168194179339--
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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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