Soldadura en frío: conoce la ventaja que le aporta el vacío

Cuando pensamos en un proceso de soldadura, probablemente nos vendrá a la mente un operario con una máscara protectora rodeado de chispas aplicando calor para fundir un metal que unirá las superficies opuestas de las partes metálicas al mezclarse, algo que dará lugar a una conexión fuerte y segura tras enfriarse. Sin embargo, no todos los procesos de soldadura requieren calor, los hay que pueden hacerse en frío, algo muy útil en metales dúctiles como aluminio, cobre o plomo. Este proceso implica la aplicación de técnicas de vacío que veremos en este post. Explicamos cómo funciona la soldadura en frío al vacío.

Sistemas de soldadura más habituales hoy en día

El uso de la soldadura se remonta a la Antigüedad. En la Edad de Bronce y del Hierro ya se tiene conocimiento de esta práctica. Más tarde, en la Edad Media, sabemos que se soldaba en una forja, donde los herreros calentaban el metal y lo golpeaban al rojo vivo para lograr la unión de las piezas. Esta operación se fue perfeccionando en los siglos siguientes. Las guerras mundiales del siglo XX fueron escenario de uso extensivo de está práctica, ya que la industria armamentística requería fabricar grandes estructuras de metal soldadas, como las presentes en barcos y aviones. La soldadura por arco fue la más desarrollada entonces, que unida a la soldadura a gas, por resistencia y por rayo de energía (por ejemplo, el láser o el haz de electrones) son algunas de las más habituales en la actualidad.

La mayoría de los tipos de soldadura no se pueden llevar a cabo sin utilizar la energía térmica. El calor funde los metales o los ablanda lo suficiente como para unirse entre sí o para unir un tercer metal. La soldadura en frío es una forma alternativa de unir dos metales que elimina la necesidad de calor, recurriendo a un sistema de vacío, aunque en algunos casos no sea necesario, como vemos en este otro post. En estos casos puede llevarse a cabo la unión mediante el ejercicio de presión.

¿Por qué necesitamos el vacío para una soldadura en frío?

Es evidente que dos metales no se pueden unir en frío sin más. De lo contrario, como explica el vídeo bajo este párrafo, seríamos capaces de unir dos hojas de papel de aluminio presionándolas la una contra la otra. No podemos hacerlo porque el oxígeno de la atmósfera crea una diminuta capa de óxido en la superficie del metal (además de posibles impurezas como grasa o aceite) que actúa como barrera que impide que los iones metálicos de una y otra pieza se unan mediante la electricidad estática que los mantiene juntos dentro de cada una.

El vacío lo que hace es eliminar gran parte de las moléculas de un gas (en este caso, el oxígeno ambiental) para que esta unión sea posible, ya que los átomos contenidos en ambas partes no pueden diferenciarse entre ellos, saltan de la una a la otra creando un vínculo físico.

Hay casos, sin embargo, en los que la ductilidad del metal y su baja capacidad de oxidación en los que se puede producir una soldadura en frío sin necesidad de vacío. Es el caso del galio o el indio.

¿Cómo funciona la soldadura en frío?

El proceso de soldadura en frío al vacío no es diferente de algunos otros que hemos tratado en este blog. Consiste en introducir las dos piezas de metal a soldar en una cámara de vacío en la que se produce un cambio de presión gracias a una bomba de vacío.

Cada proceso puede personalizarse según la naturaleza de los metales a soldar, pero tienen en común estos puntos:

• Se lleva a cabo un exhaustivo proceso de limpieza de las piezas a soldar para eliminar impurezas que interfieran en la unión.
• Las dos piezas de metal se cargan en una cámara de vacío la una unida superficialmente a la otra. La cámara suele ser de hierro o de acero para soportar los cambios de presión sin deformarse. La puerta de esta cámara está cerrada herméticamente y conectada a la bomba de vacío.
• Se extrae por medio de una bomba de vacío el aire con el oxígeno que causa el óxido de la superficie del metal para reducir la presión del interior. Esta presión difiere según el tipo de metal y debe ser uniforme en toda la superficie para que entre en contacto al 100%.
• Posteriormente se suele requerir el recorte o pulido de partes sobrantes de la soldadura.

Ventajas de la soldadura en frío

Las ventajas de la soldadura en frío van en la línea de otras aplicaciones de vacío:

• Conserva las propiedades físicas de los materiales, a diferencia de procesos de soldadura donde se aplica calor, ya que la temperatura altera su estructura.
• Es más barata a largo plazo que los procesos de soldadura por calor, dado que requiere menos energía, aunque el equipo inicial requiere una inversión más elevada.
• La unión entre las piezas es fuerte y duradera como el metal que une.
• Se puede usar con una amplia gama de metales, como el aluminio, el cobre, la plata, el níquel, el plomo, etc.

Desventajas de la soldadura en frío

• Se requiere una inversión inicial más elevada que la necesaria en soldadura por calor para adquirir la maquinaria requerida en la soldadura en frío al vacío.
• No se puede usar con metales que no son dúctiles, con superficies duras o con contenido en carbono. Esto excluye metales ferrosos como el hierro, además del tungsteno o aceros con alto contenido en carbono.
• Se requiere un proceso de limpieza previo de la pieza para eliminar impurezas que actúen como barrera además del óxido.
• No excluye el movimiento relativo de las superficies metálicas a unir, de manera que puede ocurrir que se unan por excoriación, fricción, etc., más que por el efecto del vacío, aunque ambos efectos no son excluyentes.
• Su éxito depende de lo planas y regulares que sean las superficies a soldar.
• El tamaño de la cámara de vacío limita el tamaño de las piezas que se pueden soldar, ya que una cámara no puede ser de tamaños excesivamente grandes porque serían difíciles de evacuar mediante bombas de vacío.

Aplicaciones de la soldadura en frío

Las aplicaciones de la soldadura en frío se centran en aquellas cuyos metales implicados son sensibles al calor (por ejemplo, los que contienen explosivos para detonar o material inflamable), y especialmente en la industria electrónica, para fabricar dispositivos semiconductores que son sensibles al calor.

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