soldadura por ultrasonidos – Unión sin fundente de metales duros con acero

La soldadura por ultrasonidos está revolucionando la forma de unir metales duros, ofreciendo una alternativa más limpia y eficaz a los métodos tradicionales. Mediante la aplicación de ondas ultrasónicas de alta intensidad, esta técnica avanzada elimina la necesidad de fundentes tóxicos, que se utilizan habitualmente para descomponer los óxidos y permitir la unión. Especialmente eficaz con materiales difíciles como el carburo de tungsteno, la soldadura ultrasónica mejora la resistencia de las uniones al tiempo que reduce los riesgos para la salud y el impacto ambiental. Este enfoque innovador está abriendo nuevas posibilidades para las industrias que requieren conexiones robustas y fiables entre metales duros y acero.

El Sonicator UIP1000hdT para soldar

El Instituto RIF logró sus revolucionarios resultados de soldadura utilizando el UIP1000hdT de Hielscher, un sonicador tipo sonda de 1000 vatios famoso por su precisión y potencia. Este dispositivo de última generación genera ondas ultrasónicas de alta intensidad, lo que permite procesos avanzados como la cavitación para descomponer eficazmente los óxidos y mejorar la humectación del material. Su robusto diseño garantiza un rendimiento constante en condiciones exigentes, mientras que su interfaz de pantalla táctil de fácil manejo y sus ajustes programables proporcionan un control preciso de los parámetros clave. La capacidad del UIP1000hdT para ofrecer resultados fiables y repetibles lo convierte en una herramienta indispensable para la investigación de vanguardia y las aplicaciones industriales, incluida la soldadura asistida por ultrasonidos.

En la búsqueda de soluciones de fabricación innovadoras y sostenibles, el Instituto RIF de Investigación y Transferencia (Dortmund, Alemania) ha logrado un gran avance en la soldadura asistida por ultrasonidos para unir metales duros con acero. Este método de vanguardia elimina la necesidad de utilizar fundentes tóxicos, lo que ofrece ventajas tanto para la salud como para el medio ambiente, al tiempo que mantiene un sólido rendimiento de las uniones.

El reto de soldar metales duros

Los metales duros, como el carburo de tungsteno, son notoriamente difíciles de soldar debido a sus propiedades estructurales y comportamiento químico. La soldadura tradicional con acero se ve obstaculizada por dos factores principales:

• Expansión térmica diferencial: Los índices de dilatación desiguales de los metales duros y el acero durante el proceso de soldadura pueden comprometer la integridad de la unión.
• Formación de óxido: Las capas de óxido se forman de forma natural en las superficies metálicas durante la soldadura, impidiendo el proceso de humectación y reduciendo la resistencia de la unión.

Para hacer frente a estos retos, los métodos de soldadura convencionales dependen en gran medida de fundentes químicamente agresivos. Sin embargo, estos fundentes plantean importantes riesgos para la salud y pueden dañar los materiales con el tiempo. Otras alternativas, como la soldadura al vacío o con gas protector, son eficaces, pero conllevan elevados costes de equipo y largos tiempos de procesamiento.

La solución ultrasónica: Soldadura sin decapante

La soldadura asistida por ultrasonidos presenta una alternativa innovadora. Este método, que ya se utiliza con metales ligeros, aprovecha las ondas ultrasónicas para mejorar el rendimiento de la soldadura a temperaturas más bajas.

Cómo funciona la soldadura ultrasónica

Cuando se aplican ondas ultrasónicas al proceso de soldadura, se crea un fenómeno llamado cavitación. Se trata de la formación de burbujas microscópicas de gas en la soldadura, que se colapsan bajo alta presión y temperatura. Esta acción implosiva conlleva varias ventajas:

• Rompe y elimina las capas de óxido de las superficies metálicas.
• Distribuye los fragmentos de óxido por todo el cordón de soldadura.
• Mejora la humectación del metal duro por la soldadura.

Al eliminar la necesidad de fundente, la soldadura por ultrasonidos reduce significativamente los riesgos químicos a la vez que consigue uniones de alta calidad.

Tecnología avanzada de soldadura

En el Instituto RIF, los investigadores han optimizado la soldadura por ultrasonidos utilizando el sonicador Hielscher modelo UIP1000hdT para aplicaciones de metal duro con acero. Los avances clave incluyen:

• Estación de soldadura personalizada: Una configuración especializada en la que las piezas de unión se calientan por inducción mientras se aplican ondas ultrasónicas con precisión.
• Supervisión de procesos: Los avanzados sistemas de medición y control garantizan resultados reproducibles en diversas combinaciones de aceros y metales duros.
• Pruebas minuciosas: Las uniones soldadas se someten a rigurosas pruebas mecánicas y de imagen no destructivas para validar su resistencia y fiabilidad.

Mediante una meticulosa experimentación, el instituto RIF identificó los parámetros críticos del proceso, como la temperatura de soldadura y el tiempo de activación de los ultrasonidos. Los resultados son notables:

• Aumento de la fuerza: La soldadura ultrasónica produjo uniones con una resistencia de hasta 368 MPa, un aumento del 347% en comparación con la soldadura sin fundente ni ultrasonidos (106 MPa).
• Rendimiento competitivo: La resistencia de la unión conseguida con la soldadura ultrasónica rivaliza con los métodos convencionales basados en fundente.

Henrik Ulitzka, uno de los principales investigadores del RIF, destacó la importancia de estos resultados:
“Nuestras pruebas revelaron la influencia decisiva de los parámetros del proceso. Al ajustar la temperatura y el tiempo de activación de los ultrasonidos, hemos descubierto todo el potencial de la soldadura por ultrasonidos para conexiones de metal duro con acero.”

El futuro de la soldadura ultrasónica

Gracias a su capacidad para producir uniones resistentes y sin fundentes, los sonicadores Hielscher para soldadura representan un avance prometedor para industrias que van desde la automoción hasta la aeroespacial.
El trabajo del Instituto RIF demuestra que la innovación y la sostenibilidad pueden ir de la mano, estableciendo un nuevo estándar para la tecnología de soldadura.

Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.