Soldadura ultrasónica – Unión de metales duros al acero sin fundente

La soldadura ultrasónica está revolucionando la forma de unir los metales duros, al ofrecer una alternativa más limpia y eficiente a los métodos tradicionales. Mediante la aplicación de ondas ultrasónicas de alta intensidad, esta técnica avanzada elimina la necesidad de utilizar fundentes tóxicos, que suelen emplearse para descomponer los óxidos y permitir la unión. Especialmente eficaz para materiales difíciles de unir, como el carburo de tungsteno, la soldadura ultrasónica mejora la resistencia de la unión y reduce los riesgos para la salud y el impacto ambiental. Este enfoque innovador abre nuevas posibilidades para las industrias que necesitan uniones robustas y fiables entre metales duros y acero.

El sonicador UIP1000hdT para soldadura

El Instituto RIF logró sus innovadores resultados de soldadura utilizando el Hielscher UIP1000hdT, un sonicador de sonda de 1000 vatios reconocido por su precisión y potencia. Este equipo de última generación genera ondas ultrasónicas de alta intensidad, que permiten que procesos avanzados como la cavitación descompongan eficazmente los óxidos y mejoren la humectación de los materiales. Su diseño robusto garantiza un rendimiento constante en condiciones exigentes, mientras que su interfaz de pantalla táctil fácil de usar 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 su búsqueda de soluciones de fabricación innovadoras y sostenibles, el Instituto RIF de Investigación y Transferencia (Dortmund, Alemania) ha logrado un avance decisivo en la soldadura asistida por ultrasonidos para unir metales duros al acero. Este enfoque de vanguardia elimina la necesidad de utilizar fundentes tóxicos, lo que aporta beneficios tanto para la salud como para el medio ambiente y mantiene unas prestaciones robustas de las uniones.

El reto de soldar metales duros

Los metales duros, como el carburo de tungsteno, son particularmente difíciles de soldar debido a sus propiedades estructurales y su comportamiento químico. La soldadura tradicional de estos materiales al acero se ve dificultada por dos factores principales:

• Dilatación térmica diferencial: Las diferencias entre las tasas de dilatación de los metales duros y del acero durante el proceso de soldadura pueden comprometer la integridad de la unión.
• Formación de óxidos: Durante la soldadura se forman de manera natural capas de óxido en las superficies metálicas, que dificultan el proceso de humectación y reducen la resistencia de la unión.

Para abordar estos retos, los métodos convencionales de soldadura dependen en gran medida de fundentes químicamente agresivos. Sin embargo, estos fundentes suponen riesgos importantes para la salud y pueden dañar los materiales con el tiempo. Alternativas como la soldadura al vacío o con gas protector son eficaces, pero conllevan costes elevados de equipamiento y tiempos de procesamiento prolongados.

La solución ultrasónica: soldadura sin fundente

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

Cómo funciona la soldadura ultrasónica

Cuando se aplican ondas ultrasónicas al proceso de soldadura, se produce un fenómeno denominado cavitación. Este consiste en la formación de burbujas microscópicas de gas en el material de aporte, que colapsan bajo condiciones de alta presión y temperatura. Esta acción implosiva aporta varias ventajas:

• Fragmenta 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 el material de aporte.

Al eliminar la necesidad de utilizar fundente, la soldadura ultrasónica reduce considerablemente los riesgos químicos y permite obtener uniones de alta calidad.

Tecnología avanzada de soldadura

En el Instituto RIF, los investigadores han optimizado la soldadura ultrasónica utilizando el sonicador Hielscher modelo UIP1000hdT para aplicaciones de unión de metal duro al acero. Los principales avances incluyen:

• Estación de soldadura personalizada: Un montaje especializado en el que las piezas que se van a unir se calientan por inducción mientras se aplican ondas ultrasónicas con precisión.
• Supervisión del proceso: Los sistemas avanzados de medición y control garantizan resultados reproducibles con diversas combinaciones de aceros y metales duros.
• Ensayos exhaustivos: Las uniones soldadas se someten a rigurosas inspecciones mediante técnicas de imagen no destructivas y a ensayos mecánicos para validar su resistencia y fiabilidad.

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

• Aumento de la resistencia: 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).
• Prestaciones competitivas: La resistencia de las uniones obtenidas mediante soldadura ultrasónica rivaliza con la de los métodos convencionales que utilizan fundente.

Henrik Ulitzka, uno de los principales investigadores de RIF, destacó la importancia de estos hallazgos:
«Nuestros ensayos revelaron la influencia decisiva de los parámetros del proceso. Al ajustar con precisión la temperatura y el tiempo de activación de los ultrasonidos, aprovechamos todo el potencial de la soldadura ultrasónica para las uniones de metal duro al acero.»

El futuro de la soldadura ultrasónica

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

Diseño, fabricación y asesoramiento – Calidad fabricada en Alemania

Los ultrasonicadores Hielscher son reconocidos por sus máximos estándares de calidad y diseño. Su robustez y facilidad de manejo permiten integrar nuestros ultrasonicadores sin dificultades en las instalaciones industriales. Los ultrasonicadores Hielscher afrontan con facilidad las condiciones adversas y los entornos exigentes.

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