Juntas metálicas baratas y ligeras pero resistentes como el acero
El equilibrio entre peso y resistencia siempre ha constituido un reto en el diseño de productos más seguros, de mayor rendimiento, más baratos y más respetuosos con el medio ambiente en la industria manufacturera. Tanto resultados de investigación como estudios de casos industriales satisfactorios han demostrado que solo se puede reducir el peso y mejorar el rendimiento si las propiedades y la geometría de los materiales se adaptan perfectamente a los requisitos, el perfil de carga y a la función del producto final. La producción de las formas deseadas requiere estrategias de fabricación innovadoras, sobre todo en el caso de materiales difíciles de manipular. La unión de aleaciones de metales mediante soldadura por pulso electromagnético es una tecnología innovadora y prometedora que puede satisfacer esta demanda. «El proceso puede emplearse para soldar combinaciones de materiales similares o diferentes, incluidos muchos que son difíciles de unir utilizando procesos de soldadura convencionales», señala Verena Psyk, coordinadora del proyecto financiado con fondos europeos JOIN-EM. La soldadura por pulso electromagnético, tal como su nombre indica, utiliza fuerzas electromagnéticas para unir las piezas de trabajo. La junta se forma sin calor, dependiendo más del impacto de las piezas de unión. El proceso no requiere fundentes ni gases protectores y no produce humos, vapores ni escorias perjudiciales, lo que reduce el impacto negativo general en el medio ambiente. «Aunque esta técnica de soldadura es parecida a las más comunes, como la soldadura explosiva o las técnicas de revestimiento, es considerablemente menos importante para la seguridad. Por lo tanto, puede ponerse en práctica más fácilmente en la industria», agrega Psyk. Principio de funcionamiento La soldadura por pulso electromagnético conlleva el uso de un generador de pulsos electromagnéticos que consiste, principalmente, en una batería de condensadores. Cuando la cantidad de energía requerida se almacena en los condensadores, esta se libera instantáneamente en una bobina. La corriente de descarga crea un potente campo magnético transitorio. El campo magnético pulsado generado crea una corriente opuesta en la pieza de trabajo. La interacción entre las dos corrientes y el campo magnético genera fuerzas de Lorentz, que aceleran la pieza de trabajo a velocidades muy altas durante un período de tiempo muy corto. Tras superar la separación inicial, la pieza de trabajo impacta con la pieza de trabajo objetivo a una velocidad muy alta. La calidad de esta colisión depende de la velocidad de impacto y del ángulo de colisión. Si estos parámetros de colisión se encuentran dentro de un umbral de proceso, se genera una junta por soldadura que, a menudo, presenta una interfaz ondulada. Optimización del uso de un recurso finito El cobre, debido a su excelente conductividad térmica y eléctrica, se emplea en una gran variedad de aplicaciones, sobre todo en equipo de calefacción y refrigeración y en dispositivos eléctricos. Sin embargo, este material es un metal pesado y su uso generalizado contradice los enfoques ligeros modernos. El cobre será más caro y difícil de obtener debido su creciente demanda y el nivel actual de reservas conocidas, lo que creará un problema de coste adicional para los fabricantes. El objetivo de JOIN-EM era reducir el consumo de cobre reemplazándolo parcialmente por aluminio. «Nuestra nueva tecnología de soldadura ayuda a fabricar diseños ligeros mejorados empleando piezas híbridas de cobre y aluminio, con una mayor reducción de costes y un mejor rendimiento. Las operaciones de soldadura se realizarán de forma más rápida y eficiente, lo que se traducirá en una vida útil más larga y en juntas de mayor calidad. En conjunto, todo esto reducirá el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero, un requisito cada vez más importante para varias industrias», explica Psyk. Los socios del proyecto mostraron el éxito de su nuevo proceso de soldadura en tres demostradores completos, a saber: un circuito de refrigerante, un condensador plano y una celda de bolsa. Actualmente, también están explorando la posibilidad de emplear su proceso en otras juntas con múltiples materiales, incluidas las aleaciones de cobre y acero y las de aluminio y acero.
Palabras clave
JOIN-EM, soldadura, junta, cobre, aluminio, soldadura por pulso electromagnético, metal diferente