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Abril de 2019 Página 1 de 2

Hornos para perfeccionamiento de uniones por difusión

Los hornos especializados con prensas integradas brindan un control superior de la presión y la temperatura para mejores enlaces de difusión al unirse a metales similares o diferentes.

Durante muchos años, la unión por difusión se ha utilizado para adherir metales de alta resistencia y refractarios que son difíciles o imposibles de soldar por otros medios. El proceso —que implica la aplicación de altas temperaturas y presiones a metales similares o diferentes que se acoplan en una prensa caliente— hace que los átomos de las superficies metálicas sólidas se intercalen y se unan.

A diferencia de las técnicas tradicionales de soldadura fuerte, la unión resultante muestra la resistencia a la temperatura de los metales básicos. También elimina la necesidad de material de relleno que afecte el peso final y las dimensiones de los metales acoplados.

A pesar de sus beneficios, el uso de la unión por difusión se ha visto limitado por consideraciones más prácticas. Específicamente, la limitación de tamaño de la cámara del horno, así como los límites a la cantidad y uniformidad de la presión aplicada en toda el área de superficie de la pieza. Los tiempos de ejecución también son largos, a menudo duran un día completo.

Ahora, los avances en las prensas de alto vacío utilizadas para la unión por difusión están eliminando muchas de esas restricciones.

El equipo más avanzado ahora brinda un control de presión superior, retroalimentación de transductores de presión integrados, pruebas físicas de tinta que muestran variaciones en la presión en la superficie y sistemas de enfriamiento rápido para mejorar la unión, aumentar los rendimientos e incrementar significativamente el tiempo de ciclo.

Esto tiene ramificaciones para un número creciente de industrias. La unión por difusión ya se utiliza para crear formas complejas para las industrias electrónica, aeroespacial y nuclear para artículos como fuselajes, accesorios de actuadores, muñones de tren de aterrizaje, armazones de góndola y barras de control nuclear.

Sin embargo, hoy en día se utiliza cada vez más para nuevas aplicaciones para productos que van desde palas de turbinas hasta dispositivos médicos, intercambiadores de calor e incluso baterías de litio.

También se está usando para un proceso revolucionario de fabricación aditiva llamado Laminated Objection Manufacturing (LOM). En este enfoque, se adhieren láminas de metal delgadas de 1 a 2 mm en lo que es esencialmente un proceso aditivo.

Los materiales típicos utilizados en estos productos que se sueldan mediante unión por difusión incluyen acero inoxidable, titanio, circonio, berilio, aluminio de alta aleación, Inconel y tungsteno. El proceso también se usa para soldar metales diferentes como cobre a titanio, cobre a aluminio, cobre a tungsteno e incluso molibdeno a aluminio.

Las láminas en capas pueden cortarse con láser de manera que cuando se combinan crean canales de enfriamiento, por ejemplo, se utilizan para disipar el calor. El “sándwich” final con todas sus capas se puede mecanizar utilizando el equipo tradicional de torneado y fresado CNC, si es necesario.

Tratamiento con prensas integradas

Debido a que la unión por difusión es un producto de calor y presión, los elementos de calentamiento y la prensa hidráulica integrada desempeñan un papel clave en la calidad de la unión final.

Para que los átomos de dos superficies sólidas y metálicas se interpenetren, típicamente deben estar a aproximadamente el 50-70 % de la temperatura de fusión absoluta de los materiales. Para lograr estas temperaturas, las superficies se calientan en un horno o por resistencia eléctrica a temperaturas tan altas como 1400˚C.

La presión se aplica mediante una prensa hidráulica o pesos muertos. Debido a que las dos piezas de acoplamiento deben estar en contacto íntimo entre sí, los accesorios se utilizan a menudo. Una vez sujeta, la presión y el calor se aplican a los componentes, generalmente durante muchas horas.

Dado que la oxidación también puede afectar la unión, la mayoría de los hornos de tratamiento térmico funcionan bajo un alto vacío.

Controles más precisos

Si bien estos son elementos comunes del proceso, la pieza faltante hasta la fecha ha sido el control preciso de cada uno.

En el caso de la presión aplicada, por ejemplo, las prensas hidráulicas de un solo cilindro integradas pueden aplicar una cantidad de fuerza constante y medible, pero esto proporciona muy poco control sobre piezas grandes con geometrías más complejas.

Para compensar, deben usarse placas de presión de grafito gruesas (10 "-15" en altura) para unir las capas de metal a una presión más constante. Desafortunadamente, esto ocupa espacio en el horno mientras que aumenta el tiempo para calentar las superficies de los metales.

Sin embargo, hoy en día, los fabricantes líderes como PVA TePla de Corona, California, ofrecen sistemas de varios cilindros con grandes placas de presión que pueden acomodar una variedad de piezas. El MOV 853 HP más grande de la compañía puede procesar piezas de hasta 900 mm (35,43”) x 1250mm (49,21”), que es bastante grande para la unión por difusión. La fuerza de prensado es de 4.000 kN.


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