SOLDADURA DURA, SOLDADURA SUAVE Y PEGADO ADHESIVO

se consideran tres procesos de unión que son similares a la soldadura en ciertos aspectos: la soldadura dura o fuerte, la soldadura suave o blanda y las uniones adhesivas. La soldadura dura y la soldadura suave usan metales de aporte para juntar y unir dos (o más) piezas metálicas con el propósito de proporcionar una unión permanente. Es difícil, aunque no imposible, desensamblar las piezas después de que se ha hecho una unión con soldadura dura o suave. En el espectro de los procesos de unión, la soldadura dura y la soldadura suave se encuentran entre la soldadura por fusión y la soldadura de estado sólido. En ambas se agrega un metal de relleno, como en la mayoría de las operaciones de soldadura por fusión; sin embargo, no ocurre la fusión de los metales base, lo cual es similar a la soldadura de estado sólido. A pesar de estas anomalías, la soldadura dura y la soldadura suave generalmente se consideran distintas a la soldadura por fusión.

La soldadura dura y la soldadura suave son atractivas en comparación con la soldadura por fusión bajo circunstancias donde 1) los metales tienen poca soldabilidad, 2) se unen metales distintos, 3) el intenso calor de la soldadura por fusión puede dañar alguno de los componentes que se van a unir, 4) la forma de la unión no se presta para ninguno de los métodos de soldadura por fusión o 5) no se requiere una resistencia alta. El pegado adhesivo comparte ciertas características con la soldadura dura y la soldadura suave. Utiliza las fuerzas de unión entre un metal de relleno y dos superficies muy cercanas para pegar las piezas. Las diferencias son que el material de relleno en el pegado adhesivo no es metálico y el proceso de unión se realiza a temperatura ambiente o sólo un poco por encima de ésta.

SOLDADURA DURA 

La soldadura dura o fuerte es un proceso de unión en el cual se funde un metal de relleno y se distribuye mediante acción capilar entre las superficies de empalme de las piezas metálicas que se van a unir. En este tipo de soldadura no ocurre la fusión de los metales base; sólo se derrite el material de relleno. En este proceso, el metal de relleno (también llamado metal para soldadura dura) tiene una temperatura de fusión (líquidus) superior a 450 °C (840 °F) pero menor que el punto de fusión (sólidus) de los metales base que se van a unir. Si la unión se diseña de manera adecuada y la operación de soldadura dura se ejecuta en forma apropiada, la unión con soldadura dura será más resistente que el metal de aporte del que se formó tras la solidificación. Este notable resultado se debe a los pequeños espacios entre las piezas que se usan en la soldadura dura, a la unión metalúrgica que ocurre entre el metal base y el metal de relleno y a las limitaciones geométricas que imponen las piezas base a la unión. 

La soldadura dura tiene varias ventajas en comparación con la soldadura por fusión: 1) pueden unirse cualesquiera metales, incluso los que son distintos; 2) ciertos métodos de soldadura dura pueden realizarse en forma rápida y consistente, lo que permite altas velocidades de los ciclos y la producción automatizada; 3) algunos métodos permiten la soldadura simultánea de varias uniones; 4) la soldadura dura se aplica para unir piezas de paredes delgadas que no pueden soldarse por fusión; 5) en general, se requiere menos calor y potencia que en la soldadura por fusión; 6) se reducen los problemas en la zona afectada por el calor (HAZ) en el metal base cerca de la unión; y 7) es posible unir áreas inaccesibles para muchos procesos de soldadura por fusión, dado que la acción capilar atrae el metal de aporte fundido dentro de la unión. 

Las desventajas y limitaciones de la soldadura dura son: 1) la resistencia de la unión por lo general es menor que una unión por fusión; 2) aunque la resistencia de una buena unión con soldadura dura es mayor que la del metal de aporte, es posible que sea menor que la de los metales base; 3) las altas temperaturas de uso pueden debilitar una unión con soldadura dura; y 4) el color del metal en una unión con soldadura dura puede no coincidir con el color de las piezas metálicas base, lo cual produce una posible desventaja estética. 

La soldadura dura es un proceso de producción con uso extendido en diversas industrias, incluidas la automotriz (por ejemplo, para unir tubos y conductos), equipo eléctrico (por ejemplo, para unir alambres y cables), herramientas de corte (por ejemplo, para unir insertos de carburo cementado a flechas) y la fabricación de joyería; asimismo, la industria de procesamiento químico la usa. Además, los contratistas de plomería y calefacción unen conductos y tubos metálicos mediante soldadura dura. El proceso se usa de manera extensa para reparación y trabajos de mantenimiento en casi todas las industrias.

Uniones con soldadura dura 

Las uniones con soldadura dura son de dos tipos: empalmadas y superpuestas (sección 30.2.1). Sin embargo, los dos tipos se han adaptado para el proceso de soldadura dura en varias formas. La unión empalmada convencional proporciona un área limitada para la soldadura dura, lo que pone en riesgo la resistencia de la unión. Para aumentar las áreas de empalme en las uniones con soldadura dura, las piezas que se van a juntar se biselan o escalonan o alteran de alguna manera, como se muestra en la figura 32.1. Por supuesto, generalmente se requiere un procesamiento adicional en la fabricación de las piezas para estas uniones especiales. Una dificultad particular asociada con una unión biselada es el problema de mantener la alineación de las piezas antes y durante la soldadura. Las uniones superpuestas se usan con mayor frecuencia en la soldadura dura, porque proporcionan un área de interfaz relativamente grande entre las piezas. Por lo general, se considera una buena práctica de diseño una superposición que tenga al menos tres veces el espesor de la pieza más delgada. Algunas adaptaciones de la unión superpuesta para la soldadura dura se ilustran en la figura 32.2. Una ventaja de la soldadura dura sobre la soldadura por fusión en las uniones superpuestas es que el metal de relleno se une a las piezas base en toda el área de interfaz entre las piezas, y no sólo en los bordes (como en las soldaduras de filete hechas con arco) o en puntos discretos (como en la soldadura de puntos por resistencia). 

En la soldadura dura es importante la separación entre las superficies de las piezas base que se van a unir. La separación debe ser suficientemente grande para no limitar el flujo del metal de relleno fundido a través de toda la interfaz. También, si la separación en la unión es demasiado grande, la acción capilar se reducirá y habrá áreas entre las piezas donde no haya metal de relleno. La separación afecta la resistencia de la unión, como se muestra en la figura 32.3. Existe un valor de separación óptimo en el cual la resistencia de la unión se maximiza. Este aspecto se complica porque el valor óptimo depende de los metales base y de relleno, de la configuración de la unión y de las condiciones del procesamiento. En la práctica, las separaciones típicas para soldadura dura están entre 0.025 y 0.25 mm (0.001 y 0.010 in). Estos valores representan la separación de la unión a la temperatura en la que se lleva a cabo la soldadura dura, los cuales pueden ser diferentes de la separación a temperatura ambiente, dependiendo de la expansión térmica de los metales base. 

También es importante la limpieza de las superficies de la unión antes de la soldadura dura. Las superficies deben estar libres de óxidos, aceites y otros contaminantes para promover la humidificación y la atracción capilar durante el proceso, así como la unión a través de toda la interfaz. Para limpiar las superficies se usan tratamientos químicos como la limpieza con solvente (sección 28.1) y los tratamientos mecánicos que incluyen el uso de cepillo de alambres y la limpieza con chorro de arena (sección 28.2). Después de la limpieza y durante la operación de soldadura dura se usan fundentes a fin de conservar la limpieza de la superficie y promover la humidificación para la acción capilar en la separación entre las superficies de empalme.

Metales de relleno y fundentes 

Los metales de relleno comunes en la soldadura dura se enlistan en la tabla 32.1 junto con los metales base principales en los que se usan normalmente. Para que un metal califique para soldadura dura se requieren las siguientes características: 1) la temperatura de fusión debe ser compatible con la del metal base, 2) la tensión superficial en la fase líquida debe ser baja para una buena humidificación, 3) la fluidez del metal fundido debe ser alta para penetración en la interfaz, 4) el metal debe ser capaz de poder usarse en la soldadura dura con una unión de resistencia adecuada para la aplicación y 5) deben evitarse las interacciones químicas y físicas con el metal base (por ejemplo, una reacción galvánica). Los metales de relleno se aplican a la operación de soldadura dura en diversas formas, entre las que se incluyen alambres, varillas, láminas y tiras, polvos, pastas, piezas preformadas hechas de metal de latón diseñado para ajustarse a una configuración de unión particular y al revestimiento en una de las superficies a las que se va a aplicar soldadura dura. Varias de estas técnicas se ilustran en las figuras 32.4 y 32.5. Las pastas metálicas para soldadura dura, que se muestran en la figura 32.5, consisten en polvos metálicos de relleno mezclados con fundentes fluidos y aglutinantes. 

Los fundentes para soldadura dura tienen el mismo propósito que en la soldadura por fusión; se disuelven, se combinan e inhiben de alguna forma la formación de óxidos y otros subproductos no deseados en el proceso. El uso de un fundente no sustituye los pasos de limpieza descritos con anterioridad. Las características de un buen fundente son: 1) una temperatura de fusión baja, 2) baja viscosidad para que pueda ser desplazado por el metal de relleno, 3) facilita la humidificación y 4) protege la unión hasta la solidificación del metal de aporte. El fundente también debe ser fácil de remover después de la soldadura dura.

Los ingredientes comunes de fundentes para soldadura dura son el bórax, los boratos, los fluoruros y los cloruros. En la mezcla también se incluyen agentes de humidificación para reducir la tensión superficial del metal de relleno fundido y para mejorar la humidificación. Las distintas formas de fundente incluyen los polvos, las pastas y las pastas aguadas. Una alternativa para el uso de un fundente es ejecutar la operación en vacío o en una atmósfera que inhiba la formación de óxidos.

Métodos de soldadura dura 

En la soldadura dura se usan diversos métodos denominados procesos para soldadura dura, y la diferencia entre ellos es su fuente de calentamiento. 

Soldadura dura con soplete En la soldadura dura con soplete se aplica un fundente a las superficies de las piezas y se usa un soplete para dirigir una flama contra el trabajo en la vecindad de la unión. En forma típica se usa una flama reducida para inhibir la oxidación. Después de que las áreas para unión de la pieza de trabajo se calientan a una temperatura adecuada, se agrega metal de relleno a la unión, generalmente en forma de alambre o varilla. Los combustibles usados en la soldadura dura con soplete incluyen el acetileno, el propano y otros gases, junto con aire u oxígeno. La selección de la mezcla depende de los requerimientos de calentamiento del trabajo. Con frecuencia, el proceso de soldadura dura se realiza en forma manual y deben ejecutarlo trabajadores calificados para controlar la flama, manipular los sopletes manuales y juzgar adecuadamente las temperaturas; una aplicación común son los trabajos de reparación. El método también se usa en operaciones de producción mecanizada, en las cuales se cargan las piezas y el metal para soldadura dura en una banda transportadora o mesa indexada y se pasan bajo uno o más sopletes.

Soldadura dura en horno 

La soldadura dura en horno usa un horno para proporcionar calor a la soldadura dura y es más conveniente para la producción media y alta. En la producción media, por lo general en lotes, se cargan las piezas componentes y el metal para soldadura dura en el horno; éstas se calientan a temperaturas para soldadura y después se enfrían y retiran. Las operaciones de producción alta usan hornos de transporte, en los cuales se colocan las piezas en una banda transportadora y son conducidas a las diferentes secciones de calentamiento y enfriamiento. El control de la temperatura y la atmósfera es importante en la soldadura dura en horno; la atmósfera debe ser neutral o reductora. En ocasiones se usan hornos al vacío. Dependiendo de la atmósfera y los metales que se van a soldar, puede eliminarse la necesidad de un fundente. 

Soldadura dura por inducción La soldadura dura por inducción utiliza calor de una resistencia eléctrica para una corriente de alta frecuencia inducida en el trabajo. Las piezas se cargan de manera previa con metal de relleno y se colocan en un campo de corriente alterna (ca) de alta frecuencia; las piezas no hacen contacto directamente con la bobina de inducción. Las frecuencias varían entre 5 kHz y 5 MHz. Las fuentes de potencia de alta frecuencia tienden a proporcionar calentamiento superficial, mientras que las frecuencias más bajas producen una penetración de calor más profunda en el trabajo y son convenientes para secciones más pesadas. El proceso se usa para requerimientos de baja a alta producción. 

Soldadura dura por resistencia En este proceso, el calor para fundir el metal de relleno se obtiene mediante la resistencia al flujo de corriente eléctrica a través de las piezas. A diferencia de la soldadura dura por inducción, en la soldadura dura por resistencia las partes se conectan directamente al circuito eléctrico. El equipo es semejante al que se usa en la soldadura dura por resistencia, excepto porque en la soldadura dura se requiere un nivel de potencia más bajo. Las piezas con el metal de relleno aplicado en forma previa, se sostienen entre los electrodos mientras se aplica presión y corriente. Tanto la soldadura dura por inducción como por resistencia logran ciclos de calentamiento rápidos y se usan para piezas relativamente pequeñas. La soldadura dura por inducción parece ser el proceso de mayor uso entre estos dos procesos.

Soldadura dura por inmersión En la soldadura dura por inmersión, el calentamiento se consigue mediante un baño de sal fundida o un baño de metal fundido. En ambos métodos, las piezas ensambladas se sumergen en los baños dentro de un recipiente de calentamiento. La solidificación ocurre cuando las piezas se retiran del baño. En el método de baño de sal, la mezcla fundida contiene ingredientes fundentes y el metal de relleno se carga previamente en el ensamble. En el método de baño metálico, el metal de relleno fundido es el medio de calentamiento; se atrae hacia la unión mediante acción capilar durante la inmersión. Se mantiene una cubierta de fundente sobre la superficie del baño metálico fundido. Con la soldadura dura por inmersión se obtienen ciclos de calentamiento rápidos y puede usarse para soldar muchas uniones en una sola pieza o sobre muchas piezas simultáneamente. 

Soldadura dura infrarroja Este método usa el calor de una lámpara infrarroja de alta intensidad. Algunas lámparas para soldadura dura infrarroja son capaces de generar hasta 5 000 W de energía calorífica radiante, la cual puede dirigirse sobre las piezas de trabajo. El proceso es más lento que la mayoría de los otros procesos analizados previamente y por lo general está limitado a secciones delgadas. 

Soldadura dura por fusión Este proceso difiere de los otros procesos de soldadura dura en el tipo de unión a la que se aplica. Como se muestra en la figura 32.6, la soldadura dura por fusión se usa para llenar una unión soldada por fusión más convencional, tal como la unión en V que se muestra. Se deposita una mayor cantidad de metal de relleno que en la soldadura dura y no ocurre acción capilar. En la soldadura dura por fusión, la unión consiste por completo de metal de relleno; el metal base no se derrite y por ende no se funde en la unión, como en el proceso de soldadura por fusión convencional. La aplicación principal de la soldadura dura por fusión es el trabajo de reparación.

SOLDADURA SUAVE

La soldadura blanda o suave es similar a la soldadura dura y se define como un proceso de unión en el cual se funde un metal de relleno con un punto de fusión (líquidus) que no excede los 450 °C (840 °F) y se distribuye mediante acción capilar entre las superficies de empalme de los metales que se van a unir. Al igual que en la soldadura dura, no ocurre la fusión de los metales base, pero el metal de relleno se humedece y combina con el metal base para formar una unión metalúrgica. Los detalles de la soldadura suave son similares a los de la soldadura dura y muchos de los métodos de calentamiento son iguales. Las superficies que se van a soldar deben limpiarse con anticipación para que estén libres de óxidos, aceites, etcétera. Debe aplicarse un fundente apropiado a las superficies de empalme y éstas tienen que calentarse. Se añade a la unión un metal de relleno, llamado soldante, y se distribuye entre las piezas que se ajustan en forma estrecha. 

En algunas aplicaciones, el soldante se recubre de manera previa en una o ambas superficies, un proceso que se denomina estañado, independientemente de si la soldadura contiene o no estaño. Las separaciones típicas en la soldadura varían de 0.075 a 0.125 mm (0.003 a 0.005 in), excepto cuando las superficies están estañadas, en cuyo caso se usa una separación de alrededor de 0.025 mm (0.001 in). Después de la solidificación, debe removerse el residuo de fundente.

Como proceso industrial, la soldadura suave se asocia de manera más cercana con el ensamble de electrónicos. También se usa para uniones mecánicas, pero no para uniones sujetas a esfuerzos o temperaturas elevados. Las ventajas que se atribuyen a la soldadura suave incluyen 1) una baja entrada de energía en comparación con la soldadura dura y la soldadura por fusión, 2) una variedad de métodos de calentamiento, 3) una buena conductividad eléctrica y térmica en la unión, 4) una capacidad de hacer costuras para envases herméticos al aire y a los líquidos y 5) facilidad de reparar y retrabajar. 

Las desventajas más grandes de la soldadura suave son 1) baja resistencia de la unión, a menos que se refuerce mediante medios mecánicos y 2) posible debilitamiento o fusión de la unión en servicios de temperatura elevada.

Diseños de uniones en la soldadura suave 

Al igual que en la soldadura dura, las uniones de soldadura suave están limitadas a los tipos empalmados y superpuestos, aunque no deben usarse uniones empalmadas en aplicaciones que soportan carga. También se aplican algunas adaptaciones de la soldadura dura a estas uniones para soldadura suave, y la tecnología de la soldadura suave ha agregado algunas variantes propias para manejar las formas de piezas especiales que ocurren en las conexiones eléctricas. En las uniones mecánicas con soldadura suave de piezas de lámina metálica, los bordes de las láminas frecuentemente se doblan y entrelazan antes de soldar, para aumentar la resistencia de la unión, como se muestra en la figura 32.7.

 Para las aplicaciones electrónicas, la función principal de la unión con soldadura suave es proporcionar una trayectoria eléctricamente conductiva entre dos piezas que se unen. Otras consideraciones de diseño en estos tipos de uniones soldadas incluyen la generación de calor (de la resistencia eléctrica de la unión) y la vibración. La resistencia mecánica en una conexión eléctrica con soldadura suave se obtiene frecuentemente mediante la deformación de una o ambas piezas metálicas para conseguir una unión mecánica entre ellas, o haciendo más grande el área de la superficie para proporcionar el máximo soporte mediante la soldadura. En la figura 32.8 se bosquejan varias posibilidades.

Soldantes y fundentes 

Los soldantes y los fundentes son los materiales usados en la soldadura suave. Ambos son muy importantes en el proceso de unión.

Soldantes La mayoría de los soldantes son aleaciones de estaño y plomo, puesto que ambos metales tienen bajos puntos de fusión (véase la figura 6.3). Sus aleaciones poseen un rango de temperaturas de líquidus y de sólidus para obtener un buen control del proceso de soldadura suave para diversas aplicaciones. El plomo es venenoso y su porcentaje se minimiza en la mayoría de los compuestos para soldante. El estaño es químicamente activo a temperaturas para soldadura suave y promueve la acción de humidificación requerida para una unión exitosa. En el cobre para soldadura suave, que es común en las conexiones eléctricas, se forman compuestos intermetálicos de cobre y estaño que fortalecen la unión. En ocasiones también se usan plata y antimonio en las aleaciones para soldadura suave. En la tabla 32.2 se enlistan diversas composiciones de aleaciones para soldadura suave, y también se indican sus temperaturas aproximadas de soldadura y las aplicaciones principales. Los soldantes sin plomo se están volviendo cada vez más importantes conforme se incrementan las leyes que tratan de eliminar el uso del plomo en la soldadura. 

Fundentes para soldadura suave Los fundentes para soldadura suave deben 1) fundirse a temperaturas de soldadura suave, 2) remover películas de óxido y manchas de las superficies de las piezas base, 3) evitar la oxidación durante el calentamiento, 4) promover la humidificación de las superficies de empalme, 5) ser fáciles de desplazar mediante la soldadura fundida durante el proceso y 6) dejar un residuo que no sea corrosivo ni conductivo. Desafortunadamente, no existe un fundente único que cumpla todas estas funciones a la perfección para todas las combinaciones de soldadura y metales base. La formulación del fundente debe seleccionarse para una aplicación dada.

Los fundentes para soldadura suave se clasifican como orgánicos o inorgánicos. Los fundentes orgánicos están hechos de resina (es decir, resina natural como goma de madera, que no es soluble en agua) o ingredientes solubles en agua (por ejemplo, alcoholes, ácidos orgánicos y sales halogenadas). Los solubles en agua facilitan la limpieza después de la soldadura suave. Los fundentes orgánicos se usan de manera más común para conexiones eléctricas y electrónicas. Tienden a ser químicamente reactivos a temperaturas de soldadura suave elevadas, pero relativamente no corrosivos a temperatura ambiente. Los fundentes inorgánicos consisten en ácidos inorgánicos (por ejemplo, ácido muriático) y sales (como combinaciones de zinc y cloruros de amonio) y se usan para lograr un fundente rápido y activo donde las películas de óxido son un problema. Las sales se activan cuando se funden, pero son menos corrosivas que los ácidos. Cuando se apoya un alambre de soldadura suave con un núcleo de ácido, éste pertenece a la categoría de fundentes inorgánicos. 

Tanto los fundentes orgánicos como los inorgánicos deben removerse después de la soldadura suave, pero esto es especialmente importante en el caso de los ácidos inorgánicos, para evitar una corrosión continua de las superficies metálicas. Por lo general, la remoción de fundente se logra usando soluciones de agua, excepto en el caso de las resinas, que requieren solventes químicos. Las tendencias recientes en la industria se inclinan más por los fundentes solubles en agua que por las resinas, porque los solventes químicos usados en las resinas son dañinos para el ambiente y los seres humanos.

Métodos para soldadura suave 

Muchos de los métodos usados en la soldadura suave son iguales a los que se emplean en la soldadura dura, excepto porque se requieren temperaturas más bajas para la primera. Estos métodos incluyen la soldadura suave con soplete, en horno, por inducción, por resistencia, por inmersión e infrarroja. Existen otros métodos de soldadura suave, que no se emplean en la soldadura dura, que deben describirse aquí. Estos métodos son la soldadura suave manual, la soldadura suave en olas y la soldadura suave por reflujo. 

Soldadura suave manual Se realiza en forma manual usando hierro caliente para soldadura suave. Un punto, hecho de cobre, es el extremo de trabajo de hierro para soldadura suave. Sus funciones son 1) proporcionar calor a las piezas que se van a soldar, 2) fundir el soldante, 3) conducir al soldante fundido a la unión y 4) retirar el exceso de soldante. La mayoría de los hierros para soldadura modernos se calientan mediante resistencia eléctrica. Algunos están diseñados como pistolas para soldadura de calentamiento rápido, los cuales son populares en el ensamble electrónico para operación intermitente (encendidoapagado). Son capaces de realizar una unión de soldadura suave en un segundo. 

Soldadura suave en olas La soldadura suave en olas es una técnica mecanizada que permite que se suelden varios alambres de plomo en una tarjeta de circuitos impresos (PCB, por sus siglas en inglés), conforme pasa una ola de soldadura suave fundida. La disposición típica es tal que se carga una PCB, donde los componentes electrónicos se han colocado con sus alambres de plomo que sobresalen por los orificios de la tarjeta, sobre un transportador que lo conduce a través del equipo para soldadura suave en olas. El transportador sujeta la PCB por los lados, de manera que la parte inferior quede expuesta a los siguientes pasos del procesamiento: 1) se aplica fundente usando alguno de los diferentes métodos, incluidos la aplicación de espuma, por aspersión o por cepillado; 2) se usa un precalentamiento (mediante focos, bobinas de calentamiento y dispositivos infrarrojos) con el fin de evaporar solventes, activar el fundente y elevar la temperatura del ensamble; y 3) se usa la soldadura suave en olas para bombear soldante líquido desde un baño fundido, a través de una ranura en la parte inferior del tablero, para hacer las conexiones de soldadura entre los alambres de plomo y el circuito metálico en la tarjeta. Este tercer paso se ilustra en la figura 32.9. Con frecuencia la tarjeta se inclina ligeramente, como se muestra en el esquema, y se mezcla un aceite estañante especial con el soldante fundido para disminuir su tensión superficial. Estas dos medidas ayudan a inhibir la acumulación de soldadura y la formación de “carámbanos” en la parte inferior de la tarjeta. La soldadura suave en olas se usa ampliamente en la electrónica para producir ensambles de tarjetas de circuitos impresos.

Soldadura suave por reflujo Este proceso también se usa ampliamente en electrónica para ensamblar componentes montados en superficies de tarjetas de circuitos impresos (sección 36.4.2). En el proceso, una pasta para soldadura, que consiste en polvos de soldadura en un aglutinante fundente, se aplica a puntos en la tarjeta donde se van a hacer contactos eléctricos entre los componentes montados en la superficie y el circuito de cobre. Después, los componentes se colocan en los puntos de la pasta, y el tablero se calienta para fundir el soldante, formando uniones mecánicas y eléctricas entre las puntas de los componentes y el cobre en la tarjeta de circuitos.

Los métodos de calentamiento para la soldadura suave por reflujo incluyen el reflujo de fase de vapor y el reflujo infrarrojo. En la soldadura suave con reflujo de fase de vapor, un hidrocarburo líquido inerte tratado con flúor se vaporiza en un horno mediante calentamiento y después se condensa en la superficie de la tarjeta, donde transfiere su calor de vaporización para fundir la pasta para soldadura y formar uniones soldadas en las tarjetas de circuitos impresos. En la soldadura suave infrarroja por reflujo se usa el calor de una lámpara infrarroja para fundir la pasta de soldante y formar uniones entre las puntas de los componentes y las áreas de circuitos en la tarjeta. Algunos métodos de calentamiento adicionales para refundir la pasta de soldante incluyen: el uso de placas calientes, aire caliente y láseres.

PEGADO ADHESIVO 

El uso de los adhesivos data de épocas antiguas (nota histórica 32.1), y el pegado fue probablemente el primero de los métodos de unión permanente. En la actualidad, los adhesivos tienen un amplio rango de aplicaciones de pegado y sellado para unir materiales similares y diferentes, como metales, plásticos, cerámica, madera, papel y cartón. Aunque está bien establecida como una técnica de unión, el pegado se considera un área en crecimiento entre las tecnologías de ensamble, debido a las tremendas oportunidades para aplicaciones cada vez más grandes.

El pegado adhesivo es un proceso de unión en el cual se usa un material de relleno para mantener juntas dos (o más) piezas con espacio muy pequeño mediante la anexión superficial. El material de relleno que une las piezas es el adhesivo. Es una sustancia no metálica, por lo general un polímero. Las piezas que se unen se llaman adherentes. Los adhesivos de mayor interés en la ingeniería son los adhesivos estructurales, que son capaces de formar uniones fuertes y permanentes entre piezas adheridas fuertes y rígidas. Existe una gran cantidad de adhesivos disponibles comercialmente, que se curan mediante diversos mecanismos y son convenientes para la unión de diferentes materiales. El curado se refiere al proceso mediante el cual se modifican las propiedades físicas del adhesivo de líquido a sólido, por lo general mediante una reacción química para obtener la sujeción de las superficies de las piezas. La reacción química puede implicar una polimerización, condensación o vulcanización. A menudo, el curado se ocasiona mediante calor o por medio de un catalizador, y en ocasiones se aplica presión entre las dos piezas para activar el proceso de unión. Si se requiere calor, las temperaturas de curado son relativamente bajas, por lo que generalmente no se afectan los materiales que se unen, lo cual es una ventaja del pegado adhesivo. El curado o endurecimiento de los adhesivos requiere un tiempo determinado, que se denomina tiempo de curado o tiempo de estabilizado. En algunos casos este tiempo es significativo; por lo general, ésta es una desventaja en la manufactura. 

La resistencia de la unión en el pegado adhesivo está determinada por la resistencia del adhesivo mismo y la resistencia de la sujeción entre el adhesivo y cada uno de los adherentes. Uno de los criterios que se usa con frecuencia para definir un pegado satisfactorio es que si ocurre una falla debido a los esfuerzos excesivos, debe producirse en una de las piezas que se vayan a adherir y no en una interfaz o dentro del adhesivo mismo. La resistencia de la adhesión resulta de varios mecanismos y todos ellos dependen del adhesivo y los adherentes particulares: 1) unión química, en la cual el adhesivo se une a las piezas y forma una unión química primaria después del endurecimiento; 2) interacciones físicas, en las cuales se producen fuerzas de unión secundarias entre los átomos de las superficies opuestas y 3) entrelazado mecánico, en el cual la tenacidad de superficie de las piezas adheridas provoca que el adhesivo endurecido se enrede o atrape en sus asperezas superficiales microscópicas.

 Para que estos mecanismos de adhesión operen con mejores resultados, deben prevalecer las siguientes condiciones: 1) las superficies de los adherentes deben estar limpias, libres de películas de suciedad, aceite y óxido que podrían interferir en la obtención del contacto íntimo entre el adhesivo y los adherentes, por lo que frecuentemente se requiere una preparación especial de las superficies; 2) el adhesivo en su forma líquida inicial debe conseguir una humidificación completa de la superficie del adherente; y 3) por lo general resulta útil que las superficies no estén perfectamente lisas, una superficie ligeramente áspera aumenta el área de contacto real y promueve el entrelazado mecánico. Además, la unión debe diseñarse para explotar las resistencias particulares del pegado y evitar sus limitaciones.

Diseño de uniones 

Por lo general, las uniones con adhesivos no son tan fuertes como las de soldadura por fusión, soldadura suave o soldadura dura. En consecuencia, debe tenerse en consideración el diseño de las uniones adhesivas. Los siguientes principios se aplican en el diseño de uniones: 1) Debe maximizarse el área de contacto de la unión. 2) Los pegados adhesivos son más fuertes ante el corte y la tensión, como en la figura 32.10 a) y b), y las uniones deben diseñarse para que se apliquen esfuerzos de estos tipos. 3) Los pegados son más débiles en hendiduras o desprendimientos, como en la figura 32.10 c) y d), y las uniones adhesivas deben diseñarse para evitar estos tipos de esfuerzos.

Los diseños de unión típicos para el pegado adhesivo que ilustran estos principios se presentan en la figura 32.11. Algunos diseños de unión combinan el pegado con otros métodos para incrementar la resistencia y proporcionar un sellado entre los dos componentes. Algunas de las posibilidades se muestran en la figura 32.12. Por ejemplo, la combinación del pegado adhesivo y la soldadura de puntos se denomina adhesivo soldado. 

Además de la configuración mecánica de la unión, la aplicación debe seleccionarse para que las propiedades físicas y químicas del adhesivo y los adherentes sean compatibles bajo las condiciones de uso a las que está sujeto el ensamble. Los materiales de los adherentes incluyen metales, cerámica, vidrio, plástico, madera, hule, cuero, tela, papel y cartón. Observe que la lista incluye materiales rígidos y flexibles, porosos y no porosos, metálicos y no metálicos, y que es posible unir sustancias semejantes o diferentes.

Tipos de adhesivos 

Existe una gran cantidad de adhesivos comerciales disponibles. Se clasifican en tres categorías: 1) naturales, 2) inorgánicos y 3) sintéticos. Los adhesivos naturales se derivan de fuentes naturales (plantas y animales) e incluyen las gomas, el almidón, la dextrina, el flúor de soya y el colágeno. Esta categoría de adhesivos por lo general está limitada a aplicaciones de bajo esfuerzo, como cartulinas, muebles y encuadernación de libros, o donde están involucradas áreas de superficies grandes (por ejemplo, madera contrachapada). Los adhesivos inorgánicos se basan de manera principal en el silicato de sodio y el oxicloruro de magnesio. Aunque su costo es relativamente bajo, también lo es su resistencia, lo que representa una seria limitación en un adhesivo estructural.

Los adhesivos sintéticos son la categoría más importante en la manufactura. Incluyen diversos polímeros termoplásticos y termofijos, muchos de los cuales se enlistan y describen brevemente en la tabla 32.3. Se curan mediante diversos mecanismos, entre los que se encuentran: 1) la mezcla de un catalizador o ingrediente reactivo con el polímero justo antes de aplicarlo; 2) el calentamiento para iniciar una reacción química; 3) el curado con radiación, tal como la luz ultravioleta y 4) el curado mediante la evaporación del agua del adhesivo líquido o en pasta. Además, algunos adhesivos sintéticos se aplican como películas o como recubrimientos sensibles a la presión en la superficie de uno de los adherentes.

Tecnología de aplicación de los adhesivos 

Las aplicaciones industriales del pegado adhesivo son extensas y están en crecimiento. Los usuarios principales son las industrias automotriz, aeronáutica, de productos de la construcción y de embalaje; otras industrias que las incluyen son del calzado, los muebles, la encuadernación de libros, la eléctrica y la construcción de embarcaciones. La tabla 32.3 indica algunas de las aplicaciones específicas para las que se usan adhesivos sintéticos. En esta sección se consideran varios aspectos relacionados con la tecnología de aplicación de los adhesivos.

Preparación de la superficie Para que una unión adhesiva tenga éxito, las superficies de las piezas deben estar extremadamente limpias. La resistencia de la unión depende del grado de adhesión entre el adhesivo y los adherentes, y esto depende de la limpieza de la superficie. En la mayoría de los casos, se requieren pasos de procesamiento adicionales para la limpieza y preparación de las superficies, los métodos varían de acuerdo con los distintos materiales de los adherentes. Para los metales se usa con frecuencia el frotado con solventes y el desgaste de la superficie mediante chorro de arena u otros procesos por lo general esto mejora la adherencia. Para piezas no metálicas, generalmente se usa algún tipo de limpiador solvente, y en ocasiones las superficies se desgastan en forma mecánica o se atacan químicamente para aumentar la aspereza. Es deseable realizar el proceso de pegado lo más pronto posible después de estos tratamientos, puesto que mientras transcurre el tiempo aumentan la oxidación de las superficies y la acumulación de impurezas. 

Métodos de aplicación La aplicación real del adhesivo en una o ambas superficies de las piezas se realiza en diversas formas. La lista siguiente, aunque incompleta, proporciona una muestra de las técnicas usadas en la industria: 

• Aplicación con brocha. Se realiza en forma manual usando una brocha de cerdas duras. Los recubrimientos resultantes con frecuencia no son uniformes. 
• Por flujo. Se utilizan pistolas de flujo alimentadas a presión de operación manual para un control más consistente que con brocha. 
• Rodillos manuales. Son similares a los rodillos de pintura para aplicar adhesivo de un contenedor plano. 
• Serigrafía. Consiste en aplicar el adhesivo para sólo cubrir las áreas seleccionadas de la superficie de las piezas a través de áreas abiertas en la pantalla. 
• Por aspersión. Se usa una pistola de aspersión impulsada por aire (o sin aire) para una aplicación rápida sobre áreas grandes o difíciles de alcanzar. 
• Con aplicadores automáticos. Éstos incluyen diversos dispensadores y boquillas automáticas para usarse en aplicaciones de producción a velocidades medias y altas. La figura 32.13 ilustra el uso de un surtidor para ensamble.

• Recubrimiento mediante rodillo. Es una técnica mecanizada en la cual se sumerge parcialmente un rodillo en un recipiente con adhesivo líquido y recoge un recubrimiento de adhesivo, el cual se transfiere después a la superficie de trabajo. La figura 32.14 muestra una aplicación posible, en la cual la pieza de trabajo es un material flexible delgado (por ejemplo, papel, tela, cuero o plástico). Se usan variaciones de este método para recubrir con adhesivo madera, compuestos de madera, cartones y materiales semejantes en áreas con superficies grandes.

Ventajas y limitaciones Las ventajas de las uniones adhesivas son: 1) el proceso es aplicable a una amplia variedad de materiales; 2) es posible unir piezas con diferentes tamaños y secciones transversales, las piezas frágiles se pegan mediante uniones adhesivas; 3) la unión ocurre sobre el área completa de la unión, y no sólo en puntos separados o a lo largo de costuras, como en la soldadura por fusión; por lo tanto, las tensiones se distribuyen por completo en el área; 4) algunos adhesivos son flexibles después de la unión y por lo tanto toleran una carga cíclica y diferencias en la expansión térmica de los adherentes; 5) el curado a baja temperatura evita daños a las piezas que se unen; 6) es posible obtener un sellado al mismo tiempo que la adhesión; y 7) con frecuencia se simplifica el diseño de uniones (por ejemplo, se unen dos superficies planas sin incorporar características de piezas especiales tales como orificios para tornillos). 

Las principales limitaciones de esta tecnología son: 1) las uniones generalmente no son tan fuertes como con otros métodos, 2) el adhesivo debe ser compatible con los materiales que se van a unir, 3) las temperaturas de uso son limitadas, 4) son importantes la limpieza y la preparación de las superficies antes de la aplicación del adhesivo, 5) los tiempos de curado pueden imponer un límite sobre las velocidades de producción y 6) la inspección de la unión adherida es difícil de realizar.

REFERENCIAS 

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