Domina el Brazing de Cobre: Guía Completa para Unir Tubos y Accesorios

Durante muchos años, los dos métodos más comunes para unir tubos y accesorios de cobre han sido el soldadura blanda (soldering) y el brazing (soldadura fuerte). Estos métodos probados son similares en varios aspectos, pero también existen diferencias distintas que los diferencian.

Este artículo explica las similitudes y destaca las diferencias entre los dos procesos de unión para ayudar a determinar qué método de unión es más deseable.

¿Qué es el Brazing de Cobre?

El método más común para unir tubos de cobre es mediante el uso de un accesorio tipo socket, de cobre o aleación de cobre, en el que se insertan las secciones del tubo y se fijan mediante metal de aporte, usando un proceso de soldadura blanda o brazing. Este tipo de unión se conoce como unión capilar o solape porque el socket del accesorio se superpone al extremo del tubo y se forma un espacio entre el tubo y el accesorio.

Este espacio se llama espacio capilar. Las superficies del accesorio y el tubo que se superponen para formar la unión se conocen como superficies de contacto. Luego, el tubo y el accesorio se unen sólidamente usando un metal de aporte que se funde en el espacio capilar y se adhiere a estas superficies.

El metal de aporte es una aleación metálica que tiene una temperatura de fusión inferior a la del tubo o el accesorio. El punto de fusión de la aleación de cobre (Cu) UNS C12200 es 1981 °F / 1082 °C. Si el metal de aporte se funde por debajo de 840 °F, el proceso que se realiza es soldadura blanda. Por encima de esa temperatura, el proceso es brazing.

¿Por qué usar Brazing de Cobre?

El uso de brazing de cobre es cuando se necesita mayor resistencia de la unión o para sistemas que operan a 350 grados o más.

Usos típicos incluyen:

• Protección contra incendios
• Aire acondicionado y refrigeración
• Distribución de gas combustible
• Suministros de agua

Tanto el cobre con oxígeno como el cobre libre de oxígeno pueden ser brazados para producir una unión con propiedades satisfactorias. La resistencia total de una unión brazada de cobre recocido se desarrollará con una unión de solape.

La llama usada debe ser ligeramente carburante. Todas las aleaciones de brazing de plata pueden usarse con los fundentes adecuados. Con aleaciones de cobre-fósforo o cobre-fósforo-plata, se puede hacer una unión brazada sin fundente, aunque el uso de fundente resultará en una unión de mejor apariencia.

Soldadura Blanda vs. Brazing de Cobre

La mayoría de la soldadura blanda se realiza a temperaturas de 350 a 600 grados. El brazing de cobre se realiza, como para juntas de brazing, a 1100 a 1500 grados.

El brazing es un proceso de unión de metales en el que dos o más elementos metálicos se unen fundiendo y haciendo fluir material en la unión, el material de aporte teniendo un punto de fusión inferior al del metal adyacente.

La diferencia entre brazing y soldadura blanda es la temperatura necesaria para fundir ese metal de aporte. Esa temperatura se define en 842 °F / 450 °C por la American Welding Society (AWS), pero a menudo se redondea a 840 °F. Si el metal de aporte se funde por debajo de 840 °F, el proceso que se realiza es soldadura blanda.

Las juntas brazadas se usan para refrigeración, líneas de aire de alta presión y HVAC donde la máxima resistencia de la unión es imprescindible, y las juntas soldadas se usan en aplicaciones de baja presión como líneas de agua potable y algunos sistemas de calefacción.

¿Necesitas fundente para brazing de cobre?

Para brazing de cobre, necesitas fundente solo para que la soldadura pueda fluir libremente y sea calentada por el soplete. La varilla se empuja en su lugar sin forzarse, lo que mezclaría el baño de calor y crearía una conexión poco fiable entre dos piezas de cobre.

El método más simple para brazing de cobre es usar un pincel de fundente en una superficie y luego metal fundido cepillado sobre ella – esto también involucrará pasta soluble en agua.

Las dos piezas de metal deben tener una superficie lijada para que este proceso funcione eficientemente porque de lo contrario no formará un enlace ventajoso entre ellas. Esta técnica es a menudo como se hacen las uniones de tuberías de plomería porque nadie quiere humos tóxicos de soldadura blanda dentro de su casa.

Cómo hacer brazing de cobre

El brazing se hace calentando el cobre, luego pasando una capa de constantán (un tipo de metal con alta conductividad térmica y baja resistividad eléctrica) encima. Si alineas las dos piezas correctamente, se fusionarán cuando se calienten a 250 °C.

El fundente asegura que las pequeñas burbujas de aire no entren y lo arruinen todo – estas burbujearán a la superficie mientras se calienta y pueden perforarse con una aguja de brazing antes de comenzar el calentamiento.

Una vez calentadas, aplique algo de pasta de soldadura de brazing – esto se fundirá cuando se caliente de nuevo para completar la unión. Si el constantán no proporciona suficiente conductividad térmica, o quiere asegurarse de que ambas piezas estén aproximadamente a la misma temperatura antes de aplicar calor por primera vez, también puede usar una varilla de brazing cubierta de fundente.

¿Qué sucede exactamente cuando el metal de aporte se funde?

Cuando el metal de aporte se funde, generalmente formará un glóbulo naranja brillante. Así es como puede saber que ha alcanzado la temperatura correcta para proceder con el proceso de brazing. Debe aplicar el fundente y la pasta soluble en agua, luego calentar la varilla y el tubo de cobre durante unos cinco minutos antes de agregar pasta de soldadura sobre la varilla.

Si se pregunta cómo podría hacer esto en construcción, es típicamente como se conectan las tuberías de plomería. Con las tuberías de plomería, hay dos métodos comúnmente usados: brazing de cobre y soldadura blanda de cobre.

El fundente ayudará a que la soldadura fluya libremente y debe aplicarse a ambas superficies para un proceso de brazing exitoso. La varilla luego se empuja en su lugar sin forzarse, lo que mezclaría el baño de calor y crearía una conexión poco fiable entre dos piezas de cobre.

Tipos de Llamas

Hay 3 tipos de llamas. Una que no quiere es una llama carburante. Aquí está cómo se ve una "llama carburante", se distingue fácilmente por sus 3 colores, y conduce a una carbonización excesiva en el tubo que no es necesaria y podría comprometer la unión.

En segundo lugar, una llama oxidante que tampoco quiere. Este tipo de llama, como su nombre indica, oxidará su pieza de trabajo, lo cual no es deseado. Y por último, una llama neutra. Una llama neutra es lo que busca ya que no carburiza ni oxida, tiene una mezcla perfecta de oxígeno y acetileno y es típicamente de un color azul claro como este.

Herramientas/Materiales para el Proyecto

Las herramientas y el tipo de materiales de aporte varían de una junta soldada a una junta brazada, así que repasemos ambas juntas.

Al soldar líneas de agua potable, usará este tipo de soldadura que se llama 95/5. Este tipo de soldadura no puede usarse al hacer brazing, así que necesitará un material de aporte. Hay muchos tipos de materiales de aporte en el mercado y necesitará elegir el adecuado según el tipo de trabajo que esté haciendo.

En caso de dudas, los productos Harris proporcionan una tabla muy clara sobre qué tipo de varilla de brazing usar para varios tipos de materiales que se unen. Para esta demostración, usaré Stay-silv 15 que contiene 80% cobre, 15% plata y 5% fósforo. Querrá una varilla que contenga fósforo ya que son auto-fundentes, eliminando la necesidad de aplicar fundente en el tubo.

Como la soldadura de plata se funde a una temperatura mucho más alta, necesitará más calor que su junta soldada típica.

El brazing de tubos más pequeños es posible con un pequeño soplete de propano, pero tubos más grandes como 1" en adelante requieren más calor, por lo que se recomienda usar un sistema oxi/acetileno con un soplete apropiado, ya que la soldadura de plata se funde a una temperatura más alta que la soldadura normal. El oxiacetileno quema mucho más caliente, a 3500 °C o 6330 °F comparado con propano que quema alrededor de 1995 °C o 3620 °F.

Y finalmente, el soplete. Al soldar, se usa un soplete como este ya que solo se necesita un gas. Además, los sopletes de propano no dan casi tanto calor como un soplete oxi/acetileno.

Estoy usando este kit oxi/acetileno portátil de Harris, que es una empresa de Lincoln Electric y es genial para tareas de brazing de servicio ligero como esta. Viene en una bolsa de transporte y hay 2 tanques, 1 para oxígeno y 1 para acetileno, también hay 2 reguladores para cada gas y el soplete real.

También notará las boquillas de soplete que vienen con el kit. Podría usar una configuración simple de aire/acetileno como esta, pero es considerablemente más larga y no le da una junta limpia como un kit oxi/acetileno. Sin embargo, son más económicos y ligeros para llevar en espacios reducidos, así que use lo que sea mejor para usted.

Algo más que podría considerar es asegurarse de que su soplete tenga arrestadores de retroceso en el lado de oxígeno y acetileno. La mayoría de los sopletes nuevos vienen con ellos incorporados. En el pasado, estos eran separados y necesitaban instalarse en la manguera misma. Así que solo asegúrese de que su kit esté equipado con ellos ya que detendrán una llama que entre en su tanque, lo cual realmente no quiere.

Video de Brazing de Cobre