Dominando la Soldadura de Cobre: Técnicas Expertas y Guía Práctica

Cómo Soldar Cobre

La soldadura de cobre no es difícil. El calor requerido es aproximadamente el doble que para acero de espesor similar. El cobre tiene alta conductividad térmica. Para compensar esta pérdida, se recomienda una boquilla una o dos tallas mayor que para acero.

Al soldar secciones grandes de espesores gruesos, es aconsejable calefacción suplementaria. Este proceso produce soldadura menos porosa.

El cobre puede soldarse con llama ligeramente oxidante porque el metal fundido está protegido por el óxido formado por la llama. Si se usa fundente para proteger el metal fundido, la llama debe ser neutra. Debe usarse cobre libre de oxígeno (varilla de cobre desoxidado) en lugar de cobre con oxígeno para ensamblajes soldados por gas. La varilla debe tener la misma composición que el metal base.

¿Qué es el Cobre?

El cobre es un metal no ferroso, blando, que puede doblarse, cortarse, moldearse y unirse fácilmente mediante varios procesos de soldadura. Aunque se usa para artículos decorativos domésticos y arquitectónicos, es excelente conductor de electricidad y calor, por lo que se usa ampliamente en industria eléctrica, mientras que tuberías, válvulas y accesorios de cobre son comunes en fontanería.

Al ser dúctil y altamente maleable, el cobre es elemento principal en cientos de aleaciones, incluyendo latón, bronce y níquel-cobre. Los elementos de aleación más comunes son aluminio, níquel, zinc, estaño y silicio.

Como el cobre puro es demasiado dúctil para mecanizarse con éxito, se añaden pequeñas cantidades de otros elementos a las aleaciones para mejorar mecanizabilidad, desoxidar, aumentar resistencia a corrosión, mejorar propiedades mecánicas y respuesta a tratamientos térmicos. En total, hay más de 300 aleaciones de cobre disponibles comercialmente.

Los Diferentes Métodos para Soldar Cobre

El cobre puede soldarse por varios métodos. Discutiremos solo las técnicas más comunes: Soldadura por Arco Metálico con Gas (GMAW), Soldadura por Arco de Tungsteno con Gas (GTAW) y Soldadura Manual por Arco Metálico (MMAW).

Soldadura por Arco Metálico con Gas (GMAW / MIG)

También llamada soldadura MIG, sigue el sistema SMAW para soldadura: el material de aporte es un electrodo. Diferencia: SMAW usa serie de varillas cortas como electrodo consumible, mientras GMAW alimenta automáticamente un "alambre" continuo a la antorcha a velocidad definida por el usuario. Además, hay ajuste regulado para alimentar gas de protección.

Para soldar cobre con GMAW, se recomiendan electrodos ERCu. También se recomienda Cobre Desoxidado Aufhauser (aleación de cobre/aporte con pureza 98,5%).

El espesor de la sección de cobre determinará la mezcla de gas. Generalmente, argón para espesores hasta 6 mm. Para mayores, mezcla helio-argón. En GMAW para cobre, deposite metal de aporte con cordones estrechos o en cadena (stringer beads); puede hacerse con transferencia por proyección (spray transfer).

Soldadura por Arco de Tungsteno con Gas (GTAW / TIG)

También llamada TIG, suelda cobre similar a la mayoría de procesos de arco: usa arco eléctrico para calentar y fundir tanto la pieza de cobre como el material de aporte.

Al enfriarse y solidificarse el baño fundido, se protege de efectos atmosféricos introduciendo gas de protección (argón o helio) en la punta de la antorcha. Aunque GTAW es similar a muchos procesos de arco, no suelda como métodos que pasan el arco al cobre usando electrodos consumibles.

En su lugar, GTAW usa electrodo NO consumible para crear unión entre piezas; puede hacerlo con o sin material de aporte. En muchos otros métodos, el material de aporte es el electrodo que lleva el arco.

Sin embargo, en GTAW se usa alambre de aporte separado. Tampoco es necesario introducir material de aporte al soldar cobre con GTAW.

GTAW puede soldar cobre hasta 16 mm de espesor. Alambre de aporte recomendado: cualquier metal con composición similar al metal base. Argón preferido para cobre hasta 1,6 mm. Para mayor espesor, mezcla helio-argón.

Comparado con argón, mezcla helio-argón permite mayores velocidades de avance y penetración más profunda a misma corriente. Para combinar buena penetración del helio con estabilidad de arco del argón, mezcla común 25% Ar / 75% He. Se recomienda soldadura "forehand" (hacia adelante) con cordones estrechos o en cadena.

Soldadura Manual por Arco Metálico (MMAW / Stick)

Principalmente para reparación o mantenimiento en cobre y aleaciones. Material de aporte recomendado: electrodo ECuSn-C. Otra recomendación: corriente directa electrodo positivo (DC+) con técnica de cordón en cadena (stringer bead). Con este material, MMAW ayuda en:

• Soldar cobre a otros metales
• Pequeñas reparaciones de piezas finas de cobre
• Uniones con acceso restringido

Estos son los tres métodos más comunes. Ahora que tiene información básica, elija el más adecuado a sus necesidades. Sin embargo, independientemente del método, debe seguir pasos básicos para producir soldadura efectiva. Los discutimos a continuación.

Pasos Clave en la Soldadura de Cobre

Al soldar cobre por su cuenta, necesita conocer los pasos críticos. Hay 11 pasos en la soldadura DIY de cobre. Realizándolos en orden, producirá una soldadura de cobre extremadamente duradera.

#1. Garantizar Seguridad

Lo primero es asegurar su seguridad. Sin importar el metal, debe tomar precauciones adecuadas antes de empezar. No hacerlo lo pone en riesgo de lesión.

¿Qué precauciones? Equipo de seguridad, sin materiales inflamables cerca, área limpia o libre de materiales extraños.

Especialmente importante con cobre: es excelente conductor de electricidad y puede recibir choque eléctrico manipulando el metal con manos desnudas.

Además, soldar cobre expone a gases tóxicos. No se limite a guantes de cuero y ropa de seguridad; incluya mascarilla respiradora y protección ocular.

#2. Preparar la Superficie

Preparación significa mantener zona de soldadura libre de grasa, aceite, pintura, suciedad y partículas extrañas antes de soldar. ¿Por qué? Porque la soldadura puede agrietarse si se mezclan. Además, pueden contener químicos dañinos: azufre, fósforo, plomo.

Además de la zona, limpie el cobre antes de empezar. ¿Cómo? Con cepillo de alambre de bronce y agente limpiador apropiado. Primero cepille, luego desengrase. También elimine la película de óxido que se forma durante la soldadura con cepillo tras cada pasada.

#3. Precalentamiento

¿Por qué precalentar? Porque el cobre tiene alta conductividad térmica. Especialmente importante si espesor >0,25 mm (0,01 pulg). Precaliente uniformemente todos los segmentos a soldar.

Como el cobre conduce calor rápidamente desde la unión al metal base circundante, se requiere alto precalentamiento para secciones gruesas. Temperatura depende del espesor: 10° a 400°C (50° a 752°F).

Si suelda aleación de cobre, puede omitir esto porque la difusividad térmica es mucho menor. Si suelda cobre puro, seleccione precalentamiento apropiado. Preste atención al cobre, espesor del metal base, proceso de soldadura y masa total del ensamblaje.

Además, restrinja el calor a zona localizada todo lo posible; esto asegura que no demasiado material esté en rango de temperatura que cause pérdida de ductilidad.

Mantenga temperatura de precalentamiento hasta que la unión esté soldada. Al empezar, el calor del cobre precalentado se disipa, reduciendo riesgo de grietas.

#4. Considerar Diseño de Unión

Otro paso importante: consideración del diseño de unión. ¿Qué implica? Primero, distancia entre uniones. Idealmente controle dentro de tolerancias según metal base y aleación de soldado blando. Hueco óptimo: 0,04-0,20 mm.

Otra consideración: solape de unión. El solape ideal será al menos 3 veces el espesor de la parte más delgada a unir. Use el mínimo material posible para lograr resistencia deseada.

#5. Ajustar la Llama

Para soldadura efectiva, ajuste la llama apropiadamente. Lo mejor: llama neutra. ¿Qué significa? Llama ajustada para permitir misma cantidad de acetileno y oxígeno mezclándose a misma tasa. Otra cosa crítica: definir claramente el cono interior blanco y asegurar que no hay neblina.

#6. Eliminar el Fundente

Si se usó fundente, debe eliminar residuos de una de estas formas:

• Cepillado con alambre y vapor
• Cepillado con alambre y enjuague con agua caliente
• Inmersión en soda cáustica caliente diluida

Si no elimina completamente el fundente, puede debilitar e incluso causar fallo de la unión.

Elegir Material de Aporte

Elegir el material de aporte correcto es uno de los pasos más críticos. Ayuda a soldar pieza de cobre más fuerte que el metal base. El mejor material dependerá de: resistencia a corrosión del metal, resistencia requerida en la unión, temperatura de operación y costes.

Para mejores resultados, elija metal de aporte con Silicio (Si) o Manganeso (Mn) como desoxidante. Esto independientemente de usar GMAW, GTAW o MMAW.

Materiales más recomendados y usados: ErCu y ErCuSi-A. ErCu facilita fluidez al contener Si, Mn y Estaño (Sn). ErCuSi-A si suelda cobre P-oxidado; también buena para cobre duro (hard-pitch) que contiene Si y Mn como desoxidantes.

Soldadura Blanda de Cobre (Soldering)

La soldadura blanda, uno de los métodos más antiguos para unir metal, implica calentar metal de aporte (alambre) para que se funda y llene uniones. La soldadura blanda suave (soft soldering) es el proceso más simple, usado comúnmente en hogar para reparar pequeños artículos metálicos. También la usan fontaneros para unir y reparar tuberías y accesorios de cobre.

Puede usar soldador económico o soplete con fundente adecuado. La soldadura blanda dura (hard soldering) calienta el aporte a temperatura mucho mayor, dando unión más fuerte.

El material de aporte es diferente y suele contener plata, por lo que la técnica a menudo se llama soldadura de plata (silver brazing). Sin embargo, el soldado blando fuerte (brazing verdadero) se ejecuta a temperatura aún mayor.

Soldadura Fuerte de Cobre (Brazing)

El soldado fuerte es esencialmente técnica similar a soldadura blanda, y usa mismo tipo de material de aporte (alambre o varilla). Las uniones deben ser muy ajustadas para que la acción capilar atraiga el metal de aporte entre las piezas de cobre.

Aunque las temperaturas deben ser considerablemente mayores que en soldadura blanda, el metal base NO debe calentarse hasta su punto de fusión.

Usado extensamente en fontanería, también puede unir diferentes metales y piezas de distintos espesores.