Metalurgia de Polvos y Soldadura: Técnicas y Aplicaciones

Metalurgia de Polvos (Pulvimetalurgia)

La metalurgia de polvos, o pulvimetalurgia, es el proceso de fabricación de piezas a partir de polvos metálicos. Estos polvos se prensan en moldes, se extraen y se calientan a temperaturas inferiores al punto de fusión del metal.

Este proceso, utilizado principalmente para metales difíciles de maquinar, consta de las siguientes etapas:

• Obtención del polvo
• Tratamiento del polvo
• Moldeo por prensado
• Sinterización de la pieza compactada

Aplicaciones actuales de la pulvimetalurgia:

• Piezas de aleaciones (hierro, cobre, etc.) donde la supresión del metal resulta ventajosa técnica y económicamente.
• Cojinetes autolubricantes con 30% de porosidad en bronce sintetizado, impregnados con aceite o teflón.
• Pseudoaleaciones de metales con puntos de fusión dispares (cobre-wolframio, plata-wolframio, plata-molibdeno, etc.) para contactos eléctricos, aprovechando la conductividad del cobre/plata y la resistencia del wolframio/molibdeno. Se utilizan contactos de plata endurecida con 10% de óxido de cadmio.
• Metales pesados o pseudoaleaciones con 85-95% de wolframio, 3-10% de níquel y 2-5% de cobre, de alta densidad, para giróscopos, pantallas de rayos X y gamma, y apantallamiento de pilas nucleares.
• Filtros resistentes a golpes y cambios de temperatura (ej. metal Monel - acero inoxidable y titanio - para válvulas de inyección diésel, refrigeradores).
• Carburos de wolframio, titanio, etc., y pseudoaleaciones de wolframio-acero, con alta dureza, resistencia a la abrasión y tenacidad, fabricados por este procedimiento debido a su alto punto de fusión.
• Metales difíciles de forjar o moldear, como aleaciones especiales tipo Alnico para imanes permanentes y cerámicos.
• Metales refractarios (wolframio, molibdeno, niobio), cuyo alto punto de fusión dificulta el moldeo.
• Cermets, aglomerados de metal con alto punto de fusión y óxidos refractarios, para turborreactores.
• Termistores de óxido de zinc con curva voltaje-intensidad no lineal, dopados con óxido de bismuto.

Ventajas de la Pulvimetalurgia

La pulvimetalurgia ha experimentado un crecimiento notable debido a:

• Minimización de pérdidas de materia prima.
• Control preciso de la composición.
• Reducción o eliminación del mecanizado.
• Automatización de operaciones.
• Buenos acabados superficiales.
• Control de porosidad y oxidación interna para endurecimiento.

Limitaciones de la Pulvimetalurgia

• Diseño limitado por la extracción de la pieza de la matriz.
• Tamaño limitado por la fuerza de las prensas (máximo 500 toneladas).
• Características mecánicas inferiores a métodos convencionales.
• Alto coste de las matrices (acero aleado o carburo de wolframio).

La Compactación

La compactación da forma, resistencia y consistencia al polvo para su manipulación hasta la sinterización. Es una especie de soldadura en frío. Se realiza en una matriz (generalmente de carburo de wolframio) a presiones de 800-2000 kg/cm² (usualmente 4000 kg/cm²).

La rentabilidad de la pulvimetalurgia, basada en grandes series, requiere matrices resistentes y fáciles de fabricar, generalmente de aceros indeformables o carburos aglomerados.

Sinterización o Fritado

La sinterización da cohesión y resistencia a la pieza compactada. Consiste en calentar el polvo a una temperatura inferior a la de fusión (2/3 a 4/5 de la temperatura de fusión) en atmósfera protectora para evitar la oxidación. El compactado puede fundir parcialmente, pero nunca totalmente.

Soldadura

La soldadura es un proceso de unión permanente entre metales, con aporte de calor, con o sin presión y con o sin metal/aleación de aportación.

Metalúrgicamente, la soldadura se produce cuando la distancia interatómica permite el desarrollo de fuerzas de adherencia. Tipos de soldadura:

• Soldaduras heterogéneas: Metales distintos, con o sin metal de aportación (ej. soldadura blanda y fuerte).
• Soldaduras homogéneas: Mismo metal en piezas y aportación (o sin aportación, llamada autógena). Ejemplos: por forja, aluminotérmica, por fusión con gas, ultrasónica, por frotamiento, eléctrica (por arco y por resistencia).

Soldadura Blanda

Unión de piezas con aleación de bajo punto de fusión (

• Resistencia mecánica inferior a la de los metales soldados (10-15 kg/mm³).
• Posible corrosión por metales de diferente potencial galvánico.
• Recomendada para piezas secas o con fluidos/gases no agresivos a presión ordinaria.
• Usada en conexiones eléctricas y para soldar zinc, estaño, hojalata, cobre, aleaciones de cobre y aluminio. La aleación más común es estaño-plomo.

Soldadura Fuerte o Dura

Utiliza aleaciones con punto de fusión >500ºC, pero inferior al de los metales a unir. Tipos:

• Soldadura fuerte amarilla: 650-750ºC, con latón como aportación. Para hierro, cobre y sus aleaciones, y metales con punto de fusión >900ºC. Resistencia a tracción: 25-35 kg/mm².
• Soldadura fuerte con plata: Requiere máximo ajuste entre las superficies (0.03-0.05 mm de holgura). Aleación de plata, cobre, zinc y cadmio. Usada para soldar plaquitas de metal duro (ej. Widia) a herramientas.

Soldadura por Forja

Calentamiento de piezas en fragua (~1300ºC) para unirlas por forjado. Requiere superficies limpias y buen contacto. Se aplica a aceros con bajo contenido en carbono.

Soldadura Aluminotérmica

Utiliza hierro líquido sobrecalentado, producto de la reacción exotérmica entre aluminio y óxido de hierro. La termita (aluminio + óxido de hierro + ferroaleaciones) genera temperaturas de ~3000ºC. Ideal para secciones gruesas (ej. raíles de tren, árboles de transmisión) y tomas de tierra. Ventaja: soldadura simultánea en toda la sección.

Soldadura por Puntos Ultrasónicos

(Poco utilizada). Gripado por fricción entre dos chapas sometidas a vibración ultrasónica entre sonotrodos.

Soldadura Oxiacetilénica o por Fusión con Gas

Fusión mediante la llama de la combustión de un gas (acetileno, metano, etano, propano, butano) con oxígeno en un soplete. La llama de acetileno-oxígeno alcanza ~3500ºC. Adecuada para piezas delgadas. Para espesores grandes, se requiere precalentamiento.

Oxicorte

Corte de metales por combustión localizada con oxígeno. Se calienta el metal al rojo y se quema con oxígeno a presión. Se utiliza el mismo equipo que la soldadura oxiacetilénica, con un soplete modificado. Aplicaciones: desguaces, trabajos submarinos.

Soldadura por Arco

Utiliza el calor del arco eléctrico para soldar por fusión, con o sin metal de aportación. El cebado del arco se inicia con un cortocircuito entre el electrodo y la pieza. La estabilidad del arco depende de la distancia electrodo-pieza. El arco de corriente continua es más estable que el de alterna.

Soldadura por Arco en Atmósfera Inerte

Aísla el arco y el metal fundido del aire con un gas inerte (gases nobles, hidrógeno, CO₂). Tipos:

• TIG (Tungsten Inert Gas): Arco entre la pieza y un electrodo de wolframio en atmósfera de helio o argón. Metal de aportación mediante varilla. Ideal para acero inoxidable.
• Soldadura con arco de hidrógeno atómico: Arco entre dos electrodos de wolframio en atmósfera de hidrógeno.
• MIG (Metal Inert Gas): Electrodo consumible (alambre) en atmósfera de helio o argón. El alambre se alimenta automáticamente.
• MAG (Metal Active Gas): Similar a MIG, pero con CO₂ como gas protector.

Soldadura con Calentamiento por Resistencia Eléctrica

Basada en el efecto Joule. Calentamiento por paso de corriente eléctrica a través de las piezas. Para piezas de pequeño espesor. Tipos:

• Soldadura por puntos: Las piezas se superponen entre electrodos que las comprimen y aplican corriente. Se genera un punto de soldadura en forma de lenteja. Aplicaciones: industria automotriz, aeronáutica, electrodomésticos.
• Soldadura por costura: Variante de la soldadura por puntos, con electrodos de rodillo que crean una costura continua. Aplicaciones: depósitos estancos, tubos.

Metalurgia de la Soldadura

La soldadura es un proceso metalúrgico complejo que puede alterar la microestructura de las piezas. Posibles defectos: sopladuras, reacciones con gases, segregación, inclusiones de escoria, tensiones internas.

Soldabilidad de los Metales

La soldabilidad se refiere a la aptitud de un metal para soldarse con una aleación específica bajo ciertas condiciones. El objetivo es obtener un cordón de soldadura sin defectos y con las características mecánicas deseadas.