En las últimas décadas, las piezas de pulvimetalurgia (PM) han surgido como un proceso de fabricación atractivo para reemplazar componentes forjados o fundidos debido a su flexibilidad de diseño, bajo costo, tolerancias estrictas y buen equilibrio entre ductilidad y resistencia a la tracción.
La unión es un proceso fundamental en la fabricación mecánica, que se utiliza para conectar piezas fabricadas con materiales similares o diferentes. Quizás te preguntes: ¿Es posible soldar piezas de metal en polvo? Sigue leyendo para encontrar la respuesta que buscas.
Contenido
Fabricación de metal en polvo
La fabricación de polvo metálico incluye principalmente: mezcla de polvo, compactación de polvo y sinterización.
Mezclar y Mezclar
El objetivo de la mezcla es combinar uniformemente el polvo metálico con los aglutinantes. Añadir aglutinante aumenta la fluidez del polvo y reduce la fuerza de desmoldeo.
Compactación
El polvo mezclado se prensa a alta presión (generalmente de 400 a 800 MPa) mediante herramientas de pulvimetalurgia, formando lo que se conoce como "compacto verde". El polvo metálico compactado no es lo suficientemente resistente y solo es comparable a la tiza.
sinterización
sinterización Se realiza a una temperatura inferior al punto de fusión del metal, generalmente entre el 70 % y el 90 %. La sinterización fusiona las partículas de polvo, lo que confiere a la pieza la resistencia e integridad deseadas.
Desafíos en la soldadura de piezas de metal en polvo
Al igual que con la soldadura de otros metales, el requisito principal para la soldadura piezas de pulvimetalurgia Es importante que no se produzcan defectos. Sin embargo, los siguientes factores pueden afectar el proceso de soldadura.
Porosidad
La porosidad de los componentes de la pulvimetalurgia afecta la conductividad térmica, lo que a su vez afecta los parámetros de soldadura.
La porosidad en la microestructura de las piezas metálicas sinterizadas afecta a su soldadura, diferenciándola de la soldadura de componentes fundidos o forjados.
Durante la soldadura, la zona afectada por el calor de los componentes pulvimetalúrgicos puede agrietarse. Esto se debe a que las piezas de pulvimetalurgia son porosas y la fuerza de unión entre las partículas es limitada, lo que impide que resistan la mayor tensión causada por la mayor templabilidad de la zona afectada por el calor.
Contaminantes
La presencia de contaminantes como lubricantes, fluidos de recubrimiento y aceites en los poros internos de las piezas sinterizadas afectará el rendimiento de la soldadura. Por lo tanto, es necesario limpiar estas impurezas y contaminantes antes de soldar.
Contenido de carbon
La mayoría de las piezas de pulvimetalurgia son de hierro, y su contenido de carbono varía. Las piezas sinterizadas con bajo contenido de carbono (menos del 0.5 %) son fáciles de soldar, mientras que las de alto contenido de carbono son difíciles de soldar.
Tecnología de soldadura de piezas de pulvimetalurgia
Soldadura por resistencia
La soldadura por resistencia consiste en unir dos superficies metálicas a un estado fundido o plástico mediante corriente y presión para luego combinarlas metalúrgicamente.
La ventaja de la soldadura por resistencia es que no requiere materiales de soldadura ni gas de protección.
Los tipos comunes de soldadura por resistencia incluyen los siguientes:
- La soldadura por puntos
La soldadura por puntos es adecuada para unir mediante solape piezas sinterizadas de placas delgadas con un espesor de menos de 3 mm.
- soldadura por proyección
La soldadura por proyección es ideal para unir piezas de metal en polvo con alto contenido de carbono (0.4 % – 0.8 %) de densidad (6.5 – 7.5 g/cm³) a piezas de acero con bajo contenido de carbono.
- soldadura por costura
Las piezas metálicas sinterizadas pasan entre dos electrodos de disco giratorios para formar una costura de soldadura continua con solapamientos frontal y posterior. Es ideal para unir componentes delgados de metal en polvo.
- soldadura por chispa
Estos procesos de soldadura son generalmente aplicables a piezas de pulvimetalurgia, pero la superficie de las piezas debe estar limpia y libre de impurezas.
Soldadura
Los productos de pulvimetalurgia también pueden unirse mediante soldadura fuerte. Esta es adecuada para compactos verdes de mayor densidad. Cuando el producto presenta más poros, parte de la soldadura será absorbida, lo que resultará en una cantidad insuficiente de soldadura en la superficie de soldadura.
Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW/TIG)
GTAW utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para crear un arco de CC (para materiales a base de hierro) que derrite los materiales que se están soldando.
Durante el proceso, gases inertes como el argón o el helio protegen tanto el área de soldadura como el electrodo de contaminantes atmosféricos como oxígeno, hidrógeno y nitrógeno.
Al soldar productos de metal en polvo con GTAW, el metal de aporte puede ayudar a compensar la contracción que se produce por la fusión y densificación de partículas en la zona de soldadura. Sin embargo, el coeficiente de expansión térmica, la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión del metal de aporte deben ser compatibles con los materiales que se van a soldar.
En uno caseLa soldadura de dos componentes de metal en polvo con GTAW reemplazó un componente fundido en el diferencial del camión, lo que resultó en un ahorro de costos del 35%.
Soldadura por arco metálico con gas (GMAW/MIG)
La GMAW utiliza un electrodo de alambre continuo para generar un arco que calienta la pieza de trabajo, fusionando y uniendo los materiales. La GMAW permite soldar materiales de pulvimetalurgia que contienen polvos mixtos con alto contenido de carbono (0.3-0.9%).
Soldadura por haz de electrones
La soldadura por haz de electrones concentra corrientes de electrones de alta velocidad en un haz para formar una fuente de calor estrecha y potente que une piezas metálicas sinterizadas. La soldadura por haz de electrones (EBW) se realiza generalmente en un entorno de vacío y es un proceso avanzado de soldadura automatizada por lotes.
Soldadura por rayo láser
La soldadura por haz láser (LBM) es un proceso altamente automatizado con alta precisión y mínima deformación. La LBM fusiona los materiales de la pieza mediante un haz láser, como un láser de CO₂.
Para reducir la formación de martensita, los materiales de templabilidad media generalmente se precalientan a 250-300 °C antes de soldarlos.
Sin embargo, la soldadura láser es más cara que otros procesos de soldadura.
Consejos para la soldadura por fusión de metal en polvo
El problema más común al soldar por fusión componentes de metal en polvo es la aparición de grietas en la soldadura o cerca de ella. Esto suele deberse a las tensiones que se generan a medida que el metal de soldadura se enfría y solidifica.
Puedes reducir el riesgo de agrietamiento mediante lo siguiente:
- Precalentar las piezas para eliminar la humedad (hidrógeno) y reducir los gradientes térmicos.
- Postcalentamiento después de la soldadura para aliviar tensiones residuales
- Minimizar la entrada de calor para limitar las tensiones de fusión y solidificación de las partículas
- Diseñar las uniones con cuidado para reducir la concentración de tensiones
Las piezas de pulvimetalurgia que han sido tratadas con vapor, infiltradas con cobre o templadas y revenidas no son adecuadas para la soldadura por fusión.
Selección de materiales para piezas de metal en polvo para soldadura
- El polvo de hierro atomizado contiene menos impurezas residuales que el polvo de hierro esponjado u otros polvos de hierro reducido. Por lo tanto, para aplicaciones de soldadura de alta resistencia o por fusión, es recomendable utilizar polvo de hierro atomizado.
- El contenido de carbono tiene un efecto significativo en la soldabilidad de las piezas pulvimetalúrgicas. Generalmente, cuanto menor sea el contenido de carbono, mejor será la soldabilidad. Sin embargo, el carbono puede aumentar la resistencia del material.
- Al utilizar soldadura por fusión, es recomendable evitar materiales pulvimetalúrgicos con azufre añadido, ya que este puede migrar a los límites de grano durante la soldadura y causar agrietamiento térmico.
- El níquel agregado al polvo de hierro o al polvo de acero puede aumentar la tenacidad del material, sin tener ningún efecto sobre la soldabilidad.