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La soldadura por presión en frío es un método de soldadura en fase sólida que es único porque se realiza a temperatura ambiente. (Otros tipos de soldadura en frío se realizan a temperaturas elevadas, pero aunque estas temperaturas sean altas, el material no está en estado de fusión, sino unicamante más dúctil.

Ya en el año 3000 AC, los egipcios prepararon el hierro amartillando una esponja de metal para soldar las partículas calientes al rojo vivo. Los herreros también unían el hierro forjado al martillo durante siglos. Este tipo de soldadura siempre se realizaba a temperaturas elevadas.

El primer ejemplo conocido en Gran Bretaña de la soldadura con martillo a temperatura ambiente (es decir, la soldadura en frío auténtica) se remonta a la Edad del Bronce, alrededor del año 700 AC. El material utilizado era el oro, los arqueólogos han encontrado cajas de oro fabricadas por este proceso.

El descubrimiento de la soldadura por presión en frío

what ep500La soldadura por presión en frió fue observada científicamente por primera vez en el año 1724 por el Reverendo J.I Desaguliers, quien demostró el fenómeno a la Royal Society y luego publicó los detalles en la prensa científica de la época. El Reverendo Desaguliers descubrió que si tomaba dos balas de plomo de diámetro aproximado de 25mm cada una, las prensaba juntas y las torcía, las dos piezas se unían. Se midió su resistencia de la soldadura en una acería y, aunque los resultados fueron irregulares, las uniones eran fuertes, algunas tanto como el material matriz.

Después del descubrimiento del Reverendo Desaguliers en el siglo XVIII, poco sucedió hasta la Segunda Guerra Mundial. En este momento, el desarrollo se multiplicó, sobretodo en Alemania, donde los elementos aleados ligeros para enfriadores en aviones fueron soldados por presión, a pesar de que este trabajo fue realizado a temperaturas elevadas.

Vista por primera vez, la soldadura por presión en frío puede parecer casi mágica. Quien la desconoce rechaza a menudo aceptar un método de soldadura que no necesite calor o electricidad y un flujo para realizar las uniones. Después de una demostración, se suelen preguntar, "¿pero cómo se han unido las dos piezas de metal?"

Hay diversas explicaciones de cómo se realiza en realidad una soldadura por presión en frío. Por ejemplo, se ha sugerido que lo que sucede es por re cristalización o por una hipótesis energética, pero la mayoría de las explicaciones han sido rebatidas o por experimentación o refutadas desde el punto de vista teórico.

La explicación aceptada hoy en día del porque de la soldadura por presión en frío relaciona los átomos de los metales que permanecen unidos por una “unión” metálica, denominada así porque es peculiar a las sustancias metálicas. Esta unión puede calificarse como una 'nube' de átomos libres cargados negativamente que forman una unidad como resultado de las fuerzas de atracción.

Creando una soldadura

Longitudes de alambrón de aluminio/cobre soldadoPor lo tanto, si dos superficies metálicas son atraídas con una separación de únicamente unos pocos angstroms (hay 300 millones de angstroms en un centímetro) de interacción entre los electrones libres y los átomos ionizados, la unión se lleva a cabo. De esta manera, la barrera potencial se elimina, y la nube de electrones se hace común. El resultado es una unión y, por lo tanto, una soldadura.

Una explicación más sencilla de este proceso tan impresionante es que, si se ponen dos superficies juntas, las dos anatómicamente limpias y planas a escala atómica, se crea una unión igual a la del material matriz.

Las primeras aplicaciones

Sin embargo, en la práctica, la unión es casi imposible en la mayoría de las condiciones a causa de las irregularidades superficiales, la contaminación orgánica de las superficies, y las películas quimicas como por ejemplo una película de óxido.

Para conseguir una soldadura de máxima eficiencia, se debe reducir al mínimo toda forma de contaminación en tanto que el área de contacto, el área de soldadura, debe ser lo más grande posible.

En las aplicaciones primarias de la soldadura a tope por presión en frío, el recalcado y el desplazamiento radial de los interfaces se obtenían en un paso simple. Esta técnica tenía varias desventajas. Era necesario escuadrar los extremos a juntar, ambas superficies tenían que estar libres de contaminación y la cantidad de material que se proyectan del troquel de agarre era tal que se curvaba y perdía coaxialidad, y por lo tanto se dañaba el flujo correcto de metal.

El principio de recalcado múltiple

La máquina soldadora en frío manual M10 une los alambres finos de entre 0.10mm y 0.50mmLuego se descubrió el sistema de soldadura a tope desarrollado por GEC, que empleaba lo que se llama el "principio de recalcado múltiple". Cuando el material se inserta en el troquel, cada vez que se activa la máquina, el material es agarrado por el troquel y alimentado hacia adelante.

De esta manera, las superficies enteras de las dos caras opuestas, empujadas la una contra la otra, se agrandan y se extienden sobre su entera superficie. El óxido y otras impurezas superficiales son empujadas hacia fuera desde el centro del material, y la unión es efectiva. Se recomienda un mínimo de cuatro recalcados para asegurar que todas las impurezas son expulsadas de las interfaces.

Las ventajas de este tipo de soldadura son muy evidentes en la práctica. No es necesario preparar los extremos del alambre o alambrón antes de soldar, y la alineación de los dos extremos es automática al colocar el material en la hilera. No hay necesidad de ajustar la temperatura, y no debe dejarse espacio en el troquel, y no se debe preestablecerse ninguna presión de resorte. Si algunode estos puntos es incorrectamente establecido en una soldadura a tope de resistencia, se producirá un fallo de la soldadura.

Metales adecuados

Una sección transversal de una zona soldada con un alambron de cobre de diámetro 8mm unida a otro de aluminio de diámetro 9.5mmLa soldadura por presión en frío se limita a materiales no ferrosos o, en el mejor de los casos, hierro dulce sin contenido de carbono. La mayoría de los metales no ferrosos pueden ser soldados en frío, y si bien el cobre y el aluminio son los más comunes, varias aleaciones como Aldrey, Triple E, Constantan, latón 70/30, zinc, plata y aleaciones de plata, níquel, oro y muchas otras también se pueden soldar bien. Los alambres bañados, inclusive el cobre estañado, revestidos de plata o de níquel, todos pueden soldarse entre sí o con el cobre plano.

Todos los métodos usuales de unir metales diferentes como el cobre y el aluminio, denominados soldeos por resistencia, soldadura por fricción, o soldadura al soplete resultaran en una rotura rápida de la unión soldada. Esta reacción en una unión de cobre y aluminio empieza tan pronto los dos metales se ponen juntos.

El problema está creado por los oxides y el espacio de aire que queda entre las interfaces durante estos procedimientos de soldadura más que por la disimilitud entre los metales. Sin embargo, con la soldadura por presión en frío, estos óxidos y estos espacios de aire están eliminados durante el procedimiento de soldadura y, ya que no hay aplicación calor, los cambios que ocurren son únicamente los que operan a temperaturas ambientes.

La soldadura por presión en frío es la manera más eficiente de unir el cobre al aluminio sin formar compuestos frágiles entre los metales. La calidad es excelente porque produce una estructura trabajada en vez de la estructura de colada que se obtiene en la soldadura por fusión. Tampoco hay una zona afectada por el calor, con propiedades inadecuadas.

Para comprobar la fuerza de la unión, se suele usar una probadora de tracción. También se puede realizar un ensayo de doblado al revés. Sin embargo, la prueba más rigurosa consiste en pasar la soldadura por varios troqueles en una trefiladora.

La función de las hileras

Las hileras estándar de PWM se hacen a mano individualmente en juegos completos con las tolerancias más estrictas posiblesLas hileras tienen un papel importante en el proceso de soldadura a tope en frío. En primer lugar, tienen que agarrar el material con firmeza de forma que el interior de la cavidad de estas o bien es grabado con un cuchillo eléctrico o, si la hilera está destinada a soldar piezas grandes de aluminio, se añaden marcas de agarre para agarrar dentro de la cavidad antes del tratamiento térmico.

La separación de las dos superficies caras o narices de la hilera también es de suma importancia. Si está es demasiado grande, el material se tuerce o se colapsa. Esta dimensión está tomada en la fábrica y no se puede cambiar.

Finalmente, hay el offset de las narices de las hileras, que hace que la soldadura parezca alrededor de la circunferencia de soldadura del material. El offset tiene el propósito de romper el destalle en dos partes para facilitar la retirada, sino puede quedar en forma de un anillo alrededor del material y se tendrá que cortar. Las narices de la hilera también tienen que ser bastante agudas para quitar el destalle alrededor de la soldadura, con el mismo propósito de asegurar que se pueda quitar el destalle entero sin problemas.

La dureza y el templado de la hilera también son muy importantes. En los inicios de la soldadura en frío, las hileras se rompían muy a menudo, y los problemas en contener las fuerzas necesarias dentro de una hilera de estas dimensiones perduraron mucho tiempo después de la invención de una máquina concebida para soldar los alambres y alambrones de cobre de 8mm.

Desde hace más de 30 años PWM viene produciendo hileras de tolerancias extremadamente estrictas y de estándares notablemente elevados. La mejora de la tecnología del alambre va acompañada de la demanda de la precisión. El programa de investigación y desarrollo continuo de PWM le permite producir hileras capaces de unir alambre extremadamente fino. PWM fue la primera compañía fuera de los EEUU que desarrolló una hilera capaz de soldar alambres de hasta 0.08mm de diámetro.

Las hileras de PWM están hechas a mano individualmente por técnicos especializados. Se fabrican en juegos completos con las tolerancias más estrictas posibles.

Las hileras estándar de PWM actualmente se fabrican para alambres de dimensiones de entre 0.08 y 6.50mm. También se puede fabricar hileras para alambron y alambres redondos o perfilados según las especificaciones del cliente.

PWM puede también hacer las hileras (PWM) para diversos perfiles a condición que el perfil permita que la hilera se fabrique en dos mitades - necesario para quitar el alambre soldado - y que la zona transversal quede dentro de la capacidad de la máquina.

Además se pueden unir alambres de dimensiones diferentes. En general, un diámetro no debe superar al de otro por más de 30%. Si el diámetro del cobre es mucho más pequeño que el del aluminio, el cobre se incrusta en el aluminio y la soldadura es no es posible.

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