BRAZING EN ALEACIONES DE COBRE

1. Cobre y sus aleaciones

Cobre metálico y sus aleaciones son seleccionados para usos específicos debido a su amplio rango de propiedades. Entre las propiedades destacan una excelente resistencia a la corrosión y formabilidad. El proceso de unión mediante brazing es llevado a cabo en varias aleaciones de cobre, teniendo en consideración las respectivas precauciones de cada caso. Las propiedades que pueden ser modificadas durante el proceso corresponden a conductividad térmica y eléctrica, dependiendo ambas de la composición.

Se hace imperante tomar precauciones en el proceso de unión mediante brazing en estas aleaciones, pudiendo generar problemas tales como fractura, distorsión y un perfil de dureza inaceptable (ablandamiento) en la zona afectada térmicamente (ZAT). Estas modificaciones en las propiedades podrían ser mitigadas mediante la toma en conocimiento de los factores que las generan, obteniendo una predicción de las posibles propiedades finales una vez finalizado el proceso.

El ablandamiento producido en el metal base se debe en gran medida a que la mayoría de las aleaciones a base de cobre modifican sus propiedades a bajas temperaturas de aporte calórico y/o trabajo en frio. Los esfuerzos residuales provenientes desde trabajo en frio, fundición o maquinado pueden causar fractura en algunas aleaciones de cobre durante el proceso de unión. A la vez el calentamiento y enfriamiento propios del proceso de union pueden inducir un esfuerzo adicional en el metal.

Es importante mantener un aporte calórico uniforme y controlado, especialmente en latones, bronces de fósforo trabajado en frío y bronces de silicio trabajada en frío, ya que son susceptibles a fractura en la ZAT.

1. Metal Base

• Cobres con contenido de oxigeno: Este grupo contiene a cobre refinado a fuego y  electrolítico. El cobre refinado a fuego contiene muy pequeños porcentajes de impurezas, como a la vez un 0,02-0,05% de oxígeno en forma de cobre oxidado, el cual forma parte del eutéctico cobre-cobre oxidado. este metal es susceptible a fragilizarían en el proceso debido al aporte de hidrogeno proveniente del medio. El hidrogeno al ser intersticial, difunde a través del metal y reacciona con el oxígeno, generando porosidades de vapor de agua.

• Cobres desoxidado y libre de oxigeno: Este grupo incluye a los cobres desoxidados con fosforo (DPL-alta conductividad- y DHP-baja conductividad-), los cuales contienen alrededor de un 0,01-0,04% de fosforo. La característica principal de estos cobres desoxidados con fosforo es que son monofásicos, con lo cual no tienen óxidos, permitiéndoles tener una buena soldabilidad, pero a la vez una mala conductividad eléctrica por presencia de fosforo.

• Cobres especiales: Este grupo incluye aleaciones que ofrecen alta conductividad eléctrica junto con alta maquinabilidad. Plomo y teluro forma inclusiones metálicas blandas, reduciendo la ductilidad y con ello aumentando maquinabilidad. Estos cobres altamente maquinables pueden ser suplidos con una matriz de cobre libre de oxígeno para prevenir la fragilidad o  porosidad producto de gases cuando son sometidos a brazing.

• Cobres altos: Este grupo contiene aleaciones de cobre con bajo contenido de elementos aleantes, los cuales incrementan las propiedades mecánicas. Cobre-Berilio presenta una fase alfa precipitada frente a un tratamiento térmico, el cual consiste en una solubilización hasta el campo alfa, temple y finalmente un tratamiento para producir una precipitación secuencial.  En estado templado esta aleación Cobre-Berilio es blanda y dúctil, conservando la conductividad en la etapa de precipitación secuencial. Las aleaciones Cobre-Cromo poseen una alta conductividad, siendo endurecible por medio de un tratamiento térmico, generando el endurecimiento con un 0,6-0,8% de Cromo. Esta alta dureza obtenida es conservada a altas temperaturas, junto con la conducción, lo cual le permite formar parte de equipos de soldadura.

• Latón: Estas aleaciones posee diferente comportamiento debido a ser monofásicos y bifásicos. Son divididos en tres clasificaciones, latones bajos (20% de Zn), altos latones (mayor a 20% de Zn) y latones aleados. Los latones expuestos a elevadas temperaturas son susceptibles a fractura.

• Bronces: Mediante el proceso de fundición un 0,03-0,5% de fosforo es agregado como agente desoxidante y puede ser encontrado como residuo en aleaciones. Los bronces poseen un moderado esfuerzo de fluencia, dependiendo del contenido de estaño y grado de trabajo en frio. En condiciones de esfuerzos aplicados, los bronces están sujetos a fractura durante brazing.

1. Metal de aporte

Para procesos de brazing comprendidos entre temperaturas de 620° a 870° C es empleado metal de aporte a base de plata.  En cambio para procesos de brazing comprendidos entre 704° a 826° C el metal de aporte corresponde a base de cobre-fosforo. RBCuZn, BcuP, Bau y Bag son las denominaciones para los materiales de aporte utilizados en brazing para cobre y aleaciones de cobre, siendo previstas para temperaturas comprendidas bajo la temperatura de fusión del metal base.

Metal de aporte Bcu puede ser usado en brazing de aleaciones Cobre-Níquel, pero debido a su alta temperatura de líquidus no puede ser utilizado como material de aporte en otros metales base de cobre. Metal de aporte RBCuZn  puede ser usado en brazing de cobre y aleaciones Cobre-Níquel, Cobre-Silicio y Cobre-Estaño. La temperatura de liquidus de estos metales base es demasiado alta para realizar brazing a latones y aleaciones Nickel-Plata. Metal de aporte BcuP es usado para la mayoría de los metales base de cobre, teniendo gran importancia en las cañerías a base de Latón. Metal de aporte a base de Bag es usado en todos los metales base de cobre. BAu es primordial en aplicaciones electrónicas cuando bajas presiones de vapor del metal de aporte con necesarias.

La resistencia a la corrosión es un factor importante en la selección de metal de aporte para brazing, ya que el metal base de cobre ha sido seleccionado para cumplir con este requerimiento esencial. En muchos casos con aleaciones Cobre-Níquel, Cobre-Silicio y Cobre-Estaño como metal base, el metal de aporte a base de RBCuZn no posee la adecuada resistencia a l corrosión. Por ejemplo no es recomendable el uso de BcuP como metal de aporte para servicios en sistemas de agua a altas temperatura o atmosferas sulfurosas. Otro factor importante en la selección del metal de aporte es la temperatura de servicio a la que estará expuesto.

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