Liquidus vs. Solidus
En pocas palabras, liquidus es la temperatura más baja a la que una aleación es completamente líquida; solidus es la temperatura más alta a la que una aleación es completamente sólida.
Los metales puros son fluidos, y se funden a una sola temperatura. Por ejemplo, la plata se funde a 961 °C (1761 °F) y el cobre a 1083 °C (1981 °F). Sin embargo, las aleaciones que contienen porcentajes variables de plata y cobre no tendrán una única temperatura de fusión, sino una gama de temperaturas de fusión. Dado que la mayoría de los metales de aportación para soldadura fuerte son aleaciones, tendrá que lidiar con rangos de temperatura de fusión al seleccionar los materiales.
La excepción es una clase de aleaciones llamadas eutécticas. Aunque no son metales puros, tienen un único punto de fusión, porque el punto de fusión, o solidus, y el punto de fluidez, o liquidus, son idénticos. Por ejemplo, el Silvaloy 720/721 de Lucas-Milhaupt se funde y fluye a 780°C (1435°F).
Consideraciones sobre la soldadura fuerte
La figura 1 es un diagrama de fases para el sistema binario plata-cobre. Nótese que, en la composición de 72% de plata y 28% de cobre, las temperaturas de liquidus y solidus son las mismas. Las aleaciones a la izquierda o a la derecha de esta composición eutéctica no cambian directamente de sólido a líquido, sino que pasan por un rango «blando» en el que la aleación es una combinación de sólido y líquido.
Figura 1: Diagrama de equilibrio plata-cobre
La temperatura entre el solidus y el liquidus es el rango de fusión. A medida que la temperatura aumenta desde el estado sólido hacia el estado líquido, la fusión y el flujo aumentan. El flujo lento resultante puede plantear problemas de capilaridad en las uniones de soldadura fuerte.
En los metales de aportación que tienen rangos de fusión amplios, puede producirse cierta separación de las fases sólida y líquida. Esto se denomina licuación: una fusión parcial de los ingredientes inferiores del metal de aportación, que a su vez deja una envoltura del material de mayor fusión, llamada calavera. Véase la figura 2.
Figura 2: Licuación de los metales de aportación AWS BAg-1 y AWS BAg-2. (A) Como resultado del calentamiento lento de AWS BAg-1 en un horno, no se produce la licuefacción con los metales de aportación que tienen un estrecho rango de fusión de 20°F (11°C). (B) Como resultado del calentamiento lento de AWS BAg-2 en un horno, queda una gran calavera debido a la licuación causada por el amplio rango de fusión de 70°F (39°C). (C) Como resultado del calentamiento rápido de la AWS BAg-2, queda una pequeña calavera.
La licuefacción se produce normalmente durante el calentamiento lento a través del rango de fusión de una aleación. La licuefacción puede afectar a la integridad de una unión de soldadura fuerte al provocar potencialmente vacíos o una falta de adherencia a los materiales base. Véase la figura 3.
Figura 3: AWS BCuP-5 utilizado para soldar piezas en un ciclo de calentamiento de horno de dos horas. La unión soldada muestra evidencia de un área rica en Cu (componente de mayor fusión) en la parte superior izquierda, así como un vacío en la parte inferior derecha, probablemente como consecuencia de la licuefacción.
En la soldadura fuerte, el metal base de un componente nunca debe fundirse. Por lo tanto, es importante seleccionar un metal de aportación cuya temperatura de liquidus sea inferior a la temperatura de solidus de los dos metales base que se van a unir. Antes de proceder a la soldadura fuerte, deben tenerse en cuenta otros factores; a continuación se enumeran algunos ejemplos. Soldar un conjunto con una holgura estrecha: El Silvaloy 560 de Lucas-Milhaupt es una aleación sin cadmio que comienza a fundir a 1145°F (620°C) y fluye libremente a 1205°F (650°C). Su rango de fusión es de 60°F (15°C).
2. Soldar un conjunto con una holgura amplia (superior a 0,005″/0,127mm): El Silvaloy 380 de Lucas-Milhaupt comienza a fundirse a 648°C (1200°F) y no está completamente fundido hasta 720°C (1330°F). Las aleaciones con un amplio rango de fusión/fluidez se consideran plásticas y son útiles para condiciones de mal ajuste.
3. «Soldar por etapas» un conjunto: Cuando se suelda en las proximidades de una unión previamente soldada, la segunda soldadura no debe perturbar la primera unión. La solución es utilizar más de un tipo de metal de aportación, un metal de aportación con una temperatura de liquidus más baja para la segunda unión que la utilizada para la primera. Por ejemplo, en un ensamblaje de acero inoxidable que se suelda por etapas, se podría utilizar Silvaloy 630, que funde y fluye entre 1275°F-1475°F (690°C-801°C), para la primera unión y luego Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) para la segunda unión.
4. Ensamblajes que deben ser tratados térmicamente: (Opción 1) tratar térmicamente y luego soldar, seleccionando un metal de aportación cuya temperatura de liquidus sea inferior a la temperatura de tratamiento térmico para que la dureza no se vea afectada negativamente por la soldadura, u (Opción 2) tratar térmicamente y soldar simultáneamente, utilizando un metal de aportación con una temperatura de liquidus casi equivalente a las temperaturas de tratamiento térmico. Debido a la naturaleza compleja de las condiciones de tratamiento térmico de diversos materiales base, póngase en contacto con el Servicio Técnico de Lucas Milhaupt para obtener información detallada sobre su aplicación específica.
CONCLUSIÓN:
El liquidus es la temperatura más baja a la que una aleación es completamente líquida; el solidus es la temperatura más alta a la que una aleación es completamente sólida. Al elegir un metal de aportación para aplicaciones de soldadura fuerte, es importante tener en cuenta el comportamiento de fusión, concretamente la temperatura de liquidus.