Desafíos en soldaduras y uniones diferentes

Tipos de unión disímil

La soldadura y unión disímiles se define cuando los dos materiales a unir son de diferente naturaleza, sus propiedades químicas y físicas no son las mismas. Estas articulaciones se pueden dividir en tres categorías diferentes que describen los diferentes grados de complejidad presentes en las articulaciones:


1. Unión de metales diferentes metalúrgicamente compatibles – Tipo I
2. Unión de metales diferentes metalúrgicamente incompatibles – Tipo II
3. Unión de materiales diferentes – Tipo III.


Estos diferentes tipos de uniones diferentes se describen a continuación;

Tipo 1: unión de metales diferentes metalúrgicamente compatibles

La unión de tipo I se caracteriza por unir metales que son iguales, pero la estructura cristalográfica es diferente o en la que el componente principal del metal es común pero los elementos de aleación son diferentes (por ejemplo, unión de diferentes aleaciones de Al). Alternativamente, el Tipo I también puede ser la unión de dos metales diferentes que son metalúrgicamente compatibles, no hacen ninguna fase IMC en condiciones de equilibrio. Estos metales compatibles con la metalurgia se pueden dividir en dos categorías más, sistemas solubles e insolubles. La plata y el oro son un ejemplo de una combinación metálica diferente soluble de tipo 1 (Figura siguiente).

Archivo: Ag-Au-phase-diagram-greek.svg - Wikimedia Commons
Diagrama de fase Ag (plata) – Au (oro)

El diagrama de fase Ag-Au anterior muestra qué fases están presentes en condiciones de equilibrio para cualquier concentración de los dos metales, el sistema Ag-Au no forma fases intermedias quebradizas en condiciones de equilibrio para ningún porcentaje en peso y también forma soluciones sólidas en todos rangos de autodiluciones. Esto sucede cuando dos metales están muy cerca en la tabla periódica y su estructura cristalina es similar. Tanto Ag como Au tienen una estructura cristalina cúbica centrada en la cara y ambos elementos se colocan en la undécima columna de la tabla periódica.
El hierro y el cobre es un ejemplo de un sistema que es tipo I, pero es insoluble, estos metales no forman fases intermedias, pero no presentan una solución sólida en rangos generales de auto-diluciones. Tienen dos pequeñas regiones de solución sólida y muestran una gran región donde las dos fases coexisten con propiedades similares, como se puede observar en el diagrama de fase en la Figura siguiente.

Microestructura de solidificación Evolución de fundición de aleación de Fe de Cu-15% en peso subenfriada

Las combinaciones metálicas diferentes mencionadas anteriormente no muestran la presencia de fases intermedias frágiles. Sin embargo, como las propiedades térmicas y físicas de los metales participantes son diferentes, el agrietamiento en frío, la
corrosión galvánica y otras incompatibilidades pueden originarse en una junta creada por sistemas tan diferentes.

Tipo 2 – Unión de metales diferentes metalúrgicamente incompatibles

La unión de metales diferentes de Tipo II corresponde a la unión de dos metales que son metalúrgicamente incompatibles y, por lo tanto, forman varias fases intermedias en una amplia gama de proporciones de composición. Ejemplos de unión de Tipo II son Fe con Al, Fe con Ti, Al con Ti, etc. La incompatibilidad metalúrgica entre estos metales se puede verificar mediante las fases intermedias presentes en sus correspondientes diagramas de fase (Figura siguiente).

El diagrama de fase de equilibrio de Al-Ti.  |  Descargar diagrama científico

De la Figura anterior es posible identificar cuatro fases intermedias a temperatura ambiente (Ti3Al, TiAl, TiAl2 y TiAl3) que se forman en condiciones de equilibrio entre Ti y Al. El principal problema con las fases intermedias formadas es la naturaleza frágil de estos compuestos. Esta naturaleza frágil provoca una reducción de las propiedades mecánicas y mejora la formación de grietas dentro de estas juntas. Los diagramas de fase se determinan en condiciones de equilibrio, sin embargo, los procesos de soldadura son transitorios. Esto permite la formación de fases IM diferentes a las que se muestran en el diagrama de fases. Además de la formación de la fase intermedia o intermetálica, las mismas propiedades físicas y térmicas diferentes identificadas para la unión diferente de tipo 1 también se aplican a este tipo de unión diferente.

Tipo 3 – Unión de material diferente

Este tipo de soldadura diferente no se limita a los sistemas metálicos, por lo que las técnicas de soldadura fuerte son menos aplicables. Este tipo de unión es necesaria cuando se intenta unir materiales diferentes, por ejemplo, material compuesto a un metal (polímero reforzado con fibra de carbono a Ti), vidrio a metal, plástico a metal, etc.

Para evitar las extremas disimilitudes que presenta este tipo de unión, se suelen evitar los procesos de soldadura por fusión y se ha utilizado la unión mecánica con remaches y pernos, pero el peso añadido puede ser una desventaja. También se utilizaron colas, pero también existen limitaciones en su aplicabilidad para temperaturas de trabajo más altas.