Baja aportación de calor baja para uniones estables

La unión térmica de diferentes materiales, como el acero y el aluminio, es fundamental en la construcción automotriz ligera. Sin embargo, este proceso es particularmente desafiante, debido a las diferentes propiedades físicas y químicas de los materiales. Es difícil lograr resultados sólidos y de alta calidad y las posibilidades para continuar trabajando con partes semiacabadas están restringidas. La solución para esto es el proceso de soldadura con aportación de calor reducida, Cold Metal Transfer (CMT), desarrollado por Fronius. El bajo nivel de formación de proyecciones junto a un arco voltaico constante y extremadamente estable ofrece resultados de soldadura óptimos. El proveedor internacional de la industria automotriz Magna Steyr ha adoptado CMT y desarrollado una tecnología que no sólo hace posible fabricar piezas de carrocería de manera mucho más rentable, sino que también permite que se logren ahorros en el peso.

Los fabricantes de carrocerías en la industria del automóvil dependen cada vez más de una combinación de materiales, ya que el peso de los vehículos puede reducirse de manera considerable al usar materiales como el aluminio o plásticos de fibra reforzada, lo cual tiene un efecto positivo en el rendimiento y el consumo de combustible. También sería difícil cumplir con las cada vez más estrictas regulaciones de las emisiones sin estos avances en construcción ligera. Por lo tanto, los vehículos modernos tienden a tener una ingeniosa mezcla de materiales hasta en el último detalle; cada pieza individual está diseñada para que sea tan ligera como sea posible, pero que siga ofreciendo una funcionalidad óptima. Sin embargo, unir estos materiales, con sus diversas propiedades, no resulta fácil.

El acero y el aluminio son los materiales que se combinan con más frecuencia en la construcción ligera automotriz. Para reducir los costes, los fabricantes sueldan componentes de brida hechos de aluminio en chapas de acero galvanizado, para que puedan unirse usando un proceso de soldadura de punto convencional y rentable en la línea de producción de la carrocería. Sin embargo, las diferentes características físicas y químicas de estos dos materiales, como su elongación térmica, conducción de calor y resistencia a la corrosión, deben tenerse en cuenta, puesto que tienen efectos negativos en la calidad y la fuerza de la unión soldada. La elasticidad en los procesos de producción posteriores también es muy limitada.

La razón para esta elasticidad limitada nace de la fase intermetálica, la cual se forma en donde dos materiales se tocan y se fusionan cuando son soldados. Esta capa es frágil y susceptible de grietas y erosiones, lo que perjudica la estabilidad de la unión. Magna Steyr se interesó en solucionar este problema. La compañía, que tiene sus oficinas centrales en Graz, Austria, desarrolla y fabrica componentes individuales y vehículos completos, y usa métodos de construcción ligera para las carrocerías de sus vehículos. Para reducir los costes de producción en piezas de soldaduras de acero con aluminio, Magna Steyr examinó el proceso de unión con gran detalle y llegó a la conclusión de que la temperatura tiene una influencia crítica en la calidad del cordón de soldadura.

La aportación de calor durante la soldadura tiene un papel significativo para determinar el grosor de la fase intermetálica. En las pruebas realizadas por los ingenieros, Magna Steyr descubrió que esto no debe exceder diez micrometros para garantizar que la unión sea estable. Para lograr esto, los expertos tuvieron que controlar la progresión de la temperatura de manera óptima, manteniéndola por encima de la temperatura de fusión del aluminio, pero debajo de la temperatura de vaporización de la capa de zinc aplicada a las chapas de acero. En la mayoría de los procesos de soldadura de arco voltaico esto no es posible, pero Magna Steyr finalmente encontró la solución que necesitaban con Cold Metal Transfer (CMT), el proceso de soldadura ‘frío’ desarrollado por Fronius.

El proceso de soldadura CMT reduce significativamente la aportación de calor en comparación con otros procesos de soldadura MIG/MAG. El secreto está en la regulación digital del proceso, la cual detecta automáticamente los cortocircuitos y posteriormente ayuda a desprender la gota con la retracción del hilo: durante la soldadura, el hilo se mueve hacia adelante y luego hacia atrás, tan pronto como se da el cortocircuito. Como resultado, la fase de ignición del arco voltaico es muy corta y la aportación de calor se reduce. Usando este proceso, la entrada de energía también puede adaptarse continuamente para adecuarse al componente a soldar. Los usuarios se benefician de una transferencia de material sin proyecciones y de resultados de soldadura óptimos. CMT es, por lo tanto, ideal para soldar uniones de acero usando CO₂ y otros gases protectores. También está diseñado para realizar uniones de acero y aluminio, ya que el material base del acero únicamente es humedecido por esta fuerte soldadura y no se derrite. CMT cumple perfectamente con las exigencias de la industria del automóvil.

Con la ayuda del proceso CMT y optimizando el hilo de soldadura, Magna Steyr ha desarrollado una tecnología para unir el acero y el aluminio de manera eficiente y fiable. Poder definir los parámetros de soldadura con precisión mantiene la fase intermetálica en menos de diez micrometros. Las propiedades mecánicas de la unión cumplen con todos los requisitos necesarios. En comparación con los procesos convencionales, CMT también tiene la ventaja de que la soldadura ya no tiene que hacerse en ambos lados, sino que ahora sólo es necesario hacerla en un lado, lo cual reduce los costes y la carga de trabajo. Los procesos adicionales y costosos como el remachado ya son cosas del pasado, incrementándose así la rentabilidad.

Magna Steyr ganó el premio Automotive Innovations 2017 del Center of Automotive Management (CAM) y PricewaterhouseCoopers (PwC) Germany por su innovadora tecnología de unión. Magna recibió el reconocimiento como el proveedor de la industria del automóvil más innovador (Most Innovative Automotive Supplier) al fascinar al jurado en la categoría de chasis, carrocería y exterior.