Placa fría mecanizada soldada mediante FSW:

la respuesta a los retos de la gestión térmica

Hoy en día, muchos sectores de actividad buscan una gestión térmica impecable. Este es el caso del sector aeronáutico, espacial, militar, eólico, solar y muchos otros. Su solución para una gestión térmica óptima: las placas frías mecanizadas. El reto es integrar estas placas frías en sus dispositivos reduciendo el peso total. Nuestra solución: placas frías de aluminio mecanizadas y soldadas mediante FSW.

Para saber cómo optimizar la soldadura de su placa fría mecanizada, ¡siga la guía!

¿Qué placas de frío para qué sectores?

Existen varias familias de placas frías:

• Placas frías en fundición de aluminio: refrigeración por aire.
• Placas frías para e-movilidad (fundición a presión): canalización del agua mediante la soldadura de una tapa en la pieza.
• Placas frías mecanizadas: piezas mecanizadas para la refrigeración de dispositivos electrónicos.

Placa fría mecanizada en aluminio

Estas placas frías no cuentan con el mismo número de piezas por lote. Así, las placas frías dedicadas a la e-movilidad se producen en series más grandes, mientras que las placas frías mecanizadas, dedicadas a sectores como la aeronáutica, la defensa o la energía eólica, se producen en series más pequeñas (de unas 50 piezas).

Las placas frías mecanizadas se utilizan en diversos sectores de actividad. Los principales sectores son el ferrocarril, la energía eólica y solar, el espacio, la aeronáutica, los centros de datos y el sector de la defensa: sectores en los que la cuestión de la gestión térmica es esencial.

Placas de frío mecanizadas: El reto de la gestión térmica

En el 90% de los sistemas de energía, las placas frías son necesarias para gestionar la temperatura de los dispositivos. La gestión térmica de los equipos se enfrenta a varios retos:

• Reducción del tamaño de las piezas: permite una mejor integración de los componentes en el sistema.
• Reducción de la masa de las piezas: reducir el peso de las piezas favoreciendo un material ligero como el aluminio.
• Gestión de costes e integración.
• Aumento de la densidad del flujo de calor.
• Gestión de la tensión termomecánica: de forma que no haya que lidiar con las deformaciones.
• Calidad, seguridad y almacenamiento del refrigerante.
• Aumento de la demanda de soluciones personalizadas y específicas para el cliente.

En la industria aeroespacial y de defensa, las placas frías mecanizadas se utilizan para refrigerar sistemas empotrados (ingrávidos y compactos) como radares o electrónica de control y potencia. Estas placas frías mecanizadas son muy específicas: tienen un ciclo transitorio, es decir, se utilizan tanto para enfriar como para calentar las piezas.

El reto: una producción de bajo volumen debido al tipo de mercado, muy restrictivo y sujeto a la normativa nacional.

Así, el mercado de las placas frías mecanizadas ha crecido rápidamente en la última década, sobre todo en los sectores de la electrónica de potencia, el láser, los equipos médicos y la automoción, como se puede ver en el siguiente gráfico.

En 2020, el número de placas frías mecanizadas soldadas mediante la tecnología de la soldadura por fricción-agitación fue de 250.000 unidades, es decir, el 13% del mercado.

Crecimiento del mercado de las placas frías mecanizadas soldadas mediante FSW

Fuente: Temisth

¿Por qué elegir el aluminio para las placas frías mecanizadas?

Placa fría de aluminio mecanizada soldada mediante FSW

¿Cómo soldar una placa fría de aluminio mecanizada?

Como ya se ha dicho, el aluminio es un material de baja densidad, buena resistencia a la corrosión y alta conductividad térmica y eléctrica. Sin embargo, debido a sus propiedades específicas, la soldadura del aluminio puede ser más complicada. Debido a su alta conductividad térmica, se requieren altas energías de soldadura. Otros puntos a tener en cuenta son la tendencia del aluminio a deformarse durante la soldadura y los posibles defectos (agrietamiento, soplado, alteración de las propiedades mecánicas, degradación del material).

Hay varias opciones para soldar placas frías de aluminio: soldadura al vacío, soldadura por haz de electrones o soldadura por fricción-agitación. Para saber cuál es el mejor proceso para soldar placas frías mecanizadas debemos tener en cuenta el coste de funcionamiento -coste de la inversión y coste de la cubierta-, así como el coste del control de calidad.

Coste de funcionamiento de una operación de soldadura de placa fría mecanizada

El coste de explotación incluye el coste de inversión en términos de la máquina y el coste de la cubierta. Estos costes varían en función de la técnica de soldadura utilizada:

Costes de explotación: inversión en la máquina y coste del capó. Fuente: Stirweld – placas frías y FSW

La diferencia en el coste de la cubierta entre la soldadura al vacío y la FSW y la soldadura EBW se debe a que en la EBW el diseño de la cubierta tiene que ser extremadamente preciso, lo que conlleva costes adicionales.

Coste del control de calidad de una operación de soldadura de placa fría mecanizada

Al igual que el coste de explotación, el coste del control de calidad dependerá de la técnica de montaje utilizada:

Coste del control de calidad. Fuente: Stirweld – placas frías y FSW

Después de este análisis de las diferentes técnicas de unión -soldadura al vacío, EBW, FSW- podemos ver que la FSW tiene una ventaja real tanto en términos de coste operativo como de coste de control de calidad. Pero el FSW no sólo es rentable. Veremos que también tiene muchas otras ventajas, sobre todo en cuanto a la calidad y el rendimiento mecánico de la pieza.

¿Busca una solución para soldar sus placas frías de aluminio mecanizadas? La técnica de soldadura recomendada es el FSW

La soldadura de una placa en frío mecanizada mediante FSW tiene varias ventajas:

• Menor coste: sustitución de la soldadura por haz de electrones (EBW) o la soldadura al vacío,
• Mayor resistencia: hasta 300 bar,
• Sellado perfecto: no hay porosidad,
• Excelente conductividad térmica (unión metalúrgica),
• Mucho más fácil de usar que la soldadura EBW o la soldadura al vacío.

Para que la soldadura sea eficaz y eficiente, hay que tener en cuenta varios puntos:

• El grosor y la anchura de la cubierta,
• La definición del paso de la herramienta,
• La definición de la zona muerta: la zona de salida de la herramienta que debe estar fuera del canal de refrigeración,
• Sujeción de la pieza: para ello, lea nuestro artículo «La importancia de las plantillas de sujeción«. Nuestro consejo: utilice el método de punteado antes de proceder a la soldadura, lo que le permitirá evitar cualquier movimiento no deseado de la cubierta.

Para saber más sobre los parámetros de soldadura FSW, lea nuestro artículo «4 elementos esenciales para una soldadura FSW de alta calidad«.

Paso final: calificación de su soldadura FSW

Una vez soldada la placa fría mecanizada, es esencial calificarla. La norma a seguir es la ISO 25239.

Proceso de calificación de la soldadura FSW. Fuente: Estudio industrial FSW

La soldadura por fricción-agitación es la solución para unir sus placas frías de aluminio mecanizadas: un sellado perfecto, una excelente conductividad térmica y un proceso de bajo coste. Para ayudarle a ir más allá en su proceso, nuestros expertos en FSW le apoyarán. Cálculos mecánicos, resistencia a la fatiga de los materiales, recomendaciones sobre el grosor y la anchura de la cubierta, sobre la herramienta a utilizar… Nada se les resiste, así que no dude en ponerse en contacto con nosotros. Estaremos ahí para responder a sus preguntas