Rendimiento térmico: por qué la FSW cambia las reglas del juego en la industria
En todos los sistemas electrónicos o mecánicos expuestos a cargas térmicas importantes, la capacidad de disipar el calor rápidamente es una cuestión crítica. Y cuando se trata de diseñar componentes eficientes, sellados y duraderos, la forma en que se unen los materiales marca la diferencia.
Aquí es donde destaca la soldadura por fricción-agitación (FSW). Mucho más que un simple proceso de soldadura, la FSW es ahora una tecnología de unión térmica de alto rendimiento.
FSW: un proceso de unión en estado sólido
La soldadura por fricción-agitación (FSW) es un proceso de soldadura en estado sólido, lo que significa que los materiales nunca se funden durante el ensamblaje.
Una herramienta giratoria se desliza contra las piezas a unir, generando calor localizado suficiente para ablandar el metal sin fundirlo. A continuación, el pasador de la herramienta agita el material reblandecido para crear una unión metalúrgica continua entre las piezas.
El resultado:
Y esta continuidad es la clave para una conducción óptima del calor.
Soldadura y transferencia térmica: lo que hay que saber
La transferencia eficiente del calor se basa en un principio sencillo: el calor fluye mejor a través de un material homogéneo que a través de materiales diferentes. En otras palabras, cada interfaz (discontinuidad del material, espacio de aire, pasta térmica, soldadura o tornillo) provoca una disminución del rendimiento.
En un ensamblaje atornillado, por ejemplo, la interfaz entre las dos piezas se rellena con pasta térmica. Incluso con las mejores pastas, la conductividad térmica sigue siendo muy inferior a la del metal sólido.
La única forma de optimizar el flujo de calor es eliminar por completo esa interfaz.
Eso es exactamente lo que permite la soldadura FSW.
¿Cómo mejora el FSW el rendimiento térmico?
Conducción perfecta del calor
La FSW crea una unión metalúrgica continua. En lugar de dos piezas en contacto, se obtiene una única pieza homogénea a través de la cual el calor puede fluir libremente.
Esto es lo que la diferencia fundamentalmente del atornillado o incluso de la soldadura fuerte (donde el metal de aportación actúa como un tercer conductor, a menudo menos eficaz).
Soldadura de aleaciones de aluminio altamente conductoras
La soldadura FSW abre la puerta a las aleaciones de aluminio altamente conductoras (serie 1xxx). Con una conductividad térmica superior a 220 W/m.K, son ideales para la disipación del calor, pero casi imposibles de soldar mediante técnicas basadas en la fusión.
Con FSW, puede soldar una cubierta 1050 a una base 6061, combinando rendimiento térmico y resistencia mecánica. Es la única tecnología actual que lo hace posible, sin metal de aportación y sin compromisos.
Aluminio y cobre: una unión térmica de alto rendimiento, por fin posible
El cobre tiene incluso mejor conductividad térmica que el aluminio. La FSW permite soldar aluminio con cobre, algo que antes era muy difícil de conseguir sin introducir defectos o corrosión.
Esto permite reforzar las zonas térmicas críticas con cobre y utilizar aluminio para el resto de la pieza, lo que supone una importante ganancia de peso y coste.
Estos conjuntos híbridos requieren una gestión cuidadosa de los riesgos de corrosión galvánica. Stirweld apoya a sus clientes con orientación en el diseño de la pieza desde los primeros pasos.
Aplicaciones en sectores industriales exigentes
Placas frías soldadas mediante FSW
Entre todas las aplicaciones de FSW, las placas frías son quizá las más emblemáticas. El proceso satisface los exigentes requisitos de este tipo de componente: térmicos, mecánicos e industriales.
Con la soldadura por fricción-agitación, obtendrá:
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Piezas de aluminio fundido
Con el aumento del aluminio fundido en sectores como la automoción (por ejemplo, en disipadores de calor), se necesitan nuevas soluciones de soldadura. La FSW permite soldar aluminio fundido sin comprometer la integridad mecánica.
Diseño FSW: reglas clave para el rendimiento térmico
Para beneficiarse plenamente de las ventajas de la FSW (estanqueidad, resistencia, eficacia térmica), deben seguirse unas normas de diseño específicas para la soldadura de placas frías.
Espaciado entre canales de refrigeración
Los canales internos que transportan el refrigerante deben estar lo suficientemente separados como para garantizar una soldadura fiable entre ellos.
Cuanto más cerca estén las soldaduras, más fino será el material residual entre canales, lo que aumenta el riesgo de distorsión de la pared durante la FSW.
La separación mínima depende de la profundidad de soldadura y del diámetro de la herramienta, y debe tenerse en cuenta al principio de la fase de diseño.
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Escalón de apoyo bajo la cubierta de la placa fría
Para soportar la fuerza vertical aplicada por la herramienta FSW durante la soldadura, debe añadirse una zona de apoyo (o “escalón”) debajo de la cubierta.
Su anchura mínima depende de la profundidad de soldadura y del diámetro de la herramienta, pero es esencial para garantizar la estabilidad de la unión y evitar distorsiones locales.
En resumen: lo que la soldadura FSW aporta a su rendimiento térmico
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