PLACAS FRÍAS Y FSW

Gestión térmica

¿Qué es un placa fría?

Una placa fría es un dispositivo diseñado para enfriar equipos electrónicos. Consta de una carcasa en la que se ha mecanizado un canal para que pase el líquido refrigerante (por ejemplo, agua), y también de una tapa que cubre dicho canal. Esta tapa está soldada a la carcasa mediante fricción-agitación.

Estas placas frías suelen ser de aluminio, pero también pueden ser de cobre. La ventaja de estos dos materiales es su alta conductividad térmica.

Caja de la placa fría

Cubierta de placa fría

Carcasa y tapa de la placa fría

Placa fría líquida soldada por FSW

Tipos de placas frías líquidas

Placa fría líquida grande

Tamaño: 400 x 400 x 20 mm

Aleación de aluminio: 6061 T6

Canal de refrigeración por agua complejo

Placa fría líquida grande soldada por FSW

Placa fría líquida fina

Espesor total: 3mm

Proceso de soldadura: soldadura solapada de 3 chapas de aluminio de 1 mm en un solo paso.

Resistencia a la presión: 9 bares

Placa fría líquida estándar

A partir del bloque de aluminio, obtenemos una pieza de gestión térmica estanca lista para usar.

Placa fría líquida de cobre

La tecnología FSW puede soldar aluminio o cobre (Al con Cu también es posible).

Placas frías y gestión térmica

Las placas frías son necesarias para soluciones personalizadas en industrias en las que predominan las series pequeñas y en las que es esencial una perfecta gestión térmica de los equipos: ferrocarril, energía eólica, solar, espacial, aeronáutica, centros de datos, militar.

Los retos de la gestión térmica

Reducción de costes y masa

Se requiere una mejor integración de los componentes, una mayor densidad del flujo térmico (W/m²) y el uso de materiales ligeros (como el aluminio).

Restricciones termomecánicas

La planicidad de la placa fría debe ser muy baja para garantizar un contacto perfecto con el equipo electrónico.

Reducir la pérdida de presión

La caída de presión tiene un impacto directo en la eficiencia energética de los sistemas (consumo de las bombas).

Calidad, seguridad y almacenamiento del refrigerante

La alta compatibilidad entre los materiales y el refrigerante es esencial.

Placa fría mecanizada soldada mediante FSW: la respuesta a los retos de la gestión térmica

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Una técnica de soldadura con muchas ventajas para la soldadura de placas frías :

Soldadura por fricción-agitación de una placa fría mecanizada

Bajo coste

Sustitución de la soldadura al vacío o de la soldadura por haz de electrones (EBW).

Mayor resistencia a la presión

Hasta 300 bar.

Perfectamente impermeable

No hay porosidad.

Excelente conductividad térmica

Junta metalúrgica.

Facilidad de uso

En comparación con la soldadura al vacío o el EBW.

Comparación de las técnicas de soldadura de una placa fría mecanizada

Comparación de la soldadura de placas en frío

Ventajas de la tecnología FSW frente a otras técnicas existentes de fabricación de placas frías

FSW VS. TUBERÍA DE COBRE

La soldadura entre el tubo y los conectores finales no es necesaria utilizando FSW. Los conectores finales se mecanizan directamente en la carcasa.

dipped liquid cold plate vs. fsw liquid cold plate

copper tuber liquid cold plate vs. fsw liquid cold plate

El recubrimiento de epoxi + la operación de prensado para el secado de epoxi no son necesarios utilizando FSW.

FSW VS. TALADRADO PROFUNDO

No permite mucha libertad de diseño en cuanto a la superficie de refrigeración: los circuitos para el líquido son sólo líneas rectas.

En el caso de las placas frías de más de 500 mm, el taladrado profundo resulta muy complicado.

Las juntas son zonas muy sensibles a las fugas.

¿Quiere saber más sobre la comparación de los métodos de fabricación?

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Coste de las placas frías soldadas mediante FSW

La FSW es la técnica más económica en términos de coste operativo (inversión de la máquina y suministro de la cubierta). Gracias al cabezal de soldadura FSW Stirweld, el coste de inversión de la máquina de soldadura se reduce considerablemente. Además, en el caso de la soldadura FSW, no necesita ser extremadamente preciso. Esto significa que se fabricará mediante corte por láser, lo que reduce considerablemente el coste en comparación con las cubiertas mecanizadas (utilizadas para la soldadura EBW).

Otra reducción de costes con el FSW es el coste del control de calidad. En el caso de la soldadura por fricción, este coste es mínimo porque :

No hay riesgo de adherencia ni de colapso del canal (los principales defectos de la soldadura al vacío),
Es un proceso de soldadura en estado sólido: no hay porosidad (principales defectos de la soldadura por haz de electrones),
No hay riesgo de fugas de refrigerante en servicio debido a la posible propagación de grietas por la presión de fatiga cíclica.

2 razones esenciales nos llevaron a elegir la soldadura por fricción-agitacion. En primer lugar, nos permite asegurar las operaciones de ensamblaje entre la carcasa y la cubierta, que constituyen el disipador de calor. Por otro lado, queríamos utilizar una tecnología más sencilla y hacer la operación más fiable.

La tecnología FSW Stirweld no sólo permite simplificar el proceso industrial, sino que también es más segura y puede suponer una importante reducción de costes.

X.A. - Desarrollo de Proveedores

Grupo francés de electrónica especializado en el sector aeroespacial, la defensa, la seguridad y el transporte terrestre.

Testimonio en vídeo:

Vídeo sobre las placas frías soldadas mediante FSW

Diseño de una placa fría soldada por fricción-agitación

Diseño de una cubierta de placa fría

Las dimensiones de la cubierta de la placa fría son uno de los parámetros que influyen en la operación de soldadura, pero también en la resistencia mecánica de la placa soldada. Hay dos maneras de aumentar la resistencia a la presión de la pieza: aumentar el grosor de la cubierta o disminuir su anchura.

Parámetros de soldadura FSW

Para una soldadura por fricción-agitación eficaz y de calidad de su placa fría, hay que tener en cuenta varios elementos:

El grosor y la anchura de la cubierta,
La definición de la trayectoria de la herramienta,
La definición de la zona muerta (zona de salida de la herramienta FSW).

Control de calidad de una placa fría soldada por fricción-agitación

PRUEBA DE PRESIÓN

Introducción de agua a presión en el canal de la placa fría para medir la resistencia a la rotura de la cubierta.

PRUEBA DE FUGAS

Esta es la prueba más importante para verificar la calidad de la placa fría soldada.

GESTIÓN TÉRMICA

Caracterización experimental de la resistencia térmica y la pérdida de carga de la placa fría.

PRUEBA VISUAL

Identificar la presencia de un exceso de rebabas o flash (defecto muy común en FSW), comprobar si la fuerza aplicada por el hombro en la superficie de la pieza fue lo suficientemente alta.

Proceso completo de soldadura FSW de una placa fría en vídeo:

Vídeo sobre la soldadura de una pieza de gestión térmica

Diferencias técnicas entre FSW y soldadura al vacío

VENTAJAS Y OBSTÁCULOS DE LA SOLDADURA POR FRICCIÓN-AGITACIÓN: IMPACTO EN EL DISEÑO Y EN EL PROCESO DE FABRICACIÓN

COMPARACIÓN ENTRE FSW Y SOLDADURA AL VACÍO: IMPACTO EN EL COSTE Y LA SEGURIDAD

Experiencia en FSW – Stirweld

Con su equipo de expertos en soldadura por fricción-agitación, Stirweld le acompaña durante todo el proceso de soldadura de placas frías. Puede contar con la oficina de diseño de Stirweld para :

El diseño de su placa fría,
El diseño y la fabricación de su utillaje,
La definición de sus parámetros de soldadura y el control de calidad,
La fabricación de los primeros lotes.

Stirweld hace referencia a la norma ISO 25239 – Friction Stir Welding en todo el proceso industrial: diseño de la junta de soldadura, cualificación del operario de soldadura, especificación y cualificación de los procedimientos de soldadura, inspección y requisitos de calidad.