Los conjuntos soldados de contacto de plata se basan en soldadura fuerte para unir puntas de contacto de aleación de plata con cobre o sustratos de aleación de cobre. La calidad de la unión de los conjuntos soldados está determinada principalmente por la composición del metal de aportación, el rango de temperatura de fusión y la eliminación del óxido de la superficie durante la soldadura. La selección inadecuada de materiales de soldadura dará lugar a uniones frágiles, mayor resistencia de contacto y fallas tempranas de relés y contactores bajo carga eléctrica cíclica.
La soldadura fuerte es un método de unión metalúrgica permanente para materiales idénticos o diferentes. A diferencia de la soldadura por fusión y la soldadura a presión, la soldadura fuerte opera por debajo del punto de fusión de los metales base. El proceso produce uniones suaves, cambios limitados en la microestructura del sustrato y precisión dimensional controlada de la pieza de trabajo. Esta característica hace que la soldadura fuerte sea adecuada para la unión de precisión de conjuntos de metal-con-metal, ampliamente adoptada en la fabricación de componentes aeroespaciales, nucleares, de instrumentación, electrónicos y eléctricos.
Los materiales para soldadura fuerte consisten en metal de aportación y fundente para soldadura fuerte. El metal de aportación para soldadura fuerte actúa como aleación de relleno para formar la junta. El fundente para soldadura fuerte elimina los óxidos de las superficies del metal base y del metal de aportación y protege los sustratos metálicos durante el calentamiento. Las propiedades del metal de aportación y la interacción interfacial con los metales base dominan el rendimiento final de la junta. Para controlar los costos, las formulaciones de metal de aporte minimizan el consumo de metales preciosos y al mismo tiempo cumplen con los requisitos mecánicos, térmicos y eléctricos.
Los metales de aportación se clasifican según la matriz de aleación. Los grados comunes incluyen metales de aportación con base de estaño-, plata-, cobre-, aluminio-, níquel-, manganeso-y metales preciosos. Según la temperatura de fusión, los metales de aportación se dividen en soldaduras blandas con puntos de fusión inferiores a 450 grados y cargas de soldadura dura superiores a 450 grados. Los rellenos duros para soldadura fuerte se dividen a su vez en grados de alta-temperatura superior a 900 grados y grados de media-temperatura inferior a 900 grados. Los metales de aportación se fabrican en forma de alambres, tiras, anillos, láminas, láminas, polvo y pasta para adaptarse a diferentes procesos de soldadura fuerte. Los metales de aportación en pasta combinan aleaciones en polvo con vehículos que incluyen fundente, disolvente y activadores.
El metal de aportación para soldadura fuerte a base de plata- es la aleación de soldadura dura más utilizada para el ensamblaje de contactos de plata soldada. El metal de aportación a base de plata- presenta un rango de fusión moderado, buena humectabilidad, alta resistencia a la tracción, ductilidad, conductividad térmica, conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión. Puede soldar acero dulce, acero estructural, acero inoxidable, aleaciones de alta-temperatura, aleaciones de cobre, aleaciones Kovar y metales refractarios. Como elementos de aleación se añaden cobre, zinc, estaño y cadmio. El cobre sirve como aditivo principal para reducir la temperatura de fusión sin formar fases intermetálicas frágiles. Las formas disponibles incluyen alambre, lámina, anillo, tira de aluminio, pasta, preforma, cuña tipo sándwich y alambre tubular, combinando líneas de soldadura manual y automática para la producción de contactos eléctricos.
La producción mundial de materiales de soldadura fuerte está dominada por la producción nacional. Un subconjunto de grados de soldadura fuerte alcanza los estándares de fabricación internacionales. La industria se enfrenta a un desequilibrio: la capacidad de metal de aportación de baja-calidad supera la demanda del mercado, mientras que los materiales de soldadura de alto-rendimiento para la fabricación avanzada siguen siendo escasos. Muchos metales de aportación de alta-temperatura, aleaciones activas para soldadura fuerte, rellenos para soldadura fuerte automatizados, rellenos compuestos y materiales para soldadura fuerte en pasta todavía dependen de las importaciones. Existen brechas en la producción nacional en el control de la fusión y el procesamiento. Los defectos comunes incluyen composición química inconsistente, contenido elevado de gas e impurezas, dimensiones fuera-fuera-de tolerancia y acabado superficial deficiente. Los estándares de la industria varían y su cumplimiento es inconsistente, lo que genera una calidad de lote inestable.
Para aplicaciones electrónicas y de semiconductores, los rellenos de soldadura activa utilizan titanio, circonio o niobio como elementos activos. Estos metales reaccionan con las superficies cerámicas y crean capas de unión entre los sustratos cerámicos y metálicos. Los rellenos activos para soldadura fuerte son adecuados para cerámicas de óxido, cerámicas sin óxido y materiales dieléctricos inorgánicos. Las soldaduras blandas a base de estaño-se utilizan ampliamente para la interconexión electrónica. Las aleaciones a base de estaño-tienen una temperatura de fusión baja y abundantes reservas de materia prima. Forman juntas de interconexión mecánica, térmica y eléctrica para sustratos de cobre, aleaciones de cobre, acero al carbono, estañados y zincados. La soldadura de estaño sin plomo-sin halógenos- ha reemplazado a la soldadura que contiene plomo-para cumplir con las normas medioambientales, aunque el rendimiento general no puede igualar completamente la soldadura de estaño-plomo tradicional.
Los metales de aportación para soldadura fuerte a base de cobre-se aplican a aleaciones de cobre, acero y carburo cementado. Las formas de productos incluyen alambre, tiras, anillos, polvo, pasta, preformas con núcleo y recubiertas. Los metales de aportación para soldadura fuerte a base de aluminio- soportan la unión de aluminio y aleaciones de aluminio. La creciente adopción del aluminio-para-cobre en la automoción, la industria aeroespacial, el transporte ferroviario y la refrigeración aumenta la demanda de rellenos de soldadura fuerte de aluminio, comúnmente utilizados para intercambiadores de calor de aletas, paneles alveolares de aluminio y juntas soldadas de cobre-aluminio. El polvo para soldadura fuerte a base de níquel-se clasifica como un relleno para soldadura dura de alta-temperatura. Se añaden boro, silicio o fósforo para reducir la temperatura de fusión. Las cargas a base de níquel-proporcionan buena resistencia al calor y a la corrosión para soldadura fuerte de cobre, níquel, cobalto, acero inoxidable y diamante. Las aplicaciones finales incluyen motores a reacción, componentes de cohetes, equipos químicos, reactores nucleares, refrigeradores EGR, intercambiadores de calor y sistemas de combustible. Los metales de aportación a base de níquel-se suministran en forma de pasta o tiras de láminas amorfas de rápida solidificación.
La selección del material para el ensamblaje soldado de contactos eléctricos de plata debe coincidir con el material del sustrato, la temperatura de funcionamiento, la carga eléctrica y el método de soldadura fuerte de producción. El metal de aportación no coincidente creará una alta resistencia al contacto, agrietamiento de las juntas o separación bajo ciclos eléctricos. Los ingenieros deben verificar el rango de fusión del metal de aportación, la composición de la aleación y la humectabilidad antes de la producción en masa. Se recomiendan pruebas de soldadura fuerte en lotes pequeños para validar la resistencia a la tracción y la estabilidad eléctrica de las juntas antes de la fabricación a gran escala.
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