Cuando la norma no cubre la unión: cómo fijar el límite de desprendimiento
La norma dice cuánto aguanta el cable por sí solo, no cuánto debe aguantar la unión, y del cobre con aluminio no dice nada. Aquí va de dónde sale el número que se escribe en la hoja de aceptación.
La norma cubre empalmes de metal igual y ahí termina
La tabla que más se usa en plantas de arneses va de 0,22 mm² a 150 mm², con columnas separadas para cobre y aluminio: una carga de rotura, una resistencia mínima al pelado y un rango de anchura de costura. Como referencia de lo que aguanta un conductor de esa sección, es sólida.
Tres cosas no están: cobre unido a aluminio, pletinas y pilas de lámina, y uniones de transición entre metales distintos. Y el número que imprime es la carga de rotura del cable, no un requisito sobre la soldadura.
Ahí está la mayor parte de la confusión que vemos. Compras toma los 2400 N de la fila de cobre de 70 mm², los pone en el plano como requisito de soldadura y discute con el proveedor por una unión que ya supera al cable. Ese número nunca habló de la unión.
Por qué una buena unión da unas dos veces el cable
La soldadura ultrasónica es un solape. El sonotrodo presiona dos conductores y la unión soporta la carga a cortante sobre esa área, no sobre la sección del cable. El área unida suele ser varias veces la sección del conductor, así que la unión aguanta más que el cable.
Es el resultado esperado, no un exceso. Y da el criterio real de aceptación: dónde rompe. Si la probeta rompe en el metal base lejos de la costura, la unión es más fuerte que el cable y la pieza pasa. Si rompe en la interfaz, la unión es más débil y ningún número del certificado lo cambia.
Frente a las filas de la norma, nuestras uniones quedan en torno al doble del valor del cable, y la relación es más regular en aluminio que en cobre. La tabla siguiente es la misma comparación en las secciones que publicamos.
| Conductor | Valor de norma | Nuestro desprendimiento | Relación |
|---|---|---|---|
| 6 mm² cobre | 435 N | >1200 N | 2.76 |
| 25 mm² cobre | 1350 N | >3100 N | 2.30 |
| 50 mm² cobre | 2200 N | >5000 N | 2.27 |
| 70 mm² cobre | 2400 N | >6000 N | 2.50 |
| 120 mm² cobre | 3400 N | >6800 N | 2.00 |
| 35 mm² aluminio | 1200 N | >2400 N | 2.00 |
| 70 mm² aluminio | 1880 N | >3900 N | 2.07 |
| 120 mm² aluminio | 2200 N | >4500 N | 2.05 |
Cómo leer una tabla de dimensiones de soldadura
Si la unión se entiende como un área a cortante, las dimensiones dejan de ser arbitrarias. Anchura y longitud fijan el área unida, y la altura registra cuánto se comprimió el paquete. Nuestra tabla, para las secciones que ofrecemos, es esta.
| Conductor | Longitud mm | Anchura mm | Altura mm | Desprendimiento N |
|---|---|---|---|---|
| 6 mm² cobre | 11 | 4 | 1.6 | >1200 |
| 25 mm² cobre | 11 | 11 | 2.4 | >3100 |
| 35 mm² cobre | 14 | 12 | 3.1 | >4000 |
| 50 mm² cobre | 14 | 14 | 3.8 | >5000 |
| 70 mm² cobre | 14 | 18 | 4.1 | >6000 |
| 95 mm² cobre | 14 | 20 | 5.1 | >6000 |
| 120 mm² cobre | 14 | 22 | 5.8 | >6800 |
| 35 mm² aluminio | 14 | 13 | 2.4 | >2400 |
| 50 mm² aluminio | 14 | 16 | 2.8 | >3200 |
| 70 mm² aluminio | 14 | 19 | 3.2 | >3900 |
| 95 mm² aluminio | 14 | 21 | 4.0 | >4100 |
| 120 mm² aluminio | 14 | 22 | 4.8 | >4500 |
La longitud se detiene en 14 mm mientras la anchura sigue creciendo, de 4 a 22 mm. Es deliberado. Alargar la costura reparte la misma energía acústica sobre más metal y a la interfaz le llega menos por unidad de área, así que la dirección útil es el ancho, no el largo. La anchura sigue a la cara del sonotrodo y al haz de conductores; la altura es el resultado de la presión y del espesor del paquete, y una altura muy lejos de la tabla suele significar que las piezas no se cerraron antes de que llegara la energía.
Cuatro pasos para fijar el límite cuando no hay norma
Es el procedimiento que usamos para cobre con aluminio, para pletinas y para cualquier unión que las normas saltan. Cuesta unos dos días y elimina la discusión que, si no, vuelve cada vez que se cuestiona un lote.
- Construya una línea base, no una muestra. Un material, un sonotrodo, un juego de parámetros, treinta piezas consecutivas. Registre desprendimiento y ubicación de la rotura en todas, y fotografíe la superficie de rotura en al menos cinco.
- Mire la distribución, no la media. El límite no puede estar en la media, porque por definición la mitad de las piezas fallarían. Tome el mínimo, la desviación estándar y la diferencia entre la primera y la última pieza de la serie, que es donde aparece la deriva.
- Calcule el límite desde la dispersión. Con un objetivo de capacidad 1,33, el límite inferior queda cuatro desviaciones estándar por debajo de la media. Si las treinta piezas no lo sostienen, el proceso aún no está listo para un límite, y la respuesta son más ensayos, no un número más blando.
- Escriba el criterio de rotura junto al número. Un desprendimiento sin requisito de rotura lo pasa también una unión que ya está agrietándose. Indique que la rotura debe ocurrir en el metal base y, para cobre con aluminio, añada un doblado o un despegue, porque la interfaz aguanta tracción y falla a flexión.
Si ya hay sistema de calidad, la misma lógica está detrás de la comparación de procesos en nuestra guía de control de calidad; la diferencia es que aquí el límite sale de su propia distribución y no de una tabla copiada.
Pérdida de hilos y capas sin unir: lo que un número esconde
Un conductor trenzado puede pasar el ensayo con varios hilos sin soldar. La carga la llevan los que sí se unieron, el número parece aceptable y la unión tiene menos cobre del que dice el plano. La capacidad de corriente y la vida a fatiga sufren, y ninguna aparece en un ensayo de tracción.
Las pilas de lámina tienen el problema espejo. Las capas exteriores ven el sonotrodo y el yunque directamente y unen primero; las centrales reciben la presión que llegó. Una pila ensayada entera puede pasar mientras el centro sigue suelto.
Ninguna de las dos se resuelve con un porcentaje que nos inventemos. Lo que hacemos es prescribir la comprobación en lugar del umbral: despegar la unión y contar los hilos sin unir, y en pilas de lámina separar o cortar capa por capa y mirar cada interfaz. La cantidad aceptable depende de la corriente que lleva la unión y del entorno de vibración, así que pertenece al plano y se acuerda entre el fabricante del arnés y el cliente final. Un porcentaje único para todas las uniones esconde más de lo que controla.
Un ejemplo de 70 mm² cobre con aluminio
El cobre con aluminio es justo lo que la norma deja abierto, así que vale la pena recorrerlo. En una unión de 70 mm² publicamos dos cifras: 5800 N con sonotrodo nuevo y 5200 N tras ocho meses en la misma máquina. Mismo material, mismos parámetros, cara desgastada.
Frente a las tablas es coherente. La fila de norma para cobre de 70 mm² es 2400 N, nuestra unión de metal igual supera los 6000 N, y la unión disímil queda por debajo de la de metal igual porque la interfaz no es una sola metalurgia. Aun así es más del doble del cable, que es lo que garantiza que la rotura caiga en el metal base.
El límite que escribiríamos para esa unión no es 6000 N. Es 5200 N como suelo, 5800 N como referencia para sonotrodo nuevo, y el requisito de que la rotura ocurra en el cobre. Un límite copiado de la fila de metal igual habría sido 2400 N, que lo pasa hasta un sonotrodo muy gastado.
La ventana de amplitud también entra aquí. Nuestras mediciones publicadas en una unión de 70 mm² cobre-aluminio muestran cómo se mueven el desprendimiento y la resistencia de contacto entre 35, 45 y 55 micrómetros, así que el límite debe ir atado a la amplitud con la que realmente se suelda.
Qué va en la hoja de aceptación
Cuatro líneas, no más. Conductor y material, indicando si la unión es de metal igual o disímil. Suelo de desprendimiento para esa sección. Requisito de rotura, es decir dónde debe romper y cómo debe verse la superficie. Frecuencia de inspección con el registro que demuestra que se hizo.
Frecuencia en la práctica: primera pieza, primera pieza de cada turno, después de cualquier cambio de sonotrodo y después de cualquier cambio de lote de material. Anote amplitud e impedancia junto al desprendimiento, porque una unión que falla después se explica normalmente por uno de esos dos números y no por el ensayo que pasó.
Preguntas frecuentes
La norma dice 2400 N y ustedes citan 6000 N. ¿Está inflado?
Miden cosas distintas. El valor de norma es la carga de rotura del cable; 6000 N es la carga que nuestra unión soporta a cortante antes de fallar, y para entonces el cable ya se rompió. Si quiere un número comparable con la norma, use el de la norma: el cable rompe a 2400 N en cualquier caso. Los 6000 N describen el margen de la unión sobre el cable.
¿Un desprendimiento más alto es siempre mejor?
No. Pasado cierto punto, más fuerza significa que la soldadura se aplicó más dura de lo que el material quería: adelgazamiento, marcas profundas y grietas en el borde de la huella. En aluminio además acelera el crecimiento de intermetálico en la interfaz. El objetivo es una rotura fiable en el metal base, no el número más alto que la prensa pueda dar.
El cliente pide un informe contra una norma que no tiene fila para nuestra unión.
Use el método de la norma y sus propios límites. Cita la norma para las secciones que cubre, indique que la unión disímil queda fuera de su alcance y adjunte la línea base, la distribución y las fotos de rotura que produjeron su límite. En la práctica se acepta mejor que un número copiado, porque se puede auditar.
¿Cada cuánto se recalcula el límite?
Siempre que cambie el hardware (sonotrodo nuevo, sonotrodo rectificado, transductor nuevo, generador nuevo) o el lote de material. En lo demás, una revisión al año. Un límite calculado con sonotrodo gastado y aplicado a uno nuevo queda demasiado flojo o imposible de cumplir, y en ambos casos el operario deja de creerle. Sobre la velocidad del desgaste, vea la guía de desgaste del sonotrodo.
Envíenos la unión
Si el plano tiene una unión cobre-aluminio o de pletina y no lleva desprendimiento, envíe la sección, el material y la corriente de trabajo. Hacemos una tanda de prueba, le damos la distribución y las fotos de rotura, y proponemos un límite que pueda defender ante su cliente. Los ingenieros responden en 24 horas.