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    La tecnología de unión optimizada abre la puerta al uso seguro del hidrógeno en la industria de la aviación

    Con soldadura por pulsos magnéticos, la presión magnética de una bobina de herramienta asegura una colisión de alta velocidad y la formación de una junta de estado sólido de varios milímetros de ancho, así como una alta estabilidad y estanqueidad, incluso en condiciones de aplicación extremas. Crédito:ronaldbonss.com

    El vuelo ecológico está en el horizonte. Por todo el mundo, Los investigadores están desarrollando nuevas tecnologías para lograr este objetivo. Un foco de desarrollo es la idea de utilizar motores de hidrógeno para aviones en el futuro. Las compañías de aviones, aunque, afronte el reto de almacenar esta fuente de energía. El hidrógeno se vuelve líquido cuando se enfría a menos 253 grados Celsius, y solo entonces se puede utilizar como un combustible llamado criogénico. Tanto los tanques como los sistemas de tuberías de la aeronave deben ser absolutamente herméticos a temperaturas tan bajas. Se ha desarrollado un nuevo e innovador proceso de soldadura para ayudar:la soldadura por pulsos magnéticos. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Vigas IWS en Dresde ahora han demostrado que esta tecnología de unión puede producir productos extremadamente resistentes, Juntas metálicas mixtas para aplicaciones criogénicas. Lograron con éxito estas excepcionales propiedades conjuntas en cooperación con la Universidad Técnica de Munich.

    Los científicos de Fraunhofer IWS proporcionaron a la fuente de neutrones de investigación Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) en la Universidad Técnica de Munich un componente especial hecho de cobre, acero y aluminio de alta calidad para sus criostatos, sistemas de refrigeración capaces de mantener temperaturas extremadamente bajas. Hasta ahora, Este ensamblaje tuvo que ser producido por un proceso complejo que involucra múltiples costuras soldadas con rayo láser, elementos de unión adicionales y una costura soldada con soldadura fuerte o con haz de electrones. "Pero luego hubo problemas con la estabilidad y la rigidez, "explica el Dr. Markus Wagner, Jefe de Grupo de Diseño y Procesos Especiales en el Instituto Fraunhofer Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Vigas IWS. El método de pulso magnético crea uniones más estrechas en solo unos pocos microsegundos. Estas juntas funcionan de manera confiable tanto a temperaturas muy bajas de hasta menos 270 grados Celsius como donde prevalecen diferencias extremas de temperatura. Superposiciones, que proporcionan aún más estabilidad, también se crean en las articulaciones.

    Las tecnologías aplicadas anteriormente por los investigadores de la Universidad Técnica de Munich se encuentran entre el grupo de procesos de soldadura por fusión. Los metales se fusionan para crear una unión entre ellos. Sin embargo, estos métodos se basan en metales que tienen puntos de fusión similares. Esta es la temperatura a la que una sustancia comienza a fusionarse. Como el Dr. Jürgen Peters, El jefe de entorno de muestras en la fuente de investigación de neutrones Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de la Universidad Técnica de Múnich explica:"El problema surge cuando intentamos crear uniones entre metales que tienen temperaturas de fusión muy diferentes o que se vuelven extremadamente frágiles cuando se mezclan. —Aluminio con cobre o acero inoxidable, por ejemplo. Las muestras soldadas por el método de pulso magnético proporcionado por nuestros socios en Fraunhofer IWS pasaron las pruebas de estanqueidad ".

    Rápido, unión rentable

    Los científicos de Dresde han estado investigando un nuevo proceso durante varios años. No es necesario fusionar los materiales. "La soldadura por pulsos magnéticos no se basa en una alta aportación de calor. El proceso se basa principalmente en una alta presión entre los socios de unión, "explica Jörg Bellmann, experto en soldadura por pulsos magnéticos en el grupo de Markus Wagner. Cuando comienza el proceso, hay una distancia de uno a un milímetro y medio entre los socios de unión. Un campo magnético hace que uno de los dos socios se acelere. En el resto del proceso, los metales chocan con un destello brillante a altas velocidades, de 200 a 300 metros por segundo. Luego se genera una alta presión en la superficie de unión y esto finalmente suelda los dos metales juntos. Un sistema de medición igualmente desarrollado en Fraunhofer IWS, garantiza en todo ello que los componentes estén correctamente colocados, colisionan en el ángulo correcto y que todo el proceso consume la menor cantidad de energía posible.

    El proceso puntúa muy alto con hidrógeno líquido

    La gran ventaja de la soldadura por pulsos magnéticos:puede unir combinaciones de metales que, hasta ahora ha sido imposible o difícil de soldar, especialmente importante cuando se trata de aplicaciones de hidrógeno líquido. Materiales con baja conductividad térmica, acero de alta calidad, por ejemplo, deben unirse a materiales de construcción ligeros como el aluminio. El nuevo proceso ahora lo hace posible. "La temperatura solo se calienta realmente en la propia superficie límite, "informa Wagner. Se dice que el proceso es rápido y rentable y es capaz de producir juntas de una alta calidad constante." También podemos emplear este método para combinar componentes de paredes extremadamente delgadas, ", añade Bellmann. Esto es posible gracias a la introducción de elementos de soporte especiales que se pueden volver a retirar cuando se completa el proceso.

    Y el nuevo proceso tiene potencial para algo más que la construcción de aviones. Su buena conductividad eléctrica en las zonas de unión también la convierte en una propuesta atractiva para el sector de la electromovilidad y para los procesos de la industria de fabricación de productos electrónicos. "Esta tecnología de soldadura también creará nuevas posibilidades para los viajes espaciales, "dice Bellmann.


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