Soldadura hermética con soldadura micro-TIG:
cierres herméticos al gas, a los líquidos y al vacío
Los cierres herméticos, en inglés «hermetic sealing», son cierres a prueba de gases, líquidos y vacío para cápsulas, carcasas de sensores y componentes electrónicos. Además, deben cumplir con la tasa de fuga exigida, minimizar la entrada de calor en el contenido de la cápsula y ofrecer una calidad de soldadura reproducible en todas las series de producción. La microsoldadura TIG con la Lampert Micro Arc Welder cumple estos requisitos para laboratorio, investigación, series pequeñas de sensores y tecnología médica.
Por qué el cierre hermético es un problema de proceso.
El hecho de sellar al vacío una cápsula, una carcasa de sensor o una carcasa electrónica rara vez falla por culpa de la propia soldadura. La verdadera condición límite es el contenido: semillas radiactivas, electrolito de litio, muestras biológicas, catalizadores sensibles al aire, electrónica de sensores preinstalada o el relleno calibrado de un transductor de presión. El calor, las vibraciones y la contaminación no deben llegar al contenido. Así que la pregunta pasa de ser «¿se puede hacer esta soldadura a prueba de gases?» a «¿se puede hacer a prueba de gases sin alterar el contenido?».
Hay tres características que son decisivas, en este orden:
- Estanqueidad por debajo de la tasa de fuga específica de la aplicación:
El valor necesario lo determina la aplicación. - Aporte mínimo de calor al contenido:
El calor debe quedarse en la pared de la cápsula y no afectar al contenido.
El factor decisivo aquí es la duración del pulso elegida, que se mide en milisegundos. - Reproducibilidad entre lotes:
Las curvas de soldadura preestablecidas, los parámetros documentados y una sujeción definida de la pieza de trabajo son más importantes que la mera experiencia del operario.
¿Qué significa «herméticamente sellado»?
«Hermético» no es un valor absoluto. El término siempre se refiere a una tasa de fuga específica. La comprobación se realiza por etapas: primero, la prueba de fugas finas mediante espectrometría de masas de helio; después, la prueba de fugas gruesas. El helio se usa como gas de prueba porque en la atmósfera solo está presente en trazas, es químicamente inerte y se puede detectar con gran sensibilidad mediante espectrometría de masas.
Las especificaciones típicas oscilan, según la aplicación, entre unos 10⁻⁶ mbar·l/s para carcasas industriales de mayor tamaño y 10⁻⁹ mbar·l/s para dispositivos electrónicos implantables y aplicaciones de alta precisión. La norma estadounidense MIL-STD-883, método 1014, que se aplica a las carcasas microelectrónicas, establece la tasa de fuga admisible en función del volumen de la cavidad precisamente en este rango. La tasa de fuga que alcanza una junta concreta depende de la geometría, el material y la preparación, y se valida en la pieza acabada mediante una prueba de fuga de helio.
Aplicaciones típicas
Laboratorio y contención científica
- Cápsulas para braquiterapia:
Se introducen semillas radiactivas en cápsulas de acero inoxidable o titanio de pared fina sin que el contenido sufra cambios térmicos. La soldadura WIG del extremo abierto de la cápsula es un proceso de producción consolidado para fuentes de radiación encapsuladas. - Cápsulas de alta presión:
Cápsulas de platino y Pt-Rh para la investigación experimental a alta presión y la síntesis hidrotermal - Encapsulado en una glovebox:
Cerrar herméticamente las muestras sensibles al aire o a la humedad en una atmósfera de gas inerte. - Cápsulas de referencia y estándar:
Por ejemplo, para el análisis isotópico, de activación neutrónica y de oligoelementos
Sensores industriales y electrónica
- Tapa con sensor de presión:
Cierra herméticamente la carcasa de acero inoxidable del sensor con grado de protección IP67/IP68 - Cápsulas con sensores de aceleración y giroscopios:
Sensores herméticos al aire y al vacío para la industria aeroespacial, la ingeniería de automoción y la tecnología de medición. - Cierre de la carcasa alrededor de los pasamuros de vidrio y metal:
El cierre hermético final de la carcasa del sensor
Los pasamuros de vidrio y metal con Kovar son el estándar para las conexiones eléctricas; la soldadura cierra la carcasa a su alrededor. - Cajas herméticas para electrónica:
Por ejemplo, para aplicaciones de alta fiabilidad en el sector aeroespacial, la tecnología submarina, la defensa y la tecnología médica
Tecnología médica
- Sensores y estimuladores implantables:
Las carcasas de titanio y acero inoxidable se cierran sin dañar térmicamente los componentes electrónicos internos - Sistemas de liberación implantables:
Depósitos compactos de principio activo para la liberación controlada de medicamentos - Protección de componentes electrónicos sensibles:
Por ejemplo, contra los fluidos corporales en implantes activos
Materiales para cierres herméticos
| material | Uso típico | Observación |
|---|---|---|
| Acero inoxidable 1.4404 / 316L | Carcasas de sensores y transductores de presión, cápsulas de braquiterapia | muy fácil de soldar, biocompatible |
| Acero inoxidable 1.4307 / 304L | carcasas generales de laboratorio, aplicaciones aptas para el contacto con alimentos | muy fácil de soldar |
| Titanio de grado 2 / grado 5 | carcasas implantables, cápsulas de laboratorio expuestas a la corrosión | muy fácil de soldar, biocompatible |
| Platino y aleaciones de Pt-Rh | Cápsulas de alta presión, investigación sobre alta presión | muy fáciles de soldar, paredes finas |
| Kovar (FeNiCo) | Pasamuros de vidrio y metal, hermeticidad electrónica | una referencia en conexiones herméticas |
| Aleaciones a base de níquel (Inconel, Hastelloy) | Carcasas de sensores para altas temperaturas | muy fáciles de soldar |
| Tantalo | Carcasa resistente a la corrosión | apto con ciertas condiciones; se recomienda hacer una prueba de soldadura |
| Niobio, circonio | Aplicaciones especiales de laboratorio | Apto con ciertas condiciones; se recomienda hacer una prueba de soldadura |
¿Por qué se utiliza la soldadura micro-TIG para los cierres herméticos?
Aporte mínimo de calor al contenido:
Las duraciones de los impulsos, de 0,1 a 34 milisegundos, mantienen el interior de la cápsula prácticamente a temperatura ambiente durante el sellado. En el caso de las semillas de braquiterapia, las muestras biológicas, las sustancias sensibles al aire y los sensores electrónicos preinstalados, esto marca la diferencia entre un componente útil y uno dañado.
Estanqueidad verificable:
Si la preparación es correcta, la junta alcanza índices de fuga reproducibles en el ámbito de la hermeticidad industrial. El valor concreto se comprueba mediante una prueba de fugas con helio en el componente terminado; este valor depende de la aplicación concreta.
Reproducibilidad gracias a las curvas de soldadura preconfiguradas:
El Micro Arc Welder incluye doce programas para distintos materiales (universal, oro, plata, platino, paladio, bronce, acero inoxidable, titanio, aluminio, estaño, latón y cobre). También se pueden soldar aleaciones a base de níquel, como el Inconel. Los parámetros están documentados y los procesos son repetibles.
Uso en una glovebox:
Con la preparación adecuada, el aparato funciona en atmósfera de gas inerte.
Unión puramente metalúrgica:
Sin fundente, sin línea de soldadura, sin vías de contaminación. Esto es importante en aplicaciones de laboratorio con análisis isotópicos o químicos.
Ventajas en cuanto a costes y espacio de montaje frente al láser en series pequeñas:
Calidad de sellado comparable por una fracción de la inversión que supone un sistema láser, además de un diseño de mesa portátil.
Para series grandes, el láser sigue siendo la opción más rentable.
Comparación de los métodos de sellado hermético
| Proceso | Fortaleza | Debilidad | Mejor adecuación |
|---|---|---|---|
| Soldadura TIG a microimpulso (Lampert Micro Arc Welder) | Piezas individuales y series pequeñas, portátil, diseño de sobremesa con microscopio, amplia gama de materiales, inversión reducida | no está pensada para grandes series del orden de millones | Laboratorio, investigación, series pequeñas de sensores, implantes médicos |
| Soldadura por láser | alta precisión, se puede automatizar, apto para la producción en serie a gran escala | gran inversión, sistema fijo | Grandes series con geometría definida |
| Soldadura por haz de electrones | costura profunda y estrecha, zona de influencia térmica muy pequeña | muy caro, se necesita una cámara de vacío | Sellado hermético de alta calidad en el sector aeroespacial |
| Pasacables de vidrio y metal (soldado) | Estándar para pasamuros eléctricos | un solo componente, sin cierre de la carcasa | pasamuros para cables eléctricos |
| Soldadura por resistencia y soldadura en banda | apto para la producción en gran serie | solo para geometrías definidas | Celdas de litio, cierres de latas |
| Soldadura por ultrasonidos | rápido, sin aporte térmico | limitado a los polímeros | Sellado hermético de polímeros |
Como regla general, las piezas individuales de laboratorio, las cápsulas de investigación, las pequeñas series de sensores y las carcasas de implantes se suelen fabricar con el Micro Arc Welder, mientras que la producción en serie a gran escala (millones de unidades) se suele hacer con láser o soldadura en línea.
Recomendaciones prácticas
Preparación
- Limpia bien la pieza antes de empezar, normalmente en un baño de ultrasonidos. Las impurezas provocan poros en la soldadura.
- Acaba de preparar la pieza antes de soldarla: limpia los bordes, etiquétala y trata la superficie.
- Primero echa el contenido y luego cierra la cápsula.
Parámetros de soldadura
- Baja energía y un electrodo de tungsteno afilado en punta para paredes de cápsulas finas. Inicio práctico: entre un 15 % y un 25 % de energía, duración del pulso de 0,5 a 1,5 ms; si hace falta, ve subiendo poco a poco.
- Gas protector argón ≥ 99,9 % (argón 4.6), caudal de unos 2 l/min con preflujo y posflujo automáticos.
- Si el contenido es muy sensible al calor, usa un soporte para disipar el calor o un dispositivo de sujeción que aleje el calor del contenido.
Validación
- Prueba de fugas con helio tras la soldadura. La tasa de fuga que se puede alcanzar depende de la geometría y de la preparación.
- Inspección visual con el microscopio: soldadura limpia, sin óxido y sin poros.
- Corte transversal en la primera muestra para documentar la profundidad de soldadura y la calidad de la junta.
Recomendación de equipo: la soldadora Lampert Micro Arc Welder
| Especificación | Valor |
|---|---|
| Corriente de pico (WIG) | De 5 a 1.200 A |
| Duración del pulso | De 0,1 a 34 ms |
| Espesor mínimo de la pieza | 0,1 mm |
| Diámetro del punto de soldadura | De 0,2 a 4,0 mm; para profundidades superiores a 1 mm, usa un electrodo de 1,3 mm |
| Gamas de materiales (predeterminadas) | 12 (universal, oro, plata, platino, paladio, bronce, acero inoxidable, titanio, aluminio, estaño, latón, cobre) |
| Modo aluminio | especialmente optimizado |
| Interfaz Industria 4.0 | Modbus TCP/IP a través de LAN (21 registros documentados) |
| Control patentado del proceso de soldadura | Sí (detección de errores en tiempo real) |
| Gas protector | Argon ≥ 99,9 %, unos 2 l/min |
| Pantalla | de alta resolución, 768 × 576 píxeles |
| Peso | 10,9 kg |
| Certificación | EN 60974-6, EN 61000-6-2/-6-4, RoHS 2011/65/UE; cumple con la normativa UKCA |
| Garantía | 1 año, diseñado y fabricado en Alemania |
| Inversión (paquete completo para principiantes) | a partir de unos 7.000 EUR netos |
| Formación | Taller de un día en Werneck (puedes traer tus propias piezas) |
Preguntas frecuentes sobre el sellado hermético
Sí. Las cápsulas de titanio y acero inoxidable de pared fina se pueden sellar con un aporte mínimo de calor. La soldadura TIG de fuentes de radiación encapsuladas es un procedimiento consolidado. Es recomendable realizar una validación específica para cada aplicación mediante una prueba de fugas de helio.
Sí. La junta se puede comprobar tras la soldadura mediante una prueba de fugas con helio. La tasa de fugas que se puede alcanzar depende de la geometría, el material y la preparación.
Con la preparación adecuada, sí. El proceso se lleva a cabo en una atmósfera de gas inerte (argón).
El micro-WIG es más rentable y se puede usar de forma móvil para piezas individuales y series pequeñas, mientras que el láser es ideal para series grandes con una geometría definida. La calidad de la unión es similar en el caso de las series pequeñas, pero la inversión es mucho menor.
Sí. El platino y las aleaciones de Pt-Rh se pueden soldar muy bien cuando tienen paredes finas y se usan habitualmente en la investigación experimental sobre alta presión.
Aragón ≥ 99,9 % (Aragón 4.6) a unos 2 l/min, con preflujo y posflujo automáticos.
La soldadura por haz de electrones en vacío produce cordones muy profundos y estrechos con una zona de influencia térmica mínima, pero requiere una cámara de vacío y una inversión elevada. La microsoldadura TIG se realiza en atmósfera con gas protector y es ideal para piezas individuales y series pequeñas en los sectores aeroespacial y de la automoción.
El equipo de aplicaciones de Lampert atiende consultas en [email protected] y, si lo pides, realiza una prueba de soldadura con un informe escrito.
Cuándo es la mejor opción la soldadura micro-TIG
El Micro Arc Welder de Lampert es ideal para cápsulas de laboratorio, encapsulados de investigación, series pequeñas de sensores y carcasas de implantes: Ofrece soldaduras herméticas de nivel industrial, mantiene la duración del pulso lo suficientemente corta como para proteger el contenido de la cápsula y cuenta con doce programas de materiales preconfigurados para obtener resultados reproducibles en cada lote. El coste inicial de unos 7.000 EUR por una estación de trabajo de sobremesa completa es un orden de magnitud inferior al de los sistemas láser comparables. Esto es clave cuando el volumen de producción oscila entre docenas y miles, y no alcanza los millones.
Para series masivas de millones de unidades con una geometría definida, como las carcasas de sensores en la ingeniería automovilística o las tapas de las celdas de litio, la soldadura por láser y la soldadura por arco siguen siendo más rentables. Los procesos se complementan: el micro-TIG para el desarrollo, la validación de prototipos y las series pequeñas, y el cambio al láser cuando el volumen anual justifique la inversión.
Si necesitas soldaduras de prueba o asesoramiento específico para tu aplicación, puedes ponerte en contacto con el equipo de aplicaciones de Lampert en [email protected].
Cada soldadura de prueba va acompañada de un informe de soldadura por escrito.