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Engastado en caliente de alambre magnético para terminales de cable

El engastado en caliente para terminales de cable es una tecnología de unión de metal que utiliza la corriente eléctrica y la presión mecánica para conectar alambres conductores eléctricos. El engastado en caliente es un tipo de soldadura de resistencia. El engastado en caliente se diferencia de otros tipos de soldadura de resistencia porque utiliza un manguito de metal conductor para pasar la corriente, generar el calor y mantener unidos los alambres. Este manguito une los alambres convirtiéndolos en una sola pieza de metal compacta. El manguito puede ser un terminal de cable, un terminal o un manguito redondo sencillo.      

La unión se forma mediante un proceso denominado soldadura de difusión. En la soldadura de difusión el cobre se une debido a que los alambres de cobre y el conector de cobre se unen a una temperatura casi de fundición. El material se mantiene en su fase sólida y nunca llega a la fase líquida.

El engastado en caliente es similar a la soldadura de resistencia y depende del calor generado por la resistencia eléctrica del material que se está soldando y la fuerza empleada para mantener unidos los materiales durante la soldadura. Produce conexiones eléctricas con una conductividad muy alta, con una resistencia de contacto cero y sin ninguna caída de tensión significativa. La unión engastada en caliente cuenta con una fuerza tensora muy alta y que no se debilita con el tiempo debido a la vibración o a la temperatura, dado que es una pieza sólida de metal. El calentamiento provoca que el metal se recueza y la tensión mecánica de la unión se relaje, lo que minimiza la tensión del cobre del alambre y del terminal tras el proceso de unión.

En muchos casos, estos alambres magnéticos están aislados eléctricamente. El aislamiento podría ser una capa de esmalte o de polímero como el poliuretano, la poliamida, el poliéster o la poliimida. Debido al calor intenso, el engastado en caliente vaporiza el aislamiento durante el engastado. Al eliminar el paso de producción de arranque del aislamiento, se aumenta la productividad al realizar las conexiones eléctricas. Al no haber arranque, no se extrae ningún metal, de forma que se garantiza el máximo de fuerza.

Sección transversal de engastado en caliente

Ejemplos de aplicaciones de engastado en caliente

El engastado en caliente lo utilizan los fabricantes de motores eléctricos europeos más importantes, tales como Bosch, Siemens y Volkswagen, desde 2011, por lo que es una tecnología relativamente nueva, pero muy satisfactoria. Durante décadas, estas empresas han utilizado maquinaria o químicos para arrancar la capa de esmalte de los extremos de los alambres magnéticos antes de engastarlos a los manguitos o terminales de anillo de cobre. Por el contrario, tal y como se ha mencionado anteriormente, el engastado en caliente vaporiza el aislamiento durante el engastado de un alambre y de un terminal o manguito. Al eliminar este paso de arranque, el engastado en caliente permite que estos fabricantes aumenten su productividad.

Un alambre magnético es un conductor aislado de cobre (o aluminio) que se utiliza en equipos electromagnéticos como motores y transformadores. El alambre está enrollado en bobinas para generar un campo electromagnético. Un terminal de cobre, que puede estar revestido de hojalata, níquel o plata se acopla al extremo libre del alambre de forma que se pueda conectar a una fuente de alimentación eléctrica. El engastado en caliente puede unir alambres magnéticos estándar, alambres magnéticos de alta frecuencia (para frecuencias por encima de 10 kilohercios) y alambres de cobre sin aislamiento. El engastado en caliente puede soldar alambres magnéticos individuales muy finos, con un grosor de hasta 30 AWG (0,05 mm2) o mazos de cables de hasta 400 milímetros cuadrados (atrapados o trenzados).

La mayoría de los cables de imán se realizan en cobre refinado electrolítico completamente recocido. El alambre magnético de aluminio es menos común. Esto se debe a que cuenta con una menor conductividad eléctrica, y a que su área de sección cruzada debe ser 1,6 veces más ancha que el alambre de cobre para alcanzar una resistencia de CC comparable.

Un alambre magnético de diámetro más pequeño (entre 20 y 36 AWG) tiende a tener una sección cruzada circular. El alambre más grueso suele ser rectangular (con esquinas redondas) o cuadrado para maximizar el uso del espacio de enrollado disponible. Estos alambres también se conocen como "horquillas" debido a su forma curvada en los motores eléctricos.

El engastado en caliente ha experimentado un gran crecimiento en el mercado automovilístico debido a la electrificación del tren de alimentación. Las conexiones de corriente alta de la batería al convertidor, del convertidor al motor eléctrico y dentro de los componentes pueden utilizar engastado en caliente como tecnología de unión. La baja resistencia eléctrica podría llevar a temperaturas bajas de las piezas en funcionamiento, a una mayor fiabilidad y a una mayor eficiencia eléctrica de las piezas, comparada con las tecnologías de unión convencionales.

Otro mercado en alza para el engastado en caliente son las energías renovables, donde suelen generarse corrientes eléctricas altas, por ejemplo, en turbinas de viento y de agua, instalaciones fotovoltaicas, etc.

Mejora del engastado convencional en frío de terminales de cable

El engastado normal «en frío» realiza una conexión al terminal de cable utilizando tan solo una fuerza mecánica de tensado. Esto puede ser la causa de que el contacto se deteriore debido a la relajación de la tensión. El engastado “en frío” también puede sufrir de la corrosión de la cavidad. Ambos problemas no se producen con un engastado en caliente de buena calidad.

Equipos y funcionamiento

El operario utiliza una soldadura de mesa para colocar la bobina junto con el alambre magnético en la máquina, introduce los extremos del alambre abierto en el terminal y activa el ciclo de soldadura. En cuestión de milisegundos, los cabezales de soldadura generan suficiente corriente como para producir una temperatura de unos 700 °C en el terminal. Esta temperatura es lo suficientemente caliente como para vaporizar el aislamiento y soldar los extremos del alambre a otros y al terminal. Un extractor de humo MIYACHI EAPRO extrae los vapores.
Una vez que se ha completado la soldadura, comienza un enfriamiento en dos pasos del terminal. Después de unos segundos, el terminal se enfría hasta llegar a unos 100 °C. Pasados otros segundos, llega a los 50 °C y se puede extraer de la máquina de forma manual.

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Los sistemas semiautomáticos cuentan con un pequeño palé que mueve el componente hacia dentro y hacia fuera de la máquina de engastado en caliente. Esto se puede realizar en línea o se puede usar una mesa giratoria. El operario introduce los extremos del alambre en el terminal, activa la máquina y extrae el componente del palé cuando se haya enfriado. Todos los datos de soldadura se almacenan en la máquina y se puede acceder a ellos fácilmente. Los fabricantes pueden utilizar estos datos para comprobar o cambiar rápidamente los parámetros de soldadura o para la trazabilidad del producto.

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