La fusión por arco en vacío, en concreto la refundición por arco en vacío (VAR), es un proceso de fusión secundario utilizado principalmente para producir aleaciones metálicas de alta calidad, sobre todo para aplicaciones críticas en industrias como la aeroespacial, la energética y la nuclear. El proceso implica la fusión de un electrodo de metal consumible en condiciones de vacío mediante un arco eléctrico de corriente continua (CC), seguido de la solidificación controlada del metal fundido en un crisol de cobre refrigerado por agua.
Descripción del proceso:
-
Preparación y fusión inicial: El proceso VAR comienza con un electrodo consumible cilíndrico, fabricado normalmente a partir de una aleación metálica previamente fundida. Este electrodo se coloca en una cámara de vacío, situada encima de un crisol de cobre refrigerado por agua. El crisol está diseñado para tener un diámetro mayor que el electrodo para controlar el arco. En el fondo del crisol se coloca una pequeña cantidad de la misma aleación que se va a refundir.
-
Formación del arco y fusión: Se establece un arco eléctrico de corriente continua entre el electrodo y el metal del crisol. Este arco, que puede alcanzar temperaturas cercanas a los 5000K, funde rápidamente la parte inferior del electrodo. Las gotas de metal fundido caen a través del arco y dentro del crisol, formando un baño de fusión.
-
Solidificación controlada: A medida que el metal sigue fundiéndose y goteando en el crisol, experimenta un rápido enfriamiento debido a las paredes enfriadas por agua del crisol, lo que conduce a la solidificación. El proceso de solidificación se controla estrechamente para garantizar la formación de un lingote homogéneo y refinado. La velocidad de enfriamiento, la distancia entre el electrodo y el crisol y la corriente utilizada son parámetros críticos que afectan a la calidad del producto final.
-
Purificación y refinamiento: El entorno de vacío y las altas temperaturas del proceso VAR favorecen la eliminación de impurezas y el refinamiento de la estructura cristalina del metal. Esto es especialmente importante para metales reactivos como el titanio y el circonio, que pueden purificarse sin contacto con materiales refractarios, y para aceros y superaleaciones, donde mejora la limpieza de las inclusiones.
Finalidad y aplicaciones:
El objetivo principal del VAR es producir aleaciones metálicas con un alto grado de pureza, homogeneidad y mejores propiedades mecánicas. Esto es crucial para aplicaciones en las que el rendimiento del material es crítico, como en componentes aeroespaciales, equipos de generación de energía y dispositivos médicos. El proceso también se somete a modelado matemático y simulación numérica para optimizar las aplicaciones industriales, garantizando que los lingotes refundidos, que pueden pesar varias toneladas, cumplan estrictas normas de calidad.
En resumen, la refundición por arco en vacío es una sofisticada técnica metalúrgica que aprovecha el intenso calor de un arco eléctrico en un entorno de vacío para refinar y solidificar aleaciones metálicas, produciendo materiales con propiedades superiores adecuados para aplicaciones de alto riesgo.
