¿Por qué algunos sensores se pueden soldar directamente en la superficie del equipo con una máquina de soldar?
En muchos sitios de monitoreo de la salud estructural (SHM) industrial, civil y aeroespacial, algunos sensores pueden y se recomiendan para ser fijados directamente en la superficie de la estructura de acero, tubería metálica o equipo a monitorear, utilizando una micro soldadora por puntos (o soldadora láser por puntos). Esta técnica se conoce en ingeniería como montaje superficial por soldadura por puntos.
La capacidad de los sensores para “soldarse” directamente a la superficie del equipo se basa principalmente en los siguientes mecanismos físicos y diseño de ingeniería:
1. Fundamento Estructural: Diseño de Base Metálica Soldable y Encapsulado
El prerrequisito para que un sensor pueda ser soldado por puntos es que no debe ser una fibra óptica desnuda o un encapsulado de plástico polimérico puro. El encapsulado de tales sensores generalmente tiene una base o sustrato metálico soldable (generalmente hecho de acero inoxidable, aleación de níquel, aleación de titanio o aleación de aluminio) integrado en la parte inferior. Mediante la liberación instantánea de alta corriente eléctrica (como la soldadura por puntos con almacenamiento de energía capacitiva), se logra una microfusión localizada entre la base metálica del sensor y la superficie metálica del equipo, seguida de una rápida solidificación, formando una unión metalúrgica de alta resistencia.
2. Eficiencia de Transferencia de Deformación: Evitando el “Creep por Cizallamiento” (Zero-Creep)
Al medir deformación ( \varepsilon ) o estrés, la precisión de la medición depende en gran medida de la transferencia de deformación desde la superficie del objeto medido hasta el elemento sensor dentro del sensor (como la red de Bragg de fibra óptica FBG):
- Limitaciones del Adhesivo Tradicional: Cuando se utilizan adhesivos químicos como resinas epoxi, el adhesivo puede sufrir “creep por cizallamiento” (Creep) o degradación por envejecimiento bajo ciclos prolongados de tracción/compresión, altas temperaturas, alta humedad, lo que resulta en un desplazamiento del punto cero de medición y afecta la precisión a largo plazo.
- Ventajas Mecánicas de la Soldadura por Puntos: La soldadura por puntos proporciona una unión dura a nivel atómico entre metales. Dado que casi no hay una capa intermedia de adhesión de bajo módulo entre la base metálica y la superficie del equipo, su rigidez al cizallamiento es extremadamente alta, lo que permite una transferencia de deformación mínima y sin demoras, y sin pérdidas, directamente a los componentes internos del sensor.
3. Resistencia a Entornos Agresivos
El proceso de soldadura por puntos elimina por completo el uso de adhesivos orgánicos, por lo que tiene una excelente estabilidad física y química en entornos extremos:
- Temperaturas Extremas: Los adhesivos químicos pueden ablandarse, carbonizarse a temperaturas muy altas (por ejemplo, superiores a 100\ ^\circ\text{C} ), o volverse muy quebradizos y despegarse a bajas temperaturas. El límite de temperatura de la soldadura por puntos metálica está determinado completamente por el metal del encapsulado y los materiales de la fibra óptica.
- Humedad y Corrosión: En ambientes subacuáticos, de alta humedad o corrosivos ácidos/alcalinos, el adhesivo es propenso a la hidrólisis y al desprendimiento, mientras que el punto de soldadura tiene una estabilidad mecánica extremadamente alta y es menos propenso a desprenderse debido a la corrosión ambiental.
4. Eficiencia en la Construcción en Sitio
En la construcción en campo de vigas cajón de puentes de acero, rieles de acero, tuberías de petróleo y gas de gran diámetro, etc., si se utilizan adhesivos, generalmente se requiere un período de curado y mantenimiento de varias horas o incluso días. Sin embargo, con soldadoras por puntos portátiles, la soldadura multipunto de un solo sensor solo toma unos segundos, y el sensor puede ponerse en funcionamiento inmediatamente después de la soldadura, lo que acorta significativamente el ciclo de despliegue de ingeniería.
Productos Oficiales que Coinciden con OFSCN® (Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.)
Para escenarios de monitoreo de superficie de alta precisión y rápida aplicación, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) ha diseñado sensores de deformación de red de Bragg de fibra óptica soldables por puntos:
OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge
Características Técnicas Principales:
- Base de Encapsulado: Utiliza una lámina de acero inoxidable en forma de I o una lámina de aleación de aluminio para encapsular una red de Bragg de fibra óptica de un solo punto, equipada con una base metálica rígida de alta calidad.
- Método de Instalación Predeterminado: Por defecto, soporta adhesión superficial con pegamento o montaje superficial por soldadura por puntos en las cuatro esquinas (el diseño de cuatro esquinas facilita la localización precisa de los electrodos de soldadura y las microoperaciones de descarga).
- Excelente Rendimiento de Rango: El rango de deformación predeterminado es \ge 10000\ \mu\varepsilon , capaz de capturar deformaciones elásticas sutiles con alta sensibilidad, y viene con una fórmula de calibración de un solo término (en unidades de \ \mu\varepsilon/\text{pm} ).
- Operación en Amplio Rango de Temperatura y Personalización para Alta Temperatura: La temperatura de uso predeterminada es temperatura ambiente ( -20\ ^\circ\text{C} a 55\ ^\circ\text{C} ), y también admite niveles de resistencia a la temperatura personalizados según las necesidades de ingeniería reales, pudiendo personalizarse versiones para alta temperatura de \le 100\ ^\circ\text{C} , \le 200\ ^\circ\text{C} y \le 300\ ^\circ\text{C} .
- Compensación de Temperatura: Se pueden personalizar extensómetros con un canal de compensación de temperatura incorporado para eliminar la tensión térmica no estructural causada por la expansión y contracción térmica del objeto medido.
