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44 a (1.28) T Donde a [W/m] es una constante, distinta para cada sustancia en particular y T [K] es la temperatura absoluta. En los metales, además de las oscilaciones de la red, también toma parte en el transporte del calor las partículas cargadas, los electrones. Esto explica la alta conductibilidad térmica de los metales. Los mecanismos de transferencia de calor en las escorias líquidas de soldadura se efectúan esencialmente por conducción y parcialmente por convección cercanas a temperatura de solidificación, debido a la relativamente alta viscosidad que experimentan las mismas. La nivelación de la temperatura en las escorias a causa de la conducción del calor se expresa mediante la fórmula siguiente: T Q St (1.29) L Donde Q representa la cantidad de calor involucrado en joule [J], ∆T= T1-T2 es la diferencia entre las temperaturas en kelvin [K] de la interfase metal- escoria T1 y T2: la temperatura entre la escoria y los granos del fundente en el proceso SAW; ∆L es el espesor de la escoria en metro (m), S el área de contacto entre el cordón de soldadura y la escoria en metro cuadrado [m 2 ] , λ [Wm -1 K -1 ] coeficiente de conductividad térmica y t es el tiempo en segundo [s]. La conductividad térmica en las escorias ocurre fundamentalmente por el proceso de transmitir el calor mediante la vibración y el caótico movimiento térmico de las moléculas, iones y átomos. Para cada sustancia sólida existe una temperatura característica (temperatura de Debye) donde la conductibilidad térmica es máxima (véase Figura 1.13). Esa temperatura puede considerarse, también, como la frontera entre las temperaturas bajas y altas para una determinada sustancia sólida. Figura 1.13: Representación de la conductividad térmica de tres escorias con distintas composiciones químicas correspondientes al sistema. Por lo general, la conductibilidad térmica de los sólidos es mayor que la de los líquidos, lo cual juega una importante función en la retención y transmisión del calor en el baño de soldadura. Este aspecto es importante en la estrategia del diseño o desarrollo de la matriz de un fundente, ya que la mayor o menor retención del calor por la escoria en estado líquido puede influir en la
45 estructura de las fases y en el tamaño de sus granos, lo que se revierte en definitiva en las particularidades de las propiedades del cordón de soldadura. Cuando la transmisión del calor va acompañada por cambios de fase resulta más compleja que el simple intercambio de calor entre líquidos o entre sustancias con distintos estados de agregación (sólido-líquido), por tanto un cambio de fase implica la adición o sustracción de calor, que involucra considerables cantidades de energía a temperatura constante o casi constante. La velocidad del cambio del estado de agregación, puede estar regida por la velocidad de transmisión del calor y de nucleación de partículas, grumos o cristalitos, así como por el comportamiento estructuro-químico de la fase formada, por lo que hay que procurar que en la solidificación de las escorias éstas resulten lo más amorfas posibles, debido a que éstas en ese estado estructural disipan, por lo regular, monótonamente el calor. La conductibilidad térmica λ es una propiedad de las sustancias y análoga a la viscosidad (μ); también es una de las llamadas propiedades de transporte, que se expresa en W·m -1 K -1 . La ley de Fourier establece que λ es independiente del gradiente de temperatura, pero no tiene necesariamente por qué serlo de la temperatura en sí. La experiencia confirma la independencia de λ en un amplio intervalo de gradientes de temperatura. Por la otra parte, λ es aún función de la temperatura, pero la variación es relativamente pequeña, de forma que, para pequeños intervalos de temperatura, λ puede considerarse constante. Para intervalos mayores, la conductividad calórica varía linealmente con la temperatura, de acuerdo con la ecuación: λ = a + bT, siendo a y b constantes empíricas. Cuando b = 0, λ varía linealmente con la temperatura, pero si λ es función de la temperatura, entonces el comportamiento lineal presenta una curvatura. El comportamiento de la conductividad térmica de cuatro tipos de escoria con diferentes relaciones de los óxidos SiO2:Al2O3:CaO se representa gráficamente en la Figura 1.13 (véase Tabla 1.8). En estado sólido la conductividad Tabla 1.8: Composición química de tres escorias alumosilicáticas Escoria SiO2 Al2O3 CaO No. 1 40 20 40 No. 2 40 15 45 No. 3 35 15 50 térmica de estas escorias aumenta paulatinamente alcanzando un valor máximo alrededor de la temperatura de 773 K (Temperatura de Debye). A partir de esa temperatura la conductibilidad térmica disminuye al incrementarse la temperatura hasta que toma un comportamiento asintótico al eje de las temperaturas (véase la Figura 1.13). Ya en estado líquido a 1 773 K, la conductibilidad térmica de las escorias 1 y 2 (Tabla 1.8) convergen hacia los mismos valores de λ (Figura 1.13). Mientras que en el mismo intervalo de temperatura, el comportamiento de la λ de la escoria 3 se mantiene paralelo a los valores de las escorias 1 y 2 con un menor valor de λ.
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