Guía completa

Cómo soldar aluminio

Actualizado en: noviembre 14, 2020
01. Introducción

El aluminio como material estructural

El uso del aluminio como material estructural es bastante reciente. El aluminio no se usaba ampliamente porque es un metal reactivo. Nunca se encuentra en su estado elemental en la naturaleza. En cambio, siempre está fuertemente unido con oxígeno como óxido de aluminio (Al2O3), también conocido como mineral de bauxita. Aunque el mineral de bauxita es abundante, aún no se ha descubierto un método directo para producir aluminio a partir de bauxita. La gran cantidad de energía eléctrica requerida para producir aluminio es la razón principal de su mayor costo en relación con el acero.

El aluminio se usa ampliamente en numerosas aplicaciones. Entre sus características más notables podemos mencionar:

Conductor de calor
Conduce electricidad y calor casi tan bien como el cobre.
Es ampliamente utilizado en barras de bus eléctricas y otros conductores, intercambiadores de calor de todo tipo y utensilios de cocina.
Resistente a la temperatura
Se vuelve más fuerte que frágil con la disminución de la temperatura, por lo que ha encontrado una amplia aplicación en equipos criogénicos a temperaturas tan bajas como -452 °F (-269 °C).
Resistente a la corrosión
Es muy resistente a la corrosión en la mayoría de los entornos, por lo que ha encontrado amplias aplicaciones en entornos marinos y químicos.

Las características de las aleaciones de aluminio que los hacen atractivos como materiales estructurales son: 

Su peso ligero (un tercio del peso del acero)  

Su resistencia relativamente alta (igual en muchos casos a la de los grados de acero de construcción).

Esta combinación ha dado como resultado un mayor uso de aleaciones de aluminio en aplicaciones como automóviles, camiones, remolques y vagones de ferrocarril. Además, la estructura de la mayoría de los aviones se fabrica principalmente de aleaciones de aluminio, aunque las piezas se unen con mayor frecuencia mediante remachado en estas aplicaciones.

Las aplicaciones más comunes para el aluminio son
  • Chasises automotrices
  • Camiones de aluminio
  • Trailers de aluminio
  • Barcos de aluminio
  • Rampas de carga
  • Estructuras ferrocarrileras 
  • Escaleras de aluminio 
  • Radiadores y equipos de transferencia de calor. 
02.

Soldadura de Aluminio vs. Soldadura de Acero

La mayoría de los soldadores comienzan aprendiendo a soldar acero, y algunos migran a soldar aluminio. La mayoría de los equipos de soldadura están diseñados para soldar acero, y la soldadura de aleaciones de aluminio es una ocurrencia tardía (esto ha comenzado a cambiar).
Las diferencias entre la soldadura de acero y el aluminio se pueden resumir en tres afirmaciones:

Contenidos

Aspectos a considerar con las aleaciones tratables

1.

No todas las aleaciones de aluminios son soldables

Hay algunas aleaciones de aluminio que simplemente no son soldables por arco eléctrico. Discutiremos en detalle la soldabilidad de las diversas familias de aleaciones. En este punto, digamos que muchas aleaciones de aluminio, especialmente las más fuertes, no son soldables.

2.

No todas las aleaciones de aluminio son tratables termicamente

Algunas aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, pero otras no. Incluso para las aleaciones de aluminio tratables térmicamente, los tratamientos térmicos son totalmente diferentes de los utilizados para el acero. De hecho, si calienta algunas aleaciones y las templa, se volverán más suaves en lugar de más duras. Tenga en cuenta las diferencias y actúe como corresponda.

3.

En aleaciones de aluminio, la soldadura rara vez será tan fuerte como el material original

En aleaciones de aluminio, la soldadura rara vez será tan fuerte como el material original. Esto suele ser cierto para soldaduras en aleaciones tratables con calor y no tratables con calor. La diferencia de resistencia entre la soldadura o la zona afectada por el calor (HAZ) y el material original a menudo es significativa, generalmente 30% o más.

03.

Metalurgia

Primero debemos entender algunos conceptos básicos sobre la metalurgia del aluminio. El aluminio se puede alear con varios elementos diferentes, tanto primarios como secundarios, para proporcionar una mayor resistencia, resistencia a la corrosión y soldabilidad general.

Los elementos principales que alean con aluminio son cobre, silicio, manganeso, magnesio y zinc. Es importante tener en cuenta que las aleaciones de aluminio se dividen en dos clases: tratables o no tratables.

Aleaciones tratables térmicamente

Son aquellas que se tratan térmicamente para aumentar sus propiedades mecánicas. El tratamiento térmico de una aleación significa calentarla a una temperatura alta, colocar elementos de aleación en una solución sólida y luego enfriarla a una velocidad que produzca una solución súper saturada. El siguiente paso en el proceso es mantener la solución a una temperatura más baja el tiempo suficiente para permitir una cantidad controlada de precipitación de los elementos de aleación.

Aleaciones NO tratables térmicamente

Es posible aumentar la resistencia solo mediante trabajo en frío o endurecimiento por deformación. Para hacer esto, debe producirse una deformación mecánica en la estructura metálica, produciendo una mayor resistencia y una menor ductilidad y, por lo tanto, una mayor resistencia a la tensión.

Aleaciones de aluminio
Así como el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) registra las químicas y los grados del acero, la Asociación de Aluminio (AA) registra las designaciones de las aleaciones, las químicas y las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio. Sin embargo, el sistema de designación de aleación es totalmente diferente del utilizado para los aceros. Además, se utilizan diferentes sistemas de designación para aleaciones forjadas y fundidas.

1.

Aleaciones forjadas

Las designaciones de aleación forjada usan un número de cuatro dígitos más una designación de temple, que discutiremos más adelante. Las aleaciones de aluminio se dividen en ocho «familias» dependiendo de los principales elementos de aleación. Las familias de aleaciones de aluminio se muestran en la Tabla 1-1, junto con su capacidad de tratamiento térmico.
Tabla 1-1: Designaciones de aleación forjada
Familia Elementos de aleación Tratamiento térmico
1xxx Aluminio puro No
2xxx Cobre (a veces con magnesio) Si
3xxx Manganeso (a veces con magnesio) No
4xxx Silicio No
5xxx Magnesio No
6xxx Magnesio más silicio Si
7xxx Zinc (a veces con magnesio y cobre) Si
8xxx Todos los demás normalmente Si
Nota: La designación 2XXX, etc. es una abreviatura estándar de la industria que se utiliza para significar "todas las aleaciones en la serie 2000".

Si tiene una pieza de 6061, está claro que es una aleación forjada (4 dígitos), es tratable térmicamente y contiene magnesio y silicio. El segundo dígito muestra si la aleación es la primera de estas aleaciones registrada. Si este es el caso, el segundo dígito será «0», como en 5054. Los dígitos que no sean «0» indican que la aleación es una modificación de una aleación registrada. 5154 sería la primera modificación de 5054. La aleación 5754 es la séptima modificación. 

La Asociación de Aluminio (AA) asigna arbitrariamente los dos últimos dígitos cuando se registra la aleación. Tenga en cuenta que la designación del material no indica la aleación o la resistencia de la soldadura.

2.

Aleaciones fundidas

El sistema de designación para aleaciones fundidas, clasificadas en familias se muestra en la Tabla 1-2. Las familias son algo diferentes de las designaciones para aleaciones forjadas. Estas designaciones tienen solo tres dígitos, seguidos de un punto decimal y un dígito más. Para estas aleaciones, el primer dígito muestra la familia de aleaciones. Los siguientes dos dígitos se asignan arbitrariamente. Las modificaciones de aleación se indican con un prefijo de letra: 356 sería la versión original de una aleación, A356 es la primera modificación, B356 es la segunda modificación, etc. El número que sigue al punto decimal indica si la aleación se produce como una fundición de forma final o como un lingote para la fundición.
Tabla 1-2: Designaciones de aleación de fundición
Familia Elementos de aleación Tratamiento térmico
1XX.X Aluminio puro No
2XX.X Cobre (a veces con magnesio) Si
3XX.X Silicio más magnesio Si
4XX.X Silicio Si
5XX.X Magnesio No
6XX.X No usado No
7XX.X Zinc Si
8XX.X Estaño No
9XX.X Otro

Elementos de aleación

Aluminio puro (serie 1XXX)

No contiene elementos de aleación y no es tratable térmicamente. Se utiliza principalmente en tanques y tuberías químicas debido a su superior resistencia a la corrosión. Esta serie también se utiliza en conductores eléctricos debido a su excelente conductividad eléctrica. Se suelda fácilmente con alambres de aporte 1100 y 4043.

Cobre (serie 2XXX)

Proporciona alta resistencia al aluminio. Esta serie es tratable térmicamente y se utiliza principalmente en piezas de aviones, remaches y productos de tornillería. La mayoría de las aleaciones de la serie 2XXX se consideran pobres para la soldadura por arco debido a su sensibilidad al agrietamiento en caliente. La mayoría de estas aleaciones no deben soldarse, sin embargo, las aleaciones 2014, 2219 y 2519 se sueldan fácilmente con aporte 4043 o 2319. Estas tres aleaciones son ampliamente utilizadas en la fabricación soldada.

Manganeso (serie 3XXX)

Produce una serie no tratable con calor utilizada para la fabricación y construcción de uso general. Con una resistencia moderada, la serie 3XXX se utiliza para formar aplicaciones que incluyen chapas para remolques. El endurecimiento por deformación lo mejorará al proporcionar buena ductilidad y mejores propiedades de corrosión. Típicamente soldada con aporte 4043 o 5356, la serie 3XXX es excelente para soldar y no es propensa a agrietarse en caliente. Sus resistencias moderadas evitan que esta serie se use en aplicaciones estructurales.

Silicio (serie 4XXX)

El silicio reduce el punto de fusión del aluminio y mejora la fluidez. Su uso principal es como metal de aporte. La serie 4XXX tiene buena soldabilidad y se considera una aleación no tratable con calor. La aleación 4047 se usa a menudo en la industria automotriz porque es muy fluida y buena para la soldadura fuerte (brazing) y la soldadura por arco eléctrico.

Magnesio (serie 5XXX)

Cuando se agrega al aluminio, el magnesio tiene una excelente soldabilidad, buena resistencia estructural y no es propenso a agrietarse en caliente. De hecho, la serie 5XXX tiene la mayor resistencia de las aleaciones de aluminio no tratables con calor. Se utiliza para tanques de almacenamiento de productos químicos y recipientes a presión, así como para aplicaciones estructurales, ferroviarias, automóviles, camiones y puentes debido a su resistencia a la corrosión.

Silicio y Magnesio (serie 6XXX)

Esta serie de resistencia media y tratable con calor se utiliza principalmente en aplicaciones automotrices, de tuberías, barandas y extrusión estructural.

La serie 6XXX es propensa al agrietamiento en caliente, pero este problema puede superarse mediante la elección correcta de la junta y el metal de relleno. Se puede soldar con las series 5XXX o 4XXX sin agrietarse: es esencial la dilución adecuada de las aleaciones base con el alambre de aporte seleccionado. Un aporte 4043 es el más común para usar con esta serie. Las aleaciones 6XXX nunca deben soldarse de forma autógena, ya que se agrietarán.

Zinc (serie 7XXX)

El zinc agregado al aluminio con magnesio y cobre produce la aleación de aluminio tratable con calor de mayor resistencia. Se utiliza principalmente en la industria aeronáutica. La soldabilidad de la serie 7XXX se ve comprometida en los grados de cobre más altos, ya que muchos de estos grados son sensibles a las grietas debido a los amplios rangos de fusión y las bajas temperaturas de fusión del sólido. Los grados 7005 y 7039 son soldables con aportes 5XXX. Son ampliamente utilizados para cuadros de bicicleta y otras aplicaciones extruidas.

Otros (serie 8XXX). Otros elementos que son aleados con aluminio (es decir, litio) se incluyen en esta serie. La mayoría de estas aleaciones no suelen soldarse, aunque ofrecen una muy buena rigidez y se utilizan principalmente en la industria aeroespacial. Las selecciones de aporte para estas aleaciones tratables térmicamente incluyen la serie 4XXX.

Designaciones de temple

La información anterior permite que una aleación de aluminio sea reconocida por su química, pero no por el tratamiento térmico o las propiedades mecánicas. Para mostrar estas propiedades, se establecen designaciones de temple. La designación completa de una aleación podría ser 6061-T6 o 5083-H114. La mayoría de estas designaciones son diferentes para aleaciones tratables con calor y no tratables con calor; sin embargo, dos designaciones comunes se aplican a todas las aleaciones:

Temple “O” (no cero). Cuando a una aleación se le asigna esta designación, el proveedor ha recocido la aleación, típicamente a 650-750 °F (343-300 °C), y es lo más suave posible.

Temple “F”. Cuando se suministra una aleación con este temple, se suministra «tal como está fabricado». Esto significa que el proveedor garantiza que la química del material cumple con los requisitos químicos para la aleación especificada, pero no hay reclamos con respecto a las propiedades mecánicas de la aleación. Este temple a menudo lo especifican los fabricantes que posteriormente forjan o forman el material suministrado y establecen propiedades mecánicas mediante tratamiento térmico después del conformado.

04.

Efectos de la soldadura en aleaciones de aluminio

Es más fácil discutir los efectos de la soldadura en las propiedades mecánicas de las soldaduras de aluminio si discutimos las aleaciones no tratables con calor y las aleaciones tratables con calor por separado.

Aleaciones no tratables

Como se discutió anteriormente, estas aleaciones pueden ser, y a menudo son, fortalecidas por el trabajo en frío. Las aleaciones trabajadas en frío pueden tener rendimientos y resistencias a la tracción dos veces superiores a las de la aleación de temple «O». Estas aleaciones trabajadas en frío se pueden ablandar nuevamente al temple «O» recociéndolas a 650-700 °F (343-371 °C). Dado que el calor de la soldadura produce temperaturas considerablemente más altas que estas en la línea de fusión de soldadura, el resultado de la soldadura es que el HAZ de las soldaduras en aleaciones no tratables con calor (es decir, 1XXX, 3XXX, 4XXX y 5XXX) se recoce. Por lo tanto, la resistencia de la unión de soldadura es siempre igual a la resistencia del material base recocido templado «O», independientemente de cuál fue el temperamento inicial del material principal. Si suelda material templado «O», la soldadura será tan fuerte como el material inicial de partida. Si suelda cualquier material endurecido por deformación (es decir, trabajado en frío), la soldadura será más débil que el material de partida, quizás significativamente más débil.

El HAZ nunca puede volverse más suave que el «O» temple, por lo que el exceso de calor de soldadura no hará que el HAZ sea más suave. Sin embargo, puede ampliar la HAZ. Normalmente, esto no reducirá aún más la resistencia de la unión soldada, aunque pueden surgir otros problemas debido al aporte excesivo de calor.

Desde un punto de vista práctico, no hay forma de recuperar la resistencia perdida durante la soldadura. Si la soldadura se trabaja en frío, comenzará a endurecerse nuevamente. Sin embargo, esto no suele ser una solución industrial práctica porque, en la mayoría de los casos, la soldadura no será tan fuerte como el material de partida trabajado en frío.

Aleaciones tratables

No se puede hacer una declaración general sobre la resistencia soldada de las aleaciones tratables térmicamente. Como se indicó anteriormente, la soldadura generalmente será más débil que el material original. Sin embargo, las propiedades soldadas dependerán en gran medida del temple del material antes de soldar y también de los tratamientos térmicos realizados después de la soldadura. La Figura 1-1 muestra una traza de microdureza a través de una soldadura, comenzando en el centro de la soldadura. El gráfico en realidad muestra cuatro curvas que representan lo que sucede con el material templado T4 y T6 en las condiciones de soldadura por calor (AW) y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWA).

Tenga en cuenta lo siguiente:

   La HAZ tiene aproximadamente 1/2 pulg. (12.7 mm) de ancho. El ancho real de la HAZ dependerá de varias cosas, incluido el proceso de soldadura utilizado y el grosor del material. Los anchos de HAZ de 1 pulg. (25,4 mm) no son infrecuentes en materiales delgados.

   La dureza y resistencia de la soldadura es típicamente más baja en la HAZ. Debido a esto, la resistencia de la aleación de relleno de soldadura no es una preocupación principal al hacer soldaduras a tope. Una soldadura fallará con mayor frecuencia en la HAZ.

   A diferencia de las aleaciones no tratables con calor, la dureza (y por lo tanto la resistencia) en la HAZ no siempre es la misma. Depende del temple del material antes de la soldadura y de si la soldadura se envejece después de la soldadura.

A.

La HAZ más débil ocurre cuando el material se suelda en el temple T6 y se usa como soldado.

B.

El HAZ, y por lo tanto la soldadura, en realidad será ligeramente más fuerte si el material se usa en el temple T4 y se usa como soldado.

C.

Si la soldadura en material T4 o T6 se envejece posteriormente, la resistencia de la HAZ puede aumentar significativamente. El tratamiento térmico exacto posterior a la soldadura varía con la aleación, pero generalmente se recomienda envejecer a alrededor de 400 °F (204 °C) durante aproximadamente una hora.

Figura 1-1: Dureza vs Distancia para 6061-T4 y T6 en las condiciones de cómo fue soldado (AW) y de post-soldadura (PWA).

Cuando se fabrica con aleaciones tratables con calor, se tiene opciones que no están disponibles con aleaciones no tratables, cuando se trata de recuperar parte de la resistencia perdida durante la soldadura. Por ejemplo, dado que las aleaciones 6XXX se doblan más fácilmente y alrededor de un radio más pequeño en el temple T4 que en el temple T6, estas aleaciones se pueden comprar en el temple T4, se forman fácilmente, se sueldan y luego se envejecen. Las propiedades mecánicas resultantes serán significativamente más altas que si el material fuera comprado en el temple T6.

Finalmente, si se elige la aleación de aporte correcta, la soldadura terminada se puede tratar por completo con calor y se pueden restaurar las propiedades T6.

La HAZ de las soldaduras en aleaciones tratables con calor es significativamente diferente de la HAZ en aleaciones no tratables con calor. La resistencia de la HAZ en las aleaciones tratables con calor se puede reducir considerablemente si se utiliza un aporte excesivo de calor. Por lo tanto, es muy importante no usar precalentadores excesivos [se recomienda un máximo de 200 °F (93 °C)], controlar cuidadosamente las temperaturas entre pasos [se recomienda un máximo de 250 °F (121 °C)] y evitar prácticas como pases anchos de tejido, lo que resultará en una entrada excesiva de calor.

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05.

Preparación de soldadura

La preparación para la soldadura incluye el almacenamiento y manejo del aluminio antes de la soldadura, los métodos para hacer la preparación de la soldadura y los métodos para la limpieza antes de la soldadura. Si bien no se trata estrictamente de «preparación de soldadura», en esta sección se incluirán métodos para la limpieza para ranura de respaldo y limpieza entre pasos.

Almacenamiento de aluminio y alambre de aluminio antes de la soldadura

El almacenamiento inadecuado del aluminio y alambre de aluminio antes de la soldadura hace que la preparación para la soldadura sea mucho más costosa en el mejor de los casos. En el peor de los casos, puede provocar soldaduras de calidad inadecuada.

Es bien sabido que todas las aleaciones de aluminio forman un recubrimiento de óxido inmediatamente después de la exposición al aire. Este recubrimiento es extremadamente delgado, aproximadamente de 100 a 150 Angstroms (una millonésima de centímetro) de espesor. Debido a que es tan delgado, no es visible a simple vista. Cuando se almacena a temperatura ambiente y niveles de humedad relativa del 70% o menos, el grosor del óxido aumenta extremadamente lentamente. Es seguro decir que el aluminio y los alambres de aluminio almacenados en estas condiciones serán utilizables por un par de años. Además, el arco de polaridad inversa tiende a eliminar los óxidos. Por lo tanto, si el aluminio se almacena en un área seca, la eliminación de óxido antes de la soldadura será muy fácil o innecesaria.

Sin embargo, si el aluminio se somete a temperaturas superiores a 200 °F (93 °C) y/o niveles de humedad muy altos, el espesor de la capa de óxido puede aumentar rápidamente. Debido a esto, se sugiere lo siguiente:

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  El alambre de aluminio que alguna vez se haya mojado debe ser desechado. Las cajas de alambre donde la caja de cartón se ha mojado por dentro deben descartarse.

  El alambre de aluminio debe almacenarse en el interior, si es posible.

  El alambre debe guardarse en la caja original y en cualquier bolsa interior de plástico en la que venga.

  Es útil almacenar el alambre en un gabinete cerrado que se calienta a aproximadamente 11 °C por encima de la temperatura ambiente para reducir la humedad relativa. Esto puede hacerse simplemente montando un dispositivo eléctrico con una bombilla de bajo voltaje dentro del gabinete y dejando que la bombilla este encendida permanentemente.

  El alambre que no se utilizará durante dos días o más debe desmontarse del alimentador de alambre, devolverse a su embalaje original y almacenarse adecuadamente.

El alambre de aluminio que se almacena de acuerdo con las recomendaciones anteriores será utilizable, sin deterioro en el rendimiento, durante al menos 2 años. El alambre más viejo que este debe desecharse.

Los óxidos en una placa de aluminio pueden eliminarse con un cepillo de alambre eléctrico, lijado, rectificado o grabado químico; sin embargo, tenga en cuenta que el almacenamiento adecuado evitará la formación de óxidos. El aluminio debe almacenarse en interiores en un ambiente seco.

Si se almacena afuera, debe cubrirse de manera segura para mantenerlo seco. En ninguna circunstancia se debe almacenar sin cubrir una placa sobre otra. Esto permitirá que el agua “se permee” entre las placas desde los bordes. Si esto sucede, se formará un óxido espeso rápidamente en las superficies de las placas, lo que hará difícil separarlas.

Preparación de la soldadura

Incluso la aleación de aluminio más dura es mucho más blanda que una herramienta de corte de acero o carburo de alta velocidad. Si bien hay herramientas especializadas disponibles para cortar aluminio, el aluminio se corta fácilmente con sierras circulares, sierras de brazo radial y similares. 

Los métodos mecánicos de preparación de la soldadura son los siguientes:

Mecanizado 

El mecanizado de preparaciones de soldadura se puede realizar utilizando una variedad de herramientas. Las fresadoras, cepilladoras y perfiladoras se usan comúnmente con herramientas de corte de carburo.

Se recomienda que cualquier mecanizado se realice en seco, es decir, sin lubricantes de corte. Los lubricantes son a base de aceite (hidrocarburos) o de base acuosa. Si se usan lubricantes, el residuo debe eliminarse antes de soldar. Si no se elimina, se producirá una porosidad excesiva.

Aserrado

Tanto las sierras de cinta como las circulares se usan comúnmente para hacer preparaciones de soldadura. Se requieren velocidades de cuchilla más altas y dientes más gruesos que cuando se corta acero.

Las velocidades recomendadas de la superficie de la hoja son de 8000 pies de superficie por minuto (sfpm) para sierras circulares y 5000 sfpm para sierras de cinta. Las hojas de sierra de cinta no deben tener más de 4 dientes por pulgada. Si se utilizan sierras circulares, la calidad de corte puede ser lo suficientemente buena como para que no sea necesaria una preparación adicional. Las sierras de cinta generalmente dejan una superficie gruesa que debe lijarse o pulirse.

Desbaste y lijado

El uso de desbaste y/o lijado para formar preparaciones de soldadura se desaconsejaba en el pasado porque los aglutinantes orgánicos en el disco a menudo dejaban residuos orgánicos que causaban la porosidad de la soldadura. Hoy en día, hay una serie de discos de desbaste y lijado específicamente formulados para aluminio. Estos pueden dar excelentes resultados para formar preparaciones de soldadura en aluminio.

Cizallamiento

El corte es muy útil para cortar hojas o placas a medida, pero la calidad de los bordes rara vez es aceptable para soldar. Es relativamente áspero y tiene muchas grietas que pueden atrapar aceites, grasas y similares. Se recomienda que alise el borde mecanizando o lijando después del corte.

Enrutadores y barras de carburo

Puede usar enrutadores para reparaciones y desbaste. Si usa un enrutador de aire, asegúrese de que haya una secadora en la línea para evitar que la humedad penetre en la pieza de trabajo. Cuando lo use para trabajos de reparación o ranurado posterior.

Corte por chorro de agua

El corte por chorro de agua utiliza agua a alta presión con la adición de un abrasivo. Las presiones del agua pueden alcanzar los 100 mil libras por pulgada cuadrada (ksi), y la velocidad del agua puede alcanzar velocidades superiores a Mach 3 o 2283 mph. Las temperaturas solo alcanzan los 195 °F, lo que permite cortar el aluminio sin causar grietas en la separación. Este proceso puede cortar aluminio de hasta 9.25 pulgadas de espesor en ciertas aplicaciones. Sin embargo, existen limitaciones para el proceso. Las velocidades de corte son relativamente lentas, especialmente en comparación con el corte por arco de plasma. Por ejemplo, las velocidades de corte por chorro de agua pueden ser tan lentas como 3.8 pulgadas por minuto (ipm) en 1.5 pulg. material grueso con una presión de agua de 90 ksi para un corte de buena calidad. Además, los sistemas de corte por chorro de agua son generalmente caros y no portátiles.

Tecnologías de corte térmico

Si bien el aluminio no se puede cortar con un equipo de corte de oxi-combustible, se puede cortar fácilmente con un equipo de corte por plasma y láser. Las aleaciones tratables con calor son propensas a formar microgrietas debido al agrietamiento por separación, que puede extenderse desde el borde de corte hasta 1/8 pulg. (3,2 mm). Por lo tanto, los bordes cortados con láser o plasma en aleaciones tratables con calor deben mecanizarse para eliminar el borde antes de soldar.

Corte por plasma Puede producir un corte de calidad aceptable en aluminio de 1,5 pulgadas de espesor utilizando una fuente de alimentación de 400 A con una velocidad de desplazamiento de 35 pulgadas por minuto (ipm).

Corte por láser

Debido a la alta reflectividad y alta conductividad del aluminio, el corte por láser no es tan efectivo como otros métodos de preparación; por lo tanto, el corte por láser de estado sólido ofrece el mejor resultado al cortar aluminio. Este proceso generalmente se limita a materiales de 3/8 pulg. (9.5 mm) de espesor.

Limpieza pre-soldadura

Una vez que se forma la preparación de la soldadura, debe limpiarse antes de que la unión de la soldadura se ajuste. La limpieza consiste en eliminar cualquier contaminante. Estos contaminantes son los siguientes:

Aceites y grasas

La eliminación de aceites y grasas se puede realizar de varias maneras. Primero, puede limpiar con un trapo limpio saturado con un desengrasante. Este método es efectivo; sin embargo, el uso de muchos solventes se ha visto severamente restringido en los últimos tiempos debido a las preocupaciones ambientales. En segundo lugar, las soluciones alcalinas suaves son buenos desengrasantes.

La parte que se va a desengrasar se puede rociar con estas soluciones o sumergir en un tanque que las contenga. Dado que tales limpiadores generalmente son a base de agua, es importante secar completamente la pieza después del desengrase. En tercer lugar, puede usar una solución de limpieza a base de ácido para limpiar el aluminio. Estos suelen ser efectivos. Sin embargo, todos son ácidos y algunos contienen ácido fluorhídrico, por lo que debe tener cuidado al usarlos y desecharlos. Nuevamente, dado que estas soluciones contienen agua, debe secar la pieza completamente antes de soldar.

Exceso de óxidos

Una vez que haya eliminado los aceites y grasas, puede eliminar los óxidos de varias maneras. La forma más común es usar un cepillo de alambre de acero inoxidable. El cepillo debe estar limpio y no haber sido utilizado previamente en materiales distintos al aluminio. El cepillo debe ser relativamente flexible y usarse con una ligera presión para evitar rugosidad innecesaria de la superficie del aluminio.

También puede eliminar los óxidos sumergiendo la pieza en una solución alcalina fuerte. Sin embargo, estas soluciones son muy corrosivas y pueden grabar la superficie del aluminio; por lo tanto, asegúrese de tener extrema precaución.

En algunas industrias, especialmente en la industria aeroespacial, la eliminación final de óxido se realiza justo antes de que la junta se una. Esto se logra eliminando mecánicamente el óxido usando un raspador de acero o mediante limado. Una vez que se realiza la limpieza, la junta se ajusta lo antes posible. Este es un método efectivo de eliminación de óxido.

Sin embargo, consume mucho tiempo, es costoso y se usa principalmente en industrias donde la demanda de una calidad extremadamente alta supera el costo adicional.

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Limpieza entre pasos

La superficie de una soldadura generalmente tiene áreas de óxidos y soldaduras “smuts”. Este color gris a negro está compuesto de óxido de aluminio y óxido de magnesio. Recomendamos que elimine la suciedad y los óxidos antes de depositar otra pasada de soldadura; de lo contrario, pueden causar falta de defecto de fusión.

La forma más fácil de eliminar estos óxidos es usar un cepillo de alambre, ya sea manual o eléctrico. El cepillo de alambre debe estar limpio y usarse solo en aluminio. Debe ser flexible y usarse con una ligera presión.

Ranurado de respaldo

Al realizar una soldadura de doble cara, es necesario quitar el metal de la parte posterior antes de depositar la soldadura. Si descuida hacer esto y realiza la soldadura posterior sin preparación, a menudo se producirá una falta de fusión. La geometría habitual para la costura con ranura posterior es una preparación en V con un ángulo incluido de 60° y un radio de 1/8 pulg. (3.2 mm) en la base. Hay varias formas de realizar este ranurado de respaldo:

Corte de arco de aire o de plasma

Cualquiera de estos procesos puede usarse con éxito. Sin embargo, se debe confiar en la habilidad del operador para obtener un ranurado de respaldo uniforme. Además, generalmente requieren limpieza con un disco de desbaste antes de soldar. Esto es especialmente cierto en el ranurado por arco aire, que deja depósitos de carbono en la ranura. Si no se elimina el carbono, puede producirse porosidad en la soldadura posterior.

Desbaste

Se puede utilizar un disco de rectificado delgado de 1/8 pulg. (3.2 mm) en el borde para el ranurado posterior. Nuevamente, se necesita mucha habilidad para producir una ranura uniforme.

Mecanizado

La mejor manera de obtener un ranurado de respaldo uniforme es montar la soldadura en una fresadora y mecanizarla. Desafortunadamente, esto generalmente no es práctico. Sin embargo, varios fabricantes suministran una sierra circular neumática que monta una fresa de 4 pulgadas (102 mm) de diámetro. La profundidad de la ranura de respalda se determina ajustando la profundidad de corte de la sierra. Es relativamente fácil configurar una regla para guiar la sierra de modo que se obtenga una ranura trasera recta.

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06.

Aleaciones de Aluminio y su soldabilidad

Principales aleaciones de materiales de aporte

La soldadura con aluminio puede requerir demasiados requisitos especiales. En varios casos la selección de un material de aporte pudiera ser muy complicado. En la literatura encontramos que existen tablas muy complicadas. 

La forma más sencilla de seleccionar un electrodo para un trabajo que no requiera propiedades especificas en la pieza resultante es basarse en la siguiente recomendación: 

Aleación de material base Recomendación de material de aporte
6009 ER4043, 4047
6013 ER4643
6061 ER4047, ER4043, ER5356
6063 ER5356
6111 ER4043, ER4047
7005 ER5356, ER5183
7021 ER6356
7029 ER5356
7039 ER5356

Esta tabla es una guía rápida de los electrodos más comunes en la industria. Si bien es muy útil no nos da mayor detalle de las características que tendrá la pieza final. Si el trabajo que se busca requiere de propiedades específicas como dureza, resistencia a la temperatura, posibilidad de tratamiento térmico entre otros se requiere una tabla más detallada como la que se muestra a continuación: 

(Click en la imagen para expandir)
07.

Cómo soldar aluminio con electrodo revestido

La soldadura de aluminio con electrodo revestido es uno de los métodos de soldadura más utilizados. La soldadura con electrodo de aluminio es una buena opción para reparar tuberías y tanques. 

Estas son algunas de las cosas que debe saber sobre la soldadura de aluminio con electrodo revestido:

   Debe usar un electrodo recubierto de aluminio, junto con corriente directa polaridad inversa (DC+).

   El recubrimiento y/o fundente actúa como un escudo gaseoso para el arco y el aluminio fundido. También elimina el óxido de aluminio.

   La configuración de corriente y polaridad depende del tipo de electrodo (ver ficha técnica del electrodo seleccionado).

En este proceso de soldadura, controlar el arco es un desafío. Otro problema es la corrosión causada por el atrapamiento de fundente. Las soldaduras pueden ser propensas a la porosidad

Soldadura de aluminio vs. acero

A diferencia del acero, no notará ningún cambio de color en el aluminio cuando llegue al punto de fusión. Una vez que esté por encima del punto de fusión, notará un color rojo apagado. La mayoría de los procesos de soldadura no permiten que el aluminio supere el punto de fusión. Entonces, el color original del aluminio se conserva después de la soldadura.

Otra diferencia entre el aluminio y el acero es que el aluminio reacciona con el oxígeno en el aire y forma una capa delgada y dura de óxido de aluminio. El punto de fusión del óxido de aluminio es aproximadamente tres veces mayor que el del aluminio. El óxido de aluminio absorbe humedad y provoca porosidad que afecta la resistencia de la soldadura.

El aluminio puede conducir el calor más rápido que el acero. Sin embargo, requiere más calor para soldar y, por lo tanto, a veces es necesario precalentar, especialmente cuando se sueldan secciones más gruesas. La alta conductividad térmica permite que el aluminio se solidifique rápidamente. La expansión térmica del aluminio es más que la del acero. Cuando el aluminio se solidifica después de soldar, su volumen disminuye en un 6% causando distorsión y grietas.

Las propiedades del aluminio hacen que sea difícil soldar en comparación con el acero. Esto se debe a que se expande más que el acero cuando se aplica calor y se derrite fácilmente debido a su bajo punto de fusión. Pero si usa la temperatura correcta para soldar y presta atención durante todo el proceso, puede soldar aluminio sin ninguna dificultad.

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Soldar Aluminio con MIG

Ventajas del GMAW en Aluminio.

Los dos procesos de soldadura más comunes para unir eficazmente el aluminio son la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). La velocidad de GMAW, comúnmente conocida como soldadura MIG, lo convierte en el más rentable y ampliamente utilizado de los dos procesos. En el pasado, las opciones de los soldadores eran limitadas para soldar aluminio usando GMAW. Los procesos actuales están más controlados y son más indulgentes para una gama más amplia de espesores de material. Crear una soldadura de aluminio de alta calidad es fácil si el soldador elige el proceso adecuado para la aplicación de soldadura.

Las ventajas se enlistan a continuación:

Mayor Eficiencia

Mayor productividad

Mayor tasa de deposito

Mayor calidad en los cordones

Menor generación de humos

Desventajas del GMAW en Aluminio.

Si bien, el proceso GMAW para soldar Aluminio presenta grandes beneficios, hay algunas desventajas que deben considerarse al momento de elegir este proceso para soldar Aluminio. Se enlistan a continuación.

Equipo más especializado.

El GMAW para aluminio requiere un equipo mas especializado y mas robusto, por lo tanto, no es tan portátil como un equipo de electrodo pudiera ser, lo que suele ser una desventaja si nuestro proceso requiere cierto grado de flexibilidad con los equipos.

Mayor inversión.

Requiere una mayor inversión al momento de querer adquirir alguno y por lo tanto el retorno de inversión de los equipos pudiera ser más tardado.

Sensibilidad al aire

Al necesitar un gas externo como protección, las corrientes de aire que pudieran existir en un entorno donde no existe protección (como una nave industrial) pueden afectar el proceso de soldadura causando porosidad y arcos erráticos, lo que hace que el uso en exteriores se vea limitado si no se cuenta con alguna otra herramienta de protección (mamparas).

Fuente para Soldar Aluminio en GMAW

El mundo está cambiando. Esto no es sorpresa para cualquiera que sea consciente de su entorno. Sin embargo, es tentador mirar tecnologías, como la soldadura y creer que haya poco o ningún desarrollo que tenga lugar en estos días. Sin embargo, quién haya tomado ese punto de vista podría estar en un error. De hecho, el diseño y las capacidades de las fuentes de poder de soldadura han cambiado y sigue cambiando, rápidamente. Una de las tecnologías que impulsan este cambio es el desarrollo y popularización de las fuentes de alimentación basadas en la tecnología inversor. Esta tecnología es especialmente adecuada para la soldadura de aleaciones de aluminio, especialmente aleaciones de aluminio en espesores delgados.

Las fuentes de poder de arco pulsado han llegado a ser mucho más sofisticadas que las máquinas de apenas hace algunos años. Las primeras máquinas de arco pulsado tenían una frecuencia de pulso fija basada en los varios tipos de frecuencias de alimentación que iban de los 60 a los 120 Hz. Estos sistemas no eran sinérgicos y por lo tanto eran muy difíciles de ajustar. En los 90s. se introdujeron las nuevas fuentes de poder pulsadas que tienen un control sinérgico (una perilla de control) con un amplificador de alta velocidad que se usa para controlar la salida

En las nuevas fuentes de poder de arco pulsado, un transformador tipo inversor proporcionan la fuerza al arco y una programación electrónica se usa para dirigir la salida de la fuente de poder. La programación electrónica desarrollada específicamente para estas nuevas fuentes de poder tiene una selección muy amplia de tipos de materiales de aporte, diámetros y mezclas de gases de protección. En la mayoría de los casos, estas nuevas fuentes de poder poseen una selección muy amplia de transferencia por rocío pulsado, sinérgico VC y programas especiales de Pulso sobre Pulso para utilizarse con electrodos de aluminio.

Antorchas usadas en Aluminio

Empuje y Arrastre (Push-Pull)

Existen algunas versiones de pistolas GMAW push-pull para aluminio que han salido recientemente y se pueden conectar a la mayoría de los alimentadores estándar. Esto permite el uso de sistemas más integrados para la alimentación de aluminio. El motor en la cabeza de la pistola tiene un torque variable y una velocidad constante que permite el uso del control de velocidad de alambre del alimentador estándar.

Estas pistolas funcionan usualmente con el motor de la pistola en arrastre (pull) como esclavo y el motor de empuje (push) del alimentador como líder. Aunque hay evidencia de que el arreglo de líder (en pistola) y esclavo (en alimentador) resulta más consistente, los sistemas antes mencionados con pistola en arrastre han mostrado también gran efectividad.

Antorcha MIG MAGNUM SG

Otra solución para trabajos ligeros es el uso de pistolas porta carrete. En este sistema, se monta un carrete de 0.5 Kg (1 lb) en la parte posterior de la pistola GMAW y de esta forma sólo se empuja el alambre unos cuantos centímetros a través de los rodillos. Estas pistolas son enfriadas por aire por lo que no se recomiendan para altas corrientes o ciclos de trabajo de soldadura muy pesados.

Modos de Transferencia en GMAW para Aluminio

Lo que es importante notar en la soldadura de metales base de aluminio es que su conductividad térmica es más alta que la de los aceros al carbono y debido a esto los modos de transferencia con baja energía son incapaces de fundir el metal base para asegurar una buena fusión. La transferencia de metal por rocío axial y por rocío pulsado son los modos preferidos para el aluminio porque tienen los niveles de energía para fundir el metal base y asegurar una buena fusión.

GMAW- Pulsado

Cuando se tiene disponible, con la GMAW-P se pueden unir secciones de aluminio delgadas y gruesas. Para aquellos materiales que son menores o iguales a 3 mm (0.125”), la transferencia por rocío pulsado es la elección preferida. Con la transferencia por rocío pulsado es más fácil unir materiales menores de 3.2 mm (0.125”) y esto se debe a que la corriente promedio es menor en magnitud para la GMAW-P que la de la corriente de soldadura para la transferencia por rocío axial.

Cuando se compara la transferencia por rocío axial con la GMAW-P, esta última presenta las siguientes ventajas cuando se usa con aluminio:

  • Menor aporte térmico/menor distorsión.
  • Permite manejar la junta con arreglo pobre.
  • Permite manejar materiales más delgados.
  • El aporte térmico más bajo de la GMAW-P reduce el tamaño de la zona afectada por el calor.
  • En las soldaduras, fuera de posición, se puede mejorar mucho.
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Técnicas de aplicación

La formación de “hollín” en la superficie de las áreas adyacentes al cordón de soldadura, es conocido como “hollín” el cual está formado por los óxidos finamente divididos de aluminio y magnesio. Normalmente indica que se requiere hacer algunos ajustes en la técnica utilizada.

En primer lugar, durante la soldadura de aluminio con GMAW el error más común es mantener una distancia del extremo al trabajo (CTWD) demasiado largo. Cuando se suelda aluminio se debe acortar la distancia, CTWD de entre 13 a 16 mm (1/2 – 5/8”). Ya que si el CTWD es demasiado largo el gas de protección será insuficiente y en ausencia del adecuado gas de protección, el cordón se tornará gris y en casos más severos el arco puede perforar la pieza de trabajo.

Al iniciar una soldadura de aluminio, es fácil obtener un cordón de mal aspecto, los primeros 13 mm (1/2”). Esto se debe a la alta conductividad térmica del aluminio. Esta condición puede disminuirse usando una fuente de poder con “encendido caliente”. Una alternativa que se usa muy comúnmente, en caso de no tener un “encendido caliente” es la de encender el arco 25 mm (1”) adelante del punto de inicio y rápidamente retroceder al punto nominal de inicio deseado. Esta acción tiene el efecto de proveer un precalentamiento al metal base de aluminio y conseguir una mejor fusión en el comienzo de la soldadura. Mientras se esté soldando la pistola debe sujetarse en un ángulo de empuje de 5 a 10° (con la pistola hacia delante). Si la pistola es usada con un ángulo de arrastre (con la pistola hacia atrás) el gas de protección no cubre el charco de metal fundido y el acabado de la soldadura será de gris a negro. Se debe de cuidar cuando se extinga el arco. Ya que la terminación abrupta del arco ocasionará un cráter profundo que puede albergar grietas por la contracción. Hay muchas formas de disminuir el tamaño y profundidad del cráter.

Se pueden usar placas de inicio y terminación para empezar y finalizar la soldadura sobre de ellas.

Una fuente de poder con un control de arco que se desvanezca que permita que la corriente y el electrodo se reduzcan paulatinamente a una predeterminada velocidad de alambre por unidad de tiempo. Esto permite que se llene el cráter del cordón de soldadura.

Al finalizar el cordón, progresivamente aumente la velocidad. Con el fin de reducir el tamaño del cordón y con esto disminuir el tamaño del cráter. Esto es conocido como “técnica de reducción”

Al final del cordón, invierta la dirección de la pistola para dejar el cráter dentro del cuerpo del cordón – “técnica de retroceso”

Algunos soldadores aprender a soldar el aluminio con GMAW, manteniendo un movimiento uniforme y estable en la dirección de viaje para efectuar cordones lisos con un mínimo de marcas de ondulaciones en la superficie del cordón, lo cual es conocido como cordones con progresión del tipo recta o directa

Técnica de soldadura directa

Otro tipo de soldadores aprender a soldar usando la técnica de retroceso, cada una de estas técnicas produce soldaduras con un acabado distinto entre el espaciado de las ondulaciones de la superficie del cordón. Cada técnica produce un acabado superficial del cordón aceptable.

Técnica de soldadura por retroceso

Defectos más comunes en la soldadura de aluminio.

Algunos defectos de soldadura, o discontinuidades, pueden ser lo suficientemente pequeños que no afectan seriamente las propiedades mecánicas de la junta de soldadura. Otras discontinuidades pueden causar falla de la unión inmediata.

A continuación, se mencionarán los defectos mas comunes en la soldadura de aluminio.

Defectos más comunes en la soldadura de aluminio

Agrietamiento

El agrietamiento ocurre cuando una combinación de una microestructura o química susceptible y una solidificación suficientemente alta de estrés está presente. Si reducimos el estrés o cambiamos la microestructura o química, el agrietamiento puede ser eliminado.

Todas las grietas de soldadura en aluminio son causadas por grietas en caliente. Es decir, se lleva a cabo durante la solidificación de la soldadura.

Penetración incompleta

La penetración incompleta es causada a menudo por una corriente de soldadura insuficiente, a una velocidad de avance que es demasiada alta. Sin embargo, el uso de un voltaje de arco demasiado alto también puede provocar que el arco puentee la raíz de la soldadura y no penetre completamente. También se debe tener cuidado al hacer un retroceso en una soldadura de dos lados. El retroceso insuficiente puede resultar a veces en incompleta penetración. 

Fusión Incompleta

Generalmente es causada por la soldadura sobre óxidos pesados, limpieza insuficiente entre pasadas o mala colocación del cordón. Los óxidos pesados deben eliminarse antes de soldar. La soldadura, la suciedad y / o los óxidos deben eliminarse antes de hacer otra pasada de soldadura.

Porosidad

La porosidad en las soldaduras de aluminio es causada por burbujas de hidrógeno que quedan atrapadas en las soldaduras a medida que se enfría. La fuente de este hidrógeno son los aceites, grasas o vapor de agua disociado por el arco de soldadura. Para controlar la porosidad de la soldadura, las fuentes de estos contaminantes deben ser eliminados. También es útil al soldar en posición vertical, para usar una progresión hacia arriba, en vez de hacia abajo que generalmente se usa para soldar acero, para minimizar la porosidad de la soldadura.

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Soldadura de Aluminio con GTAW (TIG)

El proceso GTAW o TIG como comúnmente es conocido, es un proceso de soldadura por arco con protección gaseosa, que utiliza el intenso calor de un arco eléctrico generado entre un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a soldar, donde puede o no utilizarse metal de aporte. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos.

Ventajas de la soldadura de aluminio con TIG

La gran ventaja de la soldadura TIG en aluminio es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de los procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales no ferrosos como es el aluminio, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor.

Otras ventajas:

  • No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco.
  • Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión.
  • Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es claramente visible.
  • El sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola y/o el metal de aporte.
  • Adecuada para soldaduras de responsabilidad (pase de raíz).
  • El proceso puede ser mecanizado o robotizado.
  • Facilita la soldadura en lugares de difícil acceso.
  • Ofrece alta calidad y precisión.
  • Óptimas resistencias mecánicas de la articulación soldada.
  • Poca generación de humo.
  • Soldaduras claras, brillantes y con óptimo acabado, sin usar flujo de limpieza, prescindiendo de acabado final y reduciendo costos de fabricación.
  • Soldadura en todas las posiciones.
  • Versatilidad 

Desventajas

Proceso Lento: Si tenemos materiales más gruesos (de alrededor de 1 pulgada de espesor) que pueden ser soldados usando GMAW, es posible que desee considerar este proceso en lugar de GTAW, pues GMAW generalmente es más rápido. Éste es un inconveniente de la GTAW, es un proceso lento.

Requiere mucha habilidad: Para llegar a dominar el proceso de GTAW se requiere mucha práctica y destreza, e incluso más de ambas para hacerlo de una manera rápida y precisa.

Bajas tasas de Deposito: Las velocidades de deposición de la GTAW son más bajas que las de la SMAW o GMAW. Como mencionamos antes en artículos pasados, la tasa de depósito es la cantidad de metal de aportación que se deposita en una cantidad dada de tiempo. Como ejemplo, la velocidad de deposición promedio para una aplicación de GMAW usando un alambre de soldadura sólido es de 8 a 9 libras por hora (3.6 a 4 kg/h), pero la GTAW deposita sólo de 2 a 3 libras por hora (0.9 a 1.4 kg/h).

La Fuente de Poder para soldar Aluminio

Dos factores se deben considerar cuando se usa el proceso de TIG para la soldadura de aluminio: la tenaz capa de óxido que se forma rápidamente en la superficie del aluminio y la alta conductividad térmica del aluminio. La capa de óxido superficial interfiere con la conformación del metal fundido del aporte en la superficie de la junta, causando una baja adherencia a pesar de que las superficies hayan sido muy bien limpiadas antes de la aplicación de la soldadura. El óxido superficial será removido mediante el bombardeo de los iones de gas cuando se conecta el electrodo al positivo en CD, lo que permite una buena limpieza de la superficie de la junta. Sin embargo, esta polaridad produce la mayor cantidad de calor del arco en el electrodo por lo que se usan electrodos con diámetros más grandes y mayor cantidad de corriente que la que se requeriría si se conectara el electrodo al negativo. 

El uso de CA se recomienda en la soldadura de aluminio con TIG debido a que proporciona las mejores características de ambos modos de polaridades. El pulso positivo de la CA en el electrodo provee la acción de limpieza necesaria y el pulso negativo entregará mayor calor a la pieza de trabajo. El calor no es tan grande como cuando se conecta el electrodo al negativo en la CD por lo que se recurre al aumento de la corriente y de electrodos mas gruesos que los usados en la CD electrodo al negativo.

Muchas de las fuentes de poder disponibles para TIG estan integradas con una función que proporciona CA de onda cuadrada que permite el ajuste de duración del tiempo en la mitad del ciclo, del lado positivo y luego en el negativo, de forma proporcional. Esto permite que el pulso positivo sea ajustado al valor más bajo necesario para alcanzar un efecto de limpieza adecuado y entonces el máximo calor será aportado a la pieza de trabajo durante el pulso negativo. Otro beneficio de la onda cuadrada es que no hay necesidad de mantener de forma continua la alta frecuencia en el arco de CA. En la onda sinusoidal de CA, la corriente de arco cae a cero, dos veces por cada ciclo por lo que se requiere de la alta frecuencia para reiniciar cada mitad del ciclo. La corriente de onda cuadrada, al viajar de una dirección a la opuesta, pasa a través del cero tan rápidamente que el arco se reiniciará sin necesidad de la alta frecuencia.

Alta frecuencia

En la soldadura de TIG para aluminio, se recomienda el uso de la alta frecuencia para encender el arco, en lugar del encendido por “toque” para evitar inclusiones de tungsteno en el charco. Los electrodos de tungsteno puro o con circoniados con punta hemisférica deben ser usados para la soldadura de aluminio con CA: Los electrodos de tungsteno toriados generalmente no se recomiendan para las soldaduras con CA.

Una vez que se establece el arco, se debe sostener en ese punto, hasta que se forme el charco y posteriormente se puede mover a lo largo de la junta a una velocidad que mantenga el charco fundido. Se debe usar un arco corto para que se obtenga una buena penetración y no se ocasione un socavado. Un arco muy largo causará un cordón excesivamente ancho y dificultad para controlar la penetración y el contorno del arco. La longitud del arco, generalmente, debe ser aproximadamente igual al diámetro del electrodo de tungsteno.

Cuando se agrega material de aporte a la soldadura, se debe tener cuidado de no tocar con el alambre el electrodo de tungsteno ya se contaminará y debe ser remplazado antes de continuar con la soldadura.

Aplicación de soldadura GTAW en aluminio

Diagrama general del proceso GTAW
Ángulo de la antorcha (15 A 20 grados)
Extension del electrodo (2 A 3 veces el diametro)
Comienzo de soldadura
Formacion del cordon
Finalizacion del cordon
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Los gases de soldadura para aluminio

Por la alta temperatura a la que se produce la unión metálica de la soldadura es natural que todo metal esté expuesto a oxidación. Para esto y varias cosas más es que se utiliza el gas de protección. 

El gas permite proteger el charco de metal fundido, apoya para generar el arco plasma, influye en la estabilidad de arco, puede ser un factor para incrementar la productividad entre otros menores detalles. Mantener el área de soldadura libre de hidrógeno también es vital para una unión sana de aluminio. Su presencia genera pequeñas burbujas en la pieza sólida de aluminio llevando después a fallas en los cordones. 

El argón y su pureza

Históricamente el gas más utilizado para la soldadura de aluminio es el Argón, permite tener buena estabilidad de arco, fácil inicio de arco y tiene buena imagen de cordón post soldadura. Linde ha desarrollado varias mezclas de gases que permiten mantener los beneficios del argón y mejorar el resultado gracias a la mezcla. El gas utilizado para la soldadura de aluminio dependerá de la geometría de la unión que se está trabajando.

La pureza del gas es un factor decisivo para poder eliminar los defectos de soldadura. La pureza mínima de este gas para obtener buenos resultados debe estar mínimo en el 99.998% (4.8). Esto eliminará la presencia de humedad u otros elementos que generan porosidad o proyecciones de gotas para el caso de MIG. 

El argón es un gas muy versátil, en aplicaciones TIG suele ser el gas más utilizado porque permite hacer uniones en diversos metales base (incluido el aluminio), pero si lo que se busca es un resultado de alta calidad deberá usarse un gas especializado. 

Mezclas Helistar en la soldadura de aluminio

Para espesores muy altos se aprecia el uso de Helio como elemento de la mezcla gracias a su alto potencial de ionización y alta conductividad térmica. Este permite mayor temperatura de arco, el aluminio debido a su alta conductividad térmica hace muy complicado mantener la temperatura de arco en piezas de altos espesores. 

Elemento de mezcla Beneficios
Argón base Buen inicio de arco y estabilidad. Buena apariencia de cordón y acción de limpieza
Helio Componente Alto aporte de calor y fluidez de charco (mayor velocidad de avance).
Mejora apariencia final de cordón.
Mayor penetración.
Menor porosidad.
Porcentaje optimizado Ar/He Mejor apariencia y propiedades mecánicas de la pieza final

Mezcla "StarGold Al" en la soldadura de aluminio

StarGold Al es una mezcla basada en Argón que ayuda a mejorar el control de la aplicación que tiene el soldador. Mejora en todas las características de arco y funciona para cualquier proceso MIG/TIG. Las ventajas son:

  • Mejor estabilidad de arco contra el Argón puro
  • Inicio de arco se facilita y disminuye las distorsiones por variación en voltaje
  • Mejora la apariencia del cordón y la forma final. 
  • Perfil de penetración es mejor que el de Argón. 
  • La alimentación de material de aporte al charco se facilita vs Ar-He
  • En arco Spray se obtiene el mejor resultado
  • Requiere menor flujo de gas que las mezclas de Ar-He por su densidad. 
  • Elimina la limpieza post toldadura. 
  • Reduce las proyecciones en el proceso MIG
  • Disminuye a la mitad la zona afectada por calor

La eliminación de la zona afectada por calor en inglés llamada “Frost zone” mejora la suavidad de la apariencia del cordón en las siguientes imágenes se puede apreciar la diferencia:

Mezcla Stargold en proceso TIG

Mezcla Stargold en proceso MIG

Soldadura Láser. Guía 2023

La Soldadura Laser ofrece múltiples ventajas, entre las que se encuentran: baja entrada de calor, mínima zona afectada, baja tasa de distorsión.
y alta velocidad de soldadura.

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