Aunque el aluminio se puede unir a la mayoría de los otros metales con relativa facilidad, cuando el aluminio se suelda con arco al acero, cobre, magnesio o titanio, se forman compuestos intermetálicos muy frágiles que debilitan la resistencia de la unión. Cuando el acero y el aluminio deben unirse mediante soldadura por arco, se han desarrollado dos técnicas especiales para aislar los metales entre sí durante el proceso de soldadura por arco.
¿Cómo se suelda aluminio TIG con acero inoxidable? Se han desarrollado dos métodos para soldar por arco componentes de aluminio y acero inoxidable sin provocar la formación de compuestos intermetálicos muy frágiles.
- La primera es utilizar transiciones bimetálicas, en las que el aluminio y el acero inoxidable se han unido mediante métodos que no crean los compuestos, lo que permite la unión de los dos metales soldando únicamente aluminio con aluminio y acero inoxidable con acero inoxidable.
- El segundo es recubrir el acero inoxidable con soldadura de aluminio o plata y soldar el aluminio con arco en su lugar.
Echaremos un vistazo más de cerca a ambos métodos, para que sepa cuándo usarlo y cómo hacerlo, pero primero exploremos por qué no puede soldar aluminio TIG directamente al acero inoxidable.
Por qué no se puede soldar aluminio TIG con acero inoxidable
Al soldar, siempre es más fácil si los metales son lo más similares posible. Si estuviera soldando por puntos dos láminas del mismo espesor del mismo metal, sería sencillo crear una buena unión porque a medida que el arco pasara a través de ambas piezas de trabajo crearía la misma cantidad de resistencia y, por lo tanto, la misma cantidad de calor. . La misma cantidad de metal se licuaría y endurecería, formando una unión perfectamente pareja.
Sin embargo, cada variable que se introduce complica el proceso. Incluso algo tan simple como una diferencia de espesor entre las dos piezas de trabajo cambia la ecuación porque el calor se disipará de manera diferente a través de los diferentes espesores del mismo metal.
Una variable aún más drástica es soldar diferentes metales porque cada metal tiene propiedades diferentes. A veces, estas variables se pueden controlar ajustando el amperaje, el tiempo de exposición, el material del electrodo y otros factores, pero ciertos metales, como el aluminio y el acero inoxidable, son simplemente demasiado diferentes.
Diferencias entre aluminio y acero inoxidable
El aluminio y el acero inoxidable tienen propiedades drásticamente diferentes, lo que los hace incompatibles para la soldadura TIG.
- Punto de fusion. El punto de fusión del aluminio es de 1221 grados Fahrenheit, que es mucho más bajo que el punto de fusión del acero, que es de 2500 grados Fahrenheit. Para complicar aún más la situación, el aluminio tiene una capa de óxido que tiene un punto de fusión de unos 3700 grados Fahrenheit.
- Temperatura de servicio. A medida que disminuye la temperatura de servicio, aumenta la resistencia del aluminio. Esto es lo opuesto al acero, que se vuelve más frágil a medida que disminuye la temperatura de servicio.
- Conductividad térmica. El aluminio es 5 veces más conductor térmico que el acero, lo que significa que se extrae más calor del sitio del baño de soldadura hacia las partes más frías del aluminio base. Se requiere más entrada de calor para penetrar el aluminio durante la soldadura. Sin embargo, más calor aumenta la tendencia del acero inoxidable a deformarse. La capa de óxido de aluminio también actúa como aislante, provocando más complicaciones durante la soldadura.
- tipo actual. El aluminio es soldado TIG con corriente alterna (AC). El electrodo alterna entre estar cargado positiva y negativamente. Cuando el electrodo es positivo, destruye la capa de óxido, y cuando es negativo, derrite la base de aluminio.
El acero, en cambio, se suelda con TIG en corriente continua (DC) con el electrodo siempre cargado negativamente. Si el aluminio se suelda con TIG utilizando corriente continua (CC), la soldadura no atravesará la capa de óxido de aluminio. El metal de aporte se combinará con la capa de óxido parcialmente derretida, creando un cordón contaminado.
- Reactividad del hidrógeno. La presencia de hidrógeno provoca grietas en las soldaduras de acero. En las soldaduras de aluminio, el hidrógeno se extrae de la atmósfera hacia el aluminio líquido, en el que es muy soluble y se mantiene en solución. A medida que el aluminio líquido se enfría y se solidifica, el gas hidrógeno forma burbujas que quedan atrapadas y provocan porosidad.
La soldadura TIG ofrece la opción de proteger la soldadura del hidrógeno en la atmósfera soplando una mezcla de gas de protección de helio o argón, pero hacerlo requerirá un aumento de voltaje para superar el mayor potencial de ionización del gas (especialmente cuando se usa helio). dando como resultado un aumento de la entrada de calor, lo que lleva a otras complicaciones mencionadas anteriormente.
Como resultado de todas estas diferencias, cuando se suelda aluminio TIG con acero inoxidable, se forman compuestos intermetálicos muy frágiles que debilitan la resistencia de la unión. Se han desarrollado dos técnicas para sustituir la soldadura por arco de aluminio al acero inoxidable.
Insertos de transición bimetálicos
Un inserto de transición bimetálico es un componente que está hecho de dos metales preunidos a través de un método diferente a la soldadura por arco. En este caso sería una pieza que es de aluminio por un lado y de acero inoxidable por el otro. Al usar este inserto, el soldador puede simplemente soldar TIG la parte de aluminio al lado de aluminio del inserto y la parte de acero inoxidable al lado de acero inoxidable del inserto.
Al hacerlo, debe tener cuidado de no sobrecalentar demasiado el inserto, porque al hacerlo esencialmente soldará el aluminio y el acero inoxidable donde se han adherido previamente, creando los compuestos intermetálicos muy frágiles que está tratando de evitar.
Se recomienda que primero suelde con TIG el aluminio con el lado de aluminio porque al hacerlo creará un disipador de calor más grande para cuando esté soldando con TIG el acero inoxidable con el lado de acero inoxidable. Como se discutió anteriormente, el aluminio se funde a una temperatura mucho más baja que el acero, por lo que si primero soldara con TIG la parte de acero inoxidable al lado de acero inoxidable del inserto, esto podría sobrecalentar fácilmente el lado de aluminio del inserto.
Al soldar primero con TIG el aluminio con el lado del aluminio, por otro lado, aumenta efectivamente la cantidad de aluminio en el que se puede disipar el calor (teniendo en cuenta que el aluminio es 5 veces más conductor térmico que el acero) para evitar el sobrecalentamiento.
Métodos de unión previa de aluminio a insertos de acero inoxidable
Quizás se esté preguntando, sabiendo que el aluminio no se puede soldar con TIG al acero inoxidable sin crear compuestos intermetálicos muy frágiles, cómo se crean estos insertos de transición bimetálicos. Hay varios procesos que pueden unir aluminio con acero inoxidable, pero no son prácticos para fines de ensamblaje.
- Unión por rollo. Una o más láminas de aluminio y una o más láminas de acero inoxidable se pasan a través de un par de rodillos planos a una presión suficiente para unirlas. Las superficies en contacto primero se raspan, limpian y desengrasan para aumentar su coeficiente de fricción y eliminar las capas de óxido. Los metales a veces se calientan antes de laminarlos para aumentar su ductilidad, pero también se pueden unir en frío.
- Soldadura por explosión. Las explosiones de precisión se utilizan para unir aluminio con acero inoxidable mientras se conservan las propiedades mecánicas, eléctricas y de corrosión de ambos metales. Debido a que la explosión dura solo milisegundos, no se produce un calentamiento masivo y los metales no experimentan dilución.
- Soldadura por fricción. Una pieza de aluminio y una pieza de acero inoxidable se frotan entre sí tan rápido (el proceso toma solo unos segundos) que la fricción crea suficiente calor para unir los metales. Sin embargo, no se produce fusión, lo que mitiga el crecimiento de grano y la producción de compuestos intermetálicos muy frágiles. El proceso crea un destello de metal que se lleva la suciedad y los desechos presentes en las superficies de los metales.
- Soldadura flash. Las piezas de aluminio y acero inoxidable que se van a soldar se separan a una distancia predeterminada según el espesor del material, la composición del material y las propiedades deseadas de la soldadura terminada. Se aplica corriente a los metales y el espacio entre ellos crea suficiente resistencia para fundirlos. Luego se presionan juntos, forjándolos juntos. Al fundir los metales por separado, no se forman compuestos intermetálicos muy frágiles.
- Soldadura a presión en caliente. Este proceso es similar a la soldadura por fricción y flash, excepto que la fuente de calor son las llamas de los sopletes de oxicombustible o las corrientes de Foucault causadas por la inducción eléctrica de una bobina inductora adecuada. Una vez que los componentes de aluminio y acero inoxidable se calientan, se presionan juntos. Nunca se alcanza la temperatura de fusión.
Al unir los insertos de transición bimetálicos de esta manera, no se forman los compuestos intermetálicos muy frágiles que se forman cuando se suelda por arco aluminio con acero inoxidable. Luego, los insertos se pueden usar en el proceso de ensamblaje para unir los dos metales mediante soldadura TIG.
Este proceso se usa a menudo para producir conexiones soldadas de excelente calidad dentro de aplicaciones estructurales, como unir casetas de cubierta de aluminio a cubiertas de acero en barcos, para placas tubulares en intercambiadores de calor que tienen tubería de aluminio con placas tubulares de acero o acero inoxidable, y para producir Uniones soldadas por arco entre tuberías de aluminio y acero.
Recubrimiento del acero inoxidable
La otra técnica desarrollada para reemplazar la soldadura por arco de aluminio al acero inoxidable es recubrir el acero inoxidable con otra sustancia a la que se pueda soldar el aluminio. Hay 2 procesos por los cuales esto se hace:
- Aluminizado por inmersión en caliente, en el que el acero inoxidable se sumerge en aluminio fundido, y
- Soldadura fuerte, en la que la superficie del acero inoxidable se cubre con soldadura de plata.
En cualquier método, se debe tener cuidado para garantizar que cuando se suelde con TIG el aluminio al revestimiento de aluminio (o soldadura de plata), el arco no incida sobre el acero. Si el calor quema el revestimiento protector de aluminio (o soldadura de plata) e interactúa con el acero inoxidable, la soldadura dará como resultado la formación de compuestos intermetálicos muy frágiles.
Ninguno de estos métodos de recubrimiento suele proporcionar una resistencia mecánica completa y, por lo general, se utilizan solo con fines de sellado.
remaches
Antes del desarrollo de estas técnicas de unión, el aluminio y el acero inoxidable se unían mecánicamente mediante remaches. En este proceso, se perforan agujeros a través de los componentes de aluminio y acero inoxidable. Un remache, que comprende un eje cilíndrico liso con una cabeza en un extremo, se pasa a través de los orificios. Luego se rompe el extremo de la cola del cilindro del remache, formando una cabeza en el extremo opuesto, lo que da como resultado una pieza de metal en forma de barra que mantiene unidas las láminas.
Debido a que ahora hay una cabeza en ambos extremos del orificio, los remaches se pueden usar para soportar cargas de tensión, en las que la fuerza se ejerce a lo largo del eje del eje del remache, pero es mucho más efectivo para soportar cargas de corte, en las que el la fuerza se ejerce perpendicular al eje del eje del remache.
Cuantos más remaches se usen, más fuerza podrá soportar la unión mecánica, pero debido a que cada remache ocupa una cierta cantidad de espacio y solo puede soportar una cierta cantidad de fuerza, este método no es tan fuerte como la unión intermetálica, que tiene el poder de soporte. de toda la superficie unida.
Cómo soldar TIG
Como se señaló anteriormente, la presencia de hidrógeno puede causar grietas en las soldaduras de acero inoxidable y porosidad en las soldaduras de aluminio. Por lo tanto, ya sea que esté usando insertos de transición bimetálicos o un método para recubrir el acero inoxidable con aluminio fundido (o soldadura fuerte con soldadura de plata), necesita usar un tipo de soldadura que proteja la soldadura del hidrógeno y otros posibles contaminantes en la atmósfera.
La soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), también conocida como soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), es la más adecuada para soldar aluminio y acero inoxidable. En la soldadura TIG, se utiliza un electrodo de tungsteno no consumible porque tiene la temperatura de fusión más alta entre los metales puros, a 3422 °C (6192 °F), y por lo tanto no contamina la soldadura al introducir rastros del elemento del electrodo. La pureza de la soldadura depende tanto de la ausencia de contaminación que si el electrodo de tungsteno alguna vez toca el charco de soldadura de aluminio, se debe volver a moldear (preferiblemente en un molinillo que se use solo para moler tungsteno) antes de la próxima soldadura.
El área de soldadura está además protegida de la oxidación u otra contaminación atmosférica por un gas de protección inerte. El tipo de gas inerte utilizado varía según el diseño de la unión y la apariencia final deseada de la soldadura. Por lo general, se usa argón porque ayuda a prevenir defectos debido a la variación de la longitud del arco. En la soldadura heliarc, el helio se utiliza como gas de protección inerte para aumentar la penetración de la soldadura en una unión, aumentar la velocidad de soldadura y soldar metales con alta conductividad térmica, como el aluminio.
El cable de trabajo (a menudo denominado cable de tierra) está conectado a la pieza de trabajo o a la superficie metálica sobre la que se encuentra la pieza de trabajo. Una mano sostiene la linterna eléctrica. La antorcha contiene el electrodo de tungsteno que sobresale aproximadamente 1/8 de pulgada de una copa de cerámica a través de la cual se sopla un gas inerte.
El soplete debe sostenerse lo suficientemente cerca de la pieza de trabajo para garantizar que el arco sea pequeño y esté contenido dentro del gas inerte, pero no tan cerca como para que el electrodo toque la pieza de trabajo o el charco de soldadura de aluminio. Puede saber si esto ha sucedido porque dará como resultado un sonido y un color diferentes. La otra mano sostiene el metal de aporte que el soldador introduce en el área de soldadura según sea necesario.
Cuando la antorcha y el metal de aporte están en su lugar, el arco se inicia activando la soldadora TIG con un pedal. Una vez que se ha establecido el amperaje máximo, se puede usar el pedal para iniciar y reducir gradualmente el amperaje y el calor resultante. Este arranque y parada suaves evitan cambios bruscos de temperatura en el metal, lo que puede resultar en soldaduras quebradizas.
Cuando se inicia el arco, la antorcha primero se mueve en un pequeño círculo para crear un charco de soldadura de aluminio. Luego, la antorcha se inclina hacia atrás de 10 a 15 grados desde la vertical y se mueve a lo largo del borde, con metal de aporte agregado al extremo frontal del baño de soldadura según sea necesario. El metal de aporte se retira del charco de soldadura cada vez que avanza la antorcha, pero no se retira del cono de gas inerte para evitar la contaminación y la oxidación. Una vez más, es fundamental que el electrodo de tungsteno se mantenga a una distancia de entre 1,5 y 3 mm (0,06 y 0,12 pulgadas) de la pieza de trabajo en todo momento.
Al emplear soldadura TIG, puede mantener sus soldaduras de acero inoxidable y aluminio libres de contaminación por hidrógeno u otros contaminantes en la atmósfera. Otro beneficio de la soldadura TIG es que utiliza un amperaje más bajo que otros métodos de soldadura, lo que reduce el riesgo de sobrecalentar su inserto de transición bimetálica o quemar el revestimiento de aluminio (o soldadura de plata) que cubre el acero inoxidable, lo que podría resultar en la producción de soldadura muy quebradiza. compuestos intermetálicos que debilitan la unión.
Conclusión
Debido a que la soldadura TIG de aluminio con acero inoxidable da como resultado la formación de compuestos intermetálicos muy frágiles que debilitan la resistencia de la unión, se han desarrollado dos técnicas para unir metales diferentes. Al usar insertos de transición bimetálicos o recubrir el acero inoxidable con soldadura de aluminio o plata, puede soldar con TIG componentes de aluminio y acero inoxidable entre sí de una manera más efectiva que unirlos mecánicamente con remaches.