Soldar aleaciones de aluminio es más desafiante que soldar aleaciones de acero. Dado que el aluminio tiene una conductividad térmica más alta y un punto de fusión más bajo en comparación con el acero, puede sufrir más quemaduras.
Al leer las propiedades del aluminio y las mejores prácticas de soldadura de aluminio, comprenderá cómo soldar aluminio.
Los cables de alimentación hechos de aluminio son más suaves en comparación con los cables de alimentación de acero. Por lo tanto, los cables de alimentación de aluminio pueden enredarse en estos alimentadores. Las secciones de aluminio más delgadas son, en particular, más susceptibles a este riesgo. Como resultado, soldar aluminio puede ser un desafío, incluso para soldadores experimentados.
Cuando se trata de seleccionar la técnica de soldadura de aluminio adecuada, se basa en los requisitos de la aplicación y el nivel de competencia del soldador. Es necesario considerar primero las propiedades químicas y físicas del aluminio para comprender sus problemas de soldadura.
Propiedades del aluminio
El punto de fusión del aluminio es casi la mitad del del acero. El aluminio se derrite a solo 1221 grados Fahrenheit, mientras que el acero se derrite a 2500 grados Fahrenheit.
La capa de óxido de aluminio tiene un punto de fusión mucho más alto de 3700 grados Fahrenheit. La capa de óxido de aluminio es dura y ofrece resistencia contra la corrosión y la abrasión. La conductividad térmica y la porosidad son dos problemas importantes con la soldadura de aluminio.
El hidrógeno tiene una alta solubilidad en aluminio líquido. Cuando el metal base de aluminio y el material de relleno se funden en forma líquida durante el proceso de soldadura, la mezcla líquida resultante puede absorber hidrógeno (el gas forma una solución). Cuando el metal fundido comienza a solidificarse, se vuelve incapaz de retener hidrógeno en forma homogénea. Luego se forman burbujas de hidrógeno en el metal, lo que conduce a la porosidad.
Se utiliza una mezcla de gas protector de argón y helio para combatir la porosidad. Sin embargo, el voltaje debe elevarse para superar el mayor potencial de ionización. Debido al mayor voltaje, habrá una mayor penetración y entrada de calor. Por lo tanto, esta mezcla debe usarse para objetos de aluminio más gruesos.
El metal base de aluminio 6061 tiene una mayor susceptibilidad al agrietamiento debido a su química. Por lo tanto, soldarlo autógenamente es muy difícil. Usar un material de relleno con una química similar también creará problemas. Se debe usar un metal de aporte que contenga silicio o magnesio para reducir la susceptibilidad a las grietas de este material.
El aluminio también ofrece más conductividad térmica que el acero. Esto significa que las regiones frías del aluminio pueden absorber rápidamente el calor del baño de soldadura, lo que puede conducir a una baja penetración de la soldadura. Dado que el aluminio tiene una conductividad térmica 5 veces mayor que el acero, requiere una entrada de calor mucho mayor para evitar una baja penetración de la soldadura.
Selección de metal de aporte
Al seleccionar el metal de aporte para el aluminio, se recomienda consultar una tabla de selección. Se recomiendan diferentes metales de aporte para varias aleaciones de aluminio, de acuerdo con las características de soldadura requeridas.
Una tabla de selección contiene 8 características que son críticas para las aplicaciones de soldadura.
- Fuerza
- Sensibilidad al crack
- Resistencia a la corrosión
- Ductilidad
- Tenacidad
- Posterior a la soldadura de tratamiento térmico
- Coincidencia de color posterior al anodizado
- Servicio de temperatura elevada
Puede determinar qué propiedades son las más significativas para una aplicación en particular considerando los requisitos de todos los componentes. Luego puede seleccionar el metal de aporte que mejor se adapte a las características requeridas.
Cabe señalar que la temperatura de servicio elevada para el aluminio se encuentra entre 150 y 350 grados Fahrenheit. Esto, junto con otra información sobre las características restantes, está presente en la tabla de selección de aluminio.
Es imperativo seleccionar el metal de aporte adecuado según la aplicación. Volviendo al aluminio 6061, las mejores selecciones de metal de aporte son 5356, 4943 y 4043. El alambre GMAW 4943/4043 puede ayudar a aumentar la fluidez del baño de soldadura, mejorar la soldabilidad y reducir la porosidad, mientras que el material 5356 puede aumentar su resistencia y dureza.
Además de seleccionar el material de relleno adecuado, es importante utilizar las mejores prácticas de soldadura de aluminio.
Mejores prácticas de soldadura de aluminio
Para minimizar los defectos y lograr los mejores resultados con la soldadura de aluminio, debe seguir estas mejores prácticas.
no tejer
La técnica de tejido se emplea comúnmente para soldar acero. Sin embargo, no es adecuado para soldar aleaciones de aluminio. El larguero es una mejor opción ya que permite una mejor fusión y penetración.
Para la soldadura MIG de aluminio, debe garantizar una mayor entrada de calor y una velocidad de desplazamiento más rápida. Se requiere una mayor velocidad de desplazamiento debido a las propiedades físicas del aluminio. El método de soldadura para aluminio se puede describir mejor como “rápido y en caliente”. Se necesita un mayor voltaje y amperaje para el aluminio en comparación con el acero, ya que el aluminio tiene una mayor conductividad térmica. La velocidad de avance de la soldadura debe ser lo suficientemente rápida para evitar problemas de quemado, especialmente en secciones delgadas de aluminio.
limpiar la superficie
Antes de soldar, debe limpiar la superficie de aluminio para que esté libre de humedad, residuos, suciedad y aceite. Esto ayudará a minimizar las posibilidades de porosidad y brindará los mejores resultados. La acetona es una solución eficaz para la eliminación de hidrocarburos de la superficie de aluminio. s
Raspe la capa de óxido
Después de limpiar la superficie, use un cepillo limpio hecho de acero inoxidable para eliminar la capa de óxido antes de comenzar a soldar. Sin embargo, asegúrese de usar trazos ligeros. El cepillado intenso puede incrustar la capa de óxido más profundamente en la superficie. El cepillo debe usarse para aluminio. No lo use para acero al carbono o acero inoxidable. También puede usar soluciones de grabado y solventes para eliminar la capa de óxido.
Después de haber utilizado soluciones de grabado, asegúrese de que se eliminen por completo antes de comenzar a soldar aluminio. Puede utilizar un desengrasante para eliminar los hidrocarburos de los disolventes y aceites de corte. El desengrasante en sí no debe tener hidrocarburos.
Como se indicó anteriormente, el punto de fusión de la capa de óxido es mucho más alto que el del metal base de aluminio. Por su naturaleza, actuará como aislante. Se necesitan niveles de calor significativamente más altos para derretir la capa de óxido si no se elimina. Crear un arco también puede ser problemático en presencia de una capa de óxido.
Dado que el óxido de aluminio se derrite a una temperatura superior a los 3500 grados Fahrenheit, permanecerá en estado sólido si no hay suficiente aporte de calor. Esto se convertirá en una barrera que inhibirá la penetración del metal de aporte de soldadura.
Una mayor entrada de calor puede aumentar el riesgo de quemadura, lo que lleva a la porosidad. Esto se debe a que la capa de óxido tiene tendencia a retener la humedad.
Guárdelo correctamente
El almacenamiento correcto del metal de aporte y del aluminio base puede ayudar a reducir la porosidad.
Siempre que sea posible, debe almacenar las láminas de aluminio en el interior. En caso de que deba almacenar láminas de aluminio en el exterior, mantenga las láminas verticales para que el agua no se acumule en la superficie para formar una capa de óxido más grande. Debe hacer lo mismo con los materiales de relleno.
Si los materiales de relleno o el metal base de aluminio se almacenan en el exterior o en una sección con aire acondicionado de la instalación, llévelos a un taller y permita que su temperatura se estabilice antes de soldarlos. Limpie la superficie para reducir cualquier condensación formada por la diferencia de temperatura.
Inspeccionar consumibles
Ciertos problemas con la soldadura MIG de aluminio pueden surgir debido a la condición de los consumibles.
Use mangueras y líneas de gas que estén en buenas condiciones para minimizar las posibilidades de porosidad. Asegúrese de que las conexiones de las mangueras estén apretadas para que no haya fugas de aire en la línea.
Utilice los rodillos impulsores y revestimientos adecuados. Los revestimientos de plástico pueden ser una mejor opción para la soldadura de aluminio, ya que las guías de latón o metal y los revestimientos de acero pueden provocar la abrasión del alambre de aluminio blando a medida que avanza. Entonces, las virutas pueden comenzar a acumularse, lo que puede causar problemas de alimentación.
Para aplicaciones de aluminio, los rodillos impulsores con ranura en U son la opción preferida ya que otros tipos de rodillos impulsores pueden crear distorsión en el alambre.
Mantenga un registro de las temperaturas
Consulte la guía de material de relleno de aluminio para determinar los valores óptimos de temperatura de precalentamiento y entre pasadas. Los efectos térmicos adversos debido al tamaño de la sección se pueden abordar precalentando las secciones gruesas antes de soldarlas. Para aplicaciones de aluminio, este precalentamiento debe ser mínimo.
El agrietamiento de la soldadura se puede evitar precalentando la pieza de aluminio a la temperatura adecuada. Utilice un indicador de temperatura para asegurarse de que la temperatura de precalentamiento no suba demasiado. La temperatura de precalentamiento debe mantenerse por debajo de los 230 grados Fahrenheit. Coloque puntos de soldadura en los extremos del área de soldadura para facilitar el precalentamiento.
Si hay una gran diferencia en los espesores de las secciones de aluminio que se sueldan, entonces la sección gruesa debe precalentarse para evitar la posibilidad de lapeado en frío. Si ocurre, debe probar las pestañas de escorrentía y de escorrentía.
Técnica de soldadura por empuje
Al soldar aluminio, la pistola debe alejarse del baño de soldadura en lugar de jalarla. Esta técnica de soldadura conducirá a una mejor cobertura de gas de protección, menor contaminación de la soldadura y una mejor acción de limpieza.
Gas protector
Debido a su deseable perfil de penetración y acción de limpieza, el argón es el gas de protección preferido para trabajos de soldadura de aluminio. Al soldar aleaciones de aluminio de la serie 5xxx, debe usar una combinación de helio y argón. El contenido de helio no debe ser superior al 75 por ciento. El uso de esta mezcla asegurará que se minimice la formación de óxido de magnesio.
Alambre de soldadura
Al seleccionar el alambre de material de relleno de soldadura, asegúrese de que su temperatura de fusión sea comparable a la del metal base de la pieza de trabajo. Obtendrá mejores resultados de soldadura con una menor diferencia de temperatura de fusión. La alimentación es más fácil con alambres más gruesos. El diámetro del cable debe ser de alrededor de 1/16 pulg.
La soldadura de láminas de aluminio de calibre delgado es un poco difícil y requiere precaución adicional. Debe emplear alambre de 0,035 de diámetro, junto con la técnica de soldadura pulsada. La velocidad de alimentación del alambre debe estar en el rango de 100 a 300 pulgadas por minuto.
Convexo – Soldaduras en forma
El agrietamiento del cráter es la causa principal de la mayoría de las fallas en la soldadura de aluminio. El agrietamiento es el resultado de la rápida expansión térmica que ocurre durante la soldadura y la contracción que ocurre durante el enfriamiento.
Los cráteres cóncavos tienen la mayor probabilidad de agrietarse ya que la superficie del cráter puede contraerse y dividirse mientras se enfría. Los operadores de soldadura deben, por lo tanto, recurrir a un montículo o forma convexa para resolver este problema. Cuando la soldadura se está enfriando, la forma convexa minimizará las fuerzas de contracción resultantes.
Fuente de alimentación
Para la soldadura MIG de aluminio, primero debe considerar la soldadura por arco pulsado o por aspersión. Para la soldadura por arco rociado, puede usar máquinas de voltaje constante o fuentes de corriente constante. En el procedimiento de soldadura por arco rociado, se rocía una pequeña corriente de material fundido a lo largo del arco hacia el metal base desde el alambre. Las máquinas de corriente constante le darán los mejores resultados para secciones gruesas de aluminio, que requieren una corriente de soldadura superior a 350 A.
La transferencia de impulsos se puede realizar mediante una fuente de alimentación inversora. Las funciones de pulsación están integradas en las fuentes de alimentación más nuevas. En este procedimiento (MIG pulsado), una gota de material de relleno fundido pasa por la pieza de trabajo desde el electrodo durante cada pulso de corriente. Con este procedimiento, es posible minimizar las salpicaduras y usar velocidades de desplazamiento más rápidas en comparación con la soldadura por transferencia por aspersión.
Con este proceso de soldadura para aluminio, también puede lograr un mejor control sobre la entrada de calor y facilitar los trabajos fuera de posición. Los operadores también pueden usar velocidades y corrientes de alimentación de alambre más bajas para soldar láminas de aluminio de calibre fino.
Alimentador del cable
Al pasar de la soldadura MIG de acero a la soldadura MIG de aluminio, la diferencia en la velocidad de avance es uno de los mayores cambios que encontrará. Debido a las propiedades mecánicas del aluminio, puede haber ciertos problemas de alimentación que no están presentes en el alambre de relleno de acero.
El acero es mucho más fuerte que el aluminio, por lo que puede soportar una cantidad mucho mayor de abuso. También se puede alimentar más fácilmente en distancias más largas. El aluminio, por otro lado, es más blando y más susceptible a la distorsión como resultado de la alimentación. La selección del sistema de alimentación para soldadura de aluminio requiere mucho más cuidado que la soldadura de acero.
Hay dos problemas muy comunes asociados con la alimentación de alambre de aluminio. Un problema es la alimentación de alambre errática. El otro problema es la fusión del alambre de soldadura de aluminio con la punta de contacto de la pistola de soldar.
Para encontrar el sistema de alimentación más adecuado que pueda minimizar estos problemas, primero se debe analizar la configuración de los frenos. La tensión de ajuste del freno debe ser suficiente para evitar que el carrete gire libremente cuando se detiene la soldadura. No debería ser más que esto.
Para alimentar alambres de aluminio en distancias más largas, la técnica de empujar y tirar es la opción preferida. En este método, el gabinete de alimentación de alambre protege el alambre de aluminio del entorno. El alambre es empujado y guiado a través de la boquilla a una velocidad y fuerza constantes por medio de un motor de par constante y velocidad variable. La pistola de soldar tiene un motor de alto torque, que tira del alambre a una velocidad constante.
Los sistemas de soldadura más nuevos ahora tienen mecanismos de freno electrónico, que pueden minimizar las tensiones en el alambre de aluminio mientras mantienen la tensión en el valor umbral.
El mismo alimentador de alambre se usa en algunos talleres para alimentar alambres de aluminio y acero. En este caso, se deben usar revestimientos de teflón para garantizar una alimentación uniforme y suave del alambre de aluminio. Para evitar que el alambre se enrede, use tubos de entrada de plástico y tubos de salida tipo cincel para que el alambre reciba soporte lo más cerca posible de los rodillos impulsores. El cable debe mantenerse recto para mantener al mínimo la resistencia a la alimentación del alambre durante la soldadura. Las virutas de aluminio se pueden minimizar alineando correctamente los tubos guía y los rodillos impulsores.
Establezca el nivel correcto de tensión del rodillo impulsor para una alimentación de alambre uniforme. Una tensión excesiva distorsionará la forma del alambre y provocará una alimentación irregular. Puede esperar una alimentación desigual con baja tensión. Una tensión excesiva e insuficiente puede causar porosidad en la soldadura y un arco irregular.
Los rodillos impulsores ahora tienen contornos en forma de U con bordes lisos, que están achaflanados. Esto produce tensiones mínimas en el alambre de aluminio para evitar que se deforme. Asimismo, las puntas de contacto ahora se están diseñando especialmente para aplicaciones de soldadura de aluminio. El orificio interno se mantiene lo más suave posible y se eliminan los bordes afilados y las rebabas, especialmente en la punta.
Pistola de soldadura
Para soldar aluminio, debe utilizar un revestimiento de pistola separado. El roce de los cables se puede minimizar restringiendo los dos extremos del revestimiento para terminar los espacios entre el difusor de gas y el revestimiento. El cambio frecuente de revestimientos puede minimizar las posibilidades de que surjan problemas de alimentación de alambre debido a la capa de óxido de aluminio abrasivo. La punta de contacto debe ser aproximadamente 0,015 mayor que el diámetro del metal de aporte. Esto es necesario porque la punta puede expandirse a una forma ovalada mientras se calienta y esto puede restringir la alimentación del alambre. Para corrientes de soldadura superiores a 200 A, se debe usar una pistola enfriada por agua para evitar problemas de alimentación de alambre y acumulación de calor.
Función de inicio en caliente
Para superar los problemas de conductividad térmica, los equipos de soldadura ahora cuentan con la función de arranque en caliente. La corriente inicial suele ser más alta que la corriente de soldadura utilizada durante la mayor parte del proceso de soldadura. La corriente inicial más pesada se mantiene durante un período predeterminado.
Luego, la corriente cae al valor normal durante el resto del proceso de soldadura. La fuerte corriente inicial proporciona el alto aporte de calor necesario para superar la excepcional conductividad térmica del aluminio. Esto reduce la probabilidad de fusión incompleta, baja penetración y subsiguientes defectos de soldadura asociados con las juntas de aluminio.