Fundamentos de los metales no ferrosos
Los metales no ferrosos son metales que no tienen una base de hierro, como el aluminio y las aleaciones de aluminio, el cobre y las aleaciones de cobre, y el níquel y las aleaciones de níquel. Si bien son ampliamente utilizados en muchas industrias hoy en día, presentan diferentes características metalúrgicas y propiedades mecánicas.
Algunos de los metales no ferrosos más utilizados incluyen cobre, plomo, zinc, titanio, níquel y aluminio. Los metales raros y preciosos como el mercurio, el platino, el tungsteno, el oro y la plata también son metales no ferrosos.
Antes de profundizar en los procesos de soldadura, deberá comprender las características del metal no ferroso en particular.
Propiedades que afectan la soldadura de metales no ferrosos
Aunque cada metal muestra propiedades diferentes, los metales no ferrosos tienen características comunes como alta maleabilidad, alta conductividad, ausencia de magnetismo, bajo peso, alta resistencia a la corrosión, ausencia de oxidación y baja resistencia a la tracción y compresión.
Dado que estos metales contienen poco o nada de hierro, son relativamente más resistentes a la corrosión que los metales ferrosos.
Con características positivas, las aplicaciones del mundo real de los metales no ferrosos brindan ventajas tecnológicas y ahorros de costos indispensables. Por lo tanto, encontrará aluminio en los armazones de los aviones, magnesio en las transmisiones, titanio en los palos de golf, zinc en el hardware eléctrico y fundiciones de bronce.
Propiedades del aluminio y soldabilidad.
El aluminio se encuentra junto al acero, uno de los materiales más soldables. Aunque el acero se suelda más comúnmente, las aleaciones de aluminio se están apoderando de varias industrias debido a sus propiedades beneficiosas.
Recuerde que el aluminio es casi tres veces más liviano que el acero, pero muestra una resistencia similar cuando se alea.
Una de las propiedades cruciales del aluminio y las aleaciones de aluminio es la alta conductividad térmica.
La alta conductividad térmica significa que el aluminio conduce el calor mucho más rápido y mejor que el acero. Además, el aluminio y las aleaciones de aluminio tienen un punto de fusión bajo.
No obstante, debido a la alta conductividad térmica, el aluminio requiere un mayor calor de soldadura, independientemente de casi la mitad de la temperatura de fusión del acero. Sin embargo, la alta entrada de calor puede causar quemaduras y la hoja de aluminio puede envolverse rápidamente. Todas las propiedades específicas significan que tendrá que tener mucho cuidado al soldar aluminio.
Aleaciones de aluminio
Al igual que otros elementos y metales como el hierro, el aluminio puro se puede alear. Los elementos de aleación como el cobre, el silicio, el manganeso y el zinc pueden proporcionar una alta resistencia a la corrosión, una mayor resistencia y una mayor soldabilidad.
Todas las aleaciones de aluminio se pueden clasificar en aleaciones de aluminio no tratables térmicamente y aleaciones de aluminio tratables térmicamente. Las aleaciones no tratables térmicamente, como su nombre indica, no dependen del tratamiento térmico. En cambio, el aumento de la resistencia y las propiedades de estas aleaciones se realiza en condiciones de frío.
Las aleaciones tratables térmicamente se pueden calentar después de la soldadura para recuperar la resistencia perdida. Por lo tanto, la aleación de aluminio se calienta por el método de calor de solución. De esa forma, el tratamiento térmico aumenta la resistencia de los elementos de aleación sin grietas ni defectos.
Con todo lo dicho, entiende que el aluminio y sus aleaciones se utilizan en aplicaciones que requieren una buena relación resistencia-peso. No obstante, pueden ser difíciles de soldar debido a sus propiedades físicas, como su alta conductividad térmica y eléctrica.
Soldadura Aluminio y aleación de aluminio
Aunque el aluminio es uno de los materiales más soldables, las soldaduras de aluminio pueden ser difíciles de dominar.
Además de las características de las que hablamos, debes saber que la superficie contiene óxidos de aluminio. Estos se forman una vez que el oxígeno llega a la superficie y aumentan la resistencia a la corrosión. Sin embargo, si no los elimina antes de soldar aluminio, es posible que se enfrente a una fusión deficiente, ya que el óxido de la superficie puede quedar atrapado dentro de la soldadura.
Soldadura MIG de aluminio. imagen de millerwelds.com
Recuerde que el aluminio no cambia de color cuando se calienta debido a las características térmicas. Por lo tanto, debe obtener la temperatura perfecta para ayudar a que los metales de aporte se fundan, pero sin quemarse ni doblarse.
Es por eso que soldar aluminio requiere alto voltaje, amperaje y, por lo tanto, una alta velocidad de desplazamiento. Si su arco es lento durante una entrada de calor alta, es más probable que queme las soldaduras de aluminio.
Aunque el aluminio se puede soldar por varios métodos diferentes, los soldadores suelen elegir la soldadura MIG o TIG. La soldadura GTAW es un método de referencia cuando se sueldan aleaciones de aluminio delgadas, ya que produce soldaduras limpias y estéticas. Sin embargo, muchos soldadores eligieron la soldadura MIG debido a la mayor velocidad de soldadura y la menor demanda de habilidades.
Si está buscando una guía detallada y extensa sobre la soldadura de aluminio, consulte nuestro artículo completo.
Propiedades y soldabilidad del cobre
Al igual que el aluminio, el cobre con varias aleaciones de cobre es otro metal no ferroso común. Sin embargo, sus propiedades únicas varían del acero, lo que significa que el enfoque de soldadura es ligeramente diferente.
En primer lugar, el cobre tiene la conductividad eléctrica más alta de todos los metales comerciales y es por eso que se usa ampliamente para cables y conductores eléctricos. Además, además de la conductividad eléctrica, las aleaciones de cobre tienen una alta conductividad térmica y expansión térmica.
Por lo tanto, le resultará muy difícil fundir el cobre para unirlo, aunque el punto de fusión es mucho más bajo en comparación con el acero.
Soldadura Aleaciones de cobre
Antes de comenzar a hablar sobre la soldadura de cobre, debe saber que existen cientos de aleaciones de cobre diferentes.
Cada uno tiene sus características únicas debido a los elementos de aleación, pero los bronces de aluminio, níquel, silicio, estaño y zinc son los más comunes.
El latón es una aleación de cobre que contiene zinc como aleación principal y es la aleación más común. Sin embargo, el bronce es una de las aleaciones de cobre más soldables.
Debido a las compensaciones en la conductividad térmica, la soldadura de aleaciones de cobre requiere un tratamiento de precalentamiento. El precalentamiento del cobre reduce la entrada de calor de soldadura requerida y suaviza la zona afectada por el calor. Recuerde que la expansión térmica del cobre puede ser del 50% en comparación con el acero al carbono, lo que genera distorsiones. Además, una vez que los metales se enfrían, existe el riesgo de agrietamiento. Por lo tanto, siempre se recomienda precalentar y soldar por puntos las aleaciones de cobre.
Puede optar por procesos de soldadura por gas (oxicombustible) o soldadura por arco como GMAW, GTAW o soldadura por arco de plasma para soldar metales como el cobre. Siempre que sea posible, utilice la posición plana para soldar cobre por arco. GTAW y SMAW se pueden usar para soldar en otras posiciones. Recuerde que las aleaciones de cobre-estaño, o bronces, son las más soldables. Esto se debe a que el estaño aumenta la resistencia y la dureza, y no emite vapores como las aleaciones de cobre y zinc.
Las aleaciones de cobre y plomo pueden ser difíciles de soldar, ya que el plomo se oxida más rápido, lo que da como resultado soldaduras porosas y contaminadas. Debido a los elementos tóxicos del cobre, siempre debe soldar en condiciones ventiladas y protegerse de los humos.
Propiedades y soldabilidad del magnesio
El magnesio es un metal de color blanco plateado que se caracteriza por una excelente ductilidad y bajo peso. Tenga en cuenta que el magnesio es incluso más ligero que el aluminio.
Sin embargo, el magnesio puro no es tan duro como el aluminio, por lo que puede ser difícil de soldar.
Es por eso que la mayoría de las soldaduras se realizan en aleaciones de magnesio.
El magnesio se endurece por endurecimiento por precipitación, y el aluminio, el manganeso y el zinc se utilizan principalmente como elementos de aleación. Al igual que las aleaciones de aluminio, las aleaciones de magnesio tienen un punto de fusión bajo y una dilatación térmica alta.
Soldadura de aleaciones de magnesio
Agregar aluminio a las aleaciones de magnesio aumenta la resistencia y la dureza generales de la aleación de metal, lo que aumenta la soldabilidad. Sin embargo, un punto de fusión bajo y una expansión térmica alta significan que debe tener cuidado con el calor. Por lo tanto, las altas temperaturas pueden provocar distorsiones y, finalmente, grietas. La clave para soldar con éxito aleaciones de magnesio es seleccionar los metales de aporte. Dado que el magnesio puede ser quebradizo, la soldadura fallará si intenta unir metales diferentes.
Además, los materiales diferentes pueden agrietarse debido a la menor resistencia a la corrosión. Las aleaciones de magnesio generalmente se sueldan utilizando el método GTAW. La estabilidad del arco es esencial, ya que el arco debe derretir el metal antes de penetrar demasiado. De esa manera, reduce la tensión durante el enfriamiento del metal fundido responsable del agrietamiento.
Propiedades y soldabilidad del níquel
El níquel es un metal plateado y resistente que se caracteriza por una excelente resistencia a la corrosión. Debido a sus características positivas, es posible que haya notado que el níquel forma parte de muchas aleaciones diferentes. Además, el níquel se puede utilizar como revestimiento.
Dado que el níquel rara vez se suelda como un metal puro, hablaremos principalmente sobre la soldadura de aleaciones de níquel. El níquel y las aleaciones de níquel también se usan ampliamente como metales de aporte para unir materiales diferentes y hierro fundido.
Soldadura de aleaciones de níquel
La mayoría de los procesos de soldadura pueden unir fácilmente aleaciones de níquel, ya que muestra características similares al acero.
Las aleaciones de níquel forjado son más similares al acero inoxidable austenítico, pero las aleaciones de níquel fundido contienen silicio que puede causar grietas.
Las propiedades mecánicas de las aleaciones de níquel varían según el trabajo en frío en el metal base o la dureza del metal restante. El recocido se puede hacer si el metal base es demasiado duro.
Tenga en cuenta que el exceso de calor puede afectar la resistencia a la corrosión en la ZAT. Por lo tanto, algunas aleaciones se tratan térmicamente en solución para restaurar la resistencia. El problema común con los procedimientos de soldadura de níquel es la falta de flujo. Como el metal se esparce con fuerza, tendrás que tejer el electrodo.
Aleaciones de zinc
El zinc es uno de los recubrimientos protectores más comunes del acero, ya que ofrece una buena resistencia a la corrosión. El recubrimiento de acero con zinc para aumentar la resistencia a la oxidación también se conoce como galvanizado.
Sin embargo, dado que el zinc tiene un punto de ebullición más bajo en comparación con la temperatura de fusión del acero, puede producirse una formación excesiva de humo. Por lo tanto, cuando considere soldar aleaciones de zinc, asegúrese de hacerlo en un área bien ventilada.
Soldadura Aleaciones de zinc
El zinc se puede alear con aluminio, cobre o plomo para agregar ciertas propiedades al metal base. Las aleaciones de cobre zinc que mencionamos son las más utilizadas, ya que hacen latón. Sin embargo, solo los latones bajos en zinc pueden soldarse debido a los humos tóxicos que producen.
Si bien la soldadura de aleaciones de zinc se puede realizar fácilmente mediante GMAW y FCAW, la mayoría de las aleaciones de zinc requieren procesos de unión distintos a la soldadura. Antes de soldar, puede eliminar el recubrimiento de zinc rectificando las zonas de soldadura.
No es obligatorio quitar la capa delgada de zinc, pero deberá aumentar el calor para quemarla lejos de la zona de soldadura. Además, puede quemarlo reduciendo la velocidad de desplazamiento.
Propiedades de titanio
El titanio es un metal gris plateado que es más fuerte que el acero pero tan liviano como el aluminio. Aunque las aleaciones de titanio se pueden soldar como el acero inoxidable y el aluminio, el titanio es un metal altamente reactivo. Por lo tanto, se requieren precauciones y parámetros de soldadura especiales durante la unión.
Soldadura de aleaciones de titanio
El blindaje adecuado es crucial para soldar aleaciones de titanio, ya que se vuelven extremadamente reactivos cuando se calientan a más de 1000 F. La reacción con el oxígeno y el nitrógeno en el aire conduce a la contaminación de la superficie.
Por lo tanto, debe proteger el charco de metal de soldadura proporcionando gas inerte puro como el argón.
Al igual que el aluminio, la superficie debe limpiarse ya que la suciedad, el óxido o los contaminantes pueden afectar la soldadura. Para la limpieza, puede utilizar un cepillo de alambre de acero inoxidable.
Al igual que el aluminio, puede usar GTAW al soldar con aleaciones delgadas de titanio o GMAW para secciones más gruesas y mayor productividad. La soldadura por haz de electrones se puede utilizar para unir titanio y metales diferentes.
Tenga en cuenta que la calidad de la soldadura se puede juzgar por su color. Una buena soldadura de titanio tiene un aspecto plateado o brillante. Los colores amarillentos a azulados indican endurecimiento, mientras que los colores oscuros son el resultado de una capa de óxido.