Cómo soldar aluminio

Una guía detallada para soldar aluminio

Desafíos en la soldadura de aluminio

Los principales problemas que afectan a la soldadura de aleaciones de aluminio son los siguientes:

  1. Alta afinidad por el oxígeno que conduce a una capa de óxido muy fina y persistente (AL2O3) en la superficie que se funde a 1926 ° C, mientras que el aluminio puro se funde a 660 ° C. Por lo tanto, si no se quita la capa de óxido, el material de la placa se derretirá y el óxido permanecerá sin derretirse, por lo que no formará una unión soldada.
  2. Agrietamiento por solidificación en algunos grados con bajo contenido de manganeso.
  3. Pérdida de resistencia de la unión soldada en la ZAT.
  4. Alto riesgo de porosidad invisible (principalmente porosidad interna, la soldadura se verá excelente desde el exterior pero estará llena de porosidad dentro de la soldadura, que se hace visible en radiografía o fractura o macro prueba).

Por lo tanto, se debe cuidar el aluminio, especialmente cuando se compara con el acero. Tiene una alta conductividad térmica por lo que el calor de la zona de soldadura se disipa muy rápido. Su alta expansión térmica puede resultar en distorsión. Como el aluminio no cambia de color cuando se derrite o se calienta, no es posible evaluar la temperatura durante la soldadura.

Cómo soldar aluminio

comparación de las propiedades físicas del aluminio y el acero al carbono que afectan la soldabilidad

Cómo soldar aluminio

Especificaciones y grados del material de aluminio

ASTM B209, ASTM B210, ASTM B211, ASTM B221, ASTM B234, ASTM B241, ASTM B247 y ASTM B928.

La designación del material sigue la clasificación de 4 dígitos de la Aluminium Association. El primer dígito aquí especifica los principales elementos de aleación como se muestra en la siguiente tabla.

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ASTM B209, ASTM B210, ASTM B211, ASTM B221, ASTM B234, ASTM B241, ASTM B247 y ASTM B928.

La designación del material sigue la clasificación de 4 dígitos de la Aluminium Association. El primer dígito aquí especifica los principales elementos de aleación como se muestra en la siguiente tabla.

Cómo soldar aluminio

Para la designación del temple, una letra específica indica el estado de la aleación. Varias letras utilizadas son las siguientes: 

  • F – Tal como se fabrica – sin control sobre las propiedades mecánicas.
  • O – Recocido, blando.
  • H – Deformación endurecida.
  • T: tratado térmicamente para producir temperamentos estables.

Algunos ejemplos:

  • 1100-O 99% min Al + 0,12% Cu, recocido.
  • 2024-T3 Al-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn, solución tratada térmicamente, trabajada en frío y envejecida naturalmente.
  • 5052-H34 Al-2.5Mg-0.25Cr, semiduro.
  • 3003-H14 Al-1.2Mn, semiduro.
  • Medio duro significa parcialmente trabajado en frío

Selección de consumibles de soldadura

Utilice esta tabla para encontrar el alambre de relleno GTAW / GMAW más adecuado para soldar los distintos grados de aluminio.

El agrietamiento en caliente se puede prevenir utilizando alambre de relleno tipo 4043, pero dará menor ductilidad y tenacidad en comparación con el alambre tipo 5356. Los tipos 4043 debido a su alto contenido de silicio dan una escasa coincidencia de color con los metales base de aluminio 5XXX y 6XXX después del tratamiento de oxidación anódica.

Al soldar 5XXX (alto Mg, más del 3% por lo general), 4043 es una mala elección ya que producirá un compuesto intermetálico de mg 2 Si en el metal de soldadura. Esto reducirá la ductilidad del metal de soldadura y aumentará su sensibilidad al agrietamiento.

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Proceso de soldadura

El aluminio se puede soldar fácilmente con soldadura TIG y MIG. La soldadura TIG con corriente alterna se utiliza para soldar secciones más delgadas. El uso de corriente alterna proporciona medio ciclo de limpieza catódica tanto en procesos manuales como automáticos. MIG se utiliza para secciones más pesadas.

Los procesos de soldadura avanzados, como la soldadura por láser y la soldadura por fricción y agitación, se utilizan hoy en día en gran medida en la fabricación de aluminio.

Parámetros de soldadura de aluminio TIG

Cómo soldar aluminio

Parámetros de soldadura de aluminio MIG

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Gases protectores

El argón puro se usa ampliamente. Mezcla Argón-Helio en soldadura MIG. La adición de helio ayuda a una mejor formación de la soldadura y aumenta la velocidad de soldadura. El helio también minimiza el riesgo de poros y falta de fusión. No se utiliza helio puro debido al alto potencial de ionización del gas y al elevado coste del gas.

Precalentamiento

Se recomienda el precalentamiento para secciones más gruesas o cuando no se pueda lograr una penetración suficiente debido a la alta conductividad térmica del aluminio.

Por lo tanto, si se enfrenta alguno de los problemas anteriores, se puede aplicar una temperatura de precalentamiento de 150 a 200 ° C. Además, al reparar grados 5XXX (Al-Mg), puede agrietarse en el área de soldadura o HAZ. Seguir un precalentamiento en estas condiciones es muy beneficioso para mitigar el agrietamiento, entre otras cosas, al utilizar el alambre de relleno adecuado.

Mire nuestro video de YouTube para aprender qué es precalentamiento, entre pasadas y postcalentamiento.

Temperatura entre pasadas:

Por lo general, la temperatura entre pasadas se mantiene por encima de la temperatura mínima de precalentamiento.

Solución de problemas de soldadura de aluminio

Ablandamiento de HAZ y disminución de la resistencia a la tracción de soldadura

El HAZ del aluminio es propenso al ablandamiento de la zona afectada por el calor a menos que esté recocido. La Figura 1 muestra cómo se produce el ablandamiento HAZ en aleaciones de aluminio no tratables térmicamente, como el tipo 3003 soldado con alambre de relleno ER1100.

En el calor, la aleación tratable, por ejemplo, 6061-T4, grado de aluminio comúnmente utilizado, exhibe una disminución en la dureza HAZ que resulta en un ablandamiento HAZ.

Debido a estos problemas de ablandamiento, la junta de soldadura TS se inclina por el aluminio y sus aleaciones en la condición de soldado. Los grados de Al-Zn-Mg ganan fuerza con el tiempo debido a las características naturales de endurecimiento por envejecimiento.

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Agrietamiento en caliente

El agrietamiento en caliente se presenta durante las soldaduras de aluminio a una temperatura cercana a la temperatura de solidificación del metal base y del metal de aportación cuando la soldadura se enfría. El agrietamiento en caliente se debe principalmente a la segregación de los elementos de aleación junto con las fases de baja fusión en los límites de los granos.

Cómo evitar la porosidad en la soldadura de aluminio

El aluminio y sus aleaciones son muy susceptibles a la porosidad del metal de soldadura (burbujas de hidrógeno) debido a la alta solubilidad del hidrógeno en él. Se utilizarán gases de protección con un punto de rocío mínimo de -60 ° C. Para evitar problemas de porosidad, especialmente cuando se usa MIG, se debe tener en cuenta lo siguiente:

  1. Los gases protectores deben estar libres de contaminación. Los racores, mangueras y conexiones de gas deben estar libres de polvo, humedad, aceite, etc. Utilice mangueras de plástico (como teflón) en lugar de mangueras de caucho y cloruro de vinilo, que pueden absorber la humedad. Deje que el gas protector (un flujo de hasta 5 LPM) fluya durante 10-15 minutos antes de soldar a través de la pistola de soldadura.
  2. El alambre de relleno de metal base debe estar libre de humedad.
  3. La humedad debe controlarse ya que la humedad atmosférica puede llegar al baño de soldadura y producir porosidad.
  4. Se recomienda utilizar técnicas de soldadura de derecha que ofrezcan una buena acción limpiadora de óxido.
  5. El blindaje de gas inadecuado / insuficiente / contaminado puede causar carbón (óxidos de aluminio y magnesio), visible en color negro como se muestra en la siguiente figura. Puede evitarse utilizando alambre de soldadura de la serie 4000 que no contiene mg. mientras que la serie 5000 contiene altos niveles de Mg.