Sin duda, el aluminio es un material extremadamente útil para aplicaciones de ingeniería como la aeroespacial, la fabricación de automóviles y la fabricación de chapa metálica. Sus principales ventajas son su relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y buena conductividad térmica y eléctrica.
Como ocurre con cualquier metal con este tipo de aplicaciones, la soldabilidad es una propiedad fundamental para su amplia aplicabilidad. La soldadura de aluminio es una habilidad exigente que requiere conocimiento y práctica para dominarla.
En este artículo, analizamos la soldadura de aluminio, los diferentes tipos de soldadura de aluminio y las mejores prácticas recomendadas por los expertos de la industria.
¿Por qué soldar aluminio es un desafío?
El aluminio es uno de los metales más difíciles de soldar debido a algunas de sus propiedades materiales inherentes. Estas propiedades lo distinguen de otros metales soldables comunes como el hierro o el acero. Los principales desafíos se explican a continuación.
Alta conductividad térmica, bajo punto de fusión.
El efecto combinado de estas dos propiedades significa que la conducción de calor a través del aluminio es muy rápida y difícil de controlar. Es muy probable que problemas como distorsión, agrietamiento y desgaste de las piezas se deban a estas características.
Capa de óxido de aluminio
La capa de óxido en la superficie del aluminio se cita a menudo como la razón de su resistencia a la corrosión. Sin embargo, es problemático durante la soldadura porque su temperatura de fusión es aproximadamente 1400 °C más alta que la de una aleación de aluminio promedio (se funde a aproximadamente 660 °C). Esta incompatibilidad da como resultado una calidad de soldadura y resistencia de la unión inconsistentes.
Contaminación
El aluminio fundido absorbe fácilmente compuestos contaminantes como el hidrógeno del medio ambiente, provocando poros o grietas en el compuesto.
Mala capacidad de alimentación de alambre
Los consumibles de soldadura de aluminio suelen ser más blandos que otros consumibles de soldadura. Esto dificulta el manejo con un alimentador automático.
Sin cambio de color
La mayoría de los metales cambian de color antes de fundirse. El aluminio es una excepción. Por lo tanto, un soldador de aluminio no recibe ninguna indicación de cuándo el metal está a punto de fundirse.
5 técnicas para soldar aluminio
Ahora que somos conscientes de los diversos desafíos que implica la soldadura de aluminio, analicemos las diferentes técnicas de soldadura de aluminio que prevalecen en la industria.
1. Soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)
La primera opción de soldadores para soldar aluminio es la soldadura de aluminio TIG. Este método es adecuado porque ofrece al soldador la mayor libertad. Pueden controlar la entrada de calor al equipo, permitiéndoles soldar a través de la capa de óxido y posteriormente controlar el baño de soldadura, asegurando al mismo tiempo que el metal no se deforme debido a temperaturas excesivas.
En general, es preferible el AC TIG de alta frecuencia debido a los menores niveles de contaminación. La razón de esto es que no es necesario que el electrodo de tungsteno entre en contacto con la pieza de trabajo, lo que reduce el riesgo de acumulación en el baño de soldadura.
La desventaja es que la soldadura TIG es más lenta y costosa, debido a la costosa configuración y los altos requisitos de habilidad.
2. Soldadura de metal con gas inerte (MIG)
La segunda opción para los profesionales es la soldadura MIG de aluminio. Es ideal para aplicaciones de soldadura de aluminio debido a su facilidad de uso, bajo costo y amplia disponibilidad. La calidad del cordón de soldadura no es tan alta como con TIG, pero los resultados siguen siendo buenos.
Permite un control adecuado del proceso de soldadura y es más rápido que TIG. Los problemas comunes en la soldadura de aluminio, como la alta conductividad térmica, se pueden resolver ajustando los parámetros del proceso, como la velocidad de avance y el precalentamiento de la pieza.
Sin embargo, la suavidad del alambre de aluminio puede resultar problemática. Para evitar este problema, se requiere una pistola de carrete o una pistola de empujar/tirar. Además, la soldadura MIG de aluminio requiere gas argón 100 % puro, que, aunque económico, generalmente no está disponible en los talleres debido a su uso limitado.
A pesar de estas limitaciones, la soldadura MIG sigue siendo uno de los mejores métodos para soldar aluminio.
3. Soldadura por haz de electrones
La soldadura por haz de electrones es un proceso muy preciso y eficaz para soldar aluminio. Un haz concentrado de electrones de alta velocidad se dirige al punto de conexión, creando una zona local de alta temperatura para la soldadura.
Es preciso y limpio, ya que aplica calor dirigido exactamente al lugar deseado, minimizando la zona afectada por el calor y los defectos asociados. Además, el haz de electrones es muy rápido (aproximadamente 10 veces más rápido que TIG o MIG), lo que significa que no hay tiempo suficiente para que el calor adicional penetre en el material.
Además, la pureza de los cordones de soldadura es elevada, ya que la soldadura por chorro se realiza en vacío. Esto significa que la mayoría de los contaminantes se eliminan de la zona de soldadura durante la preparación. Por otro lado, el haz de electrones puede penetrar hasta 15 cm de profundidad en el aluminio, ampliando sus propiedades de soldadura a algo más que soldar chapa.
Las desventajas de la soldadura por haz de electrones son el elevado coste y la experiencia necesaria. Además, debido al tamaño limitado de la cámara de estas máquinas, existen limitaciones en el tamaño de las piezas. Esto puede suponer un problema al procesar perfiles de aluminio largos.
4. Soldadura láser
La soldadura láser de aluminio es bastante similar a la soldadura por haz de electrones, pero es ligeramente inferior en términos de calidad, precisión y profundidad de soldadura.
Este procedimiento utiliza un rayo láser en lugar de un haz de electrones. También ofrece la ventaja de una emisión de calor directa y precisa y una alta velocidad. Las limitaciones también surgen de los costos y del conocimiento especializado requerido.
Otra ventaja de la soldadura láser es la capacidad de llegar a espacios reducidos porque el rayo láser es muy fino, a diferencia de un soplete de soldadura. Es útil para soldar estructuras de chapa con características dobladas.
5. Soldadura por fricción y agitación
La soldadura por fricción es un proceso innovador de soldadura de aluminio que está ganando rápidamente importancia en la industria debido a su alto potencial. Se utiliza una herramienta giratoria para generar calor en el punto de conexión mediante fricción.
Su principal ventaja es que es un proceso en estado sólido que suelda materiales por debajo de su punto de fusión. De este modo se eliminan casi por completo los problemas relacionados con el calor. La zona afectada por el calor es pequeña, no existe ningún mecanismo para que entren contaminantes en la junta, ya que nunca se funde y no se produce deformación.
Además, la soldadura por fricción es repetible y no muy costosa. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, todavía es una tecnología en desarrollo que tardará algún tiempo en alcanzar su máximo potencial.
¿Cómo se prepara para soldar aluminio?
Como se mencionó al principio, soldar aluminio es un desafío. La solución está en la habilidad y la experiencia. En esta sección, analizaremos algunas precauciones y consejos de preparación para soldadores de aluminio que pueden mejorar su curva de aprendizaje.
La limpieza es importante
Limpiar la superficie de la pieza es una parte importante del proceso de preparación. Tiene dos objetivos: eliminar suciedad como aceite y polvo y eliminar la capa de óxido de aluminio. Ambos tienen un efecto perjudicial sobre la calidad de la soldadura porque permiten que entren contaminantes en la zona de soldadura.
A menudo se utilizan agentes de limpieza como acetona o soluciones alcalinas para eliminar las partículas de suciedad y el vapor de agua. Son baratos y fácilmente disponibles. Para los óxidos suele ser suficiente un cepillo de metal.
Método de soldadura apropiado
Los procesos comunes de soldadura de aluminio se explican anteriormente. Aunque hay pocas opciones entre las que elegir, decidirse por la técnica más adecuada es una decisión importante.
Normalmente esto se reduce a una decisión entre TIG o MIG. Aunque TIG es el método preferido, requiere tiempo y un soldador de aluminio con experiencia. Además, necesitarás un soldador TIG especial en el taller. En la mayoría de los casos, los soldadores de aluminio eligen MIG por su facilidad de uso y calidad suficiente en aplicaciones generales.
Elegir el relleno adecuado
El material de aportación juega un papel crucial en la definición de la resistencia de la soldadura. Para optimizar la calidad de su aplicación de soldadura de aluminio, debe seleccionar el alambre más adecuado. La elección depende en última instancia de factores como el proceso de soldadura, la calidad del aluminio y las propiedades deseadas.
Las propiedades del metal de aportación deben ser lo más parecidas posible a las del metal base. El diámetro del alambre afecta la cantidad de material que ingresa al baño de soldadura y determina factores como resistencia, estanqueidad, ductilidad, etc.
Los rellenos de aluminio más comunes son 4043 y 5356. 4043 es el más adecuado para soldaduras que están expuestas a temperaturas extremas, corren riesgo de agrietarse y necesitan parecer limpias. 5356, por otro lado, se centra más en la resistencia y ofrece alta resistencia a la tracción y al corte.
Considere el gas inerte apropiado
Tanto MIG como TIG utilizan un gas inerte para proteger el baño de soldadura de ambientes reactivos. La composición del gas afecta a la calidad de la soldadura y, por tanto, es otra decisión que se debe tomar durante la fase de preparación.
En general, el argón 100% puro es una buena opción para ambos procesos. Es barato y fácilmente disponible. En algunos casos, los soldadores de aluminio prefieren agregar hasta un 20-25 % de helio a la mezcla para lograr velocidades de soldadura y voltajes de arco más altos.
Lo que se debe y no se debe hacer en la soldadura de aluminio
Los soldadores de aluminio ofrecen una variedad de consejos y trucos profesionales para mejorar la calidad de la soldadura de aluminio. Los puntos más importantes se resumen a continuación:
- Limpiar el metal : Aunque ya se ha mencionado, volvemos a insistir en este punto porque tiene un impacto enorme en la calidad general de la soldadura.
- Almacenamiento adecuado : Almacenar el aluminio en un lugar seco evita la reoxidación después de la limpieza.
- Precalentar el aluminio : Para obtener una temperatura uniforme en toda la pieza lo mejor es precalentar el aluminio antes de soldar. Esto evita la conducción interna desigual del calor y, por lo tanto, reduce la deformación y el agrietamiento. Además, también puede ayudar a eliminar la humedad.
- Mayor velocidad de crucero : se prefieren velocidades de movimiento rápidas para minimizar la entrada de calor en la zona de soldadura. La alta conductividad térmica del aluminio puede distribuir rápidamente el calor, permitiendo que entre calor adicional desde la fuente de calor. Esto puede provocar eventualmente una deformación de la pieza.
- Utilice ángulos de antorcha estrechos : un ángulo de antorcha de 15° es ideal para soldadura TIG y MIG de aluminio.
- “Push Weld” con MIG : el uso del método de empuje (inclinar la antorcha en dirección opuesta a la dirección de avance) ayuda a mejorar la protección del gas y prevenir defectos de soldadura.
Consideraciones sobre la soldadura de aluminio
La soldadura de aluminio es un proceso de forma casi final que a menudo requiere un posprocesamiento para lograr la forma final.
Inspeccion de calidad
El control de calidad de la soldadura es un procedimiento de rutina. Garantiza que se cumplan los requisitos y que la conexión pueda soportar las condiciones de funcionamiento para las que fue diseñada.
Las inspecciones más comúnmente realizadas son las inspecciones visuales para detectar defectos como porosidad, socavaduras, quemaduras, etc. Las pruebas no destructivas (END) que utilizan técnicas como rayos X y pruebas de penetrantes también se utilizan para evaluar la calidad de la soldadura.
Tratamiento térmico
Cuando se sueldan, los metales pierden algunas de sus propiedades materiales, como la resistencia. Su composición química también puede cambiar debido a impurezas y altas temperaturas.
Por tanto, es una práctica común someter la unión soldada a un tratamiento térmico para devolverle su resistencia y mejorar su calidad. El tipo de tratamiento térmico depende del metal base, del material de aportación y de los requisitos de calidad.
envejecimiento
El envejecimiento es otro proceso de tratamiento térmico que se utiliza a menudo después de la soldadura del aluminio. La soldadura se mantiene a bajas temperaturas (~200°C) durante un largo período de tiempo para restaurar parte de su resistencia original.
Tratamiento de superficies
Los tratamientos superficiales son una buena manera de eliminar los efectos de la soldadura, como la decoloración y los puntos calientes. Esto se realiza mediante medios mecánicos, como cepillado o pulido, y medios químicos/electroquímicos.
En la fase final también se suelen realizar tratamientos superficiales como pintura o revestimiento para obtener el acabado cosmético deseado.
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Concluyendo
La soldadura de aluminio es sin duda una de las tecnologías de fabricación más importantes en la industria manufacturera. Desde varias placas de aluminio hasta láminas delgadas, es un método de ensamblaje confiable.
Preguntas frecuentes
¿Se puede soldar el aluminio a otros tipos de aluminio u otros materiales?
Es posible soldar diferentes tipos de aluminio, pero no es tan común. Sin embargo, los grados y el relleno deben ser compatibles y el proceso a menudo requiere controles especiales para lograr buenos resultados.
¿Cuáles son las aplicaciones comunes de la soldadura de aluminio?
La soldadura de aluminio se utiliza comúnmente en industrias como la aeroespacial, automotriz, marina, médica y de electrodomésticos.
