Existen varias técnicas de soldadura para aleaciones de aluminio, cada una con sus usos específicos. Además de los métodos convencionales de fusión, resistencia y soldadura con gas, otras técnicas avanzadas, como la soldadura por arco de plasma, la soldadura por haz de electrones y la soldadura por difusión al vacío, también pueden soldar aleaciones de aluminio de forma eficaz.
1. Métodos de soldadura comunes para aleaciones de aluminio.
Los métodos de soldadura comunes para aleaciones de aluminio y sus respectivas características y ámbito de aplicación se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1 Características y ámbito de aplicación de los métodos comunes de soldadura para aleaciones de aluminio.
| Método de soldadura | Característica | Ámbito de aplicación |
|---|---|---|
| Soldadura de gas | Baja potencia térmica, gran deformación de soldadura, baja productividad, fácil producción de escoria, grietas y otros defectos. | Se utiliza para soldadura a tope y soldadura de reparación de láminas delgadas en ocasiones no importantes. |
| Soldadura por arco manual | Mala calidad de la junta | Utilizado para reparación de soldadura y reparación general de piezas de aluminio fundido. |
| soldadura TIG | El metal de soldadura es compacto, la unión tiene alta resistencia y buena plasticidad, y se puede obtener una unión de alta calidad. | Es ampliamente utilizado y se puede soldar con un espesor de placa de 1 ~ 20 mm. |
| Soldadura TIG pulsada | El proceso de soldadura es estable, la entrada de calor es precisa y ajustable, la deformación de la soldadura es pequeña y la calidad de la junta es alta | Se utiliza para chapa metálica, soldadura en todas las posiciones, soldadura de ensamblaje y aleaciones de aluminio de alta resistencia como aluminio forjado y duraluminio con fuerte sensibilidad al calor. |
| soldadura MIG | Alta potencia de arco y rápida velocidad de soldadura | Se puede utilizar para soldar piezas gruesas con un espesor inferior a 50 m. |
| Soldadura por arco de argón pulsado MIG | La deformación de la soldadura es pequeña, la porosidad y la resistencia al agrietamiento son buenas, los parámetros del proceso son ampliamente ajustables | Se utiliza para soldadura de placas o en todas las posiciones y generalmente se utiliza para piezas de trabajo con un espesor de 2 a 12 mm. |
| Soldadura por arco de plasma | La concentración de calor, la velocidad de soldadura, la deformación y la tensión de soldadura son pequeñas, el proceso es más complejo. | Se utiliza para soldadura a tope donde el requisito es mayor que la soldadura por arco de argón. |
| Soldadura por haz de electrones al vacío | Los resultados muestran que la penetración es grande, la zona afectada por el calor es pequeña, la deformación de la soldadura es pequeña y las propiedades mecánicas de la unión son buenas. | Se utiliza para soldar piezas soldadas de pequeño tamaño. |
| soldadura por láser | Pequeña deformación de soldadura y alta productividad. | Se utiliza para soldar piezas de precisión. |
La selección de un método de soldadura para aluminio y aleaciones de aluminio debe basarse en la calidad del material, el espesor del componente a soldar, la estructura del producto y el nivel deseado de soldabilidad.
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(1) Soldadura con gas
El poder térmico de una llama de soldadura de oxígeno-acetileno es bajo, lo que provoca que el calor se disperse y da como resultado una deformación de soldadura significativa y una baja productividad.
Al realizar soldaduras gruesas de aluminio, se requiere precalentamiento.
El metal de soldadura producido mediante este método tiene un grano grueso y una estructura suelta, lo que lo hace propenso a defectos como inclusión de alúmina, porosidad y grietas.
Este método de soldadura sólo debe utilizarse para reparar piezas estructurales de aluminio y piezas fundidas sin importancia con un espesor de 0,5 a 10 mm.
(2) soldadura TIG
Este método, conocido como soldadura TIG, se realiza bajo protección de argón, lo que da como resultado una fuente de calor más concentrada y una combustión de arco estable. Esto da como resultado un metal de soldadura más denso con alta resistencia y plasticidad, lo que lo hace ampliamente utilizado en la industria.
Aunque la soldadura TIG es un método ideal para soldar aleaciones de aluminio, su equipo es complejo, lo que la hace menos adecuada para operaciones en exteriores.
(3) Soldadura MIG
El proceso de soldadura por arco metálico con gas (GMAW) automático y semiautomático tiene varias ventajas, incluida una alta potencia del arco, calor concentrado y una pequeña zona afectada por el calor. Su eficiencia de producción es de 2 a 3 veces mayor que la del GMAW manual.
GMAW se puede utilizar para soldar placas de aluminio puro y aleaciones de aluminio con un espesor inferior a 50 mm. Por ejemplo, el precalentamiento no es necesario para placas de aluminio con un espesor de 30 mm, y solo es necesario soldar las capas frontal y posterior para obtener una superficie lisa y una soldadura de alta calidad.
La soldadura semiautomática con gas inerte de tungsteno (TIG) es ideal para soldaduras de precisión, soldaduras cortas e intermitentes y soldaduras en estructuras irregulares.
El soplete de soldadura por arco de argón semiautomático proporciona una soldadura conveniente y flexible, pero el diámetro del alambre de soldadura es más pequeño y la soldadura es más propensa a la porosidad.
(4) Soldadura por arco de argón pulsado
(1) Soldadura con gas inerte de tungsteno pulsado (TIG)
Este método mejora significativamente la estabilidad de los procesos de soldadura de baja corriente y permite un fácil control de la potencia del arco y la formación de la soldadura ajustando varios parámetros. La soldadura tiene una deformación mínima y una zona afectada por el calor, lo que la hace ideal para soldar placas delgadas, soldadura en todas las posiciones y soldadura de materiales sensibles al calor como aluminio forjado, aluminio duro y aluminio superduro.
(2) Soldadura por arco de argón pulsado con gas inerte metálico (MIG)
Este método es adecuado para soldar en todas las posiciones láminas de aleación de aluminio con un espesor de 2 a 10 mm.
(5) Soldadura por puntos por resistencia y soldadura por costura.
Se puede utilizar para soldar láminas de aleación de aluminio con un espesor inferior a 4 mm.
Para productos con requisitos de alta calidad, se puede utilizar soldadura por puntos y soldadura por ondas de choque de CC.
La soldadura requiere equipos sofisticados, altas corrientes de soldadura y alta productividad, lo que la hace particularmente adecuada para la producción en masa de piezas y componentes.
(6) Soldadura por fricción y agitación
La soldadura por fricción y agitación (FSW) es un tipo de tecnología de unión de estado sólido que se puede utilizar para soldar varias placas de aleación.
En comparación con los métodos tradicionales de soldadura por fusión, FSW ofrece varias ventajas, como ausencia de salpicaduras, reducción de polvo, ausencia de alambre de soldadura o gas protector y ausencia de poros y grietas en la junta.
Además, en comparación con la fricción ordinaria, la FSW no está limitada por las piezas del eje y puede producir soldaduras rectas.
Este método de soldadura también tiene otros beneficios, que incluyen propiedades mecánicas mejoradas, eficiencia energética, reducción de la contaminación y bajos requisitos de preparación antes de soldar.
Debido al bajo punto de fusión del aluminio y sus aleaciones, el FSW es especialmente adecuado para estos materiales.
2. Materiales de soldadura para aluminio.
(1) Alambre de soldadura
Al soldar aleaciones de aluminio mediante soldadura con gas o soldadura TIG, se recomienda utilizar alambre de relleno.
Los alambres de soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio se pueden clasificar en dos tipos: homogéneos y heterogéneos.
Para obtener una unión de soldadura fuerte y confiable, es importante elegir el material de relleno adecuado para el metal base utilizado.
Al seleccionar un alambre de soldadura para aleaciones de aluminio, es importante considerar varios factores, incluidos los requisitos de composición, las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión, la rigidez estructural, el color y la resistencia al agrietamiento del producto terminado.
El uso de un metal de aportación con una temperatura de fusión más baja que el metal base puede reducir significativamente el riesgo de agrietamiento intergranular en la zona afectada por el calor.
Para aleaciones sin tratamiento térmico, la resistencia de las uniones soldadas aumenta en el siguiente orden: series 1000, series 4000 y series 5000.
Es importante tener en cuenta que los alambres de soldadura de la serie 5000 que contengan más del 3 % de magnesio no deben usarse en estructuras con temperaturas de servicio superiores a 65 °C, ya que estas aleaciones son altamente susceptibles al agrietamiento por corrosión bajo tensión en estas condiciones.
Para evitar grietas, a menudo se recomienda utilizar un metal de aportación con un mayor contenido de aleación que el metal base.
Los alambres de soldadura más utilizados para aleaciones de aluminio son alambres de calidad estándar con composiciones similares a las del metal base. En ausencia de un alambre de soldadura estándar, se puede cortar una tira del metal base y usarla como relleno.
Una opción popular de alambre de soldadura es el HS311, conocido por su buena fluidez, contracción mínima durante la solidificación y excelente resistencia al agrietamiento. Para mejorar aún más el tamaño de grano, la resistencia al agrietamiento y las propiedades mecánicas de la soldadura, a menudo se añaden como modificadores pequeñas cantidades de elementos de aleación como Ti, V, Zr y otros.
Se debe prestar atención a las siguientes cuestiones al seleccionar alambre de soldadura de aleación de aluminio:
(1) Sensibilidad a las grietas en las uniones soldadas
El principal factor que afecta la sensibilidad a las grietas es la compatibilidad del metal base y el alambre de soldadura.
El uso de un metal de soldadura con una temperatura de fusión más baja que la del metal base puede reducir la sensibilidad al agrietamiento tanto del metal de soldadura como de la zona afectada por el calor.
Por ejemplo, al soldar la aleación 6061 con un contenido de silicio del 0,6 %, el uso de la misma aleación como soldadura da como resultado una sensibilidad al agrietamiento muy alta.
Sin embargo, el uso del alambre de soldadura ER4043 con 5% de silicio proporciona una buena resistencia al agrietamiento, ya que su temperatura de fusión es menor que la de la aleación 6061 y tiene mayor plasticidad durante el enfriamiento.
Además, es aconsejable evitar la combinación de Mg y Cu en el metal de soldadura, ya que el Al-Mg-Cu tiene una alta sensibilidad al agrietamiento.
(2) Propiedades mecánicas de la unión soldada
El aluminio puro industrial tiene la resistencia más baja, mientras que las aleaciones de aluminio de la serie 4000 se encuentran en el medio y las aleaciones de aluminio de la serie 5000 tienen la resistencia más alta.
Aunque el alambre de soldadura Al-Si tiene una alta resistencia al agrietamiento, tiene baja plasticidad.
Por lo tanto, para juntas que requieren procesamiento de deformación plástica después de la soldadura, es mejor evitar el alambre de soldadura de silicona.
(3) Rendimiento de las juntas soldadas
La elección del metal de aportación no sólo se basa en la composición del metal base, sino también en la geometría de la unión, los requisitos operativos de resistencia a la corrosión y los requisitos de apariencia de la soldadura.
Por ejemplo, para garantizar que un recipiente tenga buena resistencia a la corrosión o para evitar la contaminación de los productos almacenados, un recipiente que almacene peróxido de hidrógeno requiere una aleación de aluminio de alta pureza.
En este caso, la pureza del metal de aportación debe ser al menos igual a la del metal base.
(2) Varilla de soldadura
El modelo, las especificaciones y las aplicaciones de la varilla de soldadura de aleación de aluminio se muestran en la Tabla 2. La Tabla 3 muestra la composición química y las propiedades mecánicas del electrodo de aleación de aluminio.
Tabla 2 Tipo (marca), especificación y aplicación de varillas de soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio.
| Tipos | Nota | Tipos de piel | Material del núcleo | Especificación del electrodo/mm | Objetivo | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | tipo básico | aluminio puro | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldadura de placas y contenedores de aluminio puro. |
| E4043 | L209 | tipo básico | Liga Al Si | 3.2,4.5 | 345〜355 | Placa de aluminio para soldadura, fundición de aluminio y silicio, aleaciones de aluminio en general, aluminio forjado, duraluminio (excepto aleaciones de aluminio y magnesio) |
| E3003 | L309 | tipo básico | Aleación de aluminio y manganeso | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldadura de aleaciones de aluminio y manganeso, aluminio puro y otras aleaciones de aluminio. |
Tabla 3 Composición química y propiedades mecánicas de los electrodos de aluminio y aleaciones de aluminio.
| Tipos | Nota | tipos de pieles | Tipos de fuente de alimentación | Composición química del núcleo de soldadura/% | Resistencia a la tracción del metal depositado / MPa | Resistencia a la tracción de la unión soldada / MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | tipo básico | DCEP (electrodo positivo de corriente continua) | Si+Fe≤0,95,Co0,05〜0,20 Mn≤0,05,Be≤0,0008 Zn≤0,10,otros≤0,15 AI≥99,0 | ≥64 | ≥80 |
| E4043 | L209 | tipo básico | DCEP | Si4.5〜6.0,Fe≤0.8 Cu≤0.30,Mn≤0.05 Zn≤0.10,Mg≤0.0008 otros≤0.15,Al Movimiento rápido del ojo. |
≥118 | ≥95 |
| E3003 | L309 | tipo básico | DCEP | Si≤0.6,Fe≤0.7 Cu0.05〜0.20,Mn1.0 〜1.5 Zn≤0.10, otros≤0.15 Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
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(3) Gas protector
Los gases inertes preferidos para soldar aleaciones de aluminio son el argón y el helio.
Los requisitos técnicos para el argón son un nivel de pureza del 99,9% o superior, un contenido de oxígeno inferior al 0,005%, un contenido de hidrógeno inferior al 0,005%, un contenido de humedad inferior a 0,02 mg/L y un contenido de nitrógeno inferior a 0,005%. superior al 0,015%.
Un aumento en los niveles de oxígeno y nitrógeno degrada la atomización catódica.
Si el contenido de oxígeno excede el 0,3%, la pérdida por combustión del electrodo de tungsteno se intensificará, y si el contenido de oxígeno excede el 0,1%, la superficie de soldadura se volverá opaca o negruzca.
Para la soldadura TIG, se selecciona argón puro para la soldadura AC más HF, que es adecuado para la soldadura de placas gruesas. Para la soldadura con electrodo positivo CC se utiliza una mezcla de Ar + He o Aire puro.
Para placas con un espesor inferior a 25 mm se utiliza argón puro.
Para placas con un espesor de 25-50 mm se utiliza una mezcla de Ar + He con un 10% a un 35% de Ar.
Para placas con un espesor de 50-75 mm se debe utilizar una mezcla de Ar + He con un 10% a un 35% o un 50% de He.
Para láminas de espesor superior a 75 mm se recomienda una mezcla de Ar + He con un 50% a un 75% de He.
3. Proceso de soldadura de aleación de aluminio .
1. Soldadura con gas de aleación de aluminio.
La eficiencia térmica de la soldadura con gas oxígeno-acetileno es baja y el aporte de calor no está concentrado, lo que hace que la calidad y el rendimiento de la unión no sean altos. Además, se requiere fundente al soldar aluminio y aleaciones de aluminio, y los residuos deben eliminarse después de la soldadura.
A pesar de estas desventajas, los equipos de soldadura con gas se utilizan comúnmente para soldar aleaciones de aluminio con bajos requisitos de calidad, como láminas delgadas y piezas pequeñas, así como para reparar aleaciones y piezas fundidas de aluminio. Esto se debe a su simplicidad, la falta de necesidad de suministro de energía y su naturaleza conveniente y flexible.
(1) Forma conjunta de soldadura con gas.
Las juntas traslapadas y las juntas en T no son ideales para la soldadura con gas de aleaciones de aluminio porque es difícil eliminar el fundente residual y la escoria de soldadura en el espacio. Por lo tanto, se recomienda utilizar juntas a tope siempre que sea posible.
Para garantizar una soldadura completa sin colapso ni quemado, se recomienda utilizar una placa de soporte ranurada. La placa de respaldo suele estar hecha de acero inoxidable o cobre puro.
Soldar con una placa de respaldo puede lograr un buen conformado inverso y mejorar la productividad de la soldadura.
(2) Selección de fundente para soldadura con gas.
Cuando se sueldan aleaciones de aluminio con gas, es necesario el uso de fundente para garantizar un proceso de soldadura fluido y una buena calidad de soldadura. El fundente, también conocido como flujo de gas, elimina la película de óxido y otras impurezas de la superficie de la aleación de aluminio durante la soldadura.
La función principal del fundente es eliminar la película de óxido formada en la superficie del aluminio durante la soldadura, mejorar la humectabilidad del metal base y promover la formación de una microestructura de soldadura densa.
Por lo general, el fundente se rocía directamente en la ranura de la pieza que se va a soldar antes de soldar o se agrega al baño fundido de alambre de soldadura.
Los fundentes de aleación de aluminio suelen estar hechos de cloruros de elementos como potasio, sodio, calcio y litio. Estos compuestos se muelen, tamizan y mezclan en proporciones específicas para crear fundente.
Por ejemplo, la criolita de aluminio (Na3AlF6) puede fundir la alúmina a 1000 °C y el cloruro de potasio puede transformar la alúmina refractaria en cloruro de aluminio fusible. El fundente tiene un punto de fusión bajo y buena fluidez, lo que también puede mejorar la fluidez del metal fundido y garantizar una formación adecuada de la soldadura.
(3) Selección de boquilla de soldadura y llama.
Las aleaciones de aluminio tienen una fuerte tendencia a oxidarse y absorber aire. Durante la soldadura con gas, es importante utilizar una llama neutra o una llama de carbonización débil (con exceso de acetileno) para evitar la oxidación del aluminio. Esto mantendrá el charco de aluminio fundido bajo una atmósfera reductora y evitará la oxidación.
El uso de llama de oxidación está estrictamente prohibido, ya que oxidará fuertemente el aluminio y dificultará el proceso de soldadura.
Sin embargo, si hay demasiado acetileno, el hidrógeno libre puede disolverse en el baño fundido, provocando porosidad en la soldadura y aflojándola.
(4) Punto de soldadura
Para evitar cambios de tamaño y posición relativa durante la soldadura, se requiere soldadura previa por puntos.
La soldadura con gas tiene un alto coeficiente de expansión lineal, una rápida velocidad de conducción del calor y una gran área de calentamiento, por lo que las soldaduras de posicionamiento deben ser más densas que las de las piezas de acero.
El alambre de relleno utilizado para la soldadura de posicionamiento es el mismo que el utilizado para la soldadura del producto. Antes de colocar la soldadura, se debe aplicar una capa de fundente de gas al espacio de soldadura.
La potencia de la llama durante la soldadura por posicionamiento debe ser ligeramente mayor que durante la soldadura con gas.
(5) Operación de soldadura con gas
Al soldar materiales de acero, la temperatura de calentamiento se puede determinar observando el cambio de color del acero. Sin embargo, esto no es posible cuando se sueldan aleaciones de aluminio, ya que no se produce un cambio de color evidente durante el calentamiento.
Para controlar la temperatura de soldadura, se puede determinar el tiempo de soldadura en base a las siguientes observaciones:
- Cuando la superficie de la pieza calentada cambia de blanco brillante a blanco plateado opaco, con una película de óxido superficial arrugada y metal flotando en el área de calentamiento, la temperatura de fusión está a punto de alcanzarse y se puede realizar la soldadura.
- Cuando el extremo del alambre de soldadura sumergido en fundente y la parte calentada pueden fusionarse con el material original, se alcanza la temperatura de fusión y se puede realizar la soldadura.
- Cuando el borde del metal base se cae, el metal base ha alcanzado la temperatura de fusión y se puede continuar con la soldadura.
Para chapas soldadas con gas se puede utilizar el método de soldadura a la izquierda, con el alambre de soldadura delante de la llama de soldadura. Esto ayuda a prevenir el sobrecalentamiento del baño de soldadura y el crecimiento o quema de granos en la zona afectada por el calor, reduciendo la pérdida de calor.
Para metales base de más de 5 mm de espesor, se puede utilizar el método de soldadura correcto, con el alambre de soldadura detrás del soplete. Esto minimiza la pérdida de calor, aumenta la profundidad de fusión y mejora la eficiencia del calentamiento.
Cuando se sueldan piezas con gas de menos de 3 mm de espesor, el ángulo de inclinación del soplete debe ser de 20-40°. Para piezas gruesas, el ángulo de inclinación del soplete debe ser de 40-80°, con un ángulo entre el alambre de soldadura y el soplete de 80-100°.
Para la soldadura con gas de aleaciones de aluminio, es mejor completar la unión en una sola pasada, ya que la deposición de una segunda capa puede provocar la inclusión de escoria en la soldadura.
(6) Tratamiento post-soldadura
La corrosión de las juntas de aluminio causada por el fundente residual y la escoria en la superficie de soldadura con gas es una causa potencial de daños futuros en las juntas.
Entre 1 y 6 horas después de la soldadura con gas, es necesario limpiar el fundente y la escoria residuales para evitar la corrosión de la soldadura.
El proceso de limpieza después de la soldadura implica los siguientes pasos:
- Después de soldar, sumerja la pieza soldada en un baño de agua caliente a 40-50°C. Lo mejor es usar agua corriente caliente y cepillar la soldadura, el fundente residual y la escoria cerca de la soldadura con un cepillo de cerdas hasta que estén limpios.
- Sumerja la soldadura en una solución de ácido nítrico. Cuando la temperatura ambiente es superior a 25 °C, la concentración de la solución debe ser del 15 al 25 % y el tiempo de remojo debe ser de 10 a 15 minutos. Cuando la temperatura ambiente es de 10 a 15 °C, la concentración de la solución debe ser del 20 al 25 % y el tiempo de remojo debe ser de 15 minutos.
- Sumergir la pieza soldada en agua caliente (40-50°C) durante 5-10 minutos.
- Enjuague la pieza soldada con agua fría durante 5 minutos.
- La soldadura se puede dejar secar al aire o secar en horno o con aire caliente.
2. Soldadura TIG de aleación de aluminio.
También conocida como soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), implica el uso de tungsteno como electrodo para generar un arco entre el tungsteno y la pieza de trabajo. El calor generado por el arco funde el metal a soldar, que luego se une mediante alambre de aportación para formar una junta de soldadura sólida.
La soldadura por arco de argón de aluminio utiliza las propiedades de “atomización catódica” del argón para eliminar la película de óxido de la superficie.
El proceso de soldadura TIG protege el electrodo de tungsteno y el área de soldadura protegiéndolos con un gas inerte, como el argón, que se emite desde la boquilla. Esto ayuda a evitar cualquier reacción entre el área de soldadura y el aire circundante.
El proceso de soldadura TIG es ideal para soldar placas delgadas con un espesor inferior a 3 mm. Esto da como resultado una menor deformación de la pieza en comparación con la soldadura con gas y la soldadura por arco manual.
El método de soldadura AC TIG es particularmente útil para soldar aleaciones de aluminio ya que el cátodo puede eliminar la película de óxido y prevenir la corrosión. Esto da como resultado una superficie brillante y lisa con una forma de articulación sin restricciones. El flujo de argón también enfría la unión rápidamente, mejorando su microestructura y propiedades, haciéndola apta para soldar en todas las posiciones.
Sin embargo, el proceso de soldadura TIG requiere una limpieza más rigurosa antes de soldar debido a la ausencia de fundente. La soldadura TIG por CA y la soldadura TIG por pulsos por CA son los métodos preferidos para soldar aleaciones de aluminio, seguidas de la soldadura TIG inversa por CC.
En general, la soldadura con CA se usa más comúnmente para aleaciones de aluminio, ya que proporciona la mejor combinación de capacidad de carga de corriente, control del arco y limpieza. Cuando se utiliza una conexión positiva de CC (electrodo conectado a un electrodo negativo), el calor generado en la superficie de la pieza de trabajo produce una penetración profunda y se puede utilizar una corriente de soldadura más alta para un tamaño de electrodo determinado.
Este método no requiere precalentamiento incluso para secciones gruesas y provoca una deformación mínima del metal base. Sin embargo, el método de soldadura TIG de conexión inversa de CC (electrodo a electrodo positivo) rara vez se utiliza para soldar aluminio. A pesar de esto, ofrece ventajas como una profundidad de fusión reducida, un fácil control del arco y buenos efectos de purificación para la soldadura continua o la soldadura de reparación de intercambiadores de calor de paredes delgadas y componentes similares con un espesor de tubo inferior a 2,4 mm.
(1) Electrodo de tungsteno
El punto de fusión del tungsteno es 3410°C.
El tungsteno tiene una gran capacidad de emisión de electrones a altas temperaturas.
Al agregar trazas de elementos de tierras raras como torio, cerio y circonio, la eficiencia de emisión de electrones disminuye significativamente y la capacidad de carga de corriente mejora significativamente.
En la soldadura TIG de aleaciones de aluminio, se utiliza principalmente un electrodo de tungsteno para conducir corriente, iniciar un arco y mantener la combustión normal del arco.
Los materiales de electrodos de tungsteno comúnmente utilizados incluyen tungsteno puro, torio-tungsteno y cerio-tungsteno.
(2) Parámetros del proceso de soldadura
Para obtener una excelente formación y calidad de la soldadura, los parámetros del proceso de soldadura deben seleccionarse en función de los requisitos técnicos de la soldadura.
Los principales parámetros del proceso para la soldadura TIG manual de aleaciones de aluminio incluyen el tipo de corriente, la polaridad, el tamaño de la corriente, el caudal del gas de protección, la longitud de extensión del electrodo de tungsteno y la distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo.
Los parámetros del proceso para la soldadura TIG automática también incluyen el voltaje del arco (longitud del arco), la velocidad de soldadura y la velocidad de alimentación del alambre.
Dependiendo del material y el espesor a soldar, los parámetros del proceso incluirán el diámetro y la forma del electrodo de tungsteno, el diámetro del alambre de soldadura, el tipo de gas protector, el caudal de gas, el diámetro de la boquilla, la corriente de soldadura, el voltaje del arco, la velocidad de soldadura y estos parámetros se pueden ajustar. basándose en resultados reales de soldadura hasta que cumplan con los requisitos deseados.
Las siguientes son las principales consideraciones para seleccionar los parámetros de soldadura TIG para aleaciones de aluminio:
- Diámetro de la boquilla y flujo de gas protector: el diámetro de la boquilla para la soldadura TIG de aleaciones de aluminio suele ser de 5 a 22 mm, mientras que el caudal del gas protector es generalmente de 5 a 15 l/min.
- Longitud del electrodo de tungsteno y distancia boquilla-pieza: Para soldaduras a tope, la longitud de extensión del electrodo de tungsteno es normalmente de 5 a 6 mm, mientras que para soldaduras en ángulo es de 7 a 8 mm. La distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo es generalmente de unos 10 mm.
- Corriente y voltaje de soldadura: La corriente y el voltaje de soldadura están relacionados con factores como el espesor de la placa, el tipo de junta, la posición de soldadura y el nivel de habilidad del soldador. En la soldadura TIG manual, cuando se utiliza alimentación de CA y se suelda con un espesor inferior a 6 mm, la corriente de soldadura máxima se puede calcular mediante la fórmula I = (60 ~ 65) d, donde D es el diámetro del electrodo. El voltaje del arco está determinado principalmente por la longitud del arco, que debe ser aproximadamente igual al diámetro del electrodo de tungsteno.
- Velocidad de soldadura: Para minimizar la deformación durante la soldadura TIG de aleación de aluminio, se debe utilizar una velocidad de soldadura más rápida. En la soldadura TIG manual, el soldador ajusta la velocidad según sea necesario según el tamaño y la forma del baño de soldadura y las condiciones de fusión en ambos lados. La velocidad de soldadura general es de 8-12 m/h, mientras que en la soldadura TIG automática la velocidad se mantiene constante una vez definidos los parámetros del proceso.
- Diámetro del alambre: El diámetro del alambre de soldadura es generalmente proporcional al espesor de la placa y a la corriente de soldadura.
Defectos comunes y causas de la soldadura de aluminio
Causas del cierre de los estomas.
- Impurezas en el suministro de gas argón o fugas en las tuberías de argón.
- Limpieza inadecuada del alambre de soldadura o de la ranura del metal base antes de soldar o contaminación después de la limpieza.
- Corriente o velocidad de soldadura incorrecta
- Mala protección del baño de soldadura, arco inestable, longitud de arco prolongada o extensión excesiva del electrodo de tungsteno.
Medidas preventivas:
- Asegure la pureza del suministro de gas argón limpiando minuciosamente las tuberías y el alambre de soldadura, y evite la recontaminación soldando inmediatamente después de la limpieza.
- Actualice la tubería de suministro de gas, elija el caudal de gas adecuado y ajuste la longitud de extensión del electrodo de tungsteno según sea necesario.
- Seleccionar correctamente los parámetros del proceso de soldadura.
- Considere utilizar un proceso de precalentamiento e instalar dispositivos a prueba de viento en el lugar de soldadura para evitar la interferencia del viento.
Causas de las grietas en la soldadura
- Selección incorrecta de la composición de la aleación del alambre de soldadura.
- Contenido insuficiente de magnesio en la soldadura (menos del 3%) o impurezas excesivas como hierro y silicio.
- Alta temperatura de fusión del alambre de soldadura que provoca grietas por licuefacción en la zona afectada por el calor.
- Diseño de junta inadecuado, concentración excesiva de soldadura o temperatura excesivamente alta en la zona de calentamiento que causa tensión de restricción excesiva.
- Altos niveles de turbulencia, tiempo de exposición prolongado o sobrecalentamiento del tejido.
- Cráteres sin rellenar que dan lugar a grietas.
Medidas preventivas:
- Asegúrese de que la composición del alambre de soldadura coincida con la del metal base.
- Utilice una placa de impacto de arco o un dispositivo de atenuación de corriente para llenar el hoyo del arco.
- Diseñe adecuadamente la estructura de soldadura, disponga las costuras de soldadura de manera razonable, evite concentraciones de tensión y elija la secuencia de soldadura adecuada.
- Ajuste la corriente de soldadura o aumente la velocidad de soldadura según sea necesario.
Causas de la penetración incompleta de la soldadura
- Velocidad de soldadura rápida, longitud de arco larga, espacio de soldadura pequeño, ángulo o corriente o borde romo grande
- Presencia de rebabas en el borde de la ranura o suciedad en el borde inferior de la pieza
- Ángulo de inclinación incorrecto entre el soplete y el alambre de soldadura
Medidas preventivas:
- Seleccione correctamente los parámetros de separación, borde romo, ángulo de ranura y proceso de soldadura.
- Limpiar a fondo la película de óxido, fundente, escoria y aceite.
- Mejorar la técnica de soldadura.
Causas de la inclusión de tungsteno en la soldadura.
- Arco de contacto
- Forma inadecuada de la punta del electrodo de tungsteno o corriente de soldadura excesiva que provoca el desprendimiento del electrodo.
- El uso inadecuado de gas oxidante hace que el relleno toque la punta caliente del electrodo de tungsteno.
Medidas preventivas:
- Utilice encendido por arco pulsado de alta frecuencia y alto voltaje.
- Elija la forma adecuada para la punta del electrodo de tungsteno según la corriente seleccionada.
- Reduzca la corriente de soldadura, aumente el diámetro del electrodo de tungsteno o disminuya su longitud.
- Reemplace el gas inerte.
- Mejore la técnica de soldadura y evite el contacto entre el alambre de relleno y el electrodo de tungsteno.
Causas de la subcotización
- Gran corriente de soldadura, alto voltaje del arco, oscilación irregular de la antorcha, llenado insuficiente del alambre o velocidad de soldadura rápida
Medidas preventivas:
- Reduzca la corriente de soldadura y el voltaje del arco, mantenga una oscilación uniforme de la antorcha, aumente la velocidad de alimentación del alambre o reduzca la velocidad de soldadura según corresponda.
4. Proceso de soldadura de reparación convencional de piezas fundidas.
Los defectos en las piezas fundidas de aleación de aluminio generalmente se pueden reparar mediante soldadura por arco de argón, y los mejores resultados se obtienen mediante soldadura AC TIG.
Cuando se utiliza soldadura de reparación para corregir defectos de fundición, es importante limpiar el alambre de soldadura y las piezas antes de soldar, seleccionar los materiales apropiados para el alambre de soldadura y utilizar alambre de soldadura de arco corto y ángulo pequeño. En la práctica, ha habido muchas experiencias exitosas con diferentes tipos de defectos, como el uso de corriente de soldadura baja siempre que sea posible.
El alambre de soldadura debe tener una composición de aleación más alta que el metal base para complementar cualquier aleación quemada durante la soldadura de reparación y mantener la consistencia en la composición de la soldadura.
Para piezas fundidas con defectos de grietas, se deben perforar orificios para evitar grietas en ambos extremos antes de realizar la soldadura de reparación. La pieza debe precalentarse y soldarse utilizando un método de soldadura a mano izquierda para observar la fusión de la soldadura. El alambre debe llenarse para formar un baño de soldadura completamente húmedo.
Cuando el defecto es grande, se puede aplicar una fina capa de surfactante (surfactante ATIG) a la posición de soldadura para aumentar la eficiencia durante la soldadura TIG tradicional. El surfactante hace que el arco de soldadura se contraiga o que cambie el flujo de metal en el baño de soldadura, lo que resulta en una mayor penetración de la soldadura.
En la soldadura AC TIG de aleación de aluminio, se puede aplicar una capa de agente activo SiO2 a la superficie de soldadura para cambiar la penetración, reducir el precalentamiento y facilitar el proceso de soldadura.
5. Características de la soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio.
(1) El aluminio está muy sujeto a oxidación en el aire y durante la soldadura, formando óxido de aluminio (Al2O3) que tiene un alto punto de fusión y es muy estable, lo que dificulta su eliminación. Esto dificulta la fusión y fusión del material base. La pesada película de óxido no emerge fácilmente, lo que provoca inclusiones de escoria, fusión incompleta y penetración insuficiente.
La película de óxido superficial del aluminio y la gran cantidad de humedad absorbida pueden provocar porosidad en la soldadura. Antes de soldar se debe realizar una limpieza rigurosa de la superficie mediante métodos químicos o mecánicos para eliminar esta película de óxido. Se debe reforzar la protección durante el proceso de soldadura para evitar la oxidación. Cuando se utiliza soldadura con gas inerte de tungsteno, se debe seleccionar una fuente de corriente alterna para eliminar la película de óxido mediante una “limpieza catódica”.
En la soldadura con gas, se debe utilizar un fundente para eliminar la película de óxido. Al soldar placas gruesas, se puede aumentar el calor de soldadura. Por ejemplo, el calor del arco de helio es alto, por lo que se puede utilizar una protección de gas mixto de helio o argón-helio, o se puede emplear soldadura por arco protegido con gas de especificación grande. En el caso de conexión positiva de corriente continua no es necesaria la “limpieza catódica”.
(2) La conductividad térmica y la capacidad calorífica específica del aluminio y las aleaciones de aluminio son más del doble que las del acero al carbono y el acero de baja aleación. La conductividad térmica del aluminio es decenas de veces mayor que la del acero inoxidable austenítico.
Durante el proceso de soldadura, se puede conducir rápidamente una gran cantidad de calor al metal base, por lo tanto, al soldar aluminio y aleaciones de aluminio, además de la energía consumida al fundir el baño de metal, se desperdicia más calor en otras partes del metal. . Este desperdicio de energía es más importante que en la soldadura de acero.
Para obtener uniones soldadas de alta calidad, se deben utilizar en la medida de lo posible fuentes de energía con energía concentrada y alta potencia. A veces también se pueden adoptar precalentamiento y otras medidas de proceso.
(3) El coeficiente de expansión lineal del aluminio y sus aleaciones es aproximadamente el doble que el del acero al carbono y el del acero de baja aleación. El aluminio sufre una importante contracción de volumen después de la solidificación, lo que provoca una deformación y tensión considerables en la soldadura, lo que requiere medidas para evitar la deformación de la soldadura. Los baños de soldadura de aluminio son propensos a sufrir agujeros de contracción, porosidad, agrietamiento en caliente y alta tensión interna durante la solidificación.
En producción, ajustar la composición del alambre de soldadura y el proceso de soldadura puede evitar la aparición de grietas por calor. El alambre de soldadura de aleación de aluminio y silicio se puede utilizar para soldar aleaciones de aluminio, excepto aleaciones de aluminio y magnesio donde se permite la resistencia a la corrosión. En las aleaciones de aluminio y silicio, la tendencia al agrietamiento en caliente es mayor cuando el contenido de silicio es del 0,5%.
A medida que aumenta el contenido de silicio, el rango de temperatura de cristalización de la aleación disminuye, la fluidez mejora significativamente, la tasa de contracción disminuye y la tendencia al craqueo en caliente se reduce correspondientemente. Según la experiencia de producción, el craqueo en caliente no ocurre cuando el contenido de silicio es del 5% al 6%. Por lo tanto, el uso de varillas de SAlSi (con un contenido de silicio entre 4,5% y 6%) para soldar puede dar como resultado una mejor resistencia al agrietamiento.
(4) El aluminio tiene una fuerte reflectividad de la luz y el calor. No hay ningún cambio de color perceptible durante la transición sólido-líquido, lo que dificulta la evaluación durante las operaciones de soldadura. El aluminio de alta temperatura tiene poca resistencia, lo que dificulta el soporte del baño de soldadura y facilita la combustión.
(5) El aluminio líquido y sus aleaciones pueden disolver una gran cantidad de hidrógeno, mientras que el aluminio sólido apenas lo disuelve. Durante la solidificación y el enfriamiento rápido del baño de soldadura, el hidrógeno no tiene tiempo suficiente para escapar, lo que conduce fácilmente a la formación de poros de hidrógeno. La humedad en la atmósfera de la columna de arco, los materiales de soldadura y la humedad absorbida por la película de óxido superficial del material base son fuentes críticas de hidrógeno en la costura de soldadura. Por lo tanto, las fuentes de hidrógeno deben controlarse estrictamente para evitar la formación de poros.
(6) Los elementos de aleación tienden a evaporarse y quemarse, provocando una disminución en el rendimiento de la costura de soldadura.
(7) Si el metal base del material original se deforma o fortalece por el envejecimiento de la solución, el calor de la soldadura puede reducir la resistencia de la zona afectada por el calor.
6. Finalización de la misión
La soldadura por arco TIG y MIG, que es conveniente y económica, se puede utilizar para soldar y reparar aleaciones de aluminio.
Cuando se utilizan soldadura por haz de alta energía y soldadura por fricción en la soldadura de aleaciones de aluminio, los problemas de quema de elementos de aleación, ablandamiento de juntas y deformación de la soldadura se pueden resolver de manera efectiva. La soldadura por fricción, en particular, es una conexión de estado sólido que tiene el beneficio adicional de ser respetuosa con el medio ambiente.
Cuando se utilizan métodos de soldadura de reparación convencionales para reparar defectos en piezas fundidas de aleaciones de aluminio, es importante prestar atención a la limpieza antes de soldar, seleccionar un relleno de alambre de soldadura adecuado y seguir las especificaciones correctas del proceso de soldadura. Generalmente se prefiere la soldadura de reparación AC TIG para evitar defectos de soldadura.
Para mejorar la calidad de la soldadura de reparación de piezas fundidas de aleación de aluminio, se pueden utilizar métodos especiales de soldadura de reparación en combinación con la situación real cuando los defectos de la fundición son únicos y las condiciones lo permiten.
