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Preguntas Frecuentes en la Soldadura del Aluminio

Por Frank Armao, Senior Application Engineer, The Lincoln Electric Company, Enero 2000.

Traducido por Silvia Caballero.

El Aluminio está siendo utilizado hoy en día en más y más aplicaciones a causa de sus múltiples ventajas. El Aluminio es de peso ligero (aproximadamente 1/3 del peso del acero), tiene excelente conductividad eléctrica y mejores propiedades a la corrosión que el acero. El rápido crecimiento del aluminio, está provocando que muchos de los soldadores de acero necesiten aprender “lo bueno y lo malo” de la soldadura del aluminio.

Aquí hay algunas de las preguntas más fecuentes que Lincoln Electric recibe referentes a la soldadura del aluminio, junto a las respuestas de un experto.

1. ¿Cómo se suelda la aleación 7075?

La mayoría de las aleaciones de aluminio son soldables, pero hay unas pocas que no lo son, y entre ellas la aleación de aluminio 7075. El motivo es que la aleación 7075 es una de las aleaciones de resistencia mecánica más alta. Cuando los diseñadores y soldadores buscan una aleación de aluminio para su uso, muchos empiezan revisando una tabla que lista todas las aleaciones de aluminio y sus resistencias. Pero estos recién llegados no se dan cuenta de que pocas de las aleaciones de aluminio de alta resistencia son soldables, en especial las de las series 7000 y 2000, y no deberían usarse.

La única excepción a la regla de no usar nunca la 7075 cuando deba soldarse, es en la industria de moldeo por inyección. Esta industria reparará moldes 7075 por soldadura, pero nunca debe

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ser empleado para trabajos estructurales.

Aquí hay unas sencillas guías a seguir para escoger aleaciones de aluminio :

Serie de Aleación Principales Elementos de Aleación

1000 Aluminio Puro

2000 Aluminio y Cobre. (Aluminio de alta resistencia usado en la industria aerospacial)

3000 Aluminio y Manganeso. (Aleaciones de baja a media resistencia, usadas en latas de bebidas y tubos de refrigeración)

4000 Aluminio y Silicio. (La mayoría de estas aleaciones son materiales de aporte para soldadura al arco o soldadura fuerte)

5000 Aluminio y Magnesio. (Estas aleaciones son usadas principalmente en aplicaciones estructurales en chapas finas o planchas. Todas son soldables)

6000 Aluminio, Magnesio y Silicio. (Estas aleaciones son tratables térmicamente y comúnmente usadas para extrusión, chapas finas o planchas. Todas son soldables pero pueden ser sensibles a la fisuración. Nunca intentar soldar estas aleaciones sin metal de aportación)

7000 Aluminio y Cinc. (Estas son aleaciones aerospaciales de alta resistencia que pueden tener otros elementos aleantes añadidos)

Lincoln sugiere que si hay necesidad de diseñar algo con aluminio de alta resistencia, se busque una aleación de la serie 5000 con

alto magnesio en lugar de una de la serie 2000 ó 7000. Las aleaciones de la serie 5000 son soldables y darán los mejores resultados.

2. ¿Por qué el aluminio soldado es mucho más débil que el material base?

En los aceros una soldadura puede ser tan fuerte como el material base, pero éste no es el caso con el aluminio. En casi todos los ejemplos, la soldadura será más débil que el material base.

Para entenderlo, demos una mirada a las 2 clasificaciones de aleaciones de aluminio: tratables y no tratables térmicamente. La última categoría se endurece solo por trabajo en frío, lo que causa cambios físicos en el metal. Cuanto más trabajado en frío es la aleación, más fuerte se vuelve.

Cuando se suelda una aleación que ha sido trabajada en frío, se recuece el material alrededor de la soldadura, por lo que vuelve a la condición de temple cero (o recocido) y se vuelve “blando”. Por ello, el único caso en que se pueden hacer soldaduras tan fuertes como el material base en las aleaciones no tratables térmicamente es empezando con material de temple cero.

Con las aleaciones tratables térmicamente, el último paso del tratamiento térmico calienta el metal a 205ºC. Pero cuando se suelda, el material alrededor de la soldadura se pone más caliente de 205ºC, por lo que el material tiende a perder alguna de sus propiedades mecánicas. Por ello, si el operario no efectúa tratamientos térmicos después de la soldadura, la zona alrededor de la soldadura será significativamente más débil que el resto – tanto como de un 30 a un 40 %. Si el operario efectúa tratamientos térmicos después de la soldadura, las propiedades de la aleación de aluminio tratable térmicamente pueden mejorar.

Las aleaciones de aluminio tratables y no tratables son :

Tratables térmicamente : Series 2000, 6000 y 7000

No tratables térmicamente : Series 1000, 3000, 4000 y 5000.

3. ¿Qué tipo de gas de protección debe usarse para soldar el aluminio?

Tanto para la soldadura TIG como MIG debe usarse Argón puro para espesores hasta 13 mm. Para espesores superiores a 13 mm, los operarios pueden añadir helio en un porcentaje entre el 25 y el 75% para hacer el arco más caliente y aumentar la penetración de la soldadura. El gas Argón es mejor porque proporciona más acción limpiadora que el helio. Además es menos caro que el helio

No usar nunca un gas de protección que contenga oxígeno o

dióxido de carbono, ya que oxidarían al aluminio.

4. Para la soldadura TIG de aluminio, ¿qué tipo de electrodo es mejor?

Para la mayoría de materiales, incluyendo el acero, se recomienda un electrodo de tungsteno con 2% de torio, pero como el aluminio se suelda con Corriente Alterna en lugar de Corriente Continua, las características eléctricas son diferentes y la cantidad de energía puesta en el electrodo de tungsteno es más alta soldando con Corriente Alterna. Por estas razones, se recomienda tungsteno puro o tungsteno zirconiado para la soldadura del aluminio.

Además, el diámetro del electrodo para la soldadura con Corriente Alterna tiene que ser significativamente más grande que cuando se emplea Corriente Continua. Se recomienda empezar con un electrodo de 3,20 mm y ajustar según necesidades. EL Tungsteno zirconiado puede transportar más corriente que el tungsteno puro. Otra recomendación beneficiosa para la soldadura con Corriente Alterna es usar un extremo redondeado - el arco tiende a cambiar de dirección alrededor de un extremo en punta.

5. ¿Cuánto precalentamiento debe usarse cuando se suelda aluminio?

Mientras un ligero precalentamiento es bueno, demasiado precalentamiento puede degradar las propiedades mecánicas del aluminio.

Como se ha dicho antes, el último tratamiento térmico para las aleaciones tratables térmicamente es 205ºC, de modo que si el operario precalienta el aluminio a 177ºC y mantiene la temperatura en ese rango mientras suelda, las propiedades mecánicas del aluminio cambiarán.

Para las aleaciones no tratables térmicamente, tales como la serie 5000, si el operario mantiene la temperatura aún en el rango de 90ºC puede sensibilizar el material a fisuración por corrosión bajo tensión. En la mayoría de los casos, un ligero precalentamiento es aceptable para eliminar la humedad de la pieza, pero el precalentamiento debe ser limitado.

Muchos soldadores de aluminio inexpertos emplean el precalentamiento como un apoyo. Como el equipo para soldar aluminio necesita trabajar a capacidades más altas, muchos creen que el precalentamiento ayuda a eliminar las limitaciones del equipo, pero éste no es el caso. El Aluminio tiene un punto de fusión bajo, 650ºC comparado con los 1427ºC a 1482ºC para el acero. A causa de este bajo punto de fusión, muchos operarios piensan que solo necesitan un equipo de características bajas para soldar aluminio. Pero, la conductividad térmica del aluminio es 5 veces la del acero, lo cual significa que el calor se disipa muy rápidamente. Por ello, las intensidades y tensiones para la

soldadura del aluminio son más altas que para el acero, por lo que en realidad necesitan equipos de características más altas para soldar aluminio.

6. ¿Cuál es la práctica correcta para eliminar tensiones en las soldaduras de aluminio?

Al soldar el operario produce tensiones residuales en los alrededores de la soldadura porque el material fundido se contrae cuando solidifica. Después, cuando el operario empieza a eliminar material de la estructura soldada por mecanizado, tiende a distorsionar y crear inestabilidad dimensional. Para evitar esto, los operarios efectúan eliminación de tensiones calentando el material lo suficiente para permitir que los átomos se muevan por todos lados.

Para el acero, la eliminación de tensiones se realiza entre 565ºC y 595ºC. Para el aluminio, la temperatura correcta de distensionado es de 345ºC. Esto significa que para que un distensionado del aluminio después de la soldadura sea efectivo, el material tendrá que ser calentado a una temperatura en la que las propiedades mecánicas se perderán. Por esta razón, el tratamiento de distensionado no se recomienda en el aluminio.

7. ¿Cómo se pueden conocer las diferentes aleaciones de aluminio?

Hay muy pocas diferencias entre las aleaciones de aluminio y para una correcta y segura soldadura, se deben conocer qué aleaciones se quieren soldar. Si no se saben, se pueden seguir las siguientes guías generales :

Perfiles extruidos son, generalmente, aleaciones de la serie 6000.

La mayoría de las fundiciones son, a menudo, una combinación de aluminio/silicio fundido. Algunas son soldables, otras no.

Piezas de chapas finas, planchas o barras son, probablemente, aleaciones de las series 5000 ó 6000.

Si se necesita más precisión, se puede comprar un kit de ensayo de aleación que ayudará a determinar la composición exacta de la aleación.

8. ¿Cómo se pueden soldar con TIG dos espesores distintos de aluminio?

Cuando un operario tiene 2 espesores distintos de aluminio, debe ajustar los parámetros de modo que sean lo suficientemente altos para soldar la pieza más gruesa. Durante la soldadura, dirigir la

mayor parte del calor sobre la pieza más gruesa.

Conclusión

Lincoln Electric ofrece un completo rango de soluciones para el aluminio, desde equipos, como la Power Wave ® 345 ó 455, diseñadas para obtener óptimas características de arco en el aluminio, devanadores como el Cobramatic ®, con sistema “push-pull” para optimizar la alimentación del alambre de aluminio, hasta alambres de aluminio de calidad superior, fabricados con una composición química constante para obtener características consistentes.

Además de sus productos, Lincoln pone a su disposición los conocimientos de sus expertos en la soldadura del aluminio, a través del teléfono del Servicio de Atención al Cliente (902 166 600) o por correo