soldabilidad del aluminio y sus aleaciones

MATERIALES Y SU COMPORTAMIENTO

DURANTE LA SOLDADURA

SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y

ALEACIONES

PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES

Baja densidad, que es un tercio la del acero.

Relativamente buena resistencia mecánica.

A bajas temperaturas no solo aumenta su resistencia mecánica, sino

que además lo hace su ductilidad.

Generalmente buena resistencia a la corrosión.

Con casi todos los procesos habituales de conformación en frío y en

caliente se pueden fabricar toda clase de productos.

Admiten el mecanizado con facilidad.

ALEACIONES DE ALUMINIO

Las superficies admiten diversos tratamientos.

No se producen, normalmente, chispas por golpe.

Presentan una conductividad eléctrica y térmica relativamente alta.

Propiedades ópticas y neutralidad magnética.

La vida media del aluminio, después de ser irradiado, es

particularmente baja.

Existencia de aleaciones soldables sin pérdida importante de sus

características mecánicas.


Existencia de una capa superficial de oxido delgado (Al2O3), pero muy

estable y adherente, con un punto de fusión de 2050 ºC, insoluble en

metal sólido y en el líquido.

Alta conductividad térmica, tres o cuatro veces mayor que la de un

acero de bajo contenido de carbono.

Doble coeficiente de dilatación lineal que el acero, con el

consiguiente peligro de deformación y aparición de tensiones

residuales durante el proceso de soldeo. Alta tendencia a

disminución de la separación en la raíz, en el soldeo a tope.

SOLDABILIDAD

Conductividad eléctrica muy alta.

Amplio intervalo de solidificación en algunas aleaciones,

produciendo en algunas aleaciones, fisuración en caliente.

Calor específico doble que el del acero y calor latente de fusión un

30 % superior.

Temperatura de fusión baja, de 660 ºC para el aluminio puro y de

unos 560 °C para sus aleaciones.

El aluminio y sus aleaciones no cambian de color durante el

calentamiento.

SOLDABILIDAD

Pérdida de dureza, en la ZAC, en las aleaciones de aluminio

endurecidas por deformación.

Pérdida del tratamiento térmico de envejecimiento, en la ZAC, en las

aleaciones tratables térmicamente.

La soldabilidad de una aleación de aluminio no se puede definir

generalmente con claridad, al intervenir un conjunto de factores

como son el método de soldeo, tipo de aleación de aluminio, metal de

aporte empleado, prestaciones requeridas, etc., que juntos

garantizarán la estabilidad de la construcción soldada.

SOLDABILIDAD

Soldabilidad operativa

Es la posibilidad, mediante un determinado procedimiento de soldeo

de alcanzar continuidad metálica.

b) Soldabilidad local o metalúrgica

Implica alcanzar los requisitos o características químicas y

mecánicas previstas para la unión fabricada.

c) Soldabilidad constructiva o global

Una vez integrada la unión en una construcción rígida, las tensiones

que ésta imponga, no originan problemas.

SOLDABILIDAD: CONCEPTOS

Aleaciones de aluminio:

Tratables térmicamente, también denominadas endurecidas por precipitación o endurecibles por envejecimiento. Entre ellas tenemos: AA2XXX (Al-Cu), AA6XXX (Al-Mg-Si), AA7XXX (Al-Zn) y algunas de la serie AA4XXX y AA8XXX (p.e. Al-Li).

No tratables térmicamente, también denominadas no endurecibles por precipitación o no endurecibles por tratamiento térmico. Entre ellas están: AA1XXX (Al de alta pureza), AA3XXX (Al-Mn), AA5XXX (Al-Mg), la mayoría de la serie AA4XXX y algunas de la serie AA8XXX.


BUENA SOLDABILIDAD

Pueden clasificarse como aleaciones con buena soldabilidad prácticamente todos los grupos de aleaciones no tratables térmicamente.

MEDIANA SOLDABILIDAD

Dentro del grupo de las aleaciones con mediana soldabilidad tendremos, casi todas de la serie AA6XXX y la mayor parte de lasaleaciones tratables térmicamente de las series AA2XXX y AA7XXX.

BAJA SOLDABILIDAD

Las aleaciones tratables térmicamente de características mecánicas más elevadas, son las que presentan mayores dificultades, y pertenecen a las series AA2XXX y AA7XXX.

COMPORTAMIENTO FRENTE A LA SOLDADURA

XXAA5456XXAA5454L-3390XXAA5086L-3322XXAA5083L-3321

CCAA50525652L-3360

BBAA3004L-3820AAAA3003L-3810AAAA1100L-3001

No Tratable térmicamente

SoldeoBlando

SoldeoFuerte

Soldeo por resistencia

MIGTIGAAXXXXUNE

PROCESODESIGNACIÓNTIPO DE

ALEACIÓN

AA: Aleación soldable por el proceso indicado. BB: Aleación medianamente soldable por el proceso indicado. CC: Difícilmente soldable. XX: No se recomienda el soldeo.

COMPORTAMIENTO FRENTE A LA SOLDADURA

CXAC7075L-3710BCAA7039L-3731BBAA7005L-3741AAAA6351L-3451AAAA6101L-3431BAAA6063L-3441BAAA6061L-3420CXAA2219L-3191CXAC2024L-3140

Tratable térmicamente

SoldeoBlando

SoldeoFuerte

Soldeo por resistencia

MIGTIGAAXXXXUNE

PROCESODESIGNACIÓNTipo de

Aleación

Capa de óxido con elevada temperatura de fusión

El aluminio forma una capa natural de óxido, siendo necesario retirar o eliminar la capa de óxido.

El peso específico de óxido es superior al del metal puro, por lo que el óxido se hunde en el baño de fusión.

Las grietas en la raíz del cordón de soldadura son frecuentemente atribuibles a los óxidos de aluminio y se eliminan mediante un biselado inferior de la unión.

PROCESO DE SOLDADURA

Biselado en el lado inferior del cordón de soldadura

Decapado del aluminio

Se elimina la capa de óxido y residuos de grasa y aceite que se encuentran en la superficie.

El decapante más empleado es una solución de 120 g/l a 200 g/l de sosa cáustica en agua a una temperatura entre 50 °C y 70 °C.

El tiempo puede variar de 1 a 2 minutos, según el estado de la superficie.

Inmediatamente se lava en agua fría y luego, si es necesario, se neutraliza en una solución de ácido nítrico entre el 15 % y 20 %.


Dilatación térmica

Puede llegar a provocar grandes deformaciones y tensiones internas en las piezas soldadas.

Mayor la tendencia a la disminución de la separación en la raíz en las piezas durante el proceso de soldeo a tope.

En las soldaduras a tope, es recomendable emplear una adecuada sujeción de las piezas y, en algunas ocasiones, como en el soldeo de planchas largas, se debe realizar un punteado, el cual se debe llevar a cabo cuidadosamente, recomendándose su eliminación a medida que avanza el soldeo.


Preparación de juntas

Para la preparación de las juntas se suele realizar por plasma.

La limpieza final se puede realizar con un trapo embebido en un disolvente, como alcohol o acetona.

Cualquier piedra de esmeril, escobilla de acero inoxidable o lija que se utilice, deberá emplearse exclusivamente para el aluminio.

No se deberá trabajar otras aleaciones como aceros, latones o bronces, en una misma zona.

PROCESO DE SOLDADURA GEOMETRÍA DE LA UNIÓN

La elección del tipo de junta depende del espesor y geometría de la pieza.

No se requiere preparación normalmente en la soldadura de planchas finas.

TIG:

Junta en “I”, una sola pasada hasta 2 mm.

Junta en “I” con dos pasadas por ambas caras y para espesores de hasta 4 mm.

MIG:

Junta en “I”, una sola pasada hasta 3 mm.

Junta en “I” mediante dos pasadas por ambas caras, para espesores de hasta 5 mm.

Para materiales de mayor espesor se recomiendan juntas en “V”:

Con ángulo de abertura entre 70 ° y 80 °.

Talón entre 1,5 y 2,0 mm.

Puede emplearse junta en “X” con un ángulo de abertura de 90 °.

En general se puede decir que la geometría de los bordes son similares a las empleadas para el soldeo de los aceros, teniendo en cuenta que las juntas aquí:

Presentan menor separación en la raíz

Mayores ángulos de abertura, pues el aluminio es mas fluido

GEOMETRÍA DE LA UNIÓN GEOMETRÍA DE LA UNIÓN

GEOMETRÍA DE LA UNIÓN

El precalentamiento, si es necesario, dependerá del espesor de la plancha.

El precalentamiento es necesario cuando el calor aportado se elimina tan rápidamente que no se pueden fundir los bordes de la junta y el material de aportación.

No se debe abusar del precalentamiento pues puede ser perjudicial para el aluminio que esta tratado térmicamente, pues puede disminuir sus propiedades mecánicas mediante un sobreenvejecimiento.

La temperatura de precalentamiento en las aleaciones que contienen entre 3,0 y 5,5 de Mg no debe estar por encima de 65 ºC y la temperatura entre pasadas deberá ser inferior a 100 ºC.

PRECALENTAMIENTO

TEMPERATURAS DE PRECALENTAMIENTO

65 (opcional)NR19 – 75

Ninguna150 – 1759 – 19

NingunaNinguna3 – 9

MIGTIG

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO ( ºC )ESPESOR

( mm )

PLANCHA

NR : Proceso no recomendadoNinguna : No es necesario precalentar

GAS DE PROTECCIÓN

Se emplea normalmente argón, aunque para piezas de gran espesor se puede utilizar mezclas de argón + helio.

El caudal del gas suele ser mayor que el empleado en el soldeo del acero al carbono.

A parte de la función principal del gas en la protección de la unión, es posible también realizar un control sobre la distribución de calor en la soldadura.

Este a su vez influye en la forma de la sección transversal del cordón y en la velocidad de soldadura, siendo posible modificar la penetración, actuando sobre la composición del gas de protección evitando de esta forma tener que variar la velocidad de aportación.

FORMA DEL BAÑO SEGÚN EL GAS DE PROTECCIÓN

Argón Argón + Helio Helio

GAS DE PROTECCIÓN

GAS DE PROTECCIÓN

ARGÓN PURO 75 % He + 25 % Ar INTENSIDAD ( A ) VOLTAJE (V) ENERGÍA (J) VOLTAJE (V) ENERGÍA (J)

200 24,5 4900 26,0 5200

225 26,0 5900 28,0 6300

250 27,5 6900 32,5 8100

275 28,0 7700 33,0 9100

300 29,0 8700 33,5 10000

325 29,5 9600 34,5 11200

Influencia de la composición del gas en el calor aportado

GAS DE PROTECCIÓN

De lo anterior se observa que el arco es más “caliente” en el caso de la mezcla.

A un mismo valor de intensidad, los valores de voltaje son mayores empleando mezcla de Ar+He, y con ello la energía aportada.

Se puede usar helio como gas de protección, pero su precio es mayor y el arco es inestable, además de que al tener un peso específico muy bajo hay que utilizar caudales helio muy altos.

El argón es el gas mas utilizado en transferencia pulverizada, ya que proporciona una excelente estabilidad al arco eléctrico y la posibilidad de utilizarse en todas las posiciones.

GAS DE PROTECCIÓN – MIG

GAS DE PROTECCIÓN VENTAJAS

Argón 0 a 25 mm de espesor: mejor transferencia de aporte y estabilidad del arco; mínimas salpicaduras.

35 % de Ar + 65 % de He

25 a 76 mm de espesor: mayor aporte térmico que argón puro

25 % de Ar + 75 % de He

sobre 76 mm de espesor: el mayor aporte térmico; mínima porosidad.

FISURACIÓN EN CALIENTE

Hay un número de mecanismos de fisuramiento asociados con la soldadura de aleaciones metálicas. La fisuración por hidrogeno es frecuentemente una mayor preocupación cuando se suelda aceros. Cuando se suelda aleaciones de aluminio, la fisuración por hidrógeno no puede ocurrir.

La mayoría de aleaciones de aluminio pueden ser soldadas por procesos de soldadura por fusión sin que presenten problemas de fisuración

La fisuración en caliente es la causa de casi todas los fisuramientosque se producen en las estructuras soldadas de aluminio.


La fisuración en caliente es un mecanismo de fisuración a altas temperaturas y es principalmente una función de cómo solidifica el sistema del metal aleado.

Este mecanismo de fisuramiento es también conocido como fragilización en caliente, grietas en caliente, fisuramiento por solidificación y fisuramiento por licuación.

Se produce a causa de las elevadas tensiones de tracción que se generan en la unión soldada debido a la elevada dilatación térmica (dos veces la del acero) y a la importante contracción que el material experimenta durante la solidificación, aproximadamente un 5 % mayor que en las uniones realizadas sobre acero.


Generalmente la fisuración en caliente genera una fisura en el centro

del cordón, que suele extenderse a lo largo de toda la línea central

del mismo.

La tendencia a la fisuración en caliente de cuatro series de

aleaciones de aluminio, AA2XXX (Al-Cu), AA4XXX (Al-Si), AA5XXX

(Al-Mg), y AA6XXX (Al-Mg2Si), se muestran a continuación.

Las curvas muestran que para altos contenidos en Cu, Si y Mg,

menor es la susceptibilidad a la fisuración en caliente.

FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

% en peso del aleante

Sens

ibili

dad

rela

tiva

de fi

sura

ción

Al-Si Al-Mg2Si Al-Mg Al-Cu


Contenidos de aleación y su tendencia a la fisuración en caliente en las aleaciones de aluminio

0,2 a 1,2 Mg

0,5 a 0,8 Si0,5 Mg – 0,3 SiAA 6XXX

660 – 549 °C3,5 Mg1,2 MgAA 5XXX660 – 547 °C5,0 % Cu3,0 % CuAA 2XXX660 – 577 °C2,0 % Si0,75 % SiAA 4XXX

Intervalo crítico de temperatura

Contenido mínimo practico útil

Máxima tendencia a la fisuración en calienteSerie


Las aleaciones de la serie AA2XXX contienen entre 2,5 – 4,4 % Cu.

La aleación AA2219 contiene 6,3 % Cu y 0,3 %Mn, es estructural y se emplea en la fabricación de tanques en la industria aerospacial y tiene buena soldabilidad.

Las aleaciones de la serie AA6XXX contienen entre 0,3 – 1,5 % Mg y de 0,2 hasta 1,6 % Si. Esto es: 0,4 a 1,6 % de Mg2Si.

Las aleaciones de la serie AA7XXX según su contenido de Cu aumentarán el riesgo de sufrir fisuración en caliente.

Las aleaciones con contenidos bajos en Cu como: AA7004, AA7005 yAA7039, pueden ser soldados con aportes ER5356, ER5158 o ER5556.


Las aleaciones de la serie AA7XXX de alto Cu como la AA7075 (1,6 Cu – 2,5 Mg – 5,6 Zn – 0,23 Cr) y AA7178 (2,0 Cu – 2,8 Mg – 6,8 Zn – 0,23 Cr), no pueden soldarse mediante procesos de soldadura por arco.

El riesgo de que se produzca agrietamiento en caliente, se puedereducir utilizando un metal de aportación diferente al material base, resistente al agrietamiento (usualmente que forme parte de las series de aleaciones AA4XXX ó AA5XXX).

Generalmente el inconveniente de esta práctica es que la unión que resulte tiene una resistencia mecánica más baja que la del metal base y no responde adecuadamente al tratamiento térmico posterior.


Cuando se quiere realizar tratamientos térmicos postsoldadura en aleaciones que son tratables térmicamente, los metales de aporte son limitados.

En el soldeo de las aleaciones AA2219 y AA2014 se deberá emplear el aporte ER2319 (6,3 Cu – 0,3 Mn – 0,02 Mg – 0,1 Zn – 0,15 Ti) si se desea obtener la mayor resistencia a la tracción en la unión.

FISURACIÓN EN CALIENTE: RECOMENDACIONES

Evitar el uso de metales base que son extremadamente sensibles al

fisuramiento en caliente.

Usar un apropiado cuadro de selección de metales de aporte.

Seleccionar un metal de aporte con un punto de solidificación cercano

o por debajo que el metal base.

Seleccionar la más apropiada preparación de bordes y abertura de raíz.

Usar metales de aportes certificados que contengan la adición

refinadores de grano, tales como el titanio o zirconio.


Usar las más alta velocidad de soldeo posible. Cuanto mas rápida es la

velocidad, mas rápido es la velocidad de enfriamiento y menos tiempo,

la soldadura, estará en el rango de temperatura de fisuramiento en

caliente.

Intentar usar secuencias, técnicas de soldadura y ensamble, que

minimicen las restricciones y reduzcan las tensiones residuales.

Cuando sea posible, aplicar una fuerza de compresión sobre la junta

soldada durante la soldadura, para contrarrestar los mecanismos de

fisuración.


Una forma de evitarla es emplear aleaciones con contenidos menores

o mayores al máximo, por ejemplo, en las aleaciones de aluminio de la

serie AA2XXX, se agregan contenidos de Cu mayores al 6,0 %, en la

serie AA7XXX, donde el Cu es responsable de la fisuración en caliente,

se fabrican aleaciones de bajo Cu.

En general, el riesgo de que se produzca fisuración en caliente, se

puede reducir utilizando un metal de aporte diferente al material base,

resistente a la fisuración en caliente, usualmente que forme parte de

las series de aleaciones AA4XXX (5 % de Si) ó AA5XXX (5% Mg).

Las aleaciones no tratables térmicamente se pueden soldar, en la mayoría de los casos, con un aporte de la misma composición química que el material base.

Las aleaciones tratables térmicamente son más susceptibles al agrietamiento en caliente. Se utiliza un aporte con una resistencia mecánica inferior a la del material base, como son:

Aluminio-Si, con un contenido en Si entre 4 y 12 % (a veces con contenidos de 0,2 a 0,6 % de Mg).

Aluminio-Mg, con un contenido 3 a 6 % (aleado además con elementos como Mn, Si, Zr y Ti).

MATERIALES DE APORTACIÓN MATERIALES DE APORTACIÓN

MATERIALES DE APORTACIÓN

Electrodos revestidos para aluminio y sus aleaciones de acuerdo con AWS A5.3

Aluminio - 5,2% silicioE 4043

Aluminio - 1 % manganesoE 3003

Aluminio puroE 1100

COMPOSICIÓN QUÍMICADESIGNACIÓN

Todos ellos se emplean en corriente continua electrodo positivo (CCEP).

Su revestimiento tiene tendencia a absorber humedad. Deben almacenarse en lugares con temperatura y humedad controladas.

ALAMBRES O VARILLASMETAL DEPOSITADO CLASIFICACIÓN

AWS A5.10 COMPOSICIÓN QUÍMICA σmáx (MPa) Dureza (HV)

ER1100 Al > 99,5; Si = 0,2; Fe = 0,2 Zn = 0,03; Mn = 0,03 75 29 – 35

ER2319 Cu = 5,8 - 6,8; Mn = 0,2 - 0,4; Mg = 0,2 - Si = 0,2; Fe = 0,2 258 70 – 80

ER4043 Si = 5; Mn > 0,02; Fe = 0,2 Zn = 0,05; Al = resto 165 56 – 64

ER4047 Si = 12; Mn > 0,1; Fe = 0,2 Zn = 0,05; Al = resto 170 60 – 70

ER5554 Mg = 3; Fe = 0,2; Zn = 0,1 Si = 0,2; Al = resto 230 60 – 75

ER5356 Mg = 5; Fe = 0,2; Si = 0,2 Mn = 0,15; Al = resto 265 72 – 82

ER5183 Mg = 4,8; Mn = 0,6; Si = 0,2 Fe = 0,2; Al = resto 285 72 – 82

ER5556 Mg = 5,2; Mn = 0,7; Si = 0,2 Fe = 0,2; Al = resto 295 84 – 95

MATERIALES DE APORTACIÓN - SELECCIÓN

MATERIALES DE APORTE - PENETRACIÓN

40

80

120

160

200

3 4 5 6 7 8 9Velocidad de aportación (m/min)

Inte

nsid

ad re

al (

A ) ER4043 (AlSi5)

ER5356 (AlMg5)

PARÁMETROS DE SOLDEO: MIG-P

18

20

22

24

26

3 4 5 6 7 8 9Velocidad de aportación (m/min)

Vol

taje

( V

)

ER4043 (AlSi5)

ER5356 (AlMg5)

PARÁMETROS DE SOLDEO: MIG-P VOLTAJE – AMPERAJE VS. VELOCIDAD DE APORTACIÓN

AporteIntensidad promedio

( A )

Voltaje promedio( V )

ER5356 16,0 * Wfs – 4,0 0,6 * Wfs + 17,6

ER4043 22,7 * Wfs – 14,1 Wfs + 17,0

Relación de la variación del amperaje y voltaje con respecto a la velocidad de aportación (Wfs) en el soldeo de la aleación de aluminio AA6082 empleando el proceso MIG-P.

Wfs: velocidad de aportación en: metros / minuto.

PARÁMETROS DE SOLDEO: MIG PARÁMETROS DE SOLDEO

240 – 4502,4

160 – 3001,6

120 – 2101,2

80 – 1400,8

CORRIENTE( A )

DIÁMETRO DEL APORTE

(mm)

Tabla: amperaje aconsejado para la soldadura MIG

TÉCNICAS DE SOLDADURA

Se pueden soldar mediante la mayoría de los procesos de soldeo por fusión: arco eléctrico manual, soldadura oxiacetilénica, TIG y MIG, plasma, láser y haz de electrones. También se puede realizar la soldadura por soldeo fuerte y blando.

Los procesos SMAW y oxiacetilénico son utilizados generalmente en operaciones de mantenimiento y reparación.

Si se quiere garantizar la calidad del trabajo se utilizan TIG o MIG.

El proceso TIG es recomendado cuando se trabaja con planchas delgadas.

Mientras que el MIG, por su mayor velocidad de deposición, se prefiere en mayores espesores.

El soldeo por arco sumergido no se utiliza.

SOLDADURA TIG

CCEP:

Se produce un calentamiento excesivo del electrodo.

Se produce el efecto decapante.

Se emplea solo para espesores inferiores a 1,5 mm.

CCEN:

No existe acción decapante.

Se emplea en mayores espesores.

Se debe utilizar helio o argón + helio.

No es necesario usar gas de respaldo.

SOLDADURA TIG

Corriente alterna (CA):

Es el tipo de corriente mas utilizada.

Se suele emplear una corriente de alta frecuencia para facilitar el cebado sin contacto y para conseguir el reencendido del arco.

Un proceso mejorado es la soldadura TIG por pulsos, en donde se realiza la soldadura con corriente continua superpuesta con pulsos utilizando el electrodo de volframio polarizado positivamente.

Se puede modificar la corriente de pulsos, la corriente de base, la frecuencia de los pulsos y con ello controlar la fusión y solidificación, de tal manera que durante el pulso se funda y en la pause se enfríe de forma controlada.

SOLDADURA TIG

En el soldeo con corriente alterna el extremo del electrodo deber ser ligeramente redondeado.

El electrodo sobresaldrá de la tobera un longitud aproximadamente igual a la mitad del diámetro interior de la tobera.

ESPESOR DE CHAPA

(mm)

INTENSIDAD DE SOLDEO

( A )

ELECTRODO DE

VOLFRAMIO (mm)

VELOCIDAD DE SOLDEO

(cm/min)

DIÁMETRO DEL

APORTE (mm)

ARGÓN (l/min) PASADAS

1 50 – 60 1,6 30 2 3 – 5 1

2 80 – 100 1,6 – 2,4 30 2 4 – 7 1

4 160 – 190 2,4 28 3 4 – 9 1

6 250 – 290 3,2 – 4,0 25 4 6 – 10 2

8 300 – 350 4,8 20 4 8 – 12 2 – 3

10 330 – 380 4,8 – 6,4 15 6 10 – 14 3 – 4

Valores referenciales para la soldadura TIG con corriente alterna

SOLDADURA TIG

SOLDADURA TIG SOLDADURA TIG

SOLDADURA TIG SOLDADURA MIG

La soldadura del aluminio empleando el proceso MIG normalmente se realiza con corriente continua y el electrodo (alambre de aportación) conectado al polo positivo.

Se emplea argón puro como gas de protección, en algunos casos se utilizan mezclas de argón + helio.

En el proceso MIG existen tres formas de transferir el material de aporte:

Corto circuito

Globular

Arco pulverizado (“spray”)

SOLDADURA MIG

TRANSFERENCIA APLICACIÓN

Transferencia por arco pulverizado. Es la transferencia normal en el soldeo MIG del aluminio.

Transferencia globular. No se utiliza porque sólo se consigue una fusión incompleta.

Transferencia por corto circuito. No se utiliza porque no permite una buena fusión ni buena limpieza, persistiendo la capa de óxido.

Transferencia por arco pulsado. Se utiliza para soldeo en cualquier posición.

SOLDADURA MIG-P

Una forma de lograr elevadas tasas de deposición de material de aporte, similares a las de transferencia por arco pulverizado, pero pudiéndose soldar en cualquier posición es trabajar con una corriente pulsada (arco pulsado).

El proceso MIG pulsado es un proceso que consiste en suministrar la corriente controlada por pulsos, de manera que se logra un proceso mejorado, con alta deposición de material, que puede trabajar con un menor aporte de calor.

Además, permite el uso de materiales de aportación de mayor diámetro (mayores valores de intensidad) para el soldeo de secciones gruesas de aleaciones de aluminio.

SOLDADURA MIG-P

IpIb

I (A)

tiempo

TbTp

Ip: Corriente de pulso máxima Tp: Tiempo de pico o de pulsoIb: Corriente de base Tb: Tiempo de base

Variación de la corriente en arco pulsado

SOLDADURA MIG-P

El sistema de soldeo MIG con arco pulsado posee una serie de ventajas, para unas mismas condiciones estas ventajas son:

Menor aporte térmico que produce menores deformaciones y un baño de fusión y una ZAC mas estrecha.

Se puede soldar material más delgado.

Al ser un arco estable hace disminuir el riesgo de defectos de soldadura.

Mayor penetración.

Mejor control del baño de fusión en posiciones más difíciles.

Reducción de las salpicaduras.

SOLDADURA MIG

Utilización de los diferentes sistemas de alimentación de alambre para soldeo MIG de aleaciones de aluminio

Aplicable a todo tipo de aleaciones y diámetros30

En la pistola y próximos a la bobina de alambre

Arrastre-empuje

"push-pull"

Aleaciones de aluminio blandas y diámetros de alambre inferiores a 1,6 mm.

20En la pistolaArrastre"pull"

Aleaciones de aluminio de alta resistencia de diámetros mayores de 1,6 mm.

3 - 5Próximos a la bobina de alambre

Empuje"push"

APLICACIONESDistancia máxima desde la bobina a

pistola (m)

Situación de losrodillos

Sistema dealimentación

VALORES REFERENCIALES PARA LA SOLDADURA MIG CON CORRIENTE CONTINUA

Espesor de chapa

(mm) Tipo de

junta Intensidad de soldeo

( A )

Velocidad del aporte

(m/min)

Velocidad de soldeo (cm/min)

Diámetro del aporte

(mm) Pasadas

2 90 8,7 96 0,8 1

3 130 8,9 90 1,0 1

4

“ I ”

190 8,8 90 1,2 1

5 190 8,8 60 1,2 1

6 200 9,3 46 1,2 1

8 200 / 230 9,3 / 10,5 82 / 40 1,2 2

10

“ V ”

200 / 230 9,3 / 10,5 60 / 30 1,2 2

TIPOS DE SOLDADURA SEGÚN LA INCLINACIÓN DE LA PISTOLA

Hacia adelante Hacia atrás

DIRECCIÓN DE SOLDADURA

SOLDADURA MIG

SOLDADURA MIG SOLDADURA MIG

CONDICIONES DE SOLDEO Y RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN REALIZADOS EN MUESTRAS SOLDADAS

Material base

Espesor (mm) Aporte Proceso Junta Pasada σmáx

(MPa) δ

( % )

AA2017 3,0 ER4043 “ I ” 1 171 (50%) -----

AA7015 6,0 ER5183 TIG–AC

“ X ” 2 290 (75%) -----

AA5083 ER5183 “ V ” 8 301 (72%) -----

AA6082 15,0

ER5183 MIG–DC

“ V ” 8 235 (69%) -----

Los valores entre paréntesis indican el porcentaje con respecto almaterial base antes de su soldadura.

CONDICIONES DE SOLDEO Y RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN REALIZADOS EN MUESTRAS SOLDADAS

Material base

Espesor (mm) Aporte Proceso Junta Pasada σmáx

(MPa) δ

( % )

ER4043 “ V ” 2 227 (69%) 2,3 (15%) AA6061 6,0

ER5356 MIG

Pulsado “ V ” 2 230 (70%) 1,7 (11%)

ER4043 “ V ” 2 276 (71%) 1,8 (11%) AA7020 5,0

ER5356 MIG

Pulsado “ V ” 2 265 (68%) 2,0 (13%)

“ I ” 2 272 (69%) 6,0 (40%) AA7020 5,0 ER5356 MIG–DC

“ V ” 2 266 (67%) 5,7 (37%)

Los valores entre paréntesis indican el porcentaje con respecto almaterial base antes de su soldeo.

PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6

Zonas representativas de una curva de dureza obtenida de una sección transversal a la unión soldada

60

80

100

120

-30 -20 -10 0 10 20 30

Posición en milímetros

Dur

eza

Vick

ers

(VH5

)

ZONA DE ROTURAZONA DE ROTURAZONA DE ROTURAZONA DE ROTURA

( 1 )

( 2 ) ( 2 )

( 3 )( 3 )

( 4 )( 4 )

( 5 )( 5 )

ZAC ZACbañofundido


A partir de esta curva se pueden diferenciar la formación de diferentes zonas que se describen a continuación:(1) Centro de la zona fundida: es la zona de menor dureza, cuyo valor coincide con la del metal de aporte depositado (ER5356 o ER4043).(2 - 1 - 2) Zona fundida: su dureza aumenta desde el centro a los extremos, debido a los procesos de difusión y mezcla con el metal base (dilución), que se dan durante el proceso de soldeo.(2) Línea de fusión: zona límite entre la zona fundida y el material base. El aporte cercano a la línea de fusión es la zona de mayor dureza del baño fundido, pues es donde la dilución entre el material de aporte y el material base ha sido máxima.


(2 - 5) ZAC: metal base afectado por el calor generado durante el proceso de

soldeo. Su inicio se localiza en la línea de fusión (2). La anchura depende

básicamente del aporte térmico y el grado de modificación de propiedades

dependerá de las temperaturas máximas alcanzadas y el tiempo que

permanece a esos valores de temperatura en los que la microestructura de la

aleación se ve afectada. Es por ello que existe un gradiente de valores en

dureza al desplazarse desde la línea de fusión hacia el interior del material

base.


(3) Zona de solubilización en la ZAC: corresponde a una estrecha zona

dentro de la ZAC, en donde se presenta la mayor caída en dureza hasta un

30 % de la del material base y le corresponde, por tanto, la menor resistencia

mecánica. El aporte térmico ha generado la redisolución de los precipitados,

que se encontraban en equilibrio después del envejecimiento artificial,

produciendo durante el enfriamiento una precipitación de equilibrio,

perdiéndose totalmente el efecto endurecedor del tratamiento de envejecido

del que parte la aleación base. Esta zona corresponde a la de precipitación

preferente de fases de equilibrio de Mg2Si y coincide con la zona de fallo

cuando las probetas soldadas eran ensayadas a tracción.


(4) Zona de sobreenvejecimiento en la ZAC: en esta zona se aprecia una

ligera disminución de la dureza del material base (aproximadamente de 8 %

a 10 %) como consecuencia de una fenómeno de sobreenvejecimiento, al

haber estado el material a temperaturas en el intervalo de 150 – 250 ºC, que

no originaron la disolución de las fases endurecedoras, pero produce su

engrosamiento, hasta la formación de fases de equilibrio.

(5 →) Material base: no afectado por el calor aportado durante el proceso

de soldeo, es una zona similar al material en estado de recepción.


60

70

80

90

100

110

120

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30


Dur

eza

Vick

ers

(HV5

)

1 Pasada

2 Pasadas

60

70

80

90

100

110

120

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30


Dur

eza

Vick

ers

(HV5

)

1 Pasada

2 Pasadas

10 15

roturarotura8 mm8 mmroturarotura

6 mm6 mm

ANCHO DE LA ZAC A6082-T6 / ER4043

1061200 - 2502“ V ”

15604001“ I ”

Anchura de la ZAC(mm)

Baño fundido(HV5)

EBAmín

(J/mm)PasadasJunta

En las uniones con dos pasadas se indica: primera pasada - segunda pasada.

La longitud de la ZAC disminuye al aumentar el número de pasadas y, para un mismo número de pasadas, disminuye al disminuirse el aporte térmico máximo.

PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6TRATADA TÉRMICAMENTE (T6)

60

70

80

90

100

110

120

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30Posición en milímetros

Dur

eza

Vick

ers

(HV5

)

STT 530-1 h 560-3 h

STT: As welded (sin tratamiento térmico)530-1h: solubilizado a 530 °C, templado y envejecimiento artificial (1 h)560-1h: solubilizado a 560 °C, templado y envejecimiento artificial (3 h)

IMPERFECCIONES EN LAS UNIONES

SOLDADAS

POROSIDAD

0,01

0,1

1

10

100400 600 800 1000 1200 1400

Temperatura ( ºC )H2

(ml /

100

mg

de m

etal)

Solubilidad del hidrógeno en el aluminio.

POROSIDAD

Efecto de la posición de soldadura y del baño fundido en la porosidad.

POROSIDAD POROSIDAD

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,5 1,0 1,5 2,0Longitud de arco (mm)

Con

teni

do d

e hi

dróg

eno

(ml/1

00g)

RELACIÓN ENTRE LONGITUD DEL ARCO Y POROSIDAD DEBIDA AL HIDRÓGENO EN LA SOLDADURA TIG


El agrietamiento en caliente se produce a causa de las elevadas tensiones que se generan en la unión soldada debido a la elevada dilatación térmica (dos veces la del acero) y a la importante contracción que el material experimenta durante la solidificación, aproximadamente un 5 % mayor que en las uniones realizadas sobre acero.

FISURACIÓN EN CALIENTE.

Incrementar la velocidad del aporteDisminuir la velocidad de soldeoDisminuir la longitud del arco1

Insuficiente gargantaPropiedades mecánicas reducidas

Cambiar el ángulo de la pistolaCambiar la posición de la pistolaDisminuir la longitud del arco1

Insuficiente garganta o catetoPropiedades mecánicas reducidas

Incrementar la longitud del arco1

Incrementar el ángulo de la pistola de soldeo

Excesiva convexidadReducida resistencia a la fatiga

SoluciónProblemaEsquema


1 Recordar, que cuando se cambia la longitud del arco, el voltaje también lo hará, y si se quiere que el calor de aporte no varíe, se debe cambiar también la intensidad.

Problemas que se pueden presentar en el soldeo del aluminio y su posible solución

Incrementar el calor de aporteDisminuir la longitud del arcoDisminuir la velocidad de soldeo

Penetración incompletaResistencia mecánica reducidaIncremento de sensibilidad a la fisuración

Cambiar la Posición de la pistola para compensar diferentes:Espesores o conductividades térmicas

Socavación (mordedura)Propiedades mecánicas reducidas

SoluciónProblemaEsquema


Problemas que se pueden presentar en el soldeo del aluminio y su posible solución

FALTA DE PENETRACIÓN

Baja intensidad de corriente.Elevada velocidad de soldadura.Demasiado espaciamiento en la raíz.Mezcla de gases inadecuados en grandes espesores.

FALTA DE PENETRACIÓN

CÓDIGO ESTRUCTURAL DE SOLDADURA – ALUMINIO

ANSI/AWS D1.2 – 02STRUCTURAL WELDING CODE

Aluminum

TRABAJO GRUPAL

1. Se pide elaborar el WPS que permita soldar planchas de aleación de

aluminio AA2219 de 6 mm de espesor mediante el proceso MIG.

2. Se desea realizar una unión, mediante el proceso TIG, entre la

aleación de aluminio AA6061 y AA6063 se le pide que elabore el

WPS del proceso teniendo en cuenta lo siguiente:

Ambas de 10 mm de espesor

La unión será sometida a un proceso de anodizado

Unión a tope

TRABAJO GRUPAL

3. Elaborar el correspondiente WPS de la soldadura de la aleación de

aluminio AA6082 de 20 mm de espesor, para ello tome en cuenta los

siguientes requerimientos:

Unión a tope

Que la zona fundida presente la mayor ductilidad posible

Se tiene acceso por ambos lados

soldabilidad del aluminio y sus aleaciones

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