SOLDADURA DEL ALUMINIO

Soldadura por fusión

El aluminio y sus aleaciones  pueden unirse, como otros metales tam­bién, fundamentalmente mediante el proceso de soldadura por fusión. Las diferencias en la capacidad de soldadura dependen del contenido en componentes de aleación, limitan en parte la aplicación práctica, al igual que sucede con los aceros. La tabla 1 da una visión de conjunto sobre los procedimientos utilizables para la soldadura del aluminio.

Particularidades específicas referentes a los materiales

Para las construcciones soldadas se pueden utilizar todos los materiales no endurecibles.

De los materiales endurecibles, las aleaciones de los tipos AIMgSi y AIZnMg (ta­bla 2). 

También se pueden soldar por fusión las aleaciones AICu con aproximada­mente 6% de cobre y contenido en Zr (por ejemplo AA 2219, v. tabla 2). Las limitaciones en la soldabilidad se producen por determinados com­ponentes de aleación o fases de la misma, las cuales, debido al calor de fusión, sufren modificaciones indeseables y provocan un descenso en la resistencia mecánica o grietas de soldadura irreversibles.

Entre éstos hay que contar al cobre en las aleacio­nes de aluminio para laminación y forja de alta resistencia de los tipos AlCuMg y AIZnMgCu. Las aleaciones de fundición (tabla 3) son perfectamente soldables por fusión; una excepción corresponde a las piezas fundidas a presión las cuales, debido a sus inclusiones gaseosas, o no pueden ser soldadas en absoluto o sólo en ca­sos especiales (piezas inyectadas al vacío).

Influencia de la capa de óxido

Para el aluminio es característico el que, debido a la gran afinidad que tiene por el oxígeno, en todas las superficies que se ponen en contacto con el aire se forma inmedia­tamente una capa de óxido cuyo punto de fusión, de más de 2000° C, no se alcanza du­rante el proceso de soldadura por fusión. Temperaturas más elevadas favorecen la formación de esta capa tenaz de óxido que puede rodear al metal fundido como una piel: los bordes de unión pueden juntarse pero sin que se origine una unión íntima. Se podría agitar el baño de soldadura por debajo de una capa de material de adición fun­dido, romper al mismo tiempo la película de óxido y provocar la unión, tal como sucede, por ejemplo, en la soldadura por fricción. Sin embargo, la costura así obtenida conten­dría restos de óxido y poseería una resistencia mecánica indefinida y muy escasa; el pro­cedimiento sería, además, antieconómico y el aspecto de la soldadura poco aceptable.

En vez de esto se hace uso de otros métodos para eliminar la capa de óxido: en la soldadura con gas protector se rompe la capa de óxido a causa del efecto del arco eléctri­co, se destruye y se elimina protegiendo con la capa de gas protector la región soldada con­tra una nueva oxidación, haciendo posible el deslizamiento, sin dificultad alguna, del material fundido.

Por vía química se puede eliminar la capa de óxido mediante "fundentes". Los fundentes, en su mayoría cloruros y fluoruros, disuelven el óxido y lo transforman en una es­coria muy fluida y de baja densidad, que es arrastrada hacia la superficie de la costura. Premisa importante es que los medios disolventes del óxido mantengan también su ac­tividad a la temperatura de soldadura y que no pierdan constituyentes importantes por evaporación. Se utilizan fundentes en la soldadura del aluminio por gas y en la solda­dura por arco eléctrico libre. La aportación del fundente se realiza, en la soldadura por gas, embadurnando los bordes a unir de la costura o la varilla de aportación; en la sol­dadura por arco eléctrico metálico se realiza en el forro de los electrodos, que con­tiene, además, ionizantes del tramo del arco eléctrico. Se requieren también fundentes especiales en la soldadura bajo polvo y en la soldadura por arco su­mergido en escoria.

Influencia del procedimiento de soldadura

En la soldadura por gas la concentración calorífica relativamente escasa, unida a la bue­na conductividad calorífica del aluminio, tiene como consecuencia que se pueda soldar sólo lentamente y surjan considerables contracciones que producen tensiones, además de distorsiones en la pieza; la zona de influencia calorífica es muy amplia; en ella, los materiales compactados en frío o endurecidos cambian al estado "blando". La elimina­ción del fundente es costosa.

La soldadura por arco eléctrico metálico con electrodos recubiertos de fundente permite, ciertamente, mayores velocidades en la soldadura, pero debe contarse siempre con una fuerte porosidad en la costura, cuya causa pudiera ser burbujas gaseosas "conge­ladas" debidas al fundente. La eliminación de los residuos de fundente exige un coste igual que en la soldadura por gas.

La soldadura con gas protector permite la utilización de la elevada concentración calorífica del arco eléctrico, eliminando las desventajas de utilizar fundente. La tabla 2 suministra, con ayuda de los coeficientes de valoración, indica­ciones para la selección del procedimiento de soldadura.

Elección del material de aportación

Los procesos que tienen lugar en la solidificación de un fundido exigen un material de aportación, que ha de ser adecuado no sólo con vistas a la resistencia mecánica y a la buena fluidez sino, también a la solidificación del material fundamental y evitar el peligro de que surjan grietas por contracciones. La elección del material de aportación es precisamente importante en los procedimientos de soldadura con gas protector, que tra­bajan con elevadas velocidades de soldadura, en los cuales el fundido se solidifica mu­cho más rápidamente. Se suelen distinguir, en los materiales básicos, tres tipos dife­rentes de solidificación (Fig. 1):

a) sin formación de eutéctico en los límites de grano (metales no aleados)

b) con pequeña participación en el eutéctico de los límites de grano.

c) con cantidad suficiente de eutéctico en los límites de grano.

Tipos de solidificación: a) aluminio puro, sin ningún intervalo crítico de temperatura; cristales de aluminio firmemente ligados después de la solidificación, pero con tendencia a formar po­ros; b) poco eutéctico; intervalo de temperatura crítico; tendencia a la formación de grietas térmi­cas porque la masa está sólida pero no unida; c) eutéctico suficiente; no hay intervalo de tempe­ratura crítico; no hay tendencia a las grietas porque los cristales sólidos de aluminio nadan en el eutéctico, pero existe peligro de formación de rechupes en los límites de grano.

El eutéctico de los límites de grano es aquella mezcla o fase de dos o más componentes de aleación que tiene el mínimo punto de fusión y se halla aún líquido entre los gra­nos ya solidificados de metales puros o de compuestos. Debido a las contracciones en la solidificación de un fundido aparecen desplazamientos posicionales en la situa­ción de los granos ya solidificados. Los desplazamientos que se originan con este mo­tivo tienen que ser compensados por deformación del metal aún líquido o pastoso en los límites de grano, ya que poseen la mínima resistencia a la conformación.

En es­tas zonas aparecen también, con este motivo, separaciones de material que se cierran inmediatamente de nuevo, por fluencia posterior, cuando exista suficiente cantidad de eutéctico de límites de grano. Sin embargo, si existe poca cantidad del metal líquido en los límites de grano puede suceder que no se junten de nuevo, por fluencia, las partes separadas, surgiendo lugares con defectos muy finos que se pueden alinear, debido al enfriamiento posterior y de las contracciones, formando grietas de soldadura fácilmen­te reconocibles. En los metales puros, que no forman eutécticos de límites de grano (no hay intervalo de solidificación ya que poseen un determinado punto de fusión), no apa­rece, generalmente, la formación de grietas, pero se pueden presentar, cuando las con­diciones de solidificación sean desfavorables, huecos de contracción o los llamados re­chupes.

Las investigaciones sobre la propensión a la formación de grietas en las aleaciones de aluminio han demostrado que la máxima tendencia se presenta para los contenidos en componentes de aleación (Fig. 2) que son habituales en las aleaciones de aluminio endurecibles.

 Por estas razones las aleaciones endurecibles de aluminio se sueldan uti­lizando un aditivo de mayor nivel de aleación. Se debe, sin embargo, contar con el in­conveniente de que estos aditivos no son endurecibles. Tales aleaciones no se pueden soldar por fusión sin aditivo. La tabla 4 contiene indicaciones sobre aditivos ya experi­mentados.

En la soldadura de aleaciones del tipo AIMgSi (tipo b de la Fig. 1) se pueden presen­tar fusiones en los límites de grano, en el dominio de la zona de influencia térmica ZAT que pueden conducir a separaciones en la solidificación, con solicitaciones a tracción, en especial en aquellos casos en que la temperatura de solidus del "eutéctico de límites de grano" es inferior a la del material de aportación y cuando éste último "fluye viscoso". Las investigaciones en la soldadura de "parches circulares" (patch test) en chapas de 3 mm de espesor de AIMgSM (BS:HE30) dieron como resultado que uti­lizando el aditivo S-AISÍ5 (NG21) de buena fluencia y rápida capacidad de difusión no aparecieron grietas, pero sí al utilizar un metal de aportación del tipo AIMg5Mn (NG61), el cual, indudablemente, proporciona una mayor resistencia mecánica en la costura, pero no se difunde en la ZAT (zona de influencia térmica) y, por consiguiente, no tie­ne ninguna influencia sobre el comportamiento para la formación de grietas térmicas en las fusiones en los límites de grano, en el dominio de la mencionada ZAT.

Los materiales de aportación para soldadura del aluminio, se hallan normalizados en DIN 1732:

DIN 1732 Parte 1: composición, uso, condiciones técnicas de suministro y dimensiones

DIN 1732 Parte 2: ensayo (de metales de aportación) en las uniones soldadas.

Para el dimensionado de los cuerpos de las bobinas para electrodos de alambre de alu­minio sirve la norma DIN 8559.

Para la soldadura de piezas coladas o de piezas coladas con otras de semielaborados para laminación y forja, se recomiendan (dado el caso los datos de la tabla 4):

Para la soldadura de aleaciones del tipo AIZnMg, en las cuales el dominio de la tempe­ratura de recocido de disolución y de la velocidad crítica de enfriamiento es tan bajo que se produce un endurecimiento a causa del calor de la soldadura y del enfriamiento al aire, se han desarrollado materiales de aportación para soldadura "autoendurecibles", del tipo AIMgZn. En tanto que para los espesores a soldar de hasta casi 12 mm se pueden presentar, en la costura soldada, las propiedades mencionadas más arri­ba, debido a la mezcla entre las partes a unir y el material de aportación, para espeso­res superiores (mayor volumen de costura) la parte de MgZn₂ "mezclada" puede ser tan pequeña que no surja efecto endurecedor. Sin embargo la utilización de tales aditivos es cuestionable, puesto que en aquellas zonas de la costura que presentan protuberancias no eliminadas se presenta siempre la rotura en la zona ZAT. Se hallan norma­lizados aditivos de los tipos AIMg4Zn2 en Francia (5280), Hungría (H-AIMg4Zn2) y Ja­pón (A7IM11).

Influencia del calor de soldadura sobre las características de los materiales

Las zonas de la soldadura y limítrofes con ésta se calientan considerablemente con el calor de la soldadura. La anchura de las zonas limítrofes, que se designan como zonas de influencia térmica, se rige conforme al calor aportado, el cual depende, a su vez, del proceso de soldadura (concentración de calor, velocidad de soldadura, espesor de la zona) y de las dimensiones de la pieza, todas las cuales son determinantes de la trans­misión de calor. En esta zona de influencia térmica la resistencia y el límite 0,2 de ma­teriales endurecibles o compactados en frío se reducen, en general, de forma apreciable con un aumento correspondiente del alargamiento, llegando a veces, en casos ex­tremos, hasta los valores del estado "blando". La estabilidad ante la corrosión apenas se disminuye en las uniones soldadas de alu­minio puro y aleaciones no endurecibles. Las aleaciones del tipo AIZnMg, que tienen su mejor comportamiento en el estado de endurecimiento térmico, quedan mermadas en cuanto a su estabilidad en la zona de influencia térmica; un almacenamiento en caliente posterior permite volver de nuevo a los valores máximos en cuanto a la estabili­dad frente a la corrosión.

En la soldadura lenta y con temperatura de precalentamiento en el intervalo de 100 a 200° C, se pueden presentar, en aleaciones con Mg > 4%, precipitaciones en los límites, de grano (precipitaciones de la fase β) en estados de partida concretos, las cuales influ­yen desfavorablemente sobre el comportamiento a la corrosión bajo tensión. De ordi­nario se suministra, no obstante, el semielaborado en un estado en que el calor de fu­sión no puede provocar modificaciones perjudiciales de este tipo. Las temperaturas entre 100 y 200° C, a lo largo de varios días o semanas, pueden ser más críticas. También pue­de aparecer un empeoramiento por diferencias de potencial entre el material de base y el de aportación.

La estructura de colada de grano grueso de la costura es menos estable frente al ata­que químico que el material base. Se comporta de modo más crítico la zona de influen­cia térmica en función del proceso de soldadura. En la soldadura con atmósfera pro­tectora es muy pequeña la influencia sobre la estabilidad a la corrosión; en la soldadu­ra con gas y en la soldadura con arco eléctrico metálico hay que añadir, a las grandes modificaciones estructurales, la influencia provocada por el fundente y los residuos de éste.

Influencia sobre el aspecto superficial después del anodizado de piezas soldadas por fusión

Con el anodizado se hacen visibles las diferencias estructurales o de composición. Las causas son las distintas reflexiones de los distintos tamaños de grano y las distintas coloraciones de las partes componentes de la aleación. La influencia de los dis­tintos elementos de aleación sobre la tonalidad cromática de superficies anodizadas se encuentra en la tabla 5. 

La observación de esta tabla permite deducir claramente que en las aleaciones endurecibles del tipo AIMgSi la zona de influencia térmica que se encuentra junto a la costura puede presentar una desviación de color como conse­cuencia de la precipitación del siliciuro de magnesio de la disolución sólida. La acción protectora que da la capa anodizada no queda influenciada por la diferencia de tonos de color; cuando se trata de exigencias especiales sobre la acción decorativa de la capa, las siguientes medidas pueden reducir las diferencias de tonalidades de color:

—  En la aleación AIMgSi 0,5: utilizar como material aditivo S-AIMg3 (soldadura WIG) o S-AIMg5 (soldadura MIG) en lugar del aditivo S-AISÍ5, más favorable desde el punto de vista técnico.

—  En las aleaciones AIMg3 y AIMgSiO5: esmerilado, lo más basto posible, o cepillado de la superficie.

Prescripciones para la soldadura de construcciones obligadas a supervisión

El encuadre para todas las prescripciones es la norma DIN 8563: "Asegura­miento de la calidad de los trabajos de soldadura":

DIN 8563 parte 1^a   — Fundamentos generales

DIN 8563 parte 2^a   — Reconocimiento de aptitudes/Certificado de aptitud

DIN 8563 parte 30^a— Calidad de las uniones soldadas/Grupos de valoración (en preparación) El ensayo de soldadura se realiza según

DIN 8561— Ensayo de soldadura de meta­les no férricos

Para diversos campos de aplicación son válidas reglas especiales que se exponen en la tabla 6 así como indicaciones adicionales de usuarios.

Trabajos previos a la soldadura por fusión

Medidas generales de seguridad

Para la seguridad en el puesto de trabajo son decisorias las prescripciones para prevención de accidentes. Se ha de observar también el manual de seguridad para los soldadores a gas. El soldador es responsable de la seguridad de sus instrumentos de trabajo. Antes de poner en funcionamiento una ins­talación se ha de realizar un control de los instrumentos.

Preparación de las juntas para costura, limpieza

Las formas de junta más favorables dependen del proceso que se siga y, en consecuen­cia, se tratan al estudiar el proceso de soldadura. La preparación de los flancos de la jun­ta se realiza por aserrado, fresado, limado (utilizar limas fresa o limadoras) corte o cepillado. Es muy importante eliminar rebabas. En la preparación de la junta de la cos­tura mediante amolado con discos abrasivos, unidos con resinas sintéticas, se reco­mienda rebajar 0,1 a 0,2 mm las superficies correspondientes, mediante fresado o li­mado; en la preparación con corte por plasma puede recomendarse lo mismo indepen­dientemente de la calidad del corte, del proceso utilizado y de la duración de la perma­nencia intermedia.

Los flancos de la junta y las zonas próximas (unos 50 mm a cada lado de la costu­ra) deben estar limpios, libres de grasa y secos. Si el almacenaje del semielaborado es correcto es suficiente, en general, un lavado con disolventes orgánicos para eliminar los residuos de lubricante utilizado en el mecanizado de los flancos de junta realizados previamente. Se recomienda eliminar después del desengrasado la capa de óxido en los bordes de la costura y en las zonas inmediatamente próximas, con cepillos de alam­bre (desengrasados, con púas de acero Zr-Ni) inmediatamente antes de efectuar la sol­dadura. Cierto que se forma de nuevo inmediatamente, otra capa de óxido; pero es muy delgada y posee en todas sus partes el mismo espesor, lo cual es muy importante. Tam­bién se puede eliminar la capa de óxido, por cepillado, limado, rasqueteado o deca­pado.

Soldadura ligera de fijación

La soldadura ligera de fijación puede ser necesaria en la soldadura sin utillaje cuando las piezas a unir no encajan entre sí como consecuencia de la configuración correspon­diente de la conexión o cuando no se pueden unir una a otra mediante dispositivos de fijación de uso universal. Se prefiere en general la fijación de las piezas, porque las sol­daduras ligeras de fijación deben ser en las costuras "resistentes a los rayos X" y han de volverse a desoldar por completo; en general, esto sólo se consigue mediante el sis­tema de soldadura TIG (en el aluminio puro también por soldadura con gas). Las sol­daduras ligeras de fijación MIG pueden dar lugar a porosidad en las costuras si no se sueldan en cruz. Se recomienda ejecutar también costura en secciones mayores, en las cuales debe realizarse la fijación y no es posible soldar en cruz ni efectuar contra­ soldadura, en cuyo caso se debe fijar con el sistema de soldadura WIG y soldar, des­pués, por el mismo método a partir de la raíz.

La soldadura ligera de fijación se realiza en espesores de material de hasta 6 mm, en costuras de 20 a 30 mm a distancias de 100 a 150 mm; en costu­ras a tope de mayor longitud se realiza la fijación partiendo de la mitad de la longitud de la costura en dirección hacia los extremos. Al aumentar los espesores de material, los tramos de las costuras de fijación son más largos, debiendo ser, en consecuencia, más cortos los espacios intermedios. Para espesores de material a partir de los 10 mm es necesario, casi siempre, el precalentamiento para la soldadura ligera de fijación.

Precalentamiento

El precalentamiento es necesario cuando, manteniendo los valores indicativos para los parámetros de la soldadura, no se consigne una penetración suficiente, es decir cuando el calor comunicado por el manantial calorífico que se utilice se elimina tan rápida­mente que no se pueden fundir los flancos de la costura y del material de aportación. El precalentamiento se realiza, en general, con sopletes de gas; deben usarse sopletes suficientemente potentes cuya llama se regula de manera que sea ligeramente reductora, a fin de que no crezca demasiado el espesor de la capa de óxido en los flancos de la costura como consecuencia de un largo intervalo de precalentamiento o por un ex­ceso de 0₂. Se deben tener también en cuenta en las distintas aleaciones las influen­cias de la temperatura y del tiempo de precalentamiento sobre las características del ma­terial. Especialmente en las aleaciones endurecibles, (tipos AIMgSi y AIZnMg), y en las aleaciones con elevados contenidos en Mg (AIMg4, 5Mn; AIMg5) deben observarse exac­tamente las indicaciones del fabricante del semielaborado con respecto a la temperatu­ra y al tiempo de precalentamiento. Los datos de la tabla 7 pueden servir como pun­to de referencia.

En el método de soldadura TIG se obtiene una generación previa de calor, de modo que se puede limitar frecuentemente el precalentamiento sólo al tramo de costura en el que comienza la soldadura del primer estrato. Las aleaciones de aluminio no endurecibles y no incluidas en la tabla 7, pueden precalentarse hasta 250° C (la correspondencia con el espesor es aproximadamente igual que en la aleación AIMg4,  5Mn). Una dura­ción del efecto térmico de hasta 10 min no influye de modo esencial sobre las caracte­rísticas mecánicas del material base. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que al au­mentar la pureza y haberse producido una conformación anterior en el dominio crítico, puede aparecer una formación de grano grueso por re cristalización.

En la soldadura por gas, que deberá emplearse solamente en casos especiales y para el aluminio puro, se debe efectuar un precalentamiento aún mayor, hasta aproximadamente 400° C para soldar grandes espesores de material. Teniendo en cuenta que en la soldadura por gas aparecen, sin más, zonas de influencia térmica muy amplias, las elevadas temperaturas de precalentamiento son insignificantes.

El control de la temperatura de precalentamiento es necesario y se realiza mediante ter­mómetros de contacto, pirómetros con un campo de medida adecuado o me­diante coloraciones especiales y otras veces, con lápices cromáticos que presentan cam­bios de color a temperaturas específicas. En el aluminio puro, en el cual se admiten elevadas temperaturas de precalentamiento, se puede utilizar también una astilla de madera de pino que al frotarla con una ligera presión, a 400° C, sobre la pieza, deja, una señal parda. A temperaturas más bajas la señal es pardo-clara, a temperaturas más al­tas se vuelve marrón oscuro hasta negra. Al soldar grandes secciones (por ejemplo, en barras conductores de corriente) de aluminio puro puede decirse que se ha alcanzado una temperatura de precalentamiento favorable cuando una superficie manchada con hollín, al comienzo del precalentamiento debido a aplicar una llama, con un exceso con­siderable de gas combustible, se vuelva brillante si se continúa calentando con llama neutra.

Soldadura por arco eléctrico bajo gas protector

Procedimiento

Las notas características del procedimiento se hallan contenidas en la designación. TIG significa: tungsteno inerte gas (soldadura con electrodos de tungsteno con gas pro­tector según DIN 1910 parte 2). MIG significa: metal inerte gas (soldadura con electrodos de metal con gas protector, según DIN 1910 parte 2). Todos los demás procedimientos de soldadura con gas protector, según la norma DIN 1910 parte 4, no son aplicables al aluminio.

En la soldadura por el método TIG el arco eléctrico salta entre un electrodo de volframio no fusible y la pieza. El gas protector sale a través de una tobera situada concén­tricamente alrededor del electrodo, la mayor parte de las veces refrigerada por agua, pro­tegiendo de la oxidación al electrodo y a la zona de soldadura. El material de aporta­ción se utiliza como varilla sin conducir corriente (Fig. 3).

 Visto exteriormente, el mé­todo de soldadura MIG se diferencia solamente en que el material de aportación forma el electrodo y va saliendo automáticamente a medida que se funde en el arco eléc­trico (Fig. 4).

En el arco eléctrico se emiten electrones en el polo negativo (cátodo), los cuales se dirigen a gran velocidad y a través del tramo del arco eléctrico hacia el polo positivo (áno­do).

En sentido opuesto, es decir del polo positivo al polo negativo se desplaza un nú­mero igual de iones cargados positivamente (los iones son átomos que han perdido uno o varios electrones).

Si la pieza es el polo negativo y el electrodo el polo positivo, los electrones chocan contra el electrodo y provocan un fuerte calentamiento de su punta; además tiene lugar, simultáneamente, la eliminación de la capa de óxido que se forma sobre la pieza, fenómeno sobre cuya causa no existe aún una opinión unitaria. En esencia, exis­ten dos teorías con las que se trata de explicar este "efecto de limpieza":

Teoría 1^a:

Los electrones que salen de la pieza con gran velocidad desgarran la capa de óxido y la expulsan en forma de diminutas partículas.

Teoría 2^a:

Los iones que se forman sobre la pieza tienen suficiente energía para destruir la capa de óxido; se compara esta acción con la de un chorro de arena lanzado a presión. Los que apoyan esta teoría encuentran confirmado su punto de vista en que el efecto de limpieza es más notable con gases nobles de mayor masa atómica (argón).

El gas protector inerte (gas noble, monoatómico) es, en principio, solamente necesario para impedir una nueva oxidación de la limpieza hasta que se haya formado la unión por soldadura y el metal se encuentra solidificado.

En tanto que en el proceso de soldadura MIG se desea una carga térmica elevada de los electrodos, la cual conduce a un elevado rendimiento de fusión, en el método de sol­dadura TIG este mismo efecto provocaría, en el límite, la destrucción de la punta del electrodo de volframio. En el procedimiento TIG ha resultado útil un compromiso plausible, a saber, la soldadura con corriente alterna, puesto que entonces cada vez que, con la semionda, la pieza tiene polaridad negativa, se consigue una eliminación suficiente del óxido y con la polarización opuesta, en la otra semionda, se aminora de modo no­table la carga térmica del electrodo de volframio.

En la soldadura con corriente alterna aparece, no obstante, una dificultad adicional, cual es que la capa de óxido actúa como un rectificador. La semionda en que la pieza repre­senta el polo negativo se debilita tan fuertemente que puede dar lugar a que se apague el arco eléctrico. Por esta razón se superpone a la corriente alterna una corriente de alta frecuencia con alta tensión o una corriente de impulsos, que ioniza el tramo del arco eléc­trico, asegura un flujo de corriente en ambas direcciones e impide que se apague el arco eléctrico cuando se traspasa el punto cero. La onda permanece, sin embargo, irregular, aparece una componente de corriente continua que hace decrecer el rendimiento del transformador. Se puede atajar esta disminución no deseada del rendimiento, por con­densadores de filtro que hacen inactiva la componente de corriente continua, consi­guiéndose así una onda equilibrada.

Los dispositivos de soldadura más modernos con rectificación por tiristores, programación y regulación de compensación hacen posible utilizar corrientes alternas indepen­dientes de la red, con "ondas rectangulares" de diferente intensidad y amplitud en los dominios positivos y negativos (Fig. 5).

Gases protectores

El gas protector tiene, junto a la tarea de proteger la zona de soldadura contra la entrada del aire, también la influencia esencial de estabilizar el arco eléctrico y conseguir con ello una mejor calidad de la soldadura.

Para el aluminio han dado hasta ahora buenos resultados sólo los gases nobles (monoatómicos) argón y helio — cada uno por separa­do o mezclas de ambos—.

Las diferencias principales entre el Ar y el He estriban en el peso atómico (Ar = 40; He = 4) y en la tensión del arco eléctrico: para una longitud del arco de 1,5 mm, por ejemplo, con Ar « 11 V; con He «« 17 V. Además, en el helio, para igual intensidad, es mayor el rendimiento del arco eléctrico o la concentración ca­lorífica y, en consecuencia, la penetración y el rendimiento en la fusión. Por el contra­rio, con Ar se obtiene un arco eléctrico bastante más estable que con He. Por eso se rea­liza la soldadura TIG con corriente alterna, en la que — como ya se ha indicado— se requieren medidas especiales para la estabilización del arco eléctrico, utilizando preferentemente Ar o mezclas Ar-He como gas protector.

Cuando se utiliza He se ha de tener en cuenta además que, debido a la pequeña densidad, se requiere un volumen de gas de 2 1 /2 a 3 veces el usado para igual efecto pro­tector con Ar (flujo de gas protector en L/min).

En la soldadura mecánica MIG, puede ser económicamente mejor la utilización de He, a pesar del consumo más alto de gas, porque, gracias a la mejor penetración y el más elevado rendimiento en la fusión, pueden alcanzarse velocidades de soldadura considerablemente mayores con menor gasto para la preparación de las uniones a soldar.

Puesto que en la mayoría de los casos existen medidores de flujo solamente para Ar, se debe reducir la cantidad de flujo para el He, más ligero, o para las mezclas Ar-He afectadas por el factor de corrección f que se expone a continuación, con objeto de conse­guir las cantidades de flujo deseadas:

Ar100%:                f=1

Ar 75%  He 25% : f = í

Ar 50%  He 50% : f = 0,74

Ar 25%  He 75% : f = 0,57

He 100%:              f = 0,32

Los problemas que resultan de las elevadas concentraciones caloríficas y de los baños comparativamente grandes de soldadura con respecto a la eliminación del calor — He es, además, más ligero que el aire (densidad del aire: He = 1: 0,139) — se deben contrarrestar, por medidas especiales, por ejemplo, una mayor oblicuidad del electrodo y uti­lización de boquillas especiales. También mediante el uso de una corriente gaseosa adi­cional ("gas de apoyo") de gas diferente, que rodea por completo concéntricamente la corriente de gas protector y que debe impedir la entrada de aire en forma de torbellino así como la eliminación no deseada del gas protector (por ejemplo Ar con l\l₂ o H₂ o He con Ar). El efecto de los gases añadidos, por ejemplo del 0₂ o Cl₂ con respecto al gas protector inerte es controvertido; existen informaciones sobre acciones tanto positivas como negativas sobre tales gases añadidos. La adición de 0,5 a 2% de 0₂al argón me­jora considerablemente la penetración pero también produce elevada combustión de magnesio y da lugar a un depósito negro sobre la superficie de la costura.

Medidas de seguridad para el trabajo y la salud en la soldadura del aluminio con atmósfera protectora

La observancia de las instrucciones de las asociaciones profesionales (VBG 15) es de la mayor importancia.

Los accidentes se pueden producir durante la soldadura debido a la corriente eléctrica, por radiación y como consecuencia de los gases y vapores que se originan.

La corriente eléctrica puede convertirse en una fuente de peligro debido a los accidentes o fallos de conexión en la instalación de los aparatos; en este último caso, sobre todo, cuando se han realizado en ellos modificaciones por personal no capacitado. Pero incluso puede existir peligro con instrumentos o aparatos totalmente intactos, si se tra­baja sin la vestimenta protectora prescrita o con ropas húmedas, aun en lugares con bue­na toma de tierra. En los recintos húmedos deben estar provistos, los puestos dedica­dos a la soldadura con suelos o capas aislantes.

Los accidentes por radiación pueden producirse por los intensos rayos infrarrojos y hasta ultravioletas que se originan en la soldadura con gas protector, los cuales, a causa de la buena reflexión de las superficies de aluminio, pueden llegar a ser casi totalmente activos. La intensidad de radiación en la soldadura MIG es parti­cularmente alta, teniendo en cuenta que existen elevadas densidades de corriente y tem­peraturas muy altas en el arco eléctrico. Existe, por lo tanto, el peligro de deslumbra­miento por luz visible o por radiación infrarroja, que puede dar lugar, por acción con­tinuada a lo largo de varios años, a enturbiamiento del cristalino del ojo (catarata); lo más peligroso para los ojos son, sin embargo, las radiaciones UV que con frecuencia al cabo de pocas horas pueden provocar dolores oculares, conjuntivitis o inflamacio­nes de la córnea. Además, pueden producirse al cabo de corto tiempo, quemaduras en la piel o inflamaciones en la misma (eccemas). Por eso es imprescindible llevar la ves­timenta protectora prescrita y las caretas protectoras con filtros para las radiaciones UV y térmicas. Se deben utilizar, según la intensidad de corriente, filtros protectores para los ojos, de las escalas 10 hasta 13 (que son más oscuros que los usados para la soldadura del acero). Los puestos de trabajo deben estar apantallados.

Los gases y vapores, sobre todo en recintos pequeños y no aireados, pueden provocar accidentes. Debido a la radiación UV se forma ozono (0₃) a partir del oxígeno del aire, que produce cansancio y es un gas excitante, peligroso para las mucosas, especialmen­te para las de las vías respiratorias. La formación de ozono aumenta con la longitud del arco eléctrico; es más alta en la soldadura MIG que en la TIG y en la soldadura con adi­ción de AISi o aluminio puro es también más alta que con la adición de AIMg. Además se originan, como consecuencia del calor del arco eléctrico, gases nitrosos (óxidos azoicos/NO_x) que pueden provocar lesiones peligrosas en los pulmones. Las adiciones de NO_x a la atmósfera protectora inerte, que reducen el ozono a 0₂ con formación de N0₂, son muy controvertidas debido a la esperada formación de gases nitrosos.

Los residuos de hidrocarburos clorados (desengrasantes como "Tri" o "Per") pueden ser descompuestos por la radiación UV dando fosgeno (COCI₂), venenoso, que es casi inodoro y que, tras una fase primaria de varias horas sin producir molestias, puede pro­vocar graves dolencias por irritación de las vías respiratorias. En los recintos en los que se desengrasa con hidrocarburos clorados no está permitida la soldadura y vicever­sa.

En interés de la salud no deben sobrepasarse los siguientes valores MAK establecidos (MAK = Maximale Arbeits platz-Konzentration, máxima concentración en el puesto de trabajo) en ppm (ppm = partes por millón; 1 ppm = 0,0001%):

Ozono              : valor MAK-F = 0,1 ppm

Oxido azoico    : valor MAK    = 5,0 ppm

Fosgeno           : valor MAK    = 0,1 ppm

Con objeto de que no se sobrepasen estos valores MAK se debe disponer de una airea­ción, sin corriente, del lugar de trabajo, que en la mayoría de los casos es posible rea­lizarla por extracción vertical (hacia arriba o hacia abajo) de los gases perjudiciales, di­rectamente del lugar donde se originan. Si por motivos especiales no fuese esto posible, por ejemplo, en la soldadura de montaje en recintos pequeños, están indicadas las caretas con filtro o cascos protectores  con alimentación de aire fresco.

Los vapores metálicos o los vapores de óxidos metálicos del aluminio en evaporación, no son dañinos; sin embargo se pueden hacer notables de modo desagradable los com­ponentes de aleación (por ejemplo, cinc). Pero su influencia es comparativamente pe­queña y pueden eliminarse inmediatamente mediante la observancia de las medidas protectoras señaladas anteriormente.

Soldadura TIG

Soldadura TIG con corriente alterna

Características del procedimiento. El arco eléctrico salta entre la pieza y el electrodo de volframio, no fusible. El material de aportación se aplica sin corriente eléctrica. Los ma­teriales no endurecibles se pueden soldar sin aditivo. La soldadura TIG del aluminio tie­ne lugar con corriente alterna bajo la protección del gas argón. Se puede mecanizar la soldadura TIG con y sin material de aportación.

Aplicación. Para la soldadura de costuras a tope, en espesores de material de 1 hasta 4 mm, o costuras de garganta de espesores análogos; para soldaduras simultáneas por ambos lados de hasta 16 mm de espesor (soldadura a bisel). La soldadura de mayores espesores con el procedimiento TIG es antieconómica, debido a que, debido a la esca­sa concentración de calor, frente al procedimiento MIG hay que soldar mucho más len­tamente y con más capas apareciendo zonas de influencia térmica más amplias. Debido a la mejor capacidad para puentear y una mayor seguridad frente a la formación de poros, se suelda la primera capa por el método TIG, incluso para grandes espesores de material, sobre todo cuando no se ha de realizar una contra soldadura (por ejemplo, en las conducciones tubulares) y el resto de la costura se rellena (con una o varias capas) mediante soldadura MIG.

Aparatos para la soldadura, (Fig. 6). La instalación consta del electrodo de solda­dura TIG, refrigerado por aire o por agua, con un regulador de presión y sistema de do­sificación, un transformador especial con generador de alta frecuencia o de impulsos, del cable de soldadura y de los tubos de goma para el gas y el agua. El gas protector (ar­gón) se ha de conseguir por separado. El agua de refrigeración se ha de obtener de una toma y se evacúa al desagüe después de refrigerar el soplete; cuando se utiliza un sis­tema de refrigeración se vuelve a refrigerar siempre de nuevo una cantidad limitada de agua, la cual suprime la necesidad de una conexión para toma de agua, con lo que se disminuye el peligro de la formación de sedimentaciones. En el caso de que se prevean heladas deben añadirse anticongelantes. Las firmas constructoras suministran descrip­ciones e instrucciones de uso para los aparatos y las instalaciones eléctricas.

Fig. 10.6 Esquema para el procedi­miento de soldadura WIG: 1 soplete TIG, 2 varilla de soldadura, 3 soporte de electrodos, 4 pieza, 5 conducción eléctrica, 6 fuente de corriente, 7 con­ducción de gas protector, 8 botella con el gas protector, con válvula re­guladora, 9 desagüe del agua de refri­geración*), 10 toma del agua de refrigeración.

Ejecución de la soldadura. Sobre la preparación  de juntas ver Tabla 8.

Normalmente se suelda hacia la izquierda. Para valores orientativos sobre los datos de la soldadura v. la Tabla 9 El encendido tiene lugar por aproximación del electrodo, inclinado unos 45°, hasta unos 3 mm sobre la pieza (con electrodos más calientes, una distancia algo mayor). Es ventajoso el "calentamiento" del electrodo en una pieza de desecho o en una placa de cobre y acero que se tiene preparada para tal fin. 

Con objeto de establecer con seguridad la actividad del flujo de argón e impedir la oxidación de la pieza a soldar, conviene mantener la distancia mínima más favorable. Tan pronto como el lecho de fusión presenta un aspecto brillante puede comenzarse a soldar. Se debe evitar un sobrecalentamiento que podría provocar la aparición de una superficie de costura grisácea. La varilla de aportación se inclina de 10 a 20° con respecto a la su­perficie de la pieza y se dirige hacia el extremo en fusión, fuera del alcance del arco eléc­trico pero dentro de la zona ocupada por el gas protector. El contacto del electrodo de volframio con la pieza o con la varilla de aportación provoca una impurificación en la cos­tura de soldadura a la vez que daña al electrodo. Los extremos sucios de los electrodos se eliminan por simple rotura. Los fabricantes de los aparatos suministran instruccio­nes sobre la soldadura, detallando todas las peculiaridades. Las perturbaciones y fallos en la soldadura TIG se pueden enjuiciar utilizando la tabla 10.

Soldadura TIG con corriente continúa

La soldadura WIG con corriente continua, en el caso de electrodos polarizados negativamente, está adquiriendo importancia creciente; se designa en EE.UU. como "TIG o GTA-dcsp" (dcsp = direct current straight polarity; v. Fig. 7). El procedimiento tiene la ventaja de que la penetración es profunda y el arco eléctrico es más robusto que el del procedimiento con corriente alterna — incluso sin medidas especiales— ; teniendo en cuenta que la carga térmica es escasa, se pueden utilizar igualdad de intensidad de corriente de soldadura, electrodos de volframio con menor diámetro. Como gas protec­tor se utiliza el helio y, ocasionalmente, con adición de hasta el 35% de argón.

Fig. 7 Soldadura TIG con corriente continua (esquema): a electrodo polarizado negativamen­te, lecho de fusión profundo y estrecho, b electrodo polarizado positivamente, lecho de fusión an­cho y menos profundo, 1 electrodo, 2 circulación de electrones, 3 pieza.

Como inconveniente se debe considerar que el arco eléctrico no elimina el óxido; por eso se imponen elevadas exigencias a la limpieza de los flancos de la costura pues la "dilución" de la película de óxido debe realizarse inmediatamente antes de la soldadura.

Como consecuencia de la elevada concentración térmica (el 70% de la energía del arco eléctrico se concentra en la pieza) se origina muy rápidamente un lecho de fusión pequeño, líquido, muy diluido del cual se puede extraer, por tensión superficial, el óxi­do; sin embargo las partículas de óxido mayores pueden hundirse también en el fundi­do — porque tienen mayor densidad que el metal— y pueden dar lugar a defectos en la unión.

La soldadura TIG con corriente continua se realiza, la mayoría de las veces, me­cánicamente porque la longitud del arco (aproximadamente 1 mm) y el flujo de solda­dura deben mantenerse constantes y ser muy exactos; tiene mucha aplicación para la soldadura unilateral de costuras en I, en espesores de material de 0,2 a 6,5 mm, en una capa, o de costuras en I o X de hasta 25 mm en dos capas (sin o con material de apor­tación). Los valores orientativos para esta soldadura pueden verse en la Tabla 11.

Tabla 11: Valores orientativos para la soldadura TIG con corriente continua

Soldadura TIG pulsada continua (soldadura TIG por impulsos) Se suelda con corriente continua superpuesta con impulsos utilizando electrodo de vol­framio polarizado positivamente. Modificando la corriente de impulsos, la corriente básica, la frecuencia de los impulsos y la relación de amplitudes (puntas de corriente) así como la anchura del impulso, se puede controlar la fusión y solidificación de las partes a soldar de tal manera que durante el impulso se funda y en la pausa se enfrie de for­ma controlada. De esta manera se disminuye la carga térmica del electrodo de volfra­mio. La reducida corriente base, ioniza el tramo del arco eléctrico de tal manera que la corriente impulsora pueda fluir sin retraso. En las investigaciones sobre la soldadura de chapas de AIMgSil, de 2,5 mm de espesor, sin aditivo, se pueden conseguir unio­nes soldadas sin grietas mediante una aportación de calor controlada. Con un recorri­do constante de energía de 5,2 kJ/cm, velocidad de soldadura de 10 cm/min y un va­lor medio aritmético de la corriente de 90 A se obtuvieron soldaduras sin grietas para los siguientes parámetros de impulso:

 Soldadura por plasma (soldadura de plasma de volframio)

Lo característico de la soldadura por plasma es un arco eléctrico estrangulado, casi cilíndrico, que se transfiere con un haz gaseoso ionizado. La ionización tiene lugar mediante un arco eléctrico auxiliar que se enciende, o bien entre el electrodo y una boqui­lla (arco eléctrico no transferido) o entre el electrodo y la pieza (arco eléctrico transfe­rido). Puesto que el rayo de plasma no actúa como camisa de gas protector, debido a su pequeña expansión lateral, se requiere, adicionalmente, un gas protector que fluye por una boquilla anular. Para el aluminio se han desarrollado los siguientes tipos de proba^ do rendimiento:

Soldadura de plasma de polo positivo (soldadura de plasma de volframio (WP), esquema de la Fig. 8 con corriente continua y electrodo de volframio conectado al polo po­sitivo. La elevada carga térmica que se origina en este caso en el electrodo de volfra­mio se compensa aumentando el diámetro del electrodo y con una refrigeración. 

Fig.8 Procedimiento de soldadura de plasma de volframio (WP) para el aluminio (esquemático) a) soldadura de plasma con conexión al polo positivo, A = fuente de energía para arco eléctri­co auxiliar no transferido; b) soldadura de plasma con piquera, B = fuente de energía para arco eléctrico auxiliar transferido (sección en la costura en I); 1 electrodo de volframio, 2 pieza, 3 metal de aportación, 4 boquilla de estrangulación, 5 rayo de plasma, 6 camisa de gas protector, 7 lecho de fusión, 8 canal de refrigeración, 9 conducción de gas plasma y gas protector.

Para valores orientativos v. tabla 13.

Tabla 13: Valores orientativos para la soldadura de plasma con conexión de polo positivo de aluminio.

 Soldadura de plasma con piquera (igualmente soldadura WP, esquema de la Fig. 8b). El rayo de plasma atraviesa la pieza que se va a soldar y funde al material que se en­cuentra en el entorno (soldadura en I, distancia de alma nula) Junto al rayo de plasma, desplazable sobre el plano de separación, se mueve, también, en torno al orificio de la piquera, el metal fundido "que va delante" y se solidifica "detrás" como relleno de la costura. A este movimiento del material fundido, provocado por la tensión superficial, se le puede ayudar mediante la acción de la gravedad en el caso de que se suelde en sentido ascendente. Se suelda con corriente continua pulsada (ondas rectangulares, v. Fig. 5), teniendo lugar la eliminación del óxido mediante una polarización negativa de la pieza, que dura relativamente poco tiempo.

El procedimiento permite obtener cos­turas libres de defectos de unión para soldaduras unilaterales de hasta 13 mm de espesor, zonas de influencia térmica muy estrechas y escasa contracción. Se suelda, la ma­yoría de las veces, con metal de aportación. Para valores orientativos v. tabla 14.

 Tabla 14: Valores orientativos para la soldadura de plasma con piquera.

Soldadura TIG mecanizada de tubos

La soldadura mecanizada de tubos es conveniente realizarla, siempre que sea posible, sobre un tubo en rotación alrededor de su eje, para eliminar los problemas de porosidad que surgen en la soldadura de costura por gravedad. Con fuentes programables de energía para la soldadura, utilizadas en la soldadura por impulso de tipo TIG, o plas­ma, o con ondas rectangulares, se puede realizar también en tubos con dimensiones exactas y óptima preparación de las juntas de la costura, una soldadura orbital en el caso de que el tubo esté fijo. Cuando los diámetros de los tubos son grandes, con tole­rancias mayores, puede requerirse una regulación manual. La soldadura orbital, en el caso en que el eje del tubo esté en sentido vertical, es más fácil de controlar que cuan­do el eje del tubo está en sentido horizontal.

Soldadura por puntos WIG

El proceso de la soldadura por puntos TIG (con o sin material de aportación), utilizado para la fabricación de uniones solapadas, mediante el procedimiento de recargue por fu­sión de la chapa superior y de unir por fusión simultánea de la que está situada debajo, requiere, para conseguir uniones soldadas irreprochables, una limpieza cuidadosa y la eliminación de las capas de óxido de las superficies en contacto inmediatamente an­tes de efectuar la soldadura; resultados reproducibles sólo se consiguen para espeso­res de la chapa superior de hasta 2 mm. Por esta razón la aplicación es relativamente rara (v. también la soldadura por puntos MIG). Es de esperar que, utilizando la soldadura TIG con corriente continua y electrodo polarizado negativamente, además de usar helio como gas protector, se pueden obtener mejores resultados como consecuencia de la mejor penetración. La soldadura TIG con piquera se utiliza, ocasionalmente, con bas­tante buen resultado. Cuando la solicitación a que se someten las piezas soldadas lo es debido a la acción de la atmósfera, deben impermeabilizarse las zonas de solapamiento de tales uniones.

Soldadura MIG

Soldadura MIG con arco difuso

Características del proceso. El arco se inflama entre la pieza y ej electrodo de alambre fundente (electrodo metálico), que actúa al mismo tiempo como materia! de aportación. La soldadura MIG sin material de aportación no es, por lo tanto, posible. La solda­dura normal MIG del aluminio se realiza con corriente continua y electrodo polarizado positivamente. El tránsito de material se realiza en forma de gotas finas, como en el lla­mado arco difuso bajo una capa de atmósfera protectora de gases inertes (argón o he­lio o mezcla Ar-He). La soldadura MIG mecanizada no ofrece problemas y está encon­trando cada vez más aplicación.

Uso. Para la soldadura de costura a tope, para espesores de material > 4 mm o costuras de garganta de espesor análogo. Debido a la elevada densidad de corriente y a la pro­funda penetración, se sueldan espesores de materiales de hasta 6 mm utilizando casi siempre seguridad para el baño. Como tales sirven placas de apoyo estriadas, de ace­ro Cr-Ni o, también, soportes de tiras soldadas de aluminio  con mayor distancia de alma que la dada en la tabla 10.7. Se pueden utilizar, además perfiles extorsionados con sistema de seguridad para el baño integrado en la sección. En el caso de que no sea posible utilizar un sistema de seguridad del baño o soldadura en ángulo y contra ­soldadura del lugar de la raíz, se suelda ésta en muchos casos mediante el sistema WIG. Aparatos de soldar. La instalación consta de un transformador de corriente continua o rec­tificador, el soplete de soldadura MIG refrigerado por agua (Fig. 9) con regulador de presión y sistema dosificador, instrumentos de mando para el gas protector y la corrien­te, la instalación de avance para el alambre, el cable de soldadura y los tubos de goma para el gas y el agua. La ejecución de los dispositivos de refrigeración para el agua (v. soldadura TIG) se hace según el caso. Las descripciones de los aparatos y de los dis­positivos eléctricos las suministran las casas fabricantes.

Fig. 9 Soldadura MIG (esquema); 1 so­plete MIG, 2 pieza, 3 poleas de alimentación, 4 alambre de soldar, 5 conducción eléctrica, 6 fuente de energía, 7 conducción del gas pro­tector, 8 botella de gas protector con manorreductor, 9 sumidero del agua de refri­geración, (en algunos casos el circuito es cerrado), 10 toma del agua de refrigeración (en algunos casos el circuito es cerrado)

Instalaciones para el transporte del alambre. 

Para el avance del alambre existen diver­sos tipos de construcciones (Fig. 10). Se consiguen diversos efectos del alambre que se utilice. 

Normalmente el aparato para el avance del alambre se halla incorporado en la propia máquina de soldar o es movido por ésta; el electrodo de alambre se saca por trac­ción de la bobina y se conduce a través de un tubo flexible guía situado en el paquete del tubo, a la pistola de soldar (principio-"push"). El paquete de tubos puede tener, a ve­ces, hasta 3 m de longitud. Utilizando electrodos de alambre de aluminio puro o purí­simo, que presentan un límite 0,2 relativamente bajo, se pueden presentar perturba­ciones (avance irregular del alambre) por doblamiento de los electrodos de alambre. Para este caso existen aparatos que permiten un empuje adicional del alambre en el elec­trodo de soldar (principio -"push pulí"). Teniendo en cuenta que el radio de acción de 3 m no es suficiente para la soldadura de grandes piezas, se ofrecen en el mercado dis positivos adicionales de aportación del alambre o se separa el dispositivo de aportación de alambre y de control del manantial de la toma de corriente y se conectan, nueva­mente a la fuente energía a través de un paquete tubular, que a veces tiene hasta 30 m de longitud (cable de soldadura y tubos de goma para el gas protector así como para la entrada y salida del agua de refrigeración).

En los aparatos MIG, en el dominio de bajo rendimiento, se puede conectar la bobina con los electrodos de alambre (muy delgados) directamente en la pistola de soldar, colocando también anejo el dispositivo de avance del alambre; para la refrigeración es suficiente aire.

Tránsito del material en la soldadura MIG. La fusión de un electrodo metálico se realiza con la fusión simultánea del material base (lecho de fusión) de tal manera que, al mo­ver el arco eléctrico sobre el extremo del electrodo y la pieza se forma en el electrodo una gota estrangulada (efecto Pinch) que, al sobrepasar una intensidad de corriente es­pecífica determinada en la zona de estrangulación, por evaporación del puente de corrien­te es lanzada al lecho de fusión (fusión como gota libre). Si la densidad de corriente en el electrodo metálico sobrepasa un valor determinado, que depende del material del elec­trodo así como del gas protector y de su conductividad, el extremo del electrodo se ca­lienta más y, en consecuencia se vuelve, más fluido, de manera que, debido al efecto Pinch, se produce un adelgazamiento caliciforme del extremo del electrodo. El rayo de plasma, cuya velocidad aumenta con la densidad de corriente, arranca pequeñas gotitas del extremo más externo del electrodo y las transporta con gran velocidad al lecho de fusión. La soldadura MIG del aluminio fue posible, en un principio, sólo en el dominio de esta transición de gotas finas, es decir, la corriente de soldadura debe estar su­ficientemente por encima de la corriente crítica para que se produzca esta transición de material en forma de gotas finas (v. Fig. 11).

Fig. 11 Intensidades de corriente de transición críticas para los diámetros de electrodo de alambre usuales en el aluminio

Las altas corrientes específicas necesarias para la soldadura MIG del aluminio requieren, por ello, pequeños diámetros para el alambre de electrodos, con objeto de que la energía de plasma no sea excesivamente alta y en lugar de una soldadura se produz­ca un corte por plasma; por esta razón la soldadura MIG está limitada, en su aplicación práctica, sólo a partir de ciertos espesores de material, requiriendo en muchos casos un sistema de seguridad del baño. Sin embargo los diámetros pequeños de alambre de electrodo son desfavorables desde el punto de vista económico porque al disminuir el diámetro del alambre aumenta el gasto de acabado y con ello el coste.

Mayor peso tienen los efectos negativos sobre la calidad de la unión soldada, sobre todo cuando se tiene en cuenta la porosidad, que crece al disminuir el diámetro del alambre de electrodo: las impurezas en la aportación, como pueden ser residuos de líquidos usa­dos en el estirado o agua incorporada a la capa de óxido (como humedad del aire, de­capado o aspersión) sólo suelen aparecer de hecho sobre la superficie. Cuanto menor es el diámetro del alambre de electrodo tanto mayor es la relación superficie a volumen de electrodo. Todas las variantes significativas del proceso de soldadura MIG se han de­sarrollado, por eso, con la mira puesta en el aumento de la relación del diámetro del alam­bre de electrodo a la corriente de soldadura.

La soldadura en cortocircuito no se puede aplicar para el aluminio porque, debido a la rápida evacuación del calor, no llega a formarse el lecho de fusión. En las modernas va­riantes del proceso (Adaptive Spray, v. MIG con corriente pulsada) se pueden producir, sin embargo, cor­tocircuitos pero en ellos el extremo del electrodo funde rápidamente a consecuencia de corrientes de impulsos elevados. Utilizando fuentes de energía potentes y una regulación por computadora de la tensión del arco eléctrico así como de la longi­tud del arco, en un dominio que se encuentre entre el corto y el difuso, dominio designado como "Mesospray", se pueden optimizar, utilizando incluso argón como gas protector, las profundidades de penetración y el rendimiento de fusión (v. Lit. Kiyohara y otros, Weld. Journal 1 977).

Las tablas 2, 15 y 16 dan valores orientativos para las formas de las juntas de unión y de los valores a utilizar en la soldadura manual, así como indicaciones sobre los defectos más frecuentes y sus causas.

Tabla 15: Valores indicativos para la soldadura a mano MIG

Soldadura MIG con corriente pulsada (pulsed arc, pulsed spray)

El principio de esta variante del proceso MIG consiste en que se superponen a una corriente continua, por debajo de la corriente crítica, impulsos de corriente del mismo sentido, los cuales elevan la corriente total durante un corto tiempo en el dominio de la transición difusa. La acción se puede mirar, de modo simplificado, considerando que la corriente permanente reblandece el extremo del electrodo de alambre y el impulso de corriente ocasiona el rápido transporte de material (Fig. 12).

El tránsito se realiza con menos gotas y de mayor tamaño que en el tránsito difuso nor­mal (50 a 100 gotas por segundo en vez de más de 200 en el tránsito difuso). La corrien­te total se halla considerablemente muy por debajo de la necesaria para el caso de la transición difusa pura; se puede, con igual diámetro de electrodo de alambre, soldar es­pesores de material menores o pueden utilizarse electrodos de mayor diámetro. Esto su­pone mayor seguridad en la soldadura por capas, disminución de la porosidad de la sol­dadura y descenso de los costes de los electrodos de alambre. La frecuencia de impul­sos alcanza ordinariamente de una a dos veces la frecuencia de la red (50 ó 100 Hz). Otra ventaja del procedimiento estriba en que se pueden soldar posiciones de soldadu­ra alternantes sin una regulación posterior de la corriente de soldadura.

Fig. 12 Soldadura MIG con arco eléctrico pulsado. Curva de intensidad y proceso de fusión (esquemáticamente): 1 después del desprendimiento de la gota, 2 ensanchamiento (maza), 3 es­trangulación, 4 desprendimiento de la gota, 5 después del desprendimiento de la gota.

Una variante del procedimiento recién descrito es la "Adaptive Spray Welding" en la que la secuencia de impulsos y la corriente de soldadura se controlan por la longitud del arco o la distancia entre el extremo de los electrodos de alambre y la superficie de la pieza.

Otra variante desarrollada en Gran Bretaña es la "Synergic pulsed MIG", en la que una corriente con ondas rectangulares provoca, con cada impulso, el paso de una gota cada vez. La estabilidad del arco eléctrico se consigue adaptando la frecuencia de impulsos al avance de los electrodos de alambre. Para cada combinación de material de aporta­ción y diámetro del alambre de electrodo se pueden determinar valores óptimos para la corriente y la frecuencia de impulsos, que se pueden programar en el control de la má­quina de soldar. Estos datos óptimos para la soldadura de costura a tope, con electro­dos de alambre 5182 (AIMg4,5 con 0,20 hasta 0,50% de Mn), con 1,6 mm de diámetro alcanzan, con gas protector argón, por ejemplo, los siguientes valores: corriente de im­pulso 450 A para una corriente media de 66 A; frecuencia de impulsos 40 Hz, avance de electrodos 2 m/min, velocidad de soldadura 600 m/min.

Soldadura MIG con alambre grueso

Esta variante permite la soldadura mecanizada de chapas gruesas con intensidades de corriente considerablemente mayores, es decir, utilizando electrodos de alambre más gruesos. La regulación tiene lugar con energía de arco constante variando la velocidad de avance del electrodo de alambre. Se pueden conseguir rendimientos de fusión muy altos (Fig. 13); la tabla 15 da valores orientativos para la instalación de la máquina.

Fig. 13 Rendimiento de fusión en la soldadura MIG con electrodo grueso.

Fig. 14 a Principio de la soldadura MIG por plasma (esquemático); b principio de la soldadura MIG con boquilla de plasma (esquemático); 1 electrodo que no se funde, 2 alambre de soldadura, 3 boquilla, 4 arco de plasma.

Soldadura MIG con corriente de alta intensidad

Lo característica son las elevadas intensidades específicas, el gran avance de electro­do y la penetración profunda. Para espesores de material de hasta 32 mm no es nece­saria ninguna o muy escasa preparación de junta para la soldadura (chaflanes de 6 hasta 8 x 45°); se suelda con escasa distancia entre almas (soldadura en I) o nula (soldadura I con bisel). Con diámetros de electrodos de 1,2 mm, con protección de argón, alcanza la corriente de soldadura hasta 400 A. Debido al gran lecho de fusión se puede soldar solamente — principalmente mecanizado— en posición horizontal. La gran profundidad de penetración se puede aprovechar también en el caso de las costuras con garganta.

Soldadura MIG por plasma

En la soldadura MIG por plasma (Fig. 14) se realiza la formación del plasma median­te un arco eléctrico transferido el cual salta entre un electrodo no fundente (electrodo de volframio o cobre), colocado lateralmente desplazado en el interior del soplete, y la pieza. Una variante es la soldadura MIG con boquilla de plasma, en la que el arco eléc­trico de plasma se hace saltar entre la boquilla de estrangulamiento de cobre y la pie­za; en este caso se debe encender el arco eléctrico de soldar antes que el arco de plas­ma. En ambas variantes el rayo de plasma abarca concéntricamente al electrodo de alambre. El procedimiento que utiliza electrodo auxiliar tiene la ventaja de que se pue­de efectuar un precalentamiento con el rayo de plasma. Ambas variantes dan rendi­mientos de fusión más altos que el caso de la soldadura MIG, mejor penetración, ma­yor velocidad de soldeo y menor producción de calor. El procedimiento sin electrodo auxi­liar requiere el empleo de dispositivos menos complicados; cuando se utiliza un soplete pequeño se requiere una sola conducción para gas, y la separación en gas de plasma y gas protector se realiza con ayuda de una boquilla en estrella situada en el soplete. Am­bas variantes se pueden utilizar para el soldeo automatizado.

Otras variantes MIG para la soldadura de chapa gruesa

La soldadura de ranura estrecha (Narrow-gap-welding) ha sido desarrollada para el soldeo de chapas gruesas sin preparación de la ranura para la costura, como una variante especial de la soldadura MIG (v. Fig. 15a). 

En este caso se sumergen dos con­ductos para electrodos de alambre en forma de hoja de espada, refrigerados por agua, de 4 mm de espesor, en la hendidura estrecha (narrow gap) situada entre las partes a unir, situadas a una distancia de entre 6 y 9 mm. En el extremo inferior de la es­pada se halla situado el tubo de contacto y la conducción del gas protector que tiene lu­gar por dos conductos situados separadamente. La penetración lateral se realiza me­diante un pre doblado, preparado especialmente, de los electrodos de alambre que, des­pués de salir del tubo de contacto se vuelven a doblar dirigidos hacia el flanco de la cos­tura. Los dos sopletes se hallan situados consecutivamente en la hendidura, soldando, cada uno de ellos, aproximadamente, la mitad de la anchura de la ranura, asegurando, debido al doblado contrapuesto de los electrodos de alambre, la penetración en los flan­cos de la costura. La conducción lateral del soplete y la distancia entre ellos se regu­lan electrónicamente mediante un dispositivo palpador. Teniendo en cuenta que la for­ma de la costura es la misma para todas las capas de la soldadura, se pueden man­tener los parámetros para el soldeo en todas ellas. No se conoce aplicación del proceso para el aluminio, pero se considera totalmente posible.

La soldadura vertical MIG mecanizada se ejecuta como soldadura MIG de alambre grue­so con análogas instalaciones que para la soldadura del acero por arco sumergido en esco­ria. El mantenimiento del lecho de fusión no se realiza, sin embargo, con mordazas de cobre refrigeradas con agua sino mediante piezas moldeadas de grafito. Un desarrollo más mo­derno del proceso, realizado en un principio con alimentación lateral de los electrodos y placa base de asiento soldada (Fig. 15b), es la soldadura eléctrica con gas (Fig. 15c). En ella, el electrodo de alambre se dispone verticalmente y, mediante un os­cilador, se desplaza a uno y otro lado, por encima del lecho de fusión, situado en la zona de soldadura, con una carrera acorde con el espesor de la chapa y sostenido por ais­lantes (con zapatas de grafito) colocados a uno y otro lado de las piezas a unir (distancia aproximada 20 mm). La velocidad de soldeo alcanza hasta unos 3 m a la hora, para cha­pas de 45 mm de espesor. Como gas protector se utiliza una mezcla de helio-argón en la proporción de 75:25. Análogamente opera el sistema llamado "Delta Oscillating" de­sarrollado en Japón.

Soldadura MIG para tubos mecanizada

Los problemas mínimos también se presentan en la soldadura MIG de tubos cuando los tubos a unir o el tubo y la brida a soldar giran y el electrodo permanece fijo en la "po­sición de las 2 del reloj (costura ascendente)". En la soldadura con instrumentos de sol­dadura orbitales (el electrodo gira alrededor) se proveen los tubos con un dispositivo de centrado y posicionado incorporados a ellos, (que sirve al mismo tiempo como seguro del baño) y se fijan sólidamente por fuera. La máquina para soldar tubos se coloca análogamente a una pieza prismática de fijación sobre uno de los dos tubos a unir y se orien­ta de tal forma que el soplete (con la bobina de alambre de electrodo y el dispositivo de avance colocado encima) se encuentre situado sobre la zona a soldar. Un motor mueve el cabezal de soldar, a través de un reductor con variador y una corona dentada, (aba-tibie) en una órbita circular alrededor y por fuera del tubo. El paquete de tubos de goma se mantiene a una cierta distancia del tubo mediante un dispositivo en forma de parri­lla. El dominio de trabajo de las instalaciones existentes abarca diámetros de tubo entre 100 y 200 mm para espesores de pared de 4 mm en adelante. Por soldadura programada se pueden adaptar automáticamente a la posición de soldadura requeri­da los parámetros óptimos de soldadura. En este aspecto presenta ventajas el uso de la soldadura con corriente de impulsos.

Soldadura MIG por puntos y de botón

La posibilidad de conseguir uniones solapadas por fusión de la chapa superior y reblan­decimiento de la inferior se utiliza pocas veces, debido a que se requiere la eliminación del óxido y de una limpieza en las superficies de contacto, además de no ser deseable la aparición de salientes semejantes a las cabezas de remaches. La unión de chapas de recubrimiento, resistentes al deslizamiento, en las nervaturas rígidas o de soporte, usa­das en la construcción de cajas de coches para vehículos sobre raíles (mantenimiento de la rigidez suficiente a distancias convenientes, o chapa exterior relativamente grue­sa, sustituida con frecuencia por el uso de perfiles con rigideces integradas) tiene lugar mediante costuras de garganta interrumpidas o — como sucede en Aeronáutica— por la soldadura por puntos por resistencia (para mantener el principio de la menor distan­cia de rigideces y la chapa exterior delgada). Cuando las chapas son más gruesas se uti­liza, ocasionalmente, la soldadura de botón para la que, para chapas de espesor  4 mm (en el método de impulso MIG, incluso más delgadas) valen las siguientes reglas:

— Se perfora (o se taladra y desbarba), en igualdad de espesores a unir, aquélla pieza que sea más asequible o aquélla en cuyo lado el abovedamiento en forma de cabeza de remache sea la que menos perturbe; cuando los espesores son distintos, la par­te más delgada;

—  El diámetro del orificio d_L debe alcanzar, en función del espesor de la pieza perfora­da, d, = 6 + 2t ^ 10 mm;

—  La distancia e, de los puntos de soldadura debe alcanzar, de unos a otros, ~ 3 a 6 d_L;

—  La distancia al borde e₂, en la dirección del esfuerzo, alcanza ~ 2,5 a 4,5 d_L;

—  La distancia al borde e₃, transversal a la dirección del esfuerzo alcanza, ~ 2,0 a 4,0 d_L;

— Al valor orientativo para la resistencia a la cizalladura de las soldaduras sin defectos se debe añadir el 60% de la resistencia a la tracción del metal de aportación en es­tado blando.

La penetración se puede mejorar adicionando al argón hasta el 2% de 0₂; lo cual está indicado especialmente cuando hay que soldar con placa de asiento (placa de cobre o acero).

Soldadura de fusión utilizando fundentes

Fundentes

Se indicó la posibilidad de disolver, al soldar, la capa de óxido por procedimiento químico utilizando fundentes, transformándola en escoria. Esta última flota sobre el lecho de fusión o sale de éste debido a la tensión superficial, prote­giendo al lecho de fusión de la oxidación. Los fundentes para la soldadura en el alumi­nio no están normalizados; circulan en el comercio con las denominaciones de las ca­sas productoras y se pueden conseguir en todas las que se dedican a la técnica de sol­dadura autógena o de materiales de aportación o auxiliares. Se deben observar rigu­rosamente las normas indicadas para su uso.

Los residuos de los fundentes tienen acción corrosiva y deben ser eliminados, en consecuencia, sin dejar rastro.

Esto exige, la mayoría de las veces, un considerable gasto en limpieza mecánica, decapado alcalino, neutralización subsiguiente de posibles res­tos de decapado y un lavado escrupuloso con agua. Los fundentes llamados "de acción no corrosiva" ("neutros") cuyos residuos, después de la soldadura, son ciertamente inactivos, pueden sin embargo tener una acción perjudicial.

Estos residuos son, en su mayoría porosos y pueden absorber humedad como una esponja e, incluso, los gases di­sueltos en aquélla que, a su vez, pueden ser causas de corrosión cuando se utilizan fun­dentes. Para uniones con solape y las costuras en garganta con nervadura no se pueden tener la seguridad de que no se oxiden.

Soldadura por gas

La soldadura por gas (soldadura autógena) se utiliza ocasionalmente aún para la solda­dura del aluminio puro y de las aleaciones de aluminio no endurecibles, debido a que los aparatos necesarios son relativamente baratos y nada complicados.

Comparándola con la soldadura del acero se requiere, aproximadamente, la misma cantidad de calor para la soldadura del aluminio con igual sección transversal y la misma velocidad de soldadura, a pesar del punto de fusión comparativamente más bajo y del calor especí­fico, más alto, referido al volumen, así como el calor de fusión del acero, entre otras co­sas, porque la mayor conductividad calorífica trae como consecuencia una considera­ble eliminación de calor. La fusión de la capa de óxido no puede lograrse en ella.

Tam­poco es posible la reducción del óxido por exceso de gas, en la llama de soldadura, en contraste con lo que sucede en el acero; tiene que ser disuelto con un fundente apro­piado. El oxígeno no eliminado puede depositarse en la fusión debido a su mayor den­sidad y disminuir la resistencia mecánica de la unión soldada como consecuencia de su inclusión.

El precalentamiento es siempre habitual en la soldadura con gas; se realiza en espesores de chapa de hasta unos 5 mm con el soplete de soldar (llama blanda, aplicada en movimiento circular, la punta del soplete debe estar dirigida entonces hacia el centro de la costura).

La preparación de las ranuras para la soldadura con gas puede verse en la tabla 16

Aparatos parata soldadura. Se utilizan las empuñaduras manuales y los juegos habituales de sopletes del comercio.

Gases para soldadura (gas combustible-oxígeno). Son usuales el acetileno y el oxígeno en botellas; el hidrógeno se utiliza muy rara vez.

Graduación del soplete y de la llama. Los sopletes son similares a los empleados para la soldadura del acero. Es muy importante la graduación correcta del soplete y de la lla­ma. Una llama con exceso de oxígeno debe evitarse de cualquier manera. Se trabaja con un exceso ligero, pero visible, de gas combustible. El exceso necesario de acetile­no, que se manifiesta en una llama blanda y que produce un leve zumbido, existe cuan­do se percibe alrededor del borde cónico, exteriormente blanquecino, una envoltura bri­llante un débil color blanco verdoso o cuando aparece, alrededor del núcleo de la lla­ma interiormente afilado, un cono de cuatro a cinco veces la longitud de aquél. El ta­maño del soplete necesario para diversos espesores de chapa se encuentra en la tabla 17 Las boquillas sucias o defectuosas deben arreglarse o cambiarse.

Material de aportación (para su selección v. tabla 2). Las varillas de metal de aportación deben estar limpias y brillantes. El aceite y la grasa se pueden eliminar por deca­pado con sosa cáustica al 10%, lavado con agua, neutralizado en ácido nítrico diluido (1/3 de ácido + 2/3 de agua), nuevo lavado (y secado). En las varillas sin grasa basta una limpieza mecánica con lana de acero limpia.

Técnica de la soldadura. Después de un precalentamiento (v. precalentamiento) se apli­ca el fundente, recién removido, con cuidado y en poca cantidad utilizando un pincel lim­pio. En el caso del aluminio puro basta, la mayoría de las veces, dar unas pasadas a la varilla de aportación. Cuando se trata de aleaciones se embadurna también la zona de unión de la soldadura. Para costuras cortas en chapas gruesas y para soldaduras en pie­zas de fundición se sumerge el alambre de aportación, precalentado, en el fundente (en modo alguno en el depósito de reserva). En la mayoría de los casos la cantidad de fun­dente que se adhiere a la varilla es suficiente.

El proceso de soldadura propiamente dicho comienza tan pronto como funde el funden­te y se extiende en forma vidriada sobre las piezas. Normalmente se ha alcanzado en­tonces una temperatura de 50 a 100° C por debajo de la temperatura de fusión. Para un ángulo de inclinación del soplete de 70 a 80° (en ningún caso más plano) se com­prueba si los cantos funden (empiezan a deformarse). Esto puede comprobarse, tam­bién, mediante un frotamiento repetido con el alambre de soldar. Tan pronto como los cantos comienzan a fundirse se inicia la soldadura. La mayoría de las veces se ejecuta con la llamada soldadura a izquierdas en la cual la varilla de aportación se conduce, según indica la Fig.16a, en la dirección de la soldadura, delante de la llama. La posición nor­mal del soplete y de la varilla de soldadura se puede ver en la misma figura. 

El soplete y la varilla se mueven pausada y uniformemente. La varilla se sumerge en el lecho de fusión producido por la llama, realizando simultáneamente una leve retracción del so­plete, se funde y se levanta brevemente con un ligero movimiento hacia delante. Colo­cando de nuevo, de modo regular y breve la varilla, reiteradamente, se obtiene un cor­dón de soldadura limpio. Con alguna práctica es posible regular la temperatura y la fluen­cia del lecho de fusión procurando que funda el material de aportación. El soplete se con­duce, cuando se trata de pequeños espesores de chapa, en forma rectilínea a lo largo de la costura soldada y, cuando la chapa tiene mayor espesor, además con pequeños mo­vimientos pendulares y transversales.

Tratamiento posterior de las uniones soldadas con gas. Las zonas soldadas deben so­meterse a un enfriamiento lento después de haber terminado el proceso. Esto es so­bre todo importante en aquéllos materiales que presentan un elevado intervalo de so­lidificación. El enfriado produce tensiones, distorsiones e, incluso, bajo ciertas circuns­tancias, grietas.

Eliminación de los residuos de fundente. Después del enfriamiento debe cuidarse de rea-Mazar una eliminación inmediata y total de los residuos de fundente. Incluso las míni­mas trazas pueden dar lugar a ataques químicos. No basta lavar y cepillar las zonas de soldadura como suele ser habitual. Se debe realizar un tratamiento posterior en o con una disolución de ácido nítrico al 10%, seguido de un lavado con agua pura. Esta norma no es solamente válida para las zonas de difícil acceso. Allí donde no sea posible una eliminación total de las trazas de fundente, incluso utilizando orificios a propósito para el lavado, no debe utilizarse la soldadura con gas. Las piezas tratadas deben se­carse rápidamente.

Martilleo posterior de las costuras soldadas. El aluminio puro se debe martillear o

"la­minar" (300 a 350° C) después de la soldadura y de eliminar los residuos de fundente, con objeto de afinar la estructura de fusión, de grano grueso, de la costura. El efecto es discutible. Para realizar esto se coloca la costura sobre una base sólida, limpia, con ob­jeto de evitar que se formen grietas o roturas debidas al martilleo. Es importante que du­rante este proceso no se incrusten laminillas metálicas extrañas. Cuando se trata de grandes recipientes se debe trabajar con sufrideras pesadas. El mismo efecto produce el laminado de la costura en relieve.

Soldadura por arco eléctrico (soldadura manual por arco eléctrico)

La soldadura del aluminio por arco eléctrico con electrodos recubiertos de fundente se utiliza prácticamente ya sólo para reparaciones en piezas de fundición. El arco eléctrico salta entre la pieza y el electrodo en fusión. La soldadura se realiza con corriente conti­nua. La mayoría de las veces pueden utilizarse rectificadores o transformadores de los usados en la soldadura del acero. El electrodo se halla siempre en el polo positivo. El procedimiento es adecuado para piezas de 4 mm de espesor en adelante. Son posibles las costuras en posición horizontal; la soldadura vertical es dé difícil ejecución, las sol­daduras de techo quedan totalmente excluidas en tanto que las soldaduras de garganta o solape son ciertamente posibles, pero habrá de contarse con inclusiones de escorias y fundentes.

El recubrimiento del electrodo realiza la función del fundente; debe, además, proteger al lecho de fusión de la acción del oxígeno y provocar la ionización de la trayectoria del arco de modo que éste se mantenga permanente. Debe gotear más len­tamente que la varilla de aportación y, en consecuencia, sobresalir en éste durante la fusión en forma de cráter. Los electrodos usuales deben satisfacer las exigencias si­guientes:

—  Buena capacidad de cebado, es decir fácil encendido del arco,

—  Buena actividad del fundente,

—  Fácil eliminación de la escoria,

—  Buena capacidad para el almacenaje (no debe exfoliarse el recubrimiento, no debe ab­sorber la humedad atmosférica), no debe salpicar.

Los alambres que forman el núcleo son de materiales de aportación normalizados según DIN 1732 p. 1. Los electrodos con recubrimiento se suministran en paquetes impermeables a la humedad con coloración característica. De estos paquetes o embala­je sólo se extraen los electrodos que se van a utilizar en cada caso. Los electrodos que se hayan humedecido pueden utilizarse aún después de secarlos cuidadosamente con ciertos reparos. Los diámetros habituales de electrodos se hallan entre 2 y 8 mm, para longitudes de entre 400 y 450 mm. La selección del material de aportación se realiza conforme a las indicaciones de la tabla 3.

En general no se rea­liza precalentamiento para espesores de hasta 5 mm; para mayores espesores, de 150 a 200° C, y para piezas de fundición, de 150 a 200° C. La preparación de las ranuras se realiza análogamente a lo expuesto para la soldadura MIG (tabla 17); en las piezas de fundición se ha de operar de forma apropiada.

Técnica de la soldadura. Las intensidades de corriente recomendadas para la soldadura por arco eléctrico se hallan en la tabla 18.

TABLA 18: Valores orientativos para la soldadura por arco eléctrico

El punteado de sujeción es con algo más de intensidad. Cuando se trata de varias capas se utiliza, para la pasada de raíz diá­metros menores y al aumentar el número de capas y la anchura de las ranuras a unir, diámetros mayores. Antes de pasar a la capa siguiente se debe eliminar cuidadosamen­te, por medios mecánicos, la escoria (martilleo y cepillado). Para espesores de pieza de hasta 4 mm se recomienda utilizar placas de asiento de acero, cobre o carbón, para una buena ejecución de la soldadura.

La tensión de encendido es de 60 a 70 voltios, y la tensión de soldadura de 24 a 28 voltios. La intensidad de corriente se rige de acuerdo con el espesor de la pieza, el diámetro de electrodo y un precalentamiento ocasional. El arco eléctrico se mantiene bastante largo en el encendido, mientras que al soldar tan corto que casi toque el recubrimiento a los bordes de la ranura. La inclinación de los electrodos es de 90° a 60° como máximo. La soldadura a derechas permite observar mejor el lecho de fusión. Se suelda con movimiento pendular, lateral. La rápida fusión del electrodo exi­ge, consecuentemente, una velocidad de soldadura elevada. Para costuras de garganta y uniones soldadas a solape no debiera utilizarse la soldadura por arco eléctrico.

El tratamiento posterior consiste, en primer lugar eliminar la escoria, que suele sal­tar por simple percusión en grandes pedazos; a continuación se realiza la limpieza de las partes soldadas, como en la soldadura por gas, hasta su fase final.

La soldadura por arco eléctrico con electrodos de carbón no se utiliza ya prácticamente para el aluminio, y lo mismo puede decirse del procedimiento Weibel (Fesa) y el vol­framio-hidrógeno (proceso Arcatom).

Soldadura por arco bajo polvo (soldadura UP)

Tratando de encontrar un procedimiento económico para la soldadura de grandes espesores de materiales se investigó también la posibilidad de aplicar al aluminio el pro­cedimiento de soldadura UP que había dado resultado con el acero. Según los datos pu­blicados sobre experiencias en la URSS y en Checoslovaquia los polvos para soldadura compuestos permiten ciertamente una soldadura casi sin defectos, pero no han sido sa­tisfactorios en cuanto a las características que se obtienen en las costuras. Las expe­riencias con polvo de soldar libre de sodio, a base de cloruros, fluoruros y óxidos, die­ron una penetración profunda en la soldadura con corriente continua y electrodo de alambre polarizado positivamente. El arco eléctrico arde en una caverna cerrada, y la desgasificación transcurre preferentemente en sentido opuesto a través de un "canal de gases" que se produce en la escoria (Fig. 17). Los parámetros de soldadura reco­mendados y los preparativos previos de las uniones, así como las características mecá­nicas alcanzables se hallan contenidos en la tabla 19.-

Fig. 17 Soldadura de aluminio por arco bajo polvo (soldadura UP): a) esquema; b) formación de la caverna, lecho de fusión y canal de gases en la soldadura UP del aluminio: 1 bobina del alambre de electrodo, 2 mecanismo de avance, 3 tubo de contacto, 4 polvo a granel, 5 placa de asiento.

Tabla 19: Parámetros para la soldadura y formas de juntas para la soldadura UP de AlMg 4,5Mn (corriente continua, electrodo en el polo positivo, montón de polvo aproximadamente 60 mm de alto.

Soldadura por arco sumergido en escoria (soldadura ES)

En experiencias de laboratorio se han determinado, con chapas de AIMg4m5Mn, de 45 mm de espesor, los parámetros de soldadura óptimos recopilados en la tabla 18 La Fig. 18 muestra el principio del proceso; la alimentación de electrodos de cobre curvados (radio de curvatura, 200 mm) se eligió para evitar el "stick slip", cubiertos con tubos de acero adaptados a aquéllos. Como soporte del baño se han probado esterillas de carbono y mordazas de cobre refrigeradas por agua (Eichhorn y col.).

Fig. 18 Principio de la soldadura por arco sumergido en escoria: 1, tubos de guía; 2, electrodos de alambre; 3, esco­ria líquida; 4, lecho de fusión; 5, cordón de soldadura solidificado; 6, soporte del baño.

') Valores en el centro de la costura;²) Valores en la transición

³) Tipo AIMg5,5MnO,4 a base de mayor pureza; polvo de soldar: 30% KCI; 30% MgCI₂; 30% LiF; 10% MgF₂.

Tabla 18: Parámetros de soldadura óptimos y características mecánicas alcanzables en la soldadura por arco sumergido en escoria, de AIMg 4,5Mn (soldado con corriente alterna, soporte del baño con mordazas de cobre refrigeradas por agua).

Otros métodos de soldadura por fusión

Soldadura por vertido

En la soldadura por vertido se utiliza un caldo para unir por fusión las partes situadas en un molde con una distancia ~ 3/4 t, calentadas a unos 300° C. Para ello el molde está primeramente abierto por abajo a fin de que el caldo, calentado hasta 1000° C, pue­da fluir a su través y fundir algunos mm de profundidad los bordes de la costu­ra. Al mismo tiempo la capa de óxido es arrastrada por el caldo vertido. Una vez que se ha alcanzado este estado, se cierra el molde por abajo con un tapón y se llena hasta la altura de una mazarota suficientemente dimensionada.

El procedimiento se utilizó con éxito para soldar uniones a tope, en T y en esquina, así como rieles conductores de corriente, de aluminio, obtenidos por fusión inyectada y por extrusión con secciones transversales > lOOOOmm². El caldo, que se enfría escasamente durante su trayecto-ría, se puede utilizar de nuevo después de limpio y calentado a temperatura elevada.

Es de suponer que se puedan utilizar, para el calentamiento y llenado del molde, diversos caldos, con lo que se puede reducir el gasto de la limpieza del caldo. La soldadura por vertido simultáneo de varias piezas conectadas, es posible si se tiene en cuenta el cur­so de la temperatura así como las dilataciones y contracciones de origen térmico.

Soldadura aluminotermia

Se conocen dos procedimientos en los que se utilizan reacciones aluminotérmicas para la unión de conductores de aluminio (en forma de cable o macizos):

Procedimiento Alutherm®. El calor de una reacción aluminotérmica se utiliza para la sol­dadura a tope de dos conductores alineados uno a continuación de otro. Se pueden unir entre sí conductores macizos de aluminio y cables en cualquier combinación.

Se re­quiere fundente. No son habituales las uniones entre aluminio y otros materiales. La tra­yectoria de la soldadura es simple: en un cartucho de Alutherm, adecuado al diámetro del conductor, que se halla situado exactamente en el centro de la unión de los dos ex­tremos, comprimidos por la acción de unos resortes situados en una guía, se produce la ignición. Los extremos se funden y se recalcan como consecuencia de la fuerza elás­tica de los resortes.

Procedimiento Cadweld®. En este caso se trata de una soldadura por vertido con una mezcla de polvos aluminotérmicos; el óxido de estaño es el "socio" en la reacción. El cal­do que se forma es una aleación AISnCu.

La Fig. 19 presenta de modo simplificado la situación antes de comenzar la soldadura por vertido. Tras el encendido de la mezcla reaccionante, con ayuda de un polvo de ignición, el proceso de fusión y vertido se de­sarrolla por sí sólo y tras la formación de una cantidad suficiente de caldo y alcanzar una temperatura determinada, funde el disco de aluminio y el fundido llena el hueco de sol­dadura así como una parte del canal de vertido. El bebedero, que actúa al mismo tiempo como alimentador, se separa después de abrir el molde. La pequeña conductividad de la aleación que se forma durante el proceso y la densidad, disminuida debido a la po­rosidad, se compensan por la mayor sección.

Fig.19 Molde para fusión y soldadura por vertido utilizada en el proceso Cadweld (se ha separado una mitad del molde): 1 crisol de fusión, 2 polvo de igni­ción, 3 polvo aluminotérmico, 4 disco de aluminio, 5 pa­sadores, 6 suplementos cerámicos, 7 mitad del molde, 8 canal de colada, 9 espacio de soldadura, 10 extremos de los conductores a unir (rociados con fundente).

La resistencia de la unión sobrepasa a la del aluminio puro. Debido a la escasa estabilidad de la unión ante la corrosión, debe recubrirse en las conducciones aéreas; los aislamientos, en forma de cinta, los ofrecen las mismas casas productoras.

Además de la forma de unión expuesta aquí existen también uniones con ramificacio­nes en T y en ángulo, uniones para terminales de cables, conexiones para conductores y uniones para barras conductoras de corriente (hasta 3200 mm²).

Soldadura por haz de electrones

La soldadura por haz de electrones (soldadura EB) permite la soldadura de casi todos los metales entre sí. La soldadura EB del aluminio se realiza al vacío, sin material de apor­tación. El calor de soldadura origina un haz de electrones, concentrado mediante una óp­tica electrónica, el cual está dirigido hacia el punto de unión (Fig. 20). El haz elec­trónico concentrado en forma puntiforme hace posible la soldadura a tope en chapas gruesas; también  es posible soldar uniones a través de una chapa de recubrimiento por ejemplo, soldar los tabiques separadores en tubos a través de la pared externa de aquéllos.

Fig.20 Cañón de electrones (esquema): 1 cátodo incandescente (fuente de electrones), 2 corriente de calefacción del cátodo, 3 ánodo, 4 elec­trodo de regulación, 5 lente focalizadora, 6 haz electrónico, 7 circuito del mando de electrodos, 8 alta tensión, 9 baja tensión, 10 blindaje.

Fig. 21 Soldadura por haz de electrones de codos de entrada de fundición de aluminio in­yectada, en ambiente atmosférico según SAE Pa­per 780437: a forma inicial, b cordón de soldadura (amplia penetración por dispersión del rayo).

.

El haz de electrones se produce con alto vacío, análogamente a como sucede en los tu­bos de televisión y de oscilógrafos. El cátodo está conectado a un potencial negativo alto que llega hasta 150 kV. El electrodo de regulación es, además, negativo frente al cáto­do; el ánodo se conecta a tierra. Debido al campo eléctrico acelerador entre el cátodo y el ánodo se aceleran los electrones, como portadores de carga libre (a 150 kV alcanzan aproximadamente 2/3 de la velocidad de la luz), y, por lo tanto, están dotados de una gran energía cinética. El electrodo de mando hace que el haz de electrones se convier­ta en rayo concentrado justamente a la salida. El rayo electrónico así originado y con­centrado se focaliza por una lente electromagnética sobre un espacio muy pequeño. Este proceso es comparable al proceso de formación de imagen en la óptica luminosa normal, es decir se cumplen las mismas leyes que para la formación de la imagen de una fuente luminosa puntiforme a través de una lente de cristal.

En la proximidad del cátodo tiene el haz electrónico la sección transversal más estrecha, cuya imagen se proyecta sobre la superficie de la pieza, mediante la lente electró­nica, en una proporción determinada por la situación de la lente y la distancia de la pie­za, unas veces aumentada o, cuando fuese más favorable, disminuida. Modificando la corriente de la lente se puede modificar de modo continuo también la distancia focal de una lente electromagnética (análogamente a como sucede con un objetivo Zoom). De esta manera se pueden utilizar, en máquinas funcionando con 150 kV, distancias de trabajo de 10 a 1000 mm (medidas a partir del lado inferior del cañón) sin necesidad de modificar mecánicamente el cañón de electrones. La pieza, que la mayoría de las ve­ces se encuentra en un dispositivo móvil, en una cámara de vacío, bajo el cañón de elec­trones, se puede soldar por eso a diversas alturas, dentro de un amplio campo, sin que sea necesario elevarla o bajarla. Gracias al largo recorrido libre de los electrones en esta máquina, se puede soldar también el fondo de una pieza en forma de vaso.

La soldadura del aluminio por rayo electrónico, requiere ordinariamente el vacío; sobre soldadura en el aire existe también información en la norma SAE Paper 780437. En este caso se va elevando la presión en la trayectoria del haz, de modo gradual, hasta llegar a la presión atmosférica. Debido a la interferencia con las moléculas del aire se dispersa fuertemente el haz electrónico y se produce una penetración considerable­mente más ancha. La trayectoria libre del rayo debe ser, por eso, tan corta como sea po­sible. Diseñando adecuadamente las piezas fundidas a presión para los codos de entra­da de los motores de turismo Otto (PKW) (Fig. 21) ha sido posible la aplicación de este tipo de soldadura.

Soldadura por rayo láser (soldadura LA)

La radiación láser, originada por átomos excitados mediante emisión "estimulada", reforzada en resonadores y concentrada como radiación en una única longitud de onda, como la luz, es una radiación de elevada intensidad que se puede usar, análogamente al haz electrónico, para soldar y también para el corte de diversos materiales. La longitud de onda del rayo láser depende del sistema usado para su origen: en los rayos láser de cuerpos sólidos se halla en el dominio de la luz roja (láser de rubí, 0,69 μ m) o al comienzo del dominio del infrarrojo (láser YAG y láser de cristal de neodimio, 1,06 μ m); en los láser gaseosos se hallan muy en el dominio del infrarrojo (láser de C0₂,10,6 μ m) o, igualmente, el dominio visible (láser iónico de argón, 0,51 μ m). Teniendo en cuen­ta que las superficies metálicas reflejan la radiación de modo distinto en dominios de longitudes de onda concretos, la longitud de onda tiene una influencia específica sobre la aplicabilidad de uno u otro tipo de láser. La reflexión se puede disminuir en el alumi­nio mediante raspado, coloración e, incluso, anodizado.

En los metales con elevada conductividad calorífica y buen poder de re­flexión, se refleja la mayor parte de la radiación láser en el primer momento de un im­pulso de láser; si la intensidad del rayo láser es suficientemente grande (aproximada­mente 10⁷ W/cm²), se inicia una absorción llamada anormal: la parte del rayo absorbi­da basta para fundir la superficie (espesor de la capa de absorción, aproximadamente 1 μ m), disminuye entonces la reflexión en tanto que crece la absorción en igual medi­da. Por conducción calorífica se forma un caldo, por debajo de la capa de absorción, has­ta que se establece equilibrio entre el calor conducido y la energía del láser incidente. Aparece un fuerte descenso de la parte reflejada cuando el rayo entra en una fisura estrecha o cuando comienza a formarse una caverna, al incidir rayos láser de elevada intensidad. Hasta ahora se co­nocen sólo unos cuantos ejemplos sobre la soldadura.

Separación térmica

Corte oxiacetilénico

El corte autógeno oxiacetilénico, en la forma que suele realizarse con los materiales siderúrgicos, sólo se puede ejecutar en aquellos cuya temperatura de com­bustión, en corriente de oxígeno, sea inferior a la de la temperatura de fusión. El alu­minio funde antes de que se haya alcanzado su temperatura de inflamación y por eso a lo sumo se puede separar con una llama de oxicorte en espesores pequeños (los blo­ques mayores se pueden separar eventualmente con una lanza de oxigeno) provocan­do la fusión de amplias ranuras. Los bordes de corte así obtenidos presentan modifica­da su estructura a causa de la fusión, la zona de influencia térmica es muy amplia y el proceso sólo es útil para los parques de chatarra.

Corte con el aparato de soldadura MIG

Se pueden conseguir mejores resultados mediante el corte con soplete MIG, en el cual se utiliza, en vez de un electrodo de alambre de aluminio, uno de acero no aleado. Se pueden separar espesores de material de hasta 25 mm. La corriente requerida para ello alcanza aproximadamente el quíntuplo de la necesaria para la soldadura MIG de igual espesor de material. La ventaja del procedimiento estriba en que se pueden utilizar tam­bién para cortar las instalaciones de soldadura existentes. Como gas protector se uti­liza el argón con 1 a 5% de oxígeno; la corriente utilizada es continua, estando el elec­trodo polarizado positivamente.

Al comienzo del proceso de separación se forma el arco eléctrico entre la pieza y el electrodo y a continuación se regula el avance del alambre, la corriente de solda­dura y la velocidad de corte de modo que el extremo del electrodo se encuentre aproximadamente a la altura de la parte inferior de la chapa a separar. A causa de la fu­sión, el electrodo adopta una forma cónica y el arco eléctrico arde entre este electrodo y las superficies de corte. El consumo de gas es relativamente escaso (aproximadamen­te 10 l/min) ya que el corte se realiza esencialmente por la energía del arco eléctrico. No se presentan problemas de aleación de hierro, en la superficie de corte, la ca­lidad del corte es, sin embargo, la mayor parte de las veces, insatisfactoria, de tal for­ma que se requiere un mecanizado posterior.

Corte por rayos de plasma

El corte por plasma es, al menos, equiparable en cuanto a su calidad, al oxicorte del ace­ro; las velocidades de corte alcanzables son superiores a las del oxicorte de tal ma­nera que también se utiliza cada vez más para el acero. Es característico para el soplete de corte por plasma la estrangulación del arco eléctrico y de la corriente del gas me­diante una boquilla de cobre refrigerada por agua (Figs. 22 a y b). El arco eléctrico salta entre la pieza y el electrodo de volframio con polaridad negativa. Para el encendi­do se utiliza, en algunas instalaciones, corriente de alta frecuencia.

Fig.  22 a Corte por fusión con plasma.

Fig. 22 b Secuencia del proceso en el corte por plasma  b (centro) Sección del rayo de plasma perpendicular a la dirección del movimiento; b (derecha) sec­ción en la dirección del movimiento; 1 rayo propio de plasma con módulo ultrasónico, luminoso y eléctricamente conductor; 2 zona del punto base anódico, oscilante; 3 capa de gas caliente calenta­da por el rayo de plasma que se separa parcialmente por el borde superior de la pieza; 4 "llama de plasma" luminosa, indirecta, por la cual ya no pasa corriente alguna; 5 el material de la ranura lanza­do en forma de fina lluvia de chispas.

El corte por plasma utilizando aire a presión es rentable, a pesar de la utilización de elec­trodos de circonio y hafnio, de rápido desgaste y caros; sin embargo requieren medidas especiales de protección debido al fuerte ruido y humos que producen.

Un desarrollo más avanzado es el corte por plasma y agua en el cual a la boquilla de es­trangulación del soplete de plasma, que funciona con nitrógeno como gas de plasma, se le inyecta agua que al evaporarse se disocia y forma con el H₂ y 0₂ procedente de ella, juntamente con N₂, el "rayo de corte". Alrededor de la boquilla sale el agua en forma de campana y absorbe los gases que se originan y parte del ruido que hace el so­plete. La pieza se coloca en una cuba de agua, sobre una rejilla de apoyo, de manera que su parte inferior quede sumergida unos mm en el agua. De esta manera apenas se ca­lientan las piezas; en el aluminio sólo se superan los 100° C en la zona inmediatamente próxima a la ranura de separación. La Fig. 23 muestra la marcha de la temperatura en función del tiempo de corte por plasma con aire comprimido.

Fig. 23 Curso de la temperatura en función del tiempo en el corte por plasma con aire compri­mido, en chapas de aluminio, de 50 mm de espesor. Zona de medición 0,6 mm detrás de la super­ficie de separación.

El rayo de plasma que sale de la boquilla está muy caliente (temperatura del núcleo 10000 K), tiene buena conductividad eléctrica y alta velocidad. Como gas de plasma para el corte del aluminio se utiliza preferentemente una mezcla de argón e hidró­geno, recomendándose las siguientes proporciones de mezcla: para el corte a mano 80 hasta 60% de Ar + 20 hasta 40% de H₂; en el corte a máquina 65 hasta 50% de Ar + 35 hasta 50% de H₂. La adición de H₂ se realiza para elevar la tensión del arco eléctrico, que es necesaria, debido a la mayor longitud de ese arco.

El rayo de plasma caliente funde el material de la zona de corte y su energía cinética eli­mina el fundido dé la ranura. La zona de influencia térmica es muy estrecha, debido a la elevada concentración de energía y velocidad de separación; según mediciones reali­zadas alcanza sólo 1 mm aproximadamente. El corte por plasma mecanizado puede utilizarse para la preparación de las ranuras a soldar. En la tabla 19 se dan valores orientativos para el corte por plasma.

Tabla 19: Valores orientativos para el corte por plasma

En el corte por plasma de aleaciones de aluminio sensibles a las grietas térmicas, pueden presentarse, con elevada velocidad de corte, grietas perpendiculares a la ranura de separación, de una penetración de hasta 0,3 mm se desarro­llaron empíricamente una relación en virtud de la cual, en las aleaciones 2014, 7075, 2219 y 7079, no se producen grietas cuando el producto de la velocidad de corte en cm/min por el espesor de chapa en cm no sobrepasa el valor 258.

El desarrollo más moderno es el corte por plasma bajo el agua. En este método se man­tiene constante la distancia de la boquilla del soplete con respecto a la superficie de la pieza utilizando sensores. Esta variante elimina ampliamente las sustancias dañinas existentes en el humo y la radiación y el ruido se aminoran tanto que se puede trabajar sin gafas y sin cascos protectores de los oídos.

Corte por láser

Para el corte por láser del aluminio vale todo lo expuesto para la soldadura por láser  no se requiere atmósfera protectora en el corte, pero se pueden conseguir mejores superficies de corte.

Fallos en las uniones soldadas por fusión

Los cordones de soldadura sin ningún fallo son tan pocas veces alcanzables como los semielaborados o piezas de fundición exentos de defectos. Hay que fijar pues los fallos admisibles, cuyo número y magnitud dependen del grado de solicitación o de repercu­sión del fallo de la pieza.

Para uniones soldadas por fusión se forman en las normas y prescripciones correspondientes grupos de valoración {grupos de calidad), en los cua­les son admisibles en número y magnitud los distintos fallos definidos en DIN 8524, parte 1. En el complejo DIN 8563: "Seguridad dé la calidad de los trabajos de soldadu­ra", el aluminio está previsto en la parte 30. Se parece mucho a la parte 3 ya existente para el acero.

Para la valoración de ensayos radioscópicos ("reconocimiento interno"), se ha elaborado la hoja 1611 DVS para construcción de vehículos sobre carriles, que también es apropiada para otras aplicaciones (tabla 20).

Grietas por soldadura

Las grietas por soldadura traen como consecuencia un fallo rápido de la unión cuando la solicitación es dinámica. Tratándose de solicitación estática, perpendicularmente al plano de la grieta, éstas pueden ser la causa de rotura en solicitaciones por debajo de la tensión admisible calculada.

En los recipientes las grietas pasantes pueden suponer zonas de fuga; los debilitamientos en la sección, considerables, debido a las grietas, pue­den dar lugar, con poca carga, a fisuras penetrantes, incluso sin deformación apreciable.

Las grietas o fisuras superficiales pueden ser causa de fallos de corrosión como con­secuencia de la penetración de humedad o de medios corrosivos (por ejemplo, electro­litos en el anodizado). En el lacado al fuego se pueden producir burbujas en la capa de laca por expansión del aire ocluido.

Las grietas de soldadura pueden surgir, independientemente del proceso de soldadura, como consecuencia de soldar aleaciones que no son apropiadas para ello o por efec­tuar la soldadura sin utilizar metal de aportación o cuando el que se usa no es el apro­piado (v. 10.1.1).

La figura en forma de cráter inicial o final tiene una trayectoria, la mayor parte de las veces radial, surgiendo también cuando se producen interrupciones en la soldadura y se requiere hacer uniones cruzadas o una fusión totalmente nueva.

Las separaciones de material pueden aparecer paralela o transversalmente al eje de la costura, como consecuencia de obstaculizarse la contracción, cuando las tensiones de contracción no se pueden eliminar por fluencia del material o cuando la modificación en la longitud, en algún dominio de la unión soldada, es mayor que el alargamiento de rotura.

Los valores más bajos para el alargamiento de rotura se presentan, de ordi­nario, en la costura soldada (estructura de colada). Defectos de este tipo se presentan en soldadura de varias capas, en costuras largas, o cuando se produce un enfriamiento intermedio, y también, en el punteado de material de mayores espesores. En el caso de existir elevadas temperaturas de precalentamiento, pueden surgir grietas por contracción — preferentemente en las aleaciones endurecibles—, también en la tran­sición de la costura o en la zona de influencia térmica. Las separaciones del material en capas anteriores surgen, debido a la fusión del eutéctico de los bordes de grano, al soldar las capas siguientes.

Las grietas de soldadura son defectos importantes: las zonas en las costuras con de­fecto tienen que ser trabajadas de nuevo y soldadas. No es aconsejable tratar de corre­girlas con una nueva soldadura.

Defectos de unión, defectos de entalla en la penetración, fallos en la for­ma del cordón de soldadura

Los defectos de unión aparecen, independientemente del proceso de soldadura, como fallos en la fusión de los bordes de la costura entre sí o con el material de aportación fundido.

Entre las causas pueden mencionarse: penetración defectuosa, es decir, los bordes de la costura no se funden, u obstaculización de la fusión debido al óxido que no se ha eliminado. En los defectos de unión en la raíz (en las costuras en I soldadas por un solo lado, sin separación de alma) se funde el material ciertamente hasta la raíz, pero la acción del arco eléctrico, en cuanto a la eliminación del óxido, no llega hasta a aquélla. Se puede facilitar esto achaflanando por el lado de la raíz los bordes de las al­mas con lo que la capa de óxido se puede expulsar del lecho de soldadura por tensión superficial (Fig. 24).

Los defectos de unión actúan como grietas en las solicitaciones dinámicas y deben ser eliminados. En la solicitación estática o cuando se trata de reci­pientes, su influencia depende de su tamaño, de su posición con respecto a la direc­ción de la solicitación y de la fracción que les corresponda en la sección de la costura.

Los defectos de entalla en la penetración se originan como consecuencia de una alta in­tensidad de corriente en la soldadura, especialmente en el procedimiento MIG, y se ma­nifiestan principalmente en la resistencia dinámica.

El aboveda miento fuerte de la costura, cuando se trata de costuras a tope y de gargan­ta, es casi siempre consecuencia de una soldadura MIG excesivamente lenta; influye desfavorablemente en la fatiga.

Las secciones de costura que no están completamente rellenas hacen decrecer la ca­pacidad sustentadora o carga admisible estática y dinámica.

Una penetración deficiente de la soldadura, cuando se utiliza el tipo MIG con alambre grueso o la soldadura con corriente de alta intensidad, puede ser provocada por una pe­netración desplazada (Fig. 25). Se puede corregir mejorando las formas de moldes usadas en la penetración y utilizando helio o adiciones de helio.

Fig. 25 Defectos de unión (pene­tración desplazada en la soldadura MIG con alambre grueso y con argón puro.

Tabla 20

Inclusiones

Independientemente del proceso de soldadura que se siga pueden aparecer en la costura inclusiones de óxido o escorias. Las causas son, la mayor parte de las veces, la in­correcta preparación de los flancos de la costura (incorrecta forma de las ranuras, no ha­berse cepillado), errónea conducción del calor (fuerte oxidación, debido a soldar lenta­mente y un gran avance calorífico) o flancos sucios en la costura.

Las inclusiones de volframio, en el procedimiento de soldadura WIG, están motivadas por la inmersión del electrodo en el baño de soldar o por una sobrecarga térmica del electrodo.

Las inclusiones de cobre pueden aparecer por rotura en el tubo de contacto (o de tubos de contacto enteros) o mala conservación del soplete para soldar MIG (muy raro).

Las inclusiones de óxido en las soldaduras WIG y MIG con gas protector aparecen por eliminación defectuosa del óxido mediante el arco eléctrico o por estar sucio el gas pro­tector o ser ¡inapropiado. También, como consecuencia de una corriente turbulenta de aire debido a un funcionamiento no uniforme del arco eléctrico, o como consecuencia de una corriente turbulenta de gas protector.

Las inclusiones de fundentes son posibles en la soldadura con gas, en la soldadura por arco eléctrico y en la soldadura bajo polvo.

La acción de tales inclusiones sobre la resistencia estática y dinámica de las uniones sol­dadas es, la mayoría de las veces, escasa puesto que, generalmente son pequeñas, a no ser que se hayan cometido graves errores y, con excepción de las inclusiones de óxi­do y de volframio, presentan estructuras predominantemente globulares.

Porosidad en la costura

Los poros en el dominio de la costura de soldadura son los defectos que se presentan con más frecuencia. Su causa puede hallarse en conexión con el comportamiento en la solidificación de la aleación de aluminio soldada; sin embargo, en la mayoría de los ca­sos se trata de inclusiones gaseosas.

Los huecos por contracción (rechupes) se presentan principalmente en el aluminio puro, el cual se solidifica sin intervalo de solidificación a partir de los bordes de las costuras y las superficies de las mismas. Cuando existen grandes lechos de fusión, elevada con­centración térmica e insuficiente precalentamiento, esta solidificación transcurre tan rá­pidamente que no puede ser absorbida por el núcleo de la soldadura que solidifica en último término, suficiente cantidad de metal líquido procedente del lecho de fusión en avance. Los rechupes pueden aparecer también en aleaciones con intervalo de solidi­ficación cuando debido a la formación de dendritas, (que tiene lugar, análogamente, des­de los bordes y la superficie de la costura, en dirección al núcleo de la misma) se obs­taculiza la fluencia del fundido restante por las ramas de la dendrita.

Fisuras (poros tubulares). Se producen como consecuencia de contracción en el material al solidificarse el extremo de la costura (cráter final). Cuando las fisuras no son ex­cesivamente profundas se pueden eliminar por completo fundiendo el extremo de la cos­tura y la zona del cráter final de nuevo (muy importante cuando se continúa la soldadu­ra después de una interrupción). Es más seguro, sin embargo, eliminar la zona del crá­ter final mediante mecanizado, antes de proseguir la soldadura, especialmente en el sis­tema de soldadura MIG, en el que se producen con preferencia cráteres profundos de extremo que obligarían, tras nuevo empalme de soldadura, a rebajar las sobreelevaciones excesivas producidas en la costura. Para evitar las fisuras profundas se ofrecen en el mercado aparatos WIG con "dispositivo de relleno dé cráteres" los cuales, en esen­cia, consisten en que accionando un interruptor en la   pistola de soldar se disminuye automáticamente y de modo continuo la corriente de soldadura.

Las inclusiones gaseosas se originan por gases que no pueden desprenderse antes de la solidificación del fundido. Tales gases son, por ejemplo, gases protectores, aire (N₂ + 0₂) u otras impurezas gaseosas que, como consecuencia del parpadeante funciona­miento del arco eléctrico y el movimiento del baño de fusión que éste provoca, pene­tran en él turbulentamente; también, a veces, el hidrógeno disuelto en el fundido.

La cantidad de impurezas gaseosas de este tipo "congeladas" depende de la velocidad de solidificación del lecho de fusión. Por ello son de esperar las inclusiones gaseosas en las variantes del proceso MIG, en las cuales se puede soldar con elevada concentra­ción térmica y con gran rapidez. Las costuras libres de poros en la soldadura por arco eléctrico se pueden conseguir sólo en casos excepcionales, debido a la com­bustión relativamente parpadeante del arco eléctrico; la porosidad en la soldadura con gas es, por ello rara, ya que se suelda lentamente, el fundido se desgasifica bien y se hace descender la tensión superficial en la parte superior de la costura, debido al uso de fundente. En la soldadura MIG, la causa de este tipo de porosidad es la mayoría de las veces, la corriente de soldadura excesivamente alta, mientras que en la soldadura TIG es debido a la gran velocidad de soldadura.

La porosidad uniformemente distribuida se debe, casi siempre, al hidrógeno, que se disuelve bien en el aluminio líquido mientras que en el sólido no se disuelve casi (porosidad de hidrógeno). El hidrógeno puede ser aportado por el material base, por el de apor­tación, por impurezas conteniendo agua situadas en los bordes de la soldadura o en el material de aportación, por vapores, por humedad atmosférica, por impurezas del gas protector o por impurezas en el soporte (placa de asiento) del lecho de fusión.

El contenido en hidrógeno del material base o de aportación es normalmente tan escaso que se debe examinar esta posibilidad solamente cuando todas las otras se hayan po­dido excluir con certeza. Incluso cuando la porosidad sea en la unión de transición ma­yor que en el centro de la costura, no se puede deducir de ello fundamentalmente una impurificación de los bordes de la costura, porque en estos lugares el lecho de fusión es menos fluido y se solidifica más rápidamente, de tal manera que, en este punto, se dificulta de modo extraordinario la desgasificación. Las impurezas de la superficie con­teniendo hidrógeno pueden ser restos o residuos de aceite, grasa, pintura o abrasivo procedente de discos de esmerilar aglomerados sintéticamente, aparte de la humedad que se pueda haber depositado en la película de óxido.

Los vapores conteniendo hidrógeno o humedad atmosférica pueden llegar al lecho de fusión cuando se rompe la atmósfera protectora. Esto puede suceder por una corrien­te de aire, arco eléctrico parpadeante, excesiva velocidad de fluencia o turbulencia de la corriente de gas protector y, también, por un efecto inyector entre la boquilla de gas protector y los bordes de la costura; el vapor de agua puede llegar asimismo al fundido a través de los conductos de agua de refrigeración, mal hermetizados, del soplete de sol­dar.

Las impurezas en el gas protector que se suministra para estos fines son relativamente raras, pero es posible la penetración de aire o humedad durante las puestas en la sol­dadura como consecuencia de la falta de estanqueidad en la conducción de gas pro­tector. El nitrógeno puede producir también porosidad uniformemente distribuida; con un 0,5% de N₂ en el gas protector puede aparecer una considerable porosidad. Puesto que la velocidad de difusión de N₂ en Ar es muy elevada, se puede alcanzar muy rápi­damente, debido a las corrientes turbulentas de aire, el contenido crítico necesario para la formación de poros. En las aleaciones AIMg se pueden formar debido al nitró­geno, también inclusiones de nitruro de magnesio.

Según sean las condiciones de solidificación se puede encontrar porosidad finamente distribuida, con preferencia en la estructura de transición o en la superficie de la costura, en donde la desgasificación se puede dificultar adicionalmente debido a la tensión superficial de una capa de óxido ya formada. La porosidad dispersa sobre toda la sec­ción de la costura aparece, con preferencia, en la soldadura MIG con diversas capas. Se acepta como razón el que el hidrógeno encerrado en la primera capa se halla tan fi­namente disperso que no es visible en una radiografía de rayos X. Al soldar la capa si­guiente se calienta la precedente de tal manera que las inclusiones de hidrógeno, ex­traordinariamente dispersas y finas, se pueden reunir por difusión hasta formar peque­ños poros gaseosos.

La influencia de la porosidad sobre la resistencia estática depende del material; es baja en las uniones soldadas de aluminio puro, AIMn, AIMg3 y en las combinaciones de alea­ciones para laminación y forja endurecidas del tipo AIMgSi, cuando se suelda con S-AI-Si5 como material de aportación. En las uniones soldadas con material de aportación S-AIMg5 (5356) y S-AIMg4,5 (5183) la influencia se halla muy dispersa. La influencia de la porosidad sobre el alargamiento de rotura y el comportamiento en la conforma­ción es mayor que la influencia sobre la resistencia a la tracción. Los poros con diáme­tro superior a 0,4 mm se notan más en la resistencia a la tracción que los poros me­nores.

La influencia de la porosidad sobre la resistencia dinámica es asimismo dependiente del material. Es relativamente baja en AI99,5, dispersándose ampliamente en la aleación AIMg3. En la aleación AIMg4,5Mn se obtiene una clara dependencia de la porosi­dad, de modo que con un 13% de aumento en la porosidad baja el número de ciclos de carga en una potencia de 10. Los resultados con AICu6 se dispersan, sin embargo, mu­cho, pudiéndose obtener solamente curvas límites. El abovedamiento de las costuras in­fluye más sobre la resistencia a la fatiga que la porosidad.

En el caso de costuras con protuberancias que hayan sido niveladas, la disposición de los poros juega un papel esencial: si solamente se hallan en la protuberancia, basta con eliminar la zona de poros y desaparece su influencia; si se cortan los poros actúan como entallas superficiales y acortan extraordinariamente la resistencia a la fatiga.

Las medidas contra la aparición de poros son: limpieza escrupulosa y desengra­sado de los bordes de la costura, "dilución" de la capa de óxido inmediatamente an­tes de soldar. Las partes a unir deben desbarbarse profundamente y presen­tar en los bordes de la costura muy poca rugosidad, puesto que las impurezas en las grie­tas que forman las rebabas y en las superficies rugosas son difíciles de eliminar; tam­bién vale esto para las varillas de metal de aportación. Los electrodos de alambre son suministrados por el fabricante en estado impecable. Se debe tener cuidado que, du­rante el almacenaje, no capten humedad o suciedad que actuarían muy desfavorable­mente, debido a los pequeños diámetros que poseen comparados proporcionalmente con la elevada parte superficial que les corresponde. Las bobinas que se hayan sacado del embalaje especial que llevan, deben consumirse, a ser posible, en el día. Si los electrodos de alambre permanecen varios días en el dispositivo de avance del aparato de soldar, pueden llegar a hacerse inservibles para obtener con seguri­dad una soldadura libre de poros, debido a la influencia del oxígeno del aire y de la hu­medad atmosférica.

Reparaciones mediante soldadura por fusión

Las costuras soldadas que presenten defectos y las piezas defectuosas o rotas se pue­den arreglar por soldadura y hacerlas de nuevo útiles para el funcionamiento. En la mayoría de los casos debe separarse la parte defectuosa de la costura o el trozo de la pie­za. La preparación necesaria del acoplamiento, la limpieza y precalentamiento, se rea­lizan de la misma forma que se recomienda para el proceso utilizado. Se suelda, en el caso de que los tramos con defectos sean largos, en dos etapas, a partir de la par­te de costura sana, llegando hasta el medio de la zona defectuosa. Se ha de procurar efec­tuar un buen relleno de los cráteres finales en ambas etapas. En este tipo de repara­ción no se requiere efectuar taladros en los extremos de las grietas.

Colocación de parches

La colocación de parches en las costuras a tope exige gran atención en cuanto a la dirección del calentamiento y en el acoplamiento de la nueva pieza. Cuando se trata de parches de pequeñas dimensiones, que admiten temperatura más elevada que la cons­trucción soldada situada en el entorno, se puede colocar un abovedamiento con ob­jeto de que al solidificar la costura soldada y contraerse el parche no surjan tensiones excesivamente elevadas en la costura. Se debe procurar un buen rendondeamiento de todas las esquinas, para evitar que en estos lugares se produzcan puntas de tensio­nes. En la lesión (perforación) por fuerza externa, en lugares que de otra manera esta­rían sometidas a una escasa solicitación mecánica es con frecuencia más sencillo sol­dar alrededor "remiendos" de chapa de menor espesor con costuras de garganta, una vez que se haya eliminado en un lado (o también en los dos) la deformación que haya surgido por este motivo. Esto puede realizarse también por pegado de metales, para evi­tar cualquier influencia térmica. En el caso de que se puedan utilizar para la sujeción remaches o tornillos, no debe esperarse a que se haya solidificado el pegamento.

Retoques de piezas de fundición

Las piezas fundidas pueden retocarse en la fundición mediante soldadura por fusión para corregir pequeños defectos de colada (rechupes exteriores, zonas de hundimiento) así como para la reparación de desperfectos. En la fundería se obtienen con frecuen­cia considerables simplificaciones, desde el punto de vista de la técnica de colada, cuan­do se funden en varias partes piezas complicadas que luego se unen mediante soldadura de la forma más simple posible. En este aspecto pueden ser ventajo­sas, también, las combinaciones de piezas fundidas y semielaboradas; es importante, en este caso, combinar la aleación de fundición con la de forja y laminación de tal forma que se pueda usar un mismo material de aportación para las dos aleaciones. Se debe tener en cuenta también, en este caso, que la capa de óxido de las piezas coladas, en general es considerablemente más gruesa que en el semielaborado, y que debe ser eli­minada de los bordes de las costuras mediante limado o rasqueteado. Para la correc­ción de los defectos de colada se requiere casi siempre el taladro o el fresado.

Para los arreglos en la fundería se utiliza casi siempre el método TIG, porque se pueden usar entonces varillas fundidas de la misma aleación de colada. En las piezas de colada, for­madas por varias partes, y en el caso de combinaciones de material de fundición con mate­rial de laminación y forja debieran tenerse en cuenta los aspectos económicos en cuan­to al acabado con la soldadura MIG. Debe observarse que no es posible conseguir to­dos los materiales de aportación posibles en forma de electrodos de alambre. Por eso cuando es posible suele seguir a la soldadura un tratamiento de endurecimiento.

Soldadura de piezas de fundición rotas

La reparación de piezas de fundición rotas se realiza, casi siempre, en talleres especializados — en la mayoría de los casos talleres artesanos—. En las piezas que se fabrican aún en grandes series, no compensa, en general, la reparación, debido a que siempre será más barata una pieza nueva. Además, para las piezas de motores y engranajes se utilizan cada vez más las piezas fundidas a presión y éstas, salvo pocas excepciones, no son soldables. En las carcasas que hayan sufrido una rotura transversal completa, la mayor parte de las veces, al soldar se produce un acortamiento y desalineación casi siempre mayor de lo permitido para las distancias entre ejes. La soldadura con vistas a una reparación solamente tendría sentido cuando la rotura se haya ocasionado por una solicitación anormal (por ejemplo, accidente, rotura de biela, rotura de ejes, agua de re­frigeración helada, pedrada, etc...) ya que la resistencia mecánica anterior de la pieza co­lada casi nunca se vuelve a alcanzar. Esto es válido, en particular, para las piezas de fun­dición endurecida.

Es importante que se eliminen absolutamente todos los residuos de aceite y grasa. Los trozos que se origi­nan en la rotura se colocan en dispositivos sencillos (por ejemplo, placas con pasado­res, que se acoplan en los orificios existentes), se disponen unos junto a otros y se aprie­tan con prensillas, bridas o estribos de sujeción. Se suelda preferentemente por el sis­tema TIG o MIG (el último, en el casó en que se disponga dé electrodos de alambre apro­piados). La reparación de piezas coladas es el único campo de aplicación, para la solda­dura con arco eléctrico metálico, digno de señalar. Los electrodos con núcleo de alam­bre, de los tipos S-AISÍ5 y S-AISM 2, están a disposición en el mercado y son suficien­tes para la mayoría de los casos en que se ejecutan reparaciones de piezas coladas. Las piezas coladas para máquinas de la industria de alimentación son, en su mayoría> del tipo G-AIMg3, y éstas pueden soldarse con suficiente seguridad sólo con el procedi­miento de soldadura con gas protector. Para pequeñas grietas en zonas de escasa so­licitación es suficiente para recuperar su función, agrandar la grieta y rellenarla con ma­silla para metales.

Soldadura a presión

La soldadura a presión consiste en soldar las piezas a unir utilizando presión. El calen­tamiento limitado local posibilita o facilita el proceso de la soldadura. En general, no se requieren materiales de aportación para la soldadura.

Soldadura a presión por resistencia

Las piezas a unir se calientan mediante intensidades de corriente elevadas, utilizando la resistencia interna de los materiales, la resistencia de transición entre electrodos y chapa así como, principalmente, la que surge en las superficies de contacto de las pie­zas a unir, llevando estas zonas a un estado pastoso, parcialmente fundido y se efectúa la unión de unas con otras, por presión, una vez desconectada la corriente.

En lo que sigue se darán sólo unas breves indicaciones básicas. Para la ejecución son fundamentales las recomendaciones de los fabricantes de las máquinas de soldar. En estos procedimientos no se utilizan fundentes. La capa de óxido se destruye o se elimi­na por presión utilizando una presión de soldadura suficientemente alta. El aluminio re­quiere, debido a su elevada conductividad eléctrica y calorífica, intensidades de corriente de soldadura más altas, así como mayores potencias que para soldar acero por este procedimiento. Para evitar un calentamiento por encima de la temperatura de soldar, que podría ocasionar modificaciones estructurales perjudiciales, los tiempos de soldadura se mantienen tan cortos como sea posible. El proceso de soldadura debe quedar limitado a las superficies de contacto de las piezas.

Soldadura a puntos por resistencia

Características específicas de los materiales

La soldadura a puntos por resistencia (en lo sucesivo la designaremos soldadura por puntos) del aluminio*, en principio no se diferencia de la soldadura por puntos del acero. La Fig. 26 (a esquema, b balance térmico) la representa. Las diferencias con respecto a la soldadura por puntos del acero aparecen como consecuencia de las características físicas y mecánicas, divergentes de las del acero, y además porque la capa de óxido formada espontáneamente sobre la superficie del aluminio, bajo la acción del oxígeno del aire, se comporta como un aislante eléctrico.

Durante el curso de la soldadura por puntos se rompe la capa de óxido, como consecuencia de la deformación provocada por las fuerzas por los electrodos; se forman finos puentes de contacto que posibilitan el flujo de una corriente. Por calentamiento, mayor deformación y eliminación de las par­tículas de óxido, se hacen cada vez mayores estos puentes de contacto de modo que llega a for­marse una lenteja de soldadura. En las superficies que se hallan en contacto con los electrodos en­friados debe fluir toda la corriente de soldadura a través de los puentes de contacto que se origi­nan debidos a la deformación (aumento de la superficie, con estanqueidad de aire). En este pro­ceso (utilizado con deformaciones considerablemente mayores para la soldadura por presión en frío) se producen, favorecido por el movimiento relativo y el calor, reacciones en las superficies lí­mites, que pueden dar lugar a que el aluminio se alee, se produzcan adherencias de óxidos superficiales sobre los electrodos o, también, a desgaste de electrodos sobre las piezas a unir y, como consecuencia, a que se adhieran (se "peguen") los electrodos a las piezas que se van a soldar.

Las características y relaciones específicas de los materiales traen como consecuencia que el aluminio, a pesar de su punto de fusión (comparado con el del acero) funda­mentalmente más bajo, se puede soldar por puntos con una intensidad de corriente, re­ferida al espesor de la pieza, de 2 a 4 veces la utilizada para una doble fuerza de elec­trodos, pero solamente con la mitad, hasta 1 /3, de la duración de corriente de soldadu­ra habitual en el acero.

Las propiedades físicas importantes que influyen en el resultado de la soldadura, se ha­llan resumidas en la tabla 21. Otras influencias notables en el resultado de la solda­dura son la limpieza, el desengrase y la rugorisad de las superficies a unir, así como el espesor, la composición y las características mecánicas y eléctricas de la inevitable ca­pa de óxido. La tabla 22 contiene una sistematización de los factores de influencia en la soldadura por puntos. A continuación se tratarán con más detalle las particulari­dades que se presentan en la soldadura por puntos del aluminio en lo que se refiere a aquéllas condicionadas por el material.

Valoración de la idoneidad

Para la valoración de la idoneidad de la soldadura por resistencia se propone,  un factor de soldadura S, que puede deducirse de la conductividad eléctrica k, la conductividad calorífica A. y el punto de fusión T_s o el valor medio del intervalo de fusión T (en °C): S = k~¹ • A^-1 • T ~¹ • 10⁴. Los factores de soldadura que se determinan a partir de los datos de la tabla 21 se hallan en el dominio de los que se valoran allí como muy buenos o buenos si se utilizan medidas especiales. La resistencia mecánica y la re­sistencia superficial de las piezas a unir no están incluidas en esta relación, desarrolla­da, probablemente en sus comienzos, para el acero.

Resistencia del material

La resistencia influye sobre la profundidad de penetración de los electrodos. Si ésta se halla limitada, no se puede implantar en materiales con un bajo límite 0,2 la fuerza de electrodos requerida para efectuar una soldadura segura; si no está limitada exige un mayor movimiento relativo para la penetración y por la baja resistencia al desgaste de los elementos metálicos, el alearse. Debe tenerse en cuenta que, en las aleaciones de aluminio, a la temperatura ambiente presentan las mismas características resistentes que el acero y que al aumentar el calentamiento por encima de 200° C aparece una rápida disminución de la resistencia al calor.

Estado de la superficie

El estado de la superficie de la pieza influye decisivamente sobre la resistencia superficial. La resistencia superficial y las resistencias de contacto, resultantes de ella, de­signadas en la Fig. 26a como R₃, R₄ (electrodos — chapa) y R₅ (chapa — chapa) son, comparadas con las del acero, muy elevadas (la resistencia de las chapas de aluminio según el material, es sin embargo sólo 1/2 a 1/4 de la del acero).

La resistencia superficial se determina por la clase y espesor de la capa de óxido y, bajo ciertas circunstancias, en la soldadura por puntos, también por la rugosidad superficial, ya que los "picos de rugosidad" son fácilmente deformables y producen puentes de con­tacto. En las aleaciones de aluminio con adición de Mg, que se recuecen en presencia de aire, puede producirse un enriquecimiento de óxido de magnesio en las capas-ató­micas más superficiales, el cual sobrepasa la concentración porcentual como compo­nente de aleación en un cierto factor y, a su vez, no se elimina por ataque alcalino. Para evitar tales óxidos de magnesio se realizan tratamientos especiales, por ejemplo, elimi­nación química o mecánica de la zona superficial antes del último laminado en frío, y el recocido en atmósfera protectora. Las piezas laminadas, que han sido tratadas de esta forma, presentan una resistencia superficial un poco más elevada que las recién decapadas o cepilladas; sin embargo, la resistencia es muy uniforme sobre toda la su­perficie y no se modifica prácticamente aunque se almacene en recintos secos durante largos períodos de tiempo. Las medidas de conservación mediante oxidación química o capas de estearato han dado resultados positivos pero, hasta ahora, no se conoce nin­guna aplicación práctica. Lo mismo se puede decir sobre la eliminación de óxido con arco eléctrico y gas protector de argón ("are cleaning").

21: Propiedades físicas del aluminio comparado con otros metales

¹) Para campo de temperaturas de 20 a 100 °C. El coeficiente de dilatación térmica y el calor específico aumentan con la temperatura, la resistencia eléctrica disminuye, la conductividad calorífica se modifica relativamente poco entre 20 °C y la temperatura de fusión.

²) Los distintos valores para metales puros se refieren al estado "recocido blando"; en las aleaciones se consiguen los máximos valores en estado de recocido blando y los más bajos en los de compactados en frío o endurecidos, compactados en frío o endurecidos.

³)  Los valores para las aleaciones se calculan para contenidos medios en constituyentes de aleación.

Tabla 22: Sistematización de los factores de influencia en la soldadura por puntos -por resistencia.

Para el tratamiento previo superficial Singh efectuó amplias investigaciones muy enfáticamente valoradas en la literatura alemana e inglesa. Con ellas determinó, no solamente la influencia del desengrasado sino, también, de los más distintos siste­mas de decapado sobre la resistencia superficial y de tránsito, sino también su cons­tante en el almacenaje y la influencia de los distintos tratamientos previos sobre el re­sultado final de la soldadura. La tabla 23 da indicaciones para la elección apropiada del decapante.

Tabla 23: Resistencias Reb mínimas¹) alcanzables en μΩ y tiempos de decapado correspondientes tB en minutos.

Tabla 24: Fuerza de tracción y cortadura Fsz y tolerancia normal   S para diversos períodos de almace­naje en función de la corriente de precalentamiento Ivw y tiempo de precalentamiento tvw.

Frente a la opinión anterior se pudo establecer que, también después de un cepillado en determinadas circunstancias, la resistencia de transición electrodo — chapa permanece muy constante en la permanencia en el almacenaje en seco. Según la tabla 24, la resistencia de corte por tracción permanece prácticamente igual en las chapas decapadas después de diferentes períodos de almacenaje en piezas soldadas por puntos.

En un tratamiento previo superficial óptimo tienen la corriente de sol­dadura y la fuerza de electrodos, que actúan simultáneamente durante el tiempo de ac­ción de la corriente, la máxima influencia sobre el resultado de la soldadura; su valor pue­de variar en un ciclo de la soldadura.

Los oscilogramas típicos sobre el curso de inten­sidad y fuerza de electrodos se representan en la Fig. 27. En general se admite que, al elevar la corriente de soldadura se debe aumentar también la fuerza de electrodos y recíprocamente, que al aumentar la fuerza de electrodos debe elevarse la corriente de soldadura, porque al aumentar la superficie de contacto disminuye la densidad de co­rriente y, por consiguiente, la generación de calor.

Fig.27 Oscilograma de intensidad y fuerza de electrodos: a) para corriente alterna monofá­sica, b) para corriente continua

Forma de la corriente

La forma de la corriente tiene influencia esencial sobre la carga de la red y sobre la caí­da de tensión en el circuito secundario (circuito de soldadura). La Fig. 28 representa la caída de tensión para las diversas formas de corriente habitualmente utilizadas.

Fig. 28  Caída de tensión en la soldadura por resistencia con diversas fuentes de corriente y la misma intensidad de soldadura. K factor de caída de tensión referido a la máquina con rectificador, con una descarga de 200 [mm] relación de las intensidades de fase de la red para igual corriente de soldadura l_2x •

Curva 1: para máquina de corriente alterna f = 50 (Hz); Curva 2: para máquina con transformador de frecuencia F = 30 (Hz); Curva 3: para máquina con transformador de frecuencia f = 5,6 (Hz); Cur­va 4: para máquina con rectificador.

Para las demás posibilidades no reseñadas de soldadura con corriente de descarga de condensador (cuyas máquinas ya no se fabrican por la facilidad con que se estropean) se puede decir lo mismo que para la corriente continua. La tabla 25 representa las cargas de la red y el aprovechamiento energético tal como tiene lugar en las formas de corriente habituales en Europa.

Para corriente continua resulta, debido al efecto Peltier, una lenteja de soldadura asimétrica (Fig. 29); además el electrodo polarizado positivamente soporta más carga, pero se puede compensar esto por un diseño conve­niente de los electrodos.

Fig. 10.29 Corte por un punto soldado con corriente de soldadura rectificada

Tabla 25: Características de los distintos tipos de máquinas para soldar por resistencia

Cantidad disponible de electrodo, forma del electrodo

El número de los puntos de soldadura obtenidos con determinados parámetros de soldadura, que se corresponden con determinadas exigencias mínimas, sin limpieza o re­posición de los electrodos, se llama cantidad disponible de electrodo (antes duración del electrodo). Tales exigencias se pueden referir, además de a la fuerza de tracción y cor­tadura de cada uno de los puntos, al comportamiento de la unión o a la sujeción de los electrodos a la pieza; también a las modificaciones de la superficie de trabajo y electro­do (aleación, deformación), a la profundidad o rugosidad de la impresión del electrodo o a la formación del desgaste de electrodo sobre la pieza. Por eso los datos sobre la du­ración de electrodos que se puede alcanzar no son comparables a no ser que se indi­quen los criterios para su medida. La dureza y la elevada temperatura de reblandamiento de los electrodos son tan importantes para conseguir grandes duraciones como las conductividades eléctrica y calorífica. Según investigaciones realizadas en Gran Breta­ña, Dinamarca y EE.UU., se consiguieron las máximas duraciones con electrodos de CuCr. CuCrZr v CuCoBe.

La forma del electrodo (forma de la superficie de trabajo) tiene influencia sobre la dura­ción del mismo si se admite mayor desgaste con superficie rugosa en la impre­sión correspondiente. Esto es practicable también en el aspecto de la resistencia a la fatiga, ya que la máxima influencia sobre la resistencia a la fatiga se debe a las entallas que se forman en el borde de la "lenteja". La forma teóricamente más favorable es la de una caperuza esférica (electrodo abombado), cuyo radio se adapta al espesor de material que se suelda porque la presión es máxima en el centro del punto y da lugar al desgarre de la capa de óxido y a la formación rápida de pequeños surcos conductores cuando la densidad de corriente es alta. Sin embargo, la superficie de trabajo se hace mayor a medida que progresa el desgaste, lo cual provoca, si la corriente de soldadura permanece constante, una disminución de la densidad de corriente y, en consecuencia, posibles defectos de soldadura. En la Fig. 10.30 se representan diversas formas alternativas de electrodos ensayados. Al soldar con corriente continua se pue­de diseñar el electrodo, polarizado positivamente, para superficies que queden ocultas, como electrodos troncocónicos y de espiga "desgastados", y los electrodos polari­zados negativamente para la parte visible en forma abombada y de este modo aumentar la duración de los mismos. El recubrir la superficie de trabajo del electro­do con una capa de Ni, Mo, Rh, Mo + Rh y diamante (0stgaard) no proporcionó aumen­to de la duración.

 

Datos sobre regulación

Los valores orientativos para los datos de regulación sólo pueden darse con reservas; la tabla 10.27 contiene valores orientativos. Incluso pequeñas modificaciones en uno sólo de los factores de influencia puede conducir a resultados totalmente discrepantes. El diámetro mínimo de un punto de soldadura está fijado de modo diferente en las instrucciones. La norma DIN 29 878 (para la navegación aérea y espacial) da directamente coeficientes para el dominio de espesores entre 0,02 mm y 5,00 mm, valo­res que alcanzan 8t para espesores de 0,1 mm y, a partir de espesores de 0,7 mm, to­man el valor 4 \/T. En otras recomendaciones el diámetro mínimo del punto de solda­dura se halla, para espesores a partir de 0,8 mm, en la mayoría de los casos, en el domi­nio 5 vt al aumentar de espesor (t = espesor de la chapa, y cuando los espesores son distintos se toma el de la chapa más delgada). Si no se alcanza el diámetro de la lenteja se acepta, la mayoría de las veces, como criterio de duración 4 yjT ■ El espesor de la lenteja de soldadura no debe sobrepasar el valor de 1,6 veces el mínimo espesor de chapa, distribuido uniformemente sobre las 2 piezas a unir, y en ningún caso debe lle­gar a la superficie de la pieza.

Para conseguir una elevada duración, es importante, que exista un buen enfriamiento de los electrodos; el agua de refrigeración debe fluir tan cerca como sea posible de la superficie de trabajo de los electrodos. Los problemas de duración de electrodos pueden ser resueltos, cuando exista buena accesibilidad, utilizando electrodos en rollo o carrete que se pueden hacer girar después de cada punto de soldadura y reponerse sin interrupción de la operación. Cuando se suelda con robots debe realizarse, en cada cam­bio de pieza, una pausa periódica de limpieza. El impacto brusco de los electrodos so­bre la pieza puede influir negativamente sobre la duración, así como una rigidez insu­ficiente de la máquina de soldar, que puede traer como consecuencia desviaciones en la alineación entre el electrodo superior y el inferior (desviaciones de ángulo y axiales). Los llamados auxiliares de la soldadura por puntos que se aplican en forma de disolu­ciones alcohólicas de compuestos aromáticos a la superficie de la chapa corres­pondiente al lado de los electrodos, se discuten aún en cuanto a su acción sobre la du­ración de electrodos. Las informaciones existentes al respecto son de ambos signos, ración son de ambos signos.

Comportamiento al tiempo de aplicación

Se refiere al tiempo en ms hasta alcanzar o volver a alcanzar toda la fuerza de los elec­trodos para que penetren en la superficie de la pieza. Si la aplicación es demasiado len­ta se solidifica la lente de soldadura con insuficiente fuerza de compresión, aparecien­do como consecuencia rechupes en "el núcleo de la lente" (huecos por contracción). Una aplicación rápida disminuye también el peligro de la formación de salpicaduras; no existe hasta ahora ninguna influencia significativa sobre la duración de ios electrodos de acuerdo con las investigaciones hasta ahora realizadas.

Formación de grietas

El problema tratado en 10.1.1.3 sobre la formación de grietas al solidificar un lecho de fusión es comparativamente pequeño ya que se produce un enfriamiento rápido bajo las fuerzas de compresión que se ejercen desde el exterior.

Soldadura por protuberancia

La soldadura por protuberancia del aluminio es difícil con las formas de protuberan­cias habituales para el acero, porque o bien la resistencia mecánica de la protube­rancia no es suficiente para soportar la fuerza de compresión necesaria o porque la ca­pacidad de deformación de las aleaciones con elevada compactación en frío o endure­cidas no perm ite la formación de la protuberancia. Las protuberancias de soldadura so­bre piezas macizas son aplicables sin embargo, sin problemas, en los materiales de alu­minio de pequeña resistencia mecánica; son usuales en la soldadura de soportes para mangos en las baterías de cocina y presentan la ventaja de que no quedan en el inte­rior de los recipientes impresiones o huellas de los electrodos. Otra ventaja del proce­dimiento es que se pueden obtener, en una sola vez, varios puntos de soldadura. En la literatura (Opprecht) se informa ampliamente sobre el uso de la soldadura por protube­rancias, huecas, en chapas de AIMg5, AIMgSi con AI99,5 y AIMgSi con AI99,5. con AI99,5.

La firma Siemens tiene solicitada la patente sobre la forma de protuberancias de acuer­do con la Fig. 31 a. Las investigaciones sistemáticas sobre la soldadura por protube­rancias en chapas de AIMg5 y AIMgO, 4Si 1,2 dieron, en las formas de protuberancia según DIN, AWS e IIW, problemas como conse­cuencia de una temprana deformación de las protuberancias y zonas adyacentes. Las experiencias con protuberancias anulares (Fig. 31 b) obtuvieron resultados notable­mente mejores; a la hora de imprimir este libro no se había decidido aún una optimación del asunto.

Pegamento y soldadura por puntos

El pegamento y soldadura por puntos es la combinación de ambos procedimientos,   

El pegamento adicional mejora la duración de la unión con solape, el mate­rial usado como pegamento impermeabiliza la junta, mejora por lo tanto la resisten­cia a la corrosión de la unión y hace posible el anodizado de las piezas de construc­ción soldadas por puntos. Según sea el tipo de pegamento se puede realizar el pega­do utilizando la capa como endurecedor térmico o el material de dos componentes en forma pastosa, como endurecedor en frío (a temperatura ambiente). Los pega­mentos fluidos de secado sin aire pueden aplicarse también a los extremos de las solapas, después de la soldadura por puntos, ya que se introducen por capilaridad en los huecos.

La capa de pegamento es un factor perturbador para la soldadura por puntos; debe ser expulsada lateralmente del lugar de la soldadura por la fuerza del electrodo, con objeto de que se puedan formar puentes de contacto. En la literatura se informa sobre investigaciones sistemáticas llevadas a cabo en los materiales 7075 y 2024, también con superficies anodizadas, así como sobre las investigaciones en chapas de aluminio para carrocería (AIMg, AISiMg). Teniendo en cuenta que con electrodos abombados no fue posible soldar sin producir salpicadura, se utilizaron electrodos con superficie de trabajo en forma anular y muesca (Fig. 10.32); en las investigaciones rea­lizadas en EE.UU. se utilizaron siempre electrodos abombados.

Fig.: 32 Electrodo con superficie de trabajo anular y muesca.

En la tabla 10.28 se resumen los parámetros típicos de uso y las cargas de rotura y de rotura-cizallamiento obtenidas en las investigaciones sobre pegamento y soldadura por puntos. El procedi­miento no está libre de controversias debido a que con combinaciones adhesivas puras se pueden conseguir resistencia y duración más altas; para fijar y asegurarse contra el descascarillado existen medidas constructivas, sistemas de unión mecánicos y también formaciones locales (dobleces, superposiciones).

Tabla 27: Datos de regulación para pegamento y soldadura por puntos.

Soldadura por costura a rodillo

Las uniones estancas son posibles mediante la soldadura por costura a rodillo (Fig. 33), con solape para espesores de cada chapa entre 0,2 y 2,5 mm. Para evi­tar una expulsión del fundido debe elegirse un solape considerablemente más ancho que el apoyo de los cilindros utilizados en la soldadura (aproximadamente 10-t). Tam­bién pueden realizarse costuras rebordeadas. En el aluminio no es posible la llamada "costura de aplastamiento". 

Fig. 33. Soldadura por costura a rodillo.

La soldadura progresiva del aluminio tiene lugar me­diante choques de corriente breves, regulables exactamente en cuanto a su intensidad y duración. Las corrientes necesarias y las fuerzas de electrodo son más elevadas de lo que habitualmente se requiere en la soldadura por puntos para iguales espesores de cha­pa (para valores indicativos v. tabla 28).

Tabla 28: Características de las máquinas para soldadura por costura a rodillo del aluminio

Los electrodos de rodillo, con superficies de rodadura ligeramente abombadas, se mue­ven por un mecanismo adecuado y los materiales usados para ellos son los mismos que para los electrodos de la soldadura por puntos. Teniendo en cuenta que el enfriamiento es más favorable en las superficies de los rodillos relativamente mayores, puede obser­varse una zona menor de unión. La correcta colocación de la máquina se debe com­probar al comienzo y, de vez en cuando, a lo largo del proceso. En los ensayos de rotura al desgarre éste debe producirse en la chapa situada al lado de la costura. La soldadura por costura a rodillo es habitual en la fabricación de recipientes de todo tipo así como en las uniones en la construcción de vehículos.

Soldadura a tope por chispa

La soldadura a tope por chispa (Fig. esquemática 34) se puede ejecutar en secciones de perfiles de forma cualquiera.

Teóricamente no existe ninguna limitación hacía arriba de la sección de soldadura; en las máquinas actualmente disponibles se halla al­rededor de los 12000 mm². En principio se pueden unir todas las aleaciones de alumi­nio para laminación y forma mediante este procedimiento. En las aleaciones que con­tienen Cu se ha de tener en cuenta la posibilidad de un sobrecalentamiento y en las que contienen Zu la evaporación de éste. Las máquinas para la soldadura por chispa del acero sólo pueden utilizarse para secciones de aluminio extremadamente menores, ya que, en el caso del aluminio, tanto la conductividad eléctrica como la calorífica son más elevadas (de 3 hasta 5 veces, respectivamente).

Las secciones a unir deben tener la misma forma y sección. Se permiten diferencias de hasta el 5%. Las superficies a soldar y las de aprieto deben estar limpias y libres de gra­sa. Las mordazas (en su mayoría de cobre) deben adaptarse al perfil de las partes a sol­dar y transmitir, sin deslizamiento, la fuerza de compresión y permitir el paso de la co­rriente sin que se produzca calentamiento local. Deben graduarse dela manera que el ángulo de regulación no se pueda modificar al soldar.

Procedimiento de soldadura. Las piezas, sujetas en las mordazas, se mantienen juntas hasta el encendido del arco eléctrico, manteniendo la distancia constante por compensación de la pérdida en el chisporroteo; por esta causa se destruye la película de óxido. Las piezas se ponen rápidamente en contacto, una vez terminado el período de chis­porroteo, recalcándolas entre sí. De esta forma se expulsan lateralmente los residuos de óxido y se consigue una unión soldada sin reparo alguno (v. Fig. 34a).

Aplicación. Para uniones de tubos a tope y a inglete, perfiles y barras; de uso muy apropiado para uniones que hayan de ser oxidadas anódicamente con fines decorativos, ya que no se produce coloración alguna en la zona soldada; además, para unio­nes a tope en barras y alambres, en la fabricación de alambres, así como para uniones en tubos, también entre aluminio y otros materiales, y para la soldadura de piezas en forma de anillos sin fin (por ejemplo llantas y eslabones de cadenas).

La ventaja frente a la soldadura por fusión es la escasa o nula disminución de resistencia mecánica por el calor de la soldadura, con lo cual las aleaciones que son sensibles a la for­mación de grietas de origen térmico pueden soldarse con seguridad. Debido al elevado grado de utilidad, el procedimiento es uno de los más económicos a pesar de los altos costes de inversión.

Soldadura de espárragos

La soldadura de espárragos sirve para situar sistemas de sujeción como es­párragos o pernos roscados mediante los cuales se sujetan cubiertas, revestimientos o piezas de cualquier tipo en subestructuras, tejados o paredes; son también apro­piados para la sujeción de recubrimientos aislantes y para las conexiones eléctricas (toma a tierra). Los espárragos que se han de soldar se sujetan en una pistola de soldar, la cual se apoya perpendicularmente sobre la pieza y se procede a soldar (Fig. 35). Se distinguen dos procesos: la soldadura de espárragos con pistola con en­cendido de punta (procedimiento del impulso con condensador) y la soldadura de es­párragos con pistola con encendido en recorrido (procedimiento de arco eléctrico de corriente continua).

Soldadura de espárragos con pistola con encendido de punta

Con este procedimiento (Fig.35a) se pueden soldar espárragos de hasta 8 mm de diámetro en chapas relativamente delgadas. El aparato (consistente en dispositivo de mando y pistola de soldadura) se conecta a corriente alterna monofásica, la cual carga una batería de condensadores a través de un rectificador de silicio. Los espárragos especia­les tienen en el extremo que se suelda un apéndice de forma troncocónica en el que, tras la descarga del condensador, se produce una corriente de soldadura de aproximadamente 450 A/mm². De esta manera se calientan bruscamente, hasta la temperatura de soldar, las superficies de contacto del espárrago y la chapa, expulsándose la película de óxido y la suciedad de la superficie. El espárrago se apoya sobre la chapa mediante la fuerza de un resorte o (en instalaciones fijas) por aire comprimido. El calentamiento queda limitado a los bordes exteriores (0,1 hasta 0,3 mm), de tal ma­nera que se impide con toda seguridad una perforación por calor. Incluso los reversos de las chapas lacadas se pueden proveer, de esta manera, con espárragos sin que sur­jan decoloraciones debidas al calor. El tiempo de soldadura es solamente 0,001 seg (1 milisegundo), y el tiempo de carga unos 3 s.

Soldadura de espárragos con pistola con encendido en recorrido

Esta variante del procedimiento (Fig. 35b) requiere aparatos de soldadura especiales, de corriente continua (rectificador, mando electrónico, pistola de soldar e instalación de gas protector). Se pueden soldar así espárragos de aluminio, de hasta casi 13 mm de diá­metro, perpendicularmente, sobre chapas o perfiles. Los espárragos que se han de sol­dar se fijan en un alojamiento, manual o automático y se llevan desde éste perpendi­cularmente, a la superficie de la pieza. Un anillo cerámico, que rodea el extremo de la base del espárrago, sirve para la concentración del calor, para guiar al gas protector y para dar forma al resalte de la soldadura. El proceso se parece al de la solda­dura por chispa. Una vez conectada la corriente se eleva un poco el espárrago por en­cima de la pieza; entonces se forma un arco eléctrico. Al alcanzar la temperatura de sol-deo, se introduce el espárrago en el lecho de fusión y se suelda. Para la soldadura de espárragos de aluminio de 12 mm de diámetro, se requiere una corriente de unos 800 A. El tiempo de soldadura es, aproximadamente, de 0,6 a 0,85 s. Los diámetros de los espárragos no deben ser mucho mayores que el espesor de la pieza en la cual se hayan de soldar.

Soldadura por presión en frío y en caliente

La unión de la soldadura tiene lugar bajo presión. Las superficies metálicas, se ponen tan íntimamente en contacto que llegan a hacerse activas las fuerzas atómicas a las cua­les se deben la cohesión y la resistencia mecánica de los metales macizos. Tales unio­nes se ejecutan normalmente en caliente pero, también pueden producirse a tempe­ratura ambiente. La aplicación está limitada a casos especiales. Según la norma DIN 1910, la soldadura por resistencia corresponde también al proceso de soldadura por pre­sión, pero se trata aquí por separado debido a su importancia .

Soldadura por presión en frío

En la soldadura por presión en frío se realiza la aproximación hasta distancias atómicas mediante una presión elevada. Como consecuencia del movimiento relativo que tiene lugar, o del aumento de las superficies de las partes en contacto, se destruye la capa de óxido, haciéndose posible la unión. En las uniones con solape se requiere limpieza y de­sengrasado de las superficies a unir. Mediante la soldadura por presión en frío se puede unir de forma segura el aluminio con otros metales, sin formación de fases intermetá­licas frágiles. La tabla 29 da un resumen de los procedimientos de soldadura por pre­sión en frío, técnicamente útiles, así como de sus campos de aplicación. Otra posibili­dad no expuesta allí es la soldadura por presión en frío en los procesos de embutición ("placado con estirado" de barras, alambres y tubos).

Procedimiento KPS

Permite la unión de perfiles de aluminio extrusionados en prensas pequeñas para formar perfiles de cualquier anchura. La alta, pre­sión requerida para una soldadura por presión se consigue por deformación plástica de los vértices dé las nervaduras triangulares; al mismo tiempo se destruye la capa de óxi­do en las zonas de soldeo, debido al movimiento relativo (rozamiento a elevada presión). La zona de unión tiene (Fig. 36) la forma de una "unión de ranura y lengüeta con de­masías" en la que las "lengüetas" representan un conjunto de "nervaduras" triangu­lares (con separaciones de aproximadamente 1 mm) y las "ranuras" se estrechan lige­ramente hacia el fondo de las mismas. La exactitud dimensional de las superficies de unión y su estado superficial tienen influencia fundamental sobre la resistencia mecá­nica de la unión.

Lo más conveniente es que las nervaduras de la "pieza de la lengüeta" estén situadas parale­lamente a la dirección de compresión ("procedimiento A"); se consiguen así capacidades de so­porte (fuerzas de tracción) de alrededor de 2,2 kN por cm de "longitud de costura"; los valores son un poco más altos para 0,4 hasta 0,6 mm de demasía y más bajos que este valor medio para 0,3 has­ta 0,2 mm. Las fuerzas de compresión alcanzan unos 6 kN por cm de "longitud de costura".

Cuando se necesita un uso concreto es posible utilizar nervaduras paralelas a la dirección de com­presión, situando piezas de lengüeta especiales o mediante un mecanizado adicional realizado so­bre los perfiles extrusionados. Pero también se produce soldadura cuando la nervadura de la pieza de la lengüeta se halla paralela a la dirección de la extrusión y, por lo tanto, perpendicular a la di­rección de compresión durante el proceso de unión ("procedimiento B"); así mismo cuando la ner­vadura tiene una forma específica y se mantiene exactamente una sobremedida concreta. Las capacidades portantes o de soporte (fuerzas de tracción) determinadas experimentalmente se hallan, por término medio, en 1,7 kN por cm de "longitud de costura"; existe, sin embargo, la posibilidad de ejecutar 2 o más "costuras" de este tipo para un sistema de unión. Las fuerzas de compresión por "costura" alcanzan, aproximadamente, 7 kN por cm de longitud de costura.

Soldadura por ultrasonido

La soldadura por ultrasonido (Fig. 37) es una variante de la soldadura por presión en frío. En ella tiene lugar, además de la presión de compresión, (considerablemente menor) un movimiento relativo oscilatorio de las piezas a unir, el cual se origina mediante oscilaciones de alta frecuencia transformadas en movimiento mecánico. Mediante la soldadura por ultrasonido se puede unir el aluminio también a otros metales y no metales.

Los campos principales de aplicación son: uniones de solape en láminas y bandas finas, en los talleres de acabado (soldadura en costura), uniones de solape (conexiones de conductores), en la técnica de los micro y semiconductores, uniones de solape de todo tipo, de aluminio con aluminio y otros metales y no metales.

Soldadura por explosión

La soldadura por explosión es un tipo de soldadura por presión en la cual la presión a uti­lizar se origina por la detonación de un explosivo (Fig. 38); el explosivo se sujeta de ordinario en una de las dos partes a soldar y lanza a ésta, al detonar, a gran velocidad (100 a 1000 m/seg) contira la otra; es importante que se haya fijado previamente una distancia suficiente para producir la aceleración. Durante el choque se originan presio­nes del orden de 10 a 100 kbar que provocan así la fluencia plástica de las capas límite metálicas (de 0,01 a 1 mm de espesor) y la soldadura de las mismas. Un "efecto de car­ga hueca" limpia durante la soldadura las superficies metálicas de las capas de óxi­do que son expulsadas con fuerza en forma de un fino rayo metálico, llamado tam­bién "jet", entre las placas a unir.

Fig. 38 -  Soldadura por explosión

a placado por explosión, b unión de tubos mediante soldadura por explosión,

1 espoleta, 2 explosivo, 3 capa intermedia, 4 chapa de placado, 5 placa base, 6 yunque, 7 tubo, 8 molde de acero, de dos piezas, 9 carga explosiva, 10 manguito

Con este procedimiento se fabrican, principalmente, placados de grandes superficies (Fig. 38a), pero también soldaduras de solape, de línea y por puntos, así como unio­nes de tubo (Fig. 38b). La catalogación del proceso es bastante discutida debido a que, al parecer, según nuevas investigaciones, ha podido comprobarse la existencia de una fase líquida.

Otras posibilidades de la soldadura del aluminio por presión en frío, con el cobre u otros metales, hasta ahora sin utilizar industrialmente, se encuentran en los procedimien­tos siguientes: extrusión en frío, embutición de tubos y barras (placado por estirado) y embutición por estirado. Las bandas de aluminio purísimo se pueden unir también por soldadura por presión en frío, en forma de costura aplastada.

Soldadura por presión en caliente

La soldadura por presión en caliente es el más antiguo de todos los procedimientos de sol­dadura conocidos para los metales. Se basa en el principio de una aproximación a dis­tancia atómica y aumento de superficie, en ausencia de aire, mediante la compresión de las piezas a elevada temperatura, pero aún en estado sólido y sin formación esen­cial de fases líquidas. A continuación se dan diversas indicaciones sobre el procedimien­to de soldadura por presión en caliente para el aluminio.

El placado por laminación se realiza como un placado de chapas o bandas de aluminio con aluminio o con otros metales, en superficies de gran tamaño por uno o por ambos lados:

— Como protección contra la corrosión, mediante una capa de placado mejora la estabilidad (por ejemplo, aluminio puro sobre aleaciones de aluminio),

— Como protección catódica (placado con aleaciones de AlZn),

— Como protección contra el desgaste, mediante una capa de placado mejora la resistencia al des­gaste (acero Cr-Ni sobre Al),

— Como placado por soldadura amarilla, en el cual la soldadura fuerte se coloca como capa de placa­do,

— Para piezas de transición en soldadura (Al-Cu, Al-St),

— Para contactos eléctricos (Al-Cu),

— Para la combinación de resistencia mecánica con superficies decorativas (banda de acero pla­cada de aluminio o chapas de aleaciones placadas con aleaciones brillantes),

— Para la combinación de resistencia mecánica con posibilidades de tratamiento superficial (cha­pa esmaltada formada por AIZnMg "autoendurecible" con capa de placada de aluminio puro o AIMn),

— Para mejoramiento de las propiedades de deslizamiento (aleaciones para cojinetes de AISn so­bre St).

La soldadura por difusión es una forma de la soldadura por presión en caliente utilizando una unión metalúrgica por intercambio atómico en estado sólido. La compresión mu­tua de las piezas a unir y el facilitar la difusión atómica por elevada temperatura (hasta el 80% de la temperatura de solidus) son condiciones necesarias. La soldadura por di­fusión sin deformación del aluminio o del aluminio con otros metales sólo se puede con­seguir mediante vacío. En las uniones de aluminio con metales que forman en el pro­ceso combinaciones intermétalicas frágiles, se requiere una capa barrera de un tercer metal.

Se utiliza en la técnica nuclear, para uniones especiales; también se pueden, fabricar uniones de varias capas a partir de diversos metales.

Oxisoldadura a presión (soldadura autógena) (Fig. 39). El calentamiento de las dos pie­zas a unir se realiza con llama de combustible y oxígeno; una vez que se alcanza una tempe­ratura prefijada se realiza una rápida compresión para juntar las partes. La aplicación del proceso es muy rara para el aluminio; un ejemplo interesante de este caso, que es perfec­tamente posible es el que describen Palko, Schumaker y col. En Canadá se unen de esta manera perfiles extrusionados de aluminio con nervaduras en forma de T, colocadas en di­rección transversal a las paredes largas, para vehículos volquete. La sección transver­sal de soldadura alcanza un valor neto de hasta 8500 mm²; en la soldadura a tope por chispa haría falta para ello una corriente mínima de 850 kA.

La soldadura por presión en caliente en los procesos de extrusión o embutición, pa ra la fa­bricación de semielaborados de unión especiales (aluminio-acero, aluminio-cobre) se describe en 5.6.

10.2.4 Soldadura por fricción

El proceso es comparable a la soldadura a tope por chispa; el calor requerido para la fu­sión de las superficies a unir no se obtiene, sin embargo, por energía eléctrica sino por fricción. Se pueden obtener así uniones circulares o anulares en barras y tubos entre sí o con superficie. El aluminio se puede unir con aluminio o con otros materiales. Las aleaciones de aluminio sensibles a las grietas pueden soldarse entre sí sin material de aportación.

La fricción se realiza por movimientos relativos entre ambas piezas, por rotación de una de ellas, estando parada la otra, o por rotación de ambas en sentidos opuestos, con com­presión simultánea. Cuando los materiales en contacto han alcanzado el estado plástico se hace actuar una fuerza de recalcado adicional, a la vez que simultáneamente se lleva el mo­vimiento relativo a un estado de reposo relativo mediante un fuerte frenado de la pieza giratoria o acelerando la que estaba parada. En aquellas pieza que, debido a su forma o longitud son difíciles de poner en rotación, en el caso de que las secciones no sean cilíndricas o por tratarse de diferente materiales que no producen una unión inmediata y sin problemas, se puede poner en rotación una pieza de unión cilíndrica corta y con­seguir, estando las piezas en reposo, o en la forma descrita anteriormente, la unión con dos zonas de soldadura.

Fig. 39 Oxisoldadura a presión del alu­minio (proceso ALFORGE): 1 perfiles extrusionados a soldar, 2 mordazas de suje­ción, 3 canales de refrigeración, 4 alojamientos de fijación, 5 separación inicial de aproximadamente 3 mm, 6 sopletes de propano y oxígeno.-

El proceso de soldadura por fricción se representa esquemáticamente en la Fig. 40. El movimiento giratorio de la pieza se puede conseguir mediante la energía almacenada en un volante o, de modo continuo, mediante un motor.

Fig. 40 Soldadura por fricción (esquema)

a) la pieza A gira, la pieza B está en reposo; b) la pieza B se presiona contra la pieza A giratoria; c) (como b) fase de calentamiento, con un ligero recalcado incipiente) fase de recalcado, la pieza A se frena bruscamente y la pieza B se comprime con mayor fuerza.

Mediante un diseño adecuado de la zona de unión se puede evitar tener que eliminar posteriormente la rebaba de recalcado en uno o ambos lados; debe tenerse en cuenta, sin embargo, que con ello puede perjudicarse la resistencia a la fatiga; la Fig. 41 mues­tra un ejemplo de tal ejecución "sin rebabas". Las ejecuciones según b y c de esta fi­gura son muy interesantes para el aluminio, aún sin ranura para rebaba. Se han pen­sado aplicaciones para discos terminales con muñones (también de acero) para rodi­llos guía cilindros de calandrias, para la elaboración de pistas de láminas (plástico, aluminio, papel) y también, de forma semejante, para colocar terminales de acopla­miento en los tubos de aluminio.

Fig. 41 Uniones soldadas por fricción con canal para rebaba:

a, unión "bulón sobre superficie", b, unión "brida a tubo" en tubos de paredes delgadas, c, unión "brida a tubo" en tubos con paredes gruesas.-

La principal aplicación de la soldadura del aluminio por fricción, es para la unión de éste con otros metales. Una idea de las posibilidades de la soldadura por fricción se encuentra en la soldadura representada en la Fig. 42 para la llanta y el disco en una rueda de turismo.

Fig.42 Unión de soldadura por fricción de la llan­ta con rueda de disco, en una rueda de coche.-

Existe un procedimiento llamado, según su inventora, procedimiento de soldadura Luc, en el cual el calor y las oscilaciones originadas en una rueda de fricción se utilizan para la obtención de uniones soldadas con solape. En él se unen las características de la sol­dadura por fricción y por ultrasonido. Mediante la rueda de fricción, en ro­tación a gran velocidad, se producen vibraciones ultrasónicas; el mecanismo de unión y las posibilidades de aplicación son muy semejantes a los de la soldadura ultrasónica.

Soldadura por alta frecuencia

Se utiliza, casi siempre, para la fabricación de tubos redondos y rectangulares soldados, de paredes finas, así como tubos en forma ovalada-plana, de bandas placadas por soldadura amarilla y usados en los intercambiadores de calor, fabricados por soldadura fuerte (radiadores de coches). Se distinguen los tipos siguientes:

Fig.43 Soldadura de tubos, por costura longitudi­nal mediante alta frecuencia

a)     Procedimiento (Yoder) por inducción, b) procedimien­to (Thermatool) por resistencia; 1 tubo, 2 bobina de alta frecuencia, 3 rodillos compre­sores, 4 puntos de soldadura, 5 líneas de corriente, 6 contactos de alta frecuencia, 7 almas, 8 alas.

Soldadura por alta frecuencia de inducción. Un tubo conformado por varios juegos de ro­dillos pasa a través de una bobina de inducción en la cual se llevan los bordes a la tem­peratura de soldadura; los rodillos compresores comprimen, unos contra otros, los bor­des calentados (procedimiento Yoder, Fig. 43a); la tabla 30 da una relación de la capacidad de las instalaciones fabricadas hasta ahora según este procedimiento.

Soldadura por alta frecuencia de resistencia. El procedimiento es una ampliación de la soldadura por inducción. En él, la energía de alta frecuencia se envía a través de dos con­tactos deslizantes, refrigerados, en forma de una ranura en V, poco antes de que se cierre la costura. La corriente de alta frecuencia circula a lo largo de los flancos de sol­dadura debido a que la trayectoria alrededor del tubo presenta una mayor resistencia a la corriente alterna (impedancia) (Fig. 44). 

Fig. 44 Fabricación de un perfil en T mediante sol­dadura por resistencia de alta frecuencia (esquema)

El efecto skin (pelicular) originado y carac­terístico de las corrientes de alta frecuencia, provoca, debido a que la profundidad de fusión de los cantos es inferior a 1 mm, el que el material mismo apenas se caliente salvo en la zona de la costura soldada. La elevada velocidad de soldadura y el enfriamiento subsi­guiente limitan el calentamiento a una zona de transición estrecha como consecuen­cia de la conducción del calor. La presión de recalcado en la zona soldada une al metal en estado plástico. La estructura de la costura soldada es homogénea (procedimiento Thermatool, v. tabla 31).

Soldadura heterogénea

La soldadura heterogénea sirve para unir materiales metálicos con ayuda de un metal de adición fundido (aportación) cuya temperatura de fusión se halla bastante por debajo de la de los materiales fundamentales. En el proceso deben ser mojadas las superfi­cies de contacto de los materiales base, por la aportación líquida, sin llegar a fundirlos. Por difusión de los componentes de la soldadura, cuando la acción del calor dure largo tiempo, puede producirse una fusión del material a unir.

Procedimientos de soldadura heterogénea

De acuerdo con la norma DIN 8505 parte 2 (soldadura heterogénea: clasificación de los procedimientos, conceptos), para el aluminio se subdivide con arreglo a los siguien­tes criterios:

— Según la temperatura, en soldadura fuerte: temperatura de trabajo por encima de 400° C hasta unos 600° C; soldadura blanda: temperatura de trabajo por debajo de 450° C;

— Según la forma de la zona de soldadura, en: soldadura de rendija: rendija estrecha entre las piezas a unir, que se rellena, por capilaridad, con soldadura; soldadura por ranura: la ranura de soldadura es más ancha y se rellena por grave­dad con soldadura;

— Según la forma de aplicar la soldadura, en soldadura con material aportado: se calientan primeramente las piezas a la temperatura de soldeo y después se funde encima el material de aportación; soldadura con material incorporado: las piezas y el material de aportación, colocado en la proximidad de la rendija de soldadura, se calientan conjuntamente a la tempe­ratura de soldeo; soldadura por inmersión: las piezas se calientan en un baño formado por material de aportación fundido a la temperatura de soldeo; soldadura por piezas provistas de capas de material de aportación (soldadura por placado): las piezas llevan el material de aportación como capa de placado; se utilizan pre­ferentemente chapas placadas con material de aportación (placadas por laminación) que pueden estar recubiertas por uno o por ambos lados.

Soldabilidad

La tabla 32 informa sobre la soldabilidad de los materiales de aluminio por el procedimiento de soldadura dura o blanda. En los materiales de fundición la soldadura hetero­génea se utiliza solamente con fines de reparación y, de modo exclusivo, en forma de soldadura con soplete con aportación de material.

Características de las uniones soldadas

Uniones por soldadura fuerte o dura. La resistencia mecánica alcanza casi la de las unio­nes soldadas. Al efectuar la soldadura fuerte de materiales altamente aleados y de alea­ciones de fundición existe el peligro de fusión, debido a que las temperaturas de trabajo en la soldadura heterogénea se hallan sólo un poco por debajo y, a veces, por encima de su temperatura de solidus. La resistencia mecánica de los materiales endurecidos o compactados en frío se retrotrae en la zona de influencia térmica a la del estado "blan­do". Los materiales endurecibles, cuya temperatura de recocido de disolución se halla por debajo de la de trabajo de la soldadura, se pueden someter a un tratamien­to de endurecimiento después de la soldadura fuerte. Las uniones del aluminio por sol­dadura fuerte son, en general, bastante estables. La estabilidad química de una unión sobre aluminio, AIMn y AIMgSi soldada con L-AISil 2, apenas se diferencia de una unión por soldadura homogénea con aportación de S-AISÍ5. La mayoría de las uniones por sol­dadura fuerte se pueden oxidar anódicamente; en el proceso se produce coloración par­cialmente fuerte de las zonas soldadas, que influye en el aspecto, pero no en la acción protectora de la capa anódica.

Uniones por soldadura blanda. La resistencia mecánica y la estabilidad ante la corrosión de las uniones por soldadura blanda son considerablemente menores que las ob­tenidas por soldadura fuerte. Para la soldadura blanda sirven los metales pesados de bajo punto de fusión; al penetrar la humedad se origina, en la zona de contacto entre metales pesados y ligeros, una pila electrolítica bajo cuya acción se destruye la unión al cabo de cierto tiempo (corrosión de contacto). Esto se produce en el aluminio en la ma­yoría de las uniones por soldadura blanda. Por eso las uniones por soldadura blanda en el aluminio son estables, en la práctica, sólo en ambiente seco o cuando se prote­gen convenientemente contra la penetración de humedad, por ejemplo, mediante laca­do o engrasado. Las piezas de aluminio con zonas de soldadura blanda no pueden oxi­darse anódicamente ni tampoco calentarse largo tiempo por encima de 100° C. Las prin­cipales propiedades de las uniones por soldadura fuerte y blanda se exponen en la ta­bla 33.

Aleaciones para soldadura heterogénea, fundentes

Aleaciones para soldadura heterogénea

Para las soldaduras heterogéneas de aluminio se hallan normalizadas:

Soldadura fuerte (DIN 8513 parte 4), para la composición v. tabla 14.6L-AISM2 Intervalo defusiónentre575y 590° C, temperatura de trabajo 590 a 600° C, forma de suministro: varillas, alambres; como forma especial, polvo pasta; L-AISMO Intervalo defusiónentre575y 595° C, temperatura de trabajo 595 a 605° C, forma de suministro: chapa placada por soldadura heterogénea; L-AIS¡7,5 Intervalo de fusión entre 575 y 615° C, temperatura de trabajo 605 a 61 5^o C, forma de suministro: chapa placada por soldadura heterogénea.

Soldadura blanda (DIN 1707), para la composición v. tabla 34.

L-SnZn10 Solidus 200° C.liquidus 250° C, soldadura por fricción, preferentemente para soldadura por ultrasonido;

L-SnZn40 Solidus 200° C, Iiquidus340° C, soldadura por fricción para cubiertas de cables de aluminio (susceptibles de modelado), también para soldadura hete­rogénea con fundentes que forman soldadura (tipo F-LW1);

L-CdZn20 Solidus 265°C, liquidus 280° C, para soldadura heterogénea con fundentes de soldadura blanda (tipo F-LW2);

L-ZnAI5 Solidus 380° C, liquidus 390° C, para soldaduras por inmersión, ultrasoni­do y en hornos.

Además de éstas se encuentran en el mercado gran número de aleaciones para soldadura blanda de aluminio con las denominaciones de las casas productoras; los límites de las composiciones normalizadas se hallan tan ampliamente introducidos que quedan comprendidos en ellos la mayoría de los materiales para soldadura blanda que han probado ser idóneos.

Fundentes

Los fundentes sirven, igual que en la fundición homogénea del aluminio, para eliminar la capa de óxido que obstaculiza el mojado de la superficie metálica con el material de soldadura líquido. Según la norma DIN 8511 parte 3 se clasifican los fundentes para la soldadura heterogénea del aluminio según los siguientes grupos:

Fundentes para soldaduras fuertes (grupo F-LH)

Tipo F-LH 1:

Fundentes a base de cloruros y fluoruros higroscópicos, principalmente compuestos de litio; los residuos del fundente deben ser lavados con ácido nítrico diluido y/o agua ca­liente; forma de suministro: polvo.

Tipo F-LH 2:

Fundentes a base de fluoruros no higroscópicos; los residuos pueden quedar, en general, sobre la pieza; las zonas de soldadura deben ser protegidas contra la humedad; forma de suministro: polvo.

Fundentes para soldadura blanda (grupo F-LW)

Tipo F-LW 1:

Fundentes que forman soldadura a base de cloruro de zinc y/o de estaño en ciertos casos con adición de cloruros alcalinos o sustancias orgánicas; estos fundentes reaccio­nan bajo la acción del calor con el óxido de aluminio o con el aluminio, con separación del metal pesado contenido en el fundente, el cual actúa como soldadura o provoca la unión con la aleación de soldadura que se haya de utilizar. Los materiales para solda­dura blanda que ocasionalmente puedan usarse se obtienen a base de cinc o cadmio (v. DIN 8512); los residuos de fundentes deben eliminarse; forma de suministro: pasta (mezcla de fundentes y material de soldadura).

Tipo F-LW 2:

Fundente a base de compuestos orgánicos puros (por ejemplo aminas); los residuos del fundente deben ser eliminados; forma de suministro: líquido.

Tipo F-LW3:

Fundentes a base de compuestos halógenos orgánicos; los residuos del fundente deben eliminarse; forma de suministro: líquido.

Los fundentes F-LW 2 y F-LW 3 se utilizan, en general, con soldaduras blandas a temperaturas de trabajo entre 200 y 300° C; por encima de 300° Cestos fun­dentes se carbonizan.

Medidas de seguridad

El contacto de los fundentes con la piel, principalmente si existen heridas, debe evitarse. El taller o el puesto de trabajo deben tener suficiente ventilación. Estas indicacio­nes deben llevarlas todos los embalajes. Con respecto a la ventilación del taller y del puesto de trabajo debe consultarse la instrucción VBG 15 (soldadura, corte y procedi­mientos similares). Cuando existan salpicaduras o ataques corrosivos es necesario la­var reiteradamente con agua pura, y las zonas afectadas por ataque corrosivo debe tratarlas posteriormente el médico especialista.

Soldadura fuerte con fundentes

Las temperaturas de trabajo para la soldadura fuerte del aluminio se hallan alrededor de los 600° C para los materiales de soldadura normalizados. Los procedimientos de sol­dadura fuerte que se expondrán a continuación se denominan según las instalaciones utilizadas, debido a que son determinantes del proceso de soldadura. La soldadura con calentamiento inductivo por alta frecuencia apenas se utiliza en la

Configuración de las zonas de unión

Los procesos en la soldadura fuerte del aluminio dependen de la capilaridad, que lleva el material de soldadura líquida a la hendidura. Al configurar las zonas de unión debe tenerse en cuenta que la hendidura en la zona de soldadura permita una buena fluencia del material de soldadura y la evacuación del fundente. Si la amplitud de la hen­didura en la zona de soldadura es correcta, el material de soldadura atraído por capila­ridad empuja por delante al fundente. Por lo tanto, la hendidura debe tener por un lado la anchura suficiente para que el fundente pueda ser empujado fuera de la rendija de unión. Pero debe ser suficientemente estrecha para facilitar la acción capilar que arras­tra al material líquido de soldadura. Si la hendidura se mantiene demasiado estrecha puede suceder que solamente absorba al fundente por succión, en tanto que se obsta­culice la entrada del material de soldadura. En este último caso se puede formar una cos­tura porosa con inclusiones de fundente. En los cuerpos huecos cerrados, debe estar pre­vista, además, la posibilidad de eliminación de los gases que se desprendan en la sol­dadura fuerte.

Cuando el trayecto para el soldeo es demasiado largo, es decir, la longitud de solape ex­cesivamente grande, a veces puede suceder que la capilaridad no sea suficiente para ha­cer llegar el material de soldadura a toda la longitud de unión. La mejor posibilidad de obtener la seguridad en el proceso es efectuar una soldadura de prueba con la que se establece si el material de soldadura se absorbe totalmente y forma una bue­na costura de garganta redondeada en el otro extremo del solape. Si se coloca material de soldadura en los dos extremos de un solape, suele ser empujado el fundente desde los dos extremos hacia el centro y en este caso no puede evacuarse.

Por eso es de im­portancia fundamental que el material de soldadura fluya sólo en una dirección. La cons­trucción de las piezas a unir incluye el diseño de las zonas de unión; el constructor tie­ne que tener en cuenta las características de la soldadura fuerte. Se deben incluir, por lo tanto, también aquellas medidas que impidan el que las piezas a unir se puedan des­plazar involuntariamente unas de otras durante el proceso de la soldadura.

Se puede conseguir un auto enderezamiento o "engrapado" de las piezas a unir mediante conformación del material (ensambladura, rebordeado, etc.), soldadura por resis­tencia por puntos, soldadura ligera, espárragos, remaches o simplemente encastando. Los ejemplos de la Fig. 45 muestran algunas posibilidades utilizadas con éxito. En algunos casos sólo es posible fijar las piezas a unir, en la posición deseada, mediante dis­positivos apropiados de sujeción. Esto es aplicable, por ejemplo, para la soldadura fuer­te en baño de fundente, debido a que sólo las piezas que se han encastado sin fuerte sujeción se pueden desplazar, unas con respecto de las otras, por un efecto de empuje. Las diferencias en la dilatación térmica de los dispositivos se compensan mediante el uso de resortes. En la Fig. 46 se muestran algunas formas de unión para la soldadura heterogénea con soplete y en horno en las que las piezas a unir pueden fijar por grave­dad (que puede aumentarse con pesos colocados encima), o por dispositivos sencillos con alojamientos de aprieto (sin tensores).

Fig. 45 - Fijación de las piezas a unir por conformación local, a) fijación mediante solape-b) recalcado o expansión; c) rebordeado o acanalado; d) bloques o abocardado.-

Fig. 46  Formas de unión para soldadura con soplete o en horno; a, unión a solape con chapa escalonada, b costura rebordeada, 3 tubo con chapa lisa, d costura en ángulo, e tubo con nervadura o brida, f tubo con tapa, g tubo con tubo, h tubo con pletina o con base, 1 alambre de soldar, 2 anillo de alambre de soldar.-

Modo de actuar de los fundentes en la soldadura fuerte

El fundente disuelve al óxido de aluminio en pequeñas plaquitas del metal. Estas plaquitas o láminas de óxido aumentan la viscosidad del fundente; tienen tendencia ade­más a formar una capa compacta y conexa sobre el fundente, la cual dificulta la diso­lución de la capa de fundente situada debajo cuando se haya de efectuar una limpieza posterior de la zona soldada. Los componentes del fundente pueden formar con la hu­medad oxicloruros que se disuelven muy difícilmente en el agua. Sin embargo, sus restos deben ser eliminados para cortar los problemas de corrosión e impurezas que pudieran presentarse; incluso pueden provocar un fallo prematuro de una pieza de construcción a causa de la corrosión aún en el caso de que se hallen totalmente embebidos en el metal. Si la soldadura ha alcanzado a lo largo de toda la costura el otro extremo del solape o de la hendidura a soldarse puede considerar que la costura está libre de inclusiones de fundente.

Las causas de las inclusiones de fundente pueden ser: anchura incorrecta de la rendija de soldadura, zonas de soldadura únicamente asequibles por un lado, excesiva longitud del solape, penetración del material de soldadura por ambos extremos de un sola­pe, calentamiento demasiado breve, cantidad de material de soldadura insuficiente, ma­terial de soldadura o fundente inapropiados.

Aplicación de los fundentes para la soldadura fuerte y de los materiales de soldar

Para la soldadura con soplete y en horno se suele remover el fundente en forma de pol­vo con agua o alcohol hasta que forma una pasta. Se aplica ésta después con un pincel o brocha sobre toda la zona de la unión a soldar. Cuando se suelda en baño de funden­te (baño de fundentes, de composición especial, fundidos mediante calentamiento por resistencia) se produce una distribución del fundente por el baño, que sirve al mismo tiempo como medio transmisor del calor. En tanto que en la soldadura con soplete se puede trabajar, a elección, con material de soldadura aplicado o incorporado, en el caso de la soldadura en horno, cuando se trata de utilizar baño de fundente u otros procedi­mientos en los cuales la zona a fundir no es asequible durante el proceso de soldadu­ra, el material de soldadura debe ir siempre incorporado. Cuando se utilizan piezas a unir de chapas placadas por soldadura no se requiere adición de material de aportación por separado. En todos los procedimientos de soldadura heterogénea es posible la uti­lización de moldes; además se utilizan pastas de soldar conteniendo fundente, las cua­les se pueden aplicar con un dispositivo de aspersión o inyección como si fuera una cos­tura de garganta de soldadura homogénea. Al utilizar tales pastas para la soldadura he­terogénea con baño de fundente, se debe dar la pasta antes del precalentamiento, a fin de que el material de aportación se pueda "cocer" hasta formar una masa de resisten­cia suficiente. Los lugares que no se desee que el material de aportación los moje, se pueden recubrir con diversos materiales para su protección. Esto puede ser necesario para la soldadura en horno o en baño de fundente. Cuando se trata de soldadura con soplete no son necesarias estas protecciones, porque el flujo de fusión puede verse e interrumpirse cuando convenga.

Procedimiento de soldadura fuerte con fundente. Práctica de la misma

Soldadura con soplete

Preparación. Las zonas a soldar deben limpiarse bien con cepillo de alambre, rasqueta, lana de acero, o lija, hasta conseguir en ellas un brillo metálico, con objeto de que el material de aportación pueda fluir y mojar. Seguidamente se deben aplicar el alam­bre de soldar y el fundente, o el material de aportación en grano y el fundente (en este caso sólo cuando se suelda con material incorporado); cuando el material de aportación se aplica simplemente se puede añadir el fundente, también, a la varilla de soldar calentada. La fijación de las piezas a unir por soldadura se realiza en la posición pres­crita (en el dispositivo o, si fuera preciso, con alambre). Mediante una configuración apro­piada de las piezas se puede conseguir, en muchos casos, un auto centrado de las mis­mas. La sujeción debe poder mantener las piezas en su posición hasta que se pro­duzca la solidificación.

Ejecución. La pieza preparada se calienta con llama de gas combustible y oxígeno o gas combustible y aire hasta la temperatura de trabajo. De esta manera se licúa el material de soldadura incorporado y llena la hendidura o rendija de soldadura por completo. Cuan­do se trabaja con material aplicado se debe calentar la pieza previamente a la tempe­ratura de soldar.

Secuencias de trabajo subsiguientes. Las zonas soldadas se deben limpiar a continuación para liberarlas de restos de fundente, mediante lavado con agua caliente o con vapor húmedo (en las zonas soldadas de fácil acceso); a continuación, inmersión en áci­do nítrico al 10%, después lavado con agua caliente (en piezas complicadas). Después del lavado de los fundentes se deben secar las piezas en corriente de aire caliente. Si se utilizan fundentes del tipo F-LH2 es recomendable eliminar los restos de éstos pero no absolutamente necesario.

Soldadura en horno

                                              

Preparación. Estos trabajos se corresponden con la soldadura heterogénea con soplete. La limpieza y eliminación de la capa de óxido se realiza, para piezas en serie, en ba­ños de desengrasado y decapado; no se realiza la soldadura con material aplicado.

Ejecución. La soldadura en hornos eléctricos o calentados con gas, con una regulación y control exacto de temperatura (exactitud mínima de ± 5^o C), hace posible también la soldadura fuerte de aleaciones de aluminio con temperaturas de solidus de alrededor de 600° C. Los hornos deben tener gran rendimiento calorífico, para poder calentar las piezas rápidamente hasta la temperatura de trabajo, e impedir una difusión profunda de los componentes del material de aportación en el metal base (peligro de fusión). Des­pués de realizada la soldadura se debe enfriar rápidamente de nuevo por debajo de la temperatura de solidus del material de aportación. Estas condiciones se cumplen de la mejor manera mediante hornos continuos con zonas de calentamiento, de soldadura y de enfriamiento. La soldadura en hornos calentados por resistencia y atmósfera seca (punto de rocío hasta — 45° C) ha demostrado ser la más favorable. El fundente necesario es, en este caso, menor y la limpieza después de la soldadura, más fácil, debido a que en la atmósfera seca del horno se halla fuertemente limitada la formación de oxicloruros. La soldadura en horno es apropiada especialmente para uniones de piezas en serie. La carga simultánea con piezas de distintos espesores de pared tiene el peligro de que se produzca un calentamiento insuficiente de las paredes más gruesas o la re aleación en las paredes más finas.

Secuencia de trabajos subsiguientes. La limpieza de las zonas soldadas se realiza igual que en la soldadura con soplete. En las aleaciones endurecibles y soldables con sol­dadura fuerte se puede enfriar, después de soldar, en una zona de enfriamiento situa­da sobre la temperatura de recocido de disolución del material, de modo que puede enfriarse inmediatamente después de salir del horno de soldadura. Para las pie­zas de paredes finas se recomienda el enfriamiento con duchas de agua situadas en su entorno, para impedir distorsiones. Durante el enfriamiento a partir de la temperatura de recocido de disolución se desprenden los restos de fundente y, en algunos casos, no se precisa otro tratamiento posterior.

Soldadura fuerte en baño de fundente (soldadura en baño de sales).

En este proceso se sumergen las piezas a unir, encaradas, fijas entre sí y provistas del material de aportación incorporado, en un baño de fundente fundido, que se mantiene a la temperatura de trabajo mediante resistencias. La aplicación del fundente como me­dio simultáneo de transporte de calor tiene importantes ventajas: no se requiere apli­cación especial de fundente; el fundente transmite el calor también a I interior de las pie­zas con paredes complicadas y que tengan muchas hosquedades, sin que sufran sobre­calentamiento las partes situadas al exterior; las piezas sumergidas en el baño de fun­dente quedan protegidas durante el proceso de soldadura, contra una indeseada con­taminación y corrosión, como consecuencia de la atmósfera caliente o por los compo­nentes del combustible; en las uniones soldadas de piezas de construcción para la téc­nica de alta frecuencia, se pueden mantener tolerancias muy estrictas (tolerancias de + 0,05 mm pueden mantenerse en el transcurso normal del acabado).

La soldadura en baño fundente permite además libertad en el diseño de zonas de solda­dura de difícil acceso — aunque sean miles en una sola pieza. El proceso ofrece la po­sibilidad de unir chapas de aluminio muy delgadas. Las construcciones soldadas con­seguidas de esta forma pueden ser menores, más ligeras y baratas que las que se ob­tienen, por ejemplo, por soldadura homogénea. Los intercambiadores de calor forma­dos por chapas de aluminio alternativamente planas y curvadas o a partir de piezas con diversas formas y dobleces, son un buen ejemplo para el tipo de construcción que pue­de fabricarse por soldadura en baño de fundente. Como consecuencia del precalentamiento y la acción de empuje ascendente del caldo de fusión, que protege a las partes de paredes delgadas contra la deformación, el proceso ha demostrado ser muy adecua­do para la fabricación de radiadores, refrigeradores intermedios, convectores y unida­des análogas para la transmisión del calor.

Instalación. Para el baño de fundente se utiliza en la práctica un recipiente de chapa de acero revestido interiormente con material refractario resistente a los ácidos. El calentamiento del baño tiene lugar por resistencia, formando el fundente mismo la resis­tencia calefactora. La corriente de calefacción se conduce a través de electrodos en forma de varilla, que están rodeados, total o parcialmente, por el fundente fundido. Los electrodos están formados de aleaciones de níquel, que son las más estables frente al fundente líquido y no producen contaminación del contenido del baño. La regulación de la temperatura del baño a ± 5^o C se realiza mediante termopares.

Preparación. Para la obtención de uniones soldadas sólidas, las superficies han de estar completamente limpias, sin nada de aceite o grasa. Para el trabajo con aleaciones de aluminio no endurecibles se puede utilizar, indistintamente, la limpieza por vapor o por inmersión. En las aleaciones endurecibles es necesario, la mayoría de las veces, decapar para eliminar las capas de óxido tenaces y adherentes, que se forman sobre estos materiales. Se pueden conseguir muchos medios decapantes apropiados para estos fines (en parte patentados). También es apropiado para la eliminación de las capas de óxido el uso de lana de acero, papeles de lija o cepillos giratorios de alambre. Las rebabas existentes se pueden eliminar mecánica o químicamente. La rebaba no eli­minada influye sobre la fluencia del material de soldadura y puede producir inclusio­nes de fundente. Las piezas a soldar se encaran seguidamente en dispositivos de alu­minio o de aleaciones de níquel, en el caso de que no sea suficiente otra de las posibi­lidades de sujeción descritas. Cuando el material de aportación no se aplique en for­ma de capa de placado, se deben utilizar moldes.

Ejecución. El precalentamiento de las piezas a soldar en el baño de fusión, junto con los dispositivos de fijación, debe alcanzar unos 540 a 565° C,  es decir, lo más próximo posible a la temperatura de trabajo de la soldadura. Para ello se recomienda hornos de aire de circulación forzada, en los cuales se consigue un rápido calentamiento uniforme. Los hornos calentados por gas, en los que las piezas pueden ser lamidas por la llama, no deben utilizarse para piezas de aleaciones AIMgSi, debido a que, en las alea­ciones de este tipo puede presentarse una oxidación a temperatura elevada que impi­de la fluencia del material de aportación. Sin precalentamiento pueden solidificarse los fundentes en las partes más gruesas y además, como consecuencia de un calentamien­to irregular, pueden aparecer distorsiones en las piezas a unir; la soldadura podría sufrir retrasos. En las partes más delgadas podrían producirse fusiones, como conse­cuencia de haberse formado aleación. Además, como consecuencia de la humedad arrastrada por las piezas a unir o por los útiles de fijación, podrían también aparecer erupciones en el baño.

Secuencia de trabajos subsiguientes. Después del precalentamiento se sumergen las piezas en el baño fundente durante un intervalo de tiempo perfectamente determinado. Después del proceso de soldadura deben sacarse las piezas cuidadosamente del baño, a fin de que el material de aportación todavía líquido, no se vierta. Las piezas deben mante­nerse quietas hasta que el material de aportación se solidifique y el fundente se haya desprendido por goteo. Seguidamente pueden refrigerarse las piezas en corriente de aire o con niebla de aspersión, también en baño de agua, y eliminar el fundente que aún se halle adherido a ellas de la misma manera que se indicó para la soldadura en hor­no o con soplete. Hay que asegurarse de que las piezas estén secas por dentro y por fuera. El secado con aire caliente debe realizarse, lo más pronto posible, después del ci­clo de lavado utilizado para la eliminación del fundente. Con el fin de mejorar las ca­racterísticas mecánicas de las aleaciones endurecibles deben almacenarse en caliente después de la soldadura y del enfriamiento.

Soldadura fuerte sin fundente

Los residuos de fundente son un peligro de corrosión latente en presencia de medios acuosos y la eliminación total de todos los residuos exige un gasto considerable en mano de obra. En los últimos años se ha hecho un esfuerzo muy significativo para desarrollar procedimientos que hicieran posible la soldadura fuerte sin fundente. Los pro­cedimientos desarrollados de garantía — soldadura fuerte al vacío y soldadura fuerte bajo gas protector se basan en que la dilatación térmica del aluminio es, aproximada­mente, el triple que la del óxido de aluminio. La capa de óxido se rasga por la acción del calor y el metal líquido puede penetrar bajo ella. La forma de unión que ha demostra­do ser mejor en ambos procedimientos es el principio de "aristas vivas sobre chapa pla­cada por soldadura". Mediante este sistema se atraviesa la capa de óxido que se forma en el placado y las laminillas de óxido se desplazan por empuje de las zonas de unión; por rozamiento en los flancos de la contrapieza en forma de V, se favorece adicional-mente la fluencia. Las uniones a solape se pueden ejecutar igualmente pero la resis­tencia mecánica en tales zonas de unión es considerablemente menor. Condición im­prescindible para una soldadura fuerte sin fundente es una escrupulosa limpieza y de­sengrasado de las piezas a unir. La capa de óxido debe ser lo más delgada posible a la vez que la humedad depositada ha de ser mínima.

Material de aportación para soldadura fuerte sin fundente

Paralelamente al desarrollo de los procedimientos se han realizado investigaciones para conseguir soldaduras fuertes, cuyas temperaturas de trabajo se hallen por debajo de las hasta ahora habituales en los tipos AISi, y que presenten mejor capacidad de fluencia y mojado que éstas. Por adición de escandio, itrio y de metales del grupo de los lantánidos se acelera el curso del proceso de soldadura. Según otras investigaciones, las alea­ciones de los tipos AIS ¡Ge, AISin y AISiY tienen ventajas frente a las aleaciones AlSieu-técticas con respecto al descenso de la temperatura de trabajo, así como a la capacidad de fluencia y mojado. En conexión con las soldaduras con gas protector (v. 10.3.7.3) se mencionan soldadura de AISi con adiciones de antimonio, bario, berilio, estroncio y bis­muto, que son capaces de mojar la capa de óxido residual en atmósfera no oxidante.

Procedimiento de soldadura fuerte sin fundente

Soldadura fuerte al vacío

Los datos sobre el vacío necesario se refieren a valores entre 10^A hasta 10^S bar. Se tie­ne la impresión de que el hidrógeno presente en los límites de grano de las piezas a unir o de la soldadura, el cual a elevada temperatura y al vacío se separa, ejerce una cierta acción desoxidante. Los componentes, como el hidrógeno, presentes en un vacío que no llega al 100%, se “neutralizan" por vapores metálicos activos; este "afinador de vacío" realiza también una cierta reducción del óxido de aluminio. Se pueden utilizar como "afinadores de vacío" metales como el litio, magnesio y calcio. Prin­cipalmente se usa el magnesio, que con objeto de aminorar los depósitos de óxido de magnesio en las paredes del horno, no se evapora en una cápsula, sino que se añade aleado al metal de aportación (por ejemplo AISi10Mg1,5). Además de hornos de vacío con compuertas de vacío, zonas de precalentamiento, de soldadura y de refrigeración, se utilizan para la fabricación de intercambiadores de calor y placas sandwich, placas de calefacción planas u onduladas provistas de canales de refrigeración, entre las cua­les se colocan las piezas a unir preparadas en carcasas o armaduras de chapa flexibles pero muy estancas al vacío. Después de evacuar el aire de esta carcasa de chapa, se pro­duce el proceso de soldadura utilizando una fuerza compresora. Con objeto de acelerar la solidificación de la soldadura (impidiendo la formación de aleaciones no deseadas por difusión y reducción del tiempo del ciclo) se enfrían las placas de calefacción de acuer­do con un programa basado en los parámetros calor-tiempo determinados experimental-mente.

Relacionadas con la soldadura fuerte al vacío se han desarrollado nuevas técnicas de enfriamiento con gas, por las que las piezas soldadas, una vez enfriadas a la temperatura de recocido de disolución, se enfrían mediante una corriente de gas que sale de un conjunto de boquillas situadas en torno a la pieza. Como "gas de enfriamien­to" se utiliza argón la mayoría de las veces.

Los inconveniente de la soldadura al vacío en atmósfera afinadora, son los ya mencionados depósitos de óxido de magnesio que, además, son higroscópicos y dificultan la evacuación por absorción de humedad del aire así como la transmisión de calor exclu­sivamente por radiación. LaaleaciónAIZnl placada para protección catódica, puede que­dar fuertemente perjudicada en su efectividad como consecuencia de la evaporación de cinc; para tener después de la soldadura un contenido en cinc suficiente, se debe adi­cionar hasta un 3% de aquél, de acuerdo con los datos expuestos en la bibliografía.

Soldadura fuerte bajo gas protector

En las soldaduras con gas protector se eliminan las impurezas del horno de sol­dadura mediante metales afinadores de vacío, y se mejora la transmisión del calor por conducción y convección. Un procedimiento desarrollado en Alemania utiliza como gas protector N₂ seco (punto de rocío— 60° C)y un material de aportación de tipo aná­logo al AISMOBi. En la protección catódica por placado de AlZn desaparecen los problemas, como consecuencia de la evaporación de Zn. El gasto para desengrasar y de­sengrasar por decapado, lavar y secar corresponde, más o menos, al de la soldadura al vacío, pero los ciclos pueden llegar a ser hasta un 20% más cor­tos que los necesarios para la soldadura al vacío. Los materiales de aportación desarro­llados para la soldadura con gas protector se pueden utilizar también para la soldadura al vacío y no requieren entonces metal afinador.

Soldadura blanda

La soldadura blanda del aluminio tiene importancia práctica sólo para las uniones que se realizan en Electrotecnia, por ejemplo, para uniones en cables o conexiones de bobinas. En general se debe sustituir, en primer lugar, la capa de óxido por una capa de soldadura ("estañado previo"); seguidamente puede procederse a la unión por solda­dura blanda en la forma habitual. Las uniones por soldadura blanda realizadas conve­nientemente, son seguras y satisfacen las exigencias que se imponen a las conexio­nes eléctricas. En la tabla 10.33 se hallan datos sobre la soldabilidad de diversos ma­teriales y las características de las uniones soldadas.

Características del proceso

Antes de utilizar la soldadura blanda se deben sopesar las ventajas e inconvenientes frente a otros procedimientos. La temperatura de trabajo más baja no es, por ejemplo, garantía de que no se perjudiquen los materiales sensibles a la temperatura de las piezas a unir, pues a causa de la mayor duración del proceso y la buena conductivi­dad térmica del aluminio, el gradiente de temperatura en las piezas a un ir transcurre de forma considerablemente más plana. Entre las ventajas se cuentan que los apa­ratos son relativamente más sencillos y ligeros, lo que los hace fácilmente transportables, (botellas de gas líquido y soplete de gas-aire), por lo que se pueden uti­lizar en cualquier parte sin necesidad de otra fuente de energía. Frente a la soldadura por gas existe, además, la ventaja de que se puede soldar también sin fundente. Como inconveniente se puede señalar, sin contar la escasa resistencia mecánica de la unión soldada, la poca estabilidad ante la corrosión, como consecuencia de la elevada dife­rencia de potencial entre la soldadura y las piezas a unir, que no admite el anodizado de las piezas con soldadura blanda.

Procedimiento para la soldadura blanda

Soldadura por fricción

En la soldadura por fricción no se requiere fundente alguno. El material de aportación se frota contra la pieza calentada a la temperatura de trabajo; se forma así una delgada capa de material de aportación fundido, cuya película de óxido se rompe con pincel de fibra de vidrio o cepillo de alambre (también cepillos de pinceles giratorios); esto puede realizarse, también, incluso con la varilla de soldar. El material de aportación moja y pro­tege de nueva oxidación; seguidamente puede terminarse la unión mediante otra apli­cación de material de aportación. No se requiere tratamiento posterior. Para piezas pe­queñas (láminas, alambres delgados) se puede utilizar el soldador. En general este sue­le ser de cobre o níquel, relativamente grande y se debe calentar casi hasta el rojo incipiente. Este soldador se debe recubrir, por fricción, con el material de aportación. Para soldar se debe frotar ligeramente la zona, previamente pulida, con el soldador, al cual se ha de añadir material de aportación, según se estime necesario.

La piedra de amoníaco y los líquidos para soldar son ineficaces y no deben emplearse.

Soldadura por ultrasonido

En la soldadura por ultrasonido se destruye la capa de óxido por la cavitación del material de soldadura líquido excitado por ultrasonido; el material de aportación pue­de mojar. Los dominios principales de aplicación del proceso son la soldadura por inmersión de los manguitos de retorno en los intercambiadores de calor de aluminio, para aparatos de climatización y para las uniones acodadas en los marcos de ventana, de cris­tales múltiples calorífugos, utilizando la soldadura L-Zn AI5. La soldadura con soldador excitado por ultrasonido apenas tiene todavía importancia.

Soldadura con fundentes que forman material de aportación

El material de aportación se halla contenido en forma de halogenuros (cloruros y fluoruros) de estaño y cinc en los fundentes (sales de soldar). A la temperatura de trabajo reaccionan los halogenuros con el aluminio y destruyen la capa de óxido. Se libera el material de aportación y se deposita sobre el aluminio como una delgada película, pero que en general no es suficiente para una soldadura de unión. Los fundentes que for­man el material de aportación (tipo F-LW 1, según DIN 8511 Parte 3) se preparan, la mayoría de las veces, con adición de L-SnZn40. Los residuos de fundente deben lavar­se de modo que no quede nada de ellos.

Soldadura con fundentes de soldadura blanda

Los fundentes con temperatura de acción baja del tipo F-LW 2 y F-LW 3 (intervalo de 200 a 350° C) permiten la soldadura blanda del aluminio de manera análoga a como es habitual en el acero y metales pesados. Se utilizan con el material de aportación LCdZn 20. Estos fundentes para soldadura blanda tienen preferentemente constituyentes or­gánicos, que son muy sensibles frente a un sobrecalentamiento. En la soldadura con soplete no debe dirigirse por lo tanto la llama hacia el fundente. Los restos de fundente deben eliminarse.