SOLDARGEN

CONSIDERACIONES PARA SOLDAR ALUMINIO

Encausar problemas en su operación de soldadura de manera rápida y eficiente ayuda a minimizar el tiempo improductivo y los costos innecesarios, pero visualizar y evitar problemas desde el principio es mucho más beneficioso, sin importar el material que esté usando para la aplicación.

Soldar aluminio plantea algunos retos únicos. Además de un punto de fusión bajo y una alta conductividad térmica, el aluminio es especialmente propenso a perforación por quemadura en secciones delgadas, y puede experimentar falta de fusión en secciones gruesas. Defectos de soldadura como fracturas, tizne/hollín de la soldadura y porosidad, también son grandes problemas.

Sin embargo, las propiedades del aluminio lo hacen muy atractivo para muchas aplicaciones, la resistencia a la corrosión y la alta relación resistencia peso, así como su alta conductividad térmica lo hacen una excelente opción para muchas aplicaciones, desde la industria aeroespacial, bélica y automotriz.-

Para no producir un impacto negativo en la calidad y productividad, es importante conocer las causas de los defectos de las soldaduras del aluminio, implementar pasos para evitarlos, y buscar maneras de rectificar rápidamente errores en caso se presenten.-

Para evitar obstáculos en la soldadura del aluminio, los fabricantes necesitan saber más acerca del proceso.  Aquí tiene las respuestas a algunas preguntas para ayudarle a resolver problemas del proceso.

¿Qué causa fracturas al sol­dar aluminio?

Pueden ocurrir fracturas por calor y fracturas por esfuerzo durante los procesos de soldadura del aluminio por arco metálico con gas (MIG)  y por arco de tungsteno con gas (TIG) .  Ambos tipos de fracturas, incluso cuando son pequeñas, pueden evitar que las soldaduras cumplan con requerimientos de códigos, y eventualmente pueden conducir a una falla de la soldadura. Las fracturas por calor son predominantemente un problema de química, mientras que las fracturas por esfuerzo son resultado de esfuerzos mecánicos.

Hay tres factores principales que pueden aumentar la probabilidad de que ocurra fractura por calor al soldar aluminio. El primer factor es qué sea susceptible a fracturas el material base. Por ejemplo, algunas aleaciones, como la serie 6000, son más propensas a fracturas que otras. El segundo factor es el metal de aportación que se use. El tercero es el diseño de la junta, algunos diseños de junta restringen la adición de metal de aportación.

Puede ocurrir fractura por esfuerzo cuando una soldadura de aluminio se enfría y durante la solidificación se presentan esfuerzos de contracción excesivos. Esto podría deberse a un perfil de cordón cóncavo, una velocidad de viaje demasiado lenta, una junta altamente restringida, o depresión al final de la soldadura (fractura de cráter).

¿Cómo evitar las fracturas?

En algunos casos, evitar las fracturas por calor puede ser tan simple como elegir un metal de aportación con una química de metal de soldadura menos sensible a las fracturas. Cada metal de aportación para aluminio tiene una clasificación AWS (American Welding Society) que corresponde al número de registro de la Aluminum Association, y juntos los dos identifican la química de la aleación en particular.

Consulte siempre una guía seria de selección del metal de aportación para hacer la mejor elección, porque no todos los metales de aportación de aluminio son adecuados para cada material base de aluminio. Algunas guías de metales de aportación dan recomendaciones específicamente para diversas características de soldadura, como fracturas, resistencia, ductilidad, resistencia a la corrosión, servicio a temperatura elevada, coinci­dencia de color después del anodizado, tratamiento térmico postsoldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) y dureza. Si las fracturas representan un problema, seleccione el metal de aportación que tenga el valor más alto en la categoría de fracturas.

Además, usar un diseño de junta apropiado puede ayudar a evitar las fracturas por calor. Por ejemplo, una soldadura de ranura biselada es una buena opción, porque permite la adición de mayores cantidades de metal de aportación, lo que aumenta la cantidad de dilución del metal base, haciéndolo menos propenso a fracturas.

Es posible evitar fracturas por esfuerzo usando un metal de aportación que contenga silicio. Cuando sea permisible, este tipo de metal de aportación reduce los esfuerzos por contracción, particularmente en áreas sensibles a la fractura como el inicio y el final de la soldadura (o cráteres). Además, use una función automatizada de relleno de cráter u otros métodos aprobados de relleno de cráteres para minimizar la posibilidad de que ocurran fracturas en el cráter. Aumentar la velocidad de viaje también puede ayudar a reducir la posibilidad de fracturas por esfuerzo en aluminio, al reducir la zona afectada por el calor (HAZ, por sus siglas en inglés), y al reducir cuánto metal base se funde.

El pre-calentamiento también es una opción para combatir las fracturas por esfuerzo, debido a que minimiza los niveles de esfuerzo residual presentes en el material base durante y después de la soldadura. Un monitoreo estrecho de la entrada de calor es clave para hacer este trabajo. Demasiado calor puede reducir la resistencia a la tensión del material base en algunas aleaciones a niveles inaceptables.

¿Cómo elimino la porosidad?

La porosidad es una discontinuidad común que ocurre principalmente cuando entra hidrógeno al pozo de soldadura durante la fusión y luego queda atrapado en la soldadura durante la solidificación. Puede hacer varias cosas para evitar que esto ocurra. Primero, asegúrese de que el metal base y el metal de aportación esté limpio y seco. Limpie el aluminio antes de soldar usando un solvente y un paño limpio para remover pintura, aceite, grasa o lubricantes que pudieran introducir hidrocarburos a la soldadura. Luego cepille la junta de soldadura con un cepillo de acero inoxidable limpio exclusivo para este trabajo. Si el metal base de aluminio ha estado almacenado en un lugar frío, deje que se aclimate a la temperatura en el taller durante 24 horas antes de empezar el proceso de soldadura. Esto evita que se forme condensación en el aluminio.

Almacenar metales de aportación sin empacar en un gabinete o cuarto calentado también puede ayudar a reducir el riesgo de porosidad. Hacerlo evita que los productos pasen por puntos de rocío y minimiza la posibilidad de que se desarrolle óxido hidratado en la superficie de alambres MIG o varillas TIG.

Siempre es buena idea comprar metales de aportación a un fabricante de confianza, pues estas compañías típica­mente pulen con diamante los alambres MIG y varillas TIG  para eliminar óxidos perjudiciales, y siguen procedimientos para producir compuestos con bajo contenido de hidrógeno residual.

Finalmente, considere comprar gases de protección con punto de rocío bajo como protección contra la porosidad. Siga todos los procedimientos de soldadura recomendados para velocidades de flujo del gas de protección y ciclos de purga.

Como con todo proceso de soldadura en cualquier material, seguir algunas directrices básicas es crítico para obtener los mejores resultados. La composición química y mecánica del aluminio puede hacer el proceso un poco complicado. Siga siempre las mejores prácticas para limpiar y almacenar el material y los metales de aportación, y seleccione cuidadosamente   el   equipo   adecuado.

¿Cuál es la mejor manera de evitar la perforación por quemadura o una mala pen­etración?

Usar un proceso de MIG pulsado es una gran defensa contra la perforación por quemadura en aluminio de 12 mm o más delgado. Las fuentes de poder con esta capacidad operan cambiando entre un corriente pico alto y una corriente de fondo baja. En la fase de corriente pico, una gota del alambre de aluminio se desprende y es impulsada hacia la junta de soldadura, mientras que durante la fase de corriente de fondo baja, el arco permanece estable sin transferencia de metal. La combinación de estas corrientes de pico alta y de fondo baja reduce la entrada de calor para evitar perforación por quemadura, y ofrece el beneficio extra de generar poca salpicadura o ninguna.

Al soldar aluminio grueso, es espe­cialmente importante poner el ampe­raje suficientemente alto para penetrar la junta adecuadamente. Una buena regla empírica es usar 250 amperes para soldar material de 6 mm de espesor, y unos 350 amperes para soldar material de 12 mm de espesor. En algunos casos, considere agregar helio a la mezcla de gas de protección por su capacidad de brindar un arco más caliente y más penetrante en secciones más gruesas. Para el proceso de MIG, una mezcla de 75 por ciento de helio balanceada con 25 por ciento de argón es una buena opción. Use una mezcla de 25 por ciento de helio y 75 por ciento de argón al soldar secciones gruesas de aluminio con TIG para aumentar la penetración.

¿Por qué mis soldaduras están decoloradas?

Hay decoloración y tizne cuando se colectan óxidos de aluminio o magnesio en el material base y en la soldadura. Este fenómeno es más común durante la soldadura MIG porque conforme el alambre de aportación pasa por el arco y se funde, parte de éste alcanza la temperatura de evaporación y se condensa en el metal base más frío que no es protegido adecuadamente por el gas de protección.

Elegir el metal de aportación adecuado, por ejemplo, un metal de aportación de aluminio serie 4000 que contiene poco o ningún magnesio (en comparación con metales de aportación de aluminio serie 5000 que contienen alrededor de 5 por ciento de magnesio), reduce la posibilidad de que este elemento se evapore en el arco y se condense en la soldadura en forma de hollín.

Acortar la distancia de la boquilla al material (CTWD, por sus siglas en inglés) y usar el ángulo de pistola y la velocidad de flujo del gas de protección adecuada también puede minimizar la decoloración de la soldadura. Use un ángulo de empuje, lo cual ayuda a dirigir la acción de limpieza del arco enfrente de la soldadura para ayudar a remover tizne. Aumentar el tamaño de la boquilla de la pistola MIG o de la torcha TIG ayuda a proteger el arco contra corrientes que pudieran introducir oxígeno al proceso. Mantenga la boquilla siempre limpia de salpicadura para asegurar un flujo de gas de protección consistente para proteger el pozo de soldadura.