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Soldadura de aleaciones de aluminio: Selección de métodos y materiales

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Existen varias técnicas de soldadura para aleaciones de aluminio, cada una con sus usos específicos. Además de los métodos convencionales de soldadura por fusión, resistencia y gas, otras técnicas avanzadas como la soldadura por arco de plasma, la soldadura por haz de electrones y la soldadura por difusión en vacío también pueden soldar aleaciones de aluminio con eficacia.

1. Métodos comunes de soldadura de aleaciones de aluminio

En la Tabla 1 se presentan los métodos de soldadura más comunes para las aleaciones de aluminio, así como sus respectivas características y ámbito de aplicación.

Cuadro 1 Características y ámbito de aplicación de los métodos de soldadura para aleación de aluminio

Método de soldaduraCaracterísticaÁmbito de aplicación
Soldadura con gasBaja potencia térmica, gran deformación de la soldadura, baja productividad, fácil producción de escoria, grietas y otros defectos.Se utiliza para soldadura a tope y soldadura de reparación de chapa fina en ocasiones no importantes
Soldadura por arco manualMala calidad de las juntasSe utiliza para la soldadura de reparación y la reparación general de aluminio fundido piezas
Soldadura TIGEl metal de soldadura es compacto, la unión tiene alta resistencia y buena plasticidad, y se puede obtener una unión de alta calidad.Es ampliamente utilizado y se puede soldar con espesor de chapa de 1 ~ 20mm
Pulsado Soldadura TIGEn proceso de soldadura es estable, la entrada de calor es precisa y ajustable, la deformación de la soldadura es pequeña y la calidad de la unión es alta.Se utiliza para la soldadura de chapas, en todas las posiciones, soldadura de ensamblaje y aleaciones de aluminio de alta resistencia como el aluminio forjado y el duraluminio con fuerte sensibilidad al calor.
Soldadura MIGGran potencia de arco y rapidez velocidad de soldaduraPuede utilizarse para soldar piezas gruesas con un espesor inferior a 50 m
Soldadura MIG por arco de argón pulsadoLa deformación de la soldadura es pequeña, la resistencia a la porosidad y al agrietamiento es buena, los parámetros del proceso se ajustan ampliamenteSe utiliza para la soldadura de chapas o de todas las posiciones, y se suele emplear para piezas con un grosor de 2 ~ 12 mm.
Arco de plasma soldaduraLa concentración de calor, la velocidad de soldadura, la deformación de soldadura y el estrés es pequeño, el proceso es más complejoSe utiliza para la soldadura a tope cuando los requisitos son superiores a los de la soldadura por arco con argón.
Soldadura por haz electrónico en vacíoLos resultados muestran que la penetración es grande, la zona afectada por el calor es pequeña, la deformación de la soldadura es pequeña, y las propiedades mecánicas de la unión son buenasSe utiliza para soldar piezas de pequeño tamaño
Soldadura láserPequeña deformación de soldadura y alta productividadSe utiliza para la soldadura de precisión de piezas

La selección de un método de soldadura para aluminio y aleaciones de aluminio debe basarse en el grado del material, el grosor del componente que se va a soldar, la estructura del producto y el nivel deseado de soldabilidad.

Lectura relacionada: Soldadura MIG frente a TIG

(1) Soldadura con gas

La potencia térmica de una llama de soldadura de oxígeno-acetileno es baja, lo que provoca la dispersión del calor y da lugar a una importante deformación de la soldadura y a una baja productividad.

Cuando se sueldan piezas gruesas de aluminio, es necesario precalentar.

El metal de soldadura producido por este método tiene un grano grueso y una estructura suelta, lo que lo hace propenso a defectos como la inclusión de alúmina, la porosidad y el agrietamiento.

Este método de soldadura sólo debe utilizarse para reparar piezas estructurales de aluminio sin importancia y piezas de fundición con un rango de espesor de 0,5-10 mm.

(2) Soldadura TIG

Este método, conocido como soldadura TIG, se realiza bajo la protección del argón, lo que da lugar a una fuente de calor más concentrada y a una combustión estable del arco. El resultado es un metal de soldadura más denso, de gran resistencia y plasticidad, por lo que su uso está muy extendido en la industria.

Aunque la soldadura TIG es un método ideal para soldar aleaciones de aluminio, su equipamiento es complejo, lo que la hace menos adecuada para operaciones en exteriores.

(3) Soldadura MIG

Gas automático y semiautomático Arco metálico (GMAW) tiene varias ventajas, como la elevada potencia del arco, el calor concentrado y una zona afectada por el calor pequeña. Su eficiencia de producción es 2-3 veces superior a la del GMAW manual.

GMAW puede utilizarse para soldar aluminio puro y aluminio placas de aleación con un grosor inferior a 50 mm. Por ejemplo, no es necesario precalentar las chapas de aluminio con un grosor de 30 mm, y solo hay que soldar las capas delantera y trasera para obtener una superficie lisa y una soldadura de alta calidad.

La soldadura semiautomática con gas inerte de tungsteno (TIG) es ideal para soldaduras precisas, soldaduras cortas e intermitentes y soldaduras en estructuras irregulares.

El semiautomático soldadura por arco de argón proporciona una soldadura cómoda y flexible, pero el diámetro del hilo de soldadura es menor y la soldadura es más propensa a la porosidad.

(4) Soldadura por arco de argón pulsado

(1) Soldadura pulsada con gas inerte de tungsteno (TIG)

Este método mejora significativamente la estabilidad de los procesos de soldadura de baja corriente y permite controlar fácilmente la potencia del arco y la formación de la soldadura ajustando diversos parámetros. La soldadura tiene una deformación y una zona afectada por el calor mínimas, lo que la hace ideal para soldar chapas finas, soldadura en todas las posiciones y soldadura de materiales sensibles al calor, como aluminio forjado, aluminio duro y aluminio superduro.

(2) Soldadura por arco de argón pulsado con gas inerte metálico (MIG)

Este método es adecuado para todas las posiciones soldadura de aluminio chapas de aleación con un espesor de 2-10 mm.

(5) Soldadura por puntos de resistencia y soldadura por costura

Puede utilizarse para soldar aluminio chapas de aleación de espesor inferior a 4 mm.

Para productos con altos requisitos de calidad, la soldadura por puntos con ondas de choque de CC y soldadura de juntas puede utilizarse.

La soldadura requiere equipos sofisticados, altas corrientes de soldadura y una elevada productividad, lo que la hace especialmente adecuada para la producción en serie de piezas y componentes.

(6) Soldadura por fricción

La soldadura por fricción (FSW) es un tipo de tecnología de unión en estado sólido que puede utilizarse para soldar diversas placas de aleación.

En comparación con los métodos tradicionales de soldadura por fusión, la FSW ofrece varias ventajas, como la ausencia de salpicaduras, la reducción del polvo, la no necesidad de hilo de soldadura ni de gas protectory la ausencia de poros y grietas en la junta.

Además, en comparación con la fricción ordinaria, la FSW no está limitada por las piezas del eje y puede producir soldaduras rectas.

Este método de soldadura también presenta otras ventajas, como la mejora de las propiedades mecánicas, la eficiencia energética, la reducción de la contaminación y la escasa necesidad de preparación previa a la soldadura.

Debido al bajo punto de fusión del aluminio y las aleaciones de aluminio, la FSW es especialmente adecuada para estos materiales.

2. Materiales de soldadura para aluminio

(1) Alambre de soldadura

Al soldar aleaciones de aluminio utilizando soldadura con gas o soldadura TIG, se recomienda el uso de hilo de relleno.

Los alambres de soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio pueden clasificarse en dos tipos: homogéneos y heterogéneos.

Para conseguir un junta de soldaduraEs importante elegir el material de relleno adecuado para el metal base utilizado.

Al seleccionar un hilo de soldadura para aleaciones de aluminio, es importante tener en cuenta varios factores, como los requisitos de composición, las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión, la rigidez estructural, el color y la resistencia al agrietamiento del producto acabado.

La utilización de un metal de aportación con una temperatura de fusión inferior a la del metal de base puede reducir significativamente el riesgo de fisuración intergranular en la zona afectada por el calor.

Para las aleaciones no tratadas térmicamente, la resistencia de la junta soldada aumenta en el siguiente orden: serie 1000, serie 4000 y serie 5000.

Es importante tener en cuenta que los alambres de soldadura de la serie 5000 que contengan más de 3% de magnesio no deben utilizarse en estructuras con temperaturas de servicio superiores a 65°C, ya que estas aleaciones son muy susceptibles al agrietamiento por corrosión bajo tensión en estas condiciones.

Para evitar el agrietamiento, a menudo se recomienda utilizar un metal de aportación con un contenido de aleación superior al del metal de base.

Los alambres de soldadura más utilizados para las aleaciones de aluminio son alambres de grado estándar con composiciones similares a las del metal base. En ausencia de un alambre de soldadura de grado estándar, se puede cortar una tira del metal base y utilizarla como relleno.

Una opción popular de alambre de soldadura es el HS311, conocido por su buena fluidez, mínima contracción durante la solidificación y excelente resistencia a las grietas. Para mejorar aún más el tamaño de grano, la resistencia a las grietas y las propiedades mecánicas de la soldadura, se utilizan pequeñas cantidades de elementos de aleación como Ti, V, Zr y otros se añaden a menudo como modificadores.

Al seleccionar el alambre de soldadura de aleación de aluminio debe prestarse atención a las siguientes cuestiones:

(1) Sensibilidad de la grieta en la unión soldada

El principal factor que afecta a la sensibilidad a la fisuración es la compatibilidad del metal base y el hilo de soldadura.

La utilización de un metal de soldadura con una temperatura de fusión inferior a la del metal base puede reducir la sensibilidad a la fisuración tanto del metal de soldadura como de la zona afectada por el calor.

Por ejemplo, al soldar una aleación 6061 con un contenido de silicio de 0,6%, si se utiliza la misma aleación que la soldadura se obtiene una sensibilidad a la fisuración muy elevada.

Sin embargo, el uso de alambre de soldadura ER4043 con un contenido de silicio 5% proporciona una buena resistencia a la fisuración, ya que su temperatura de fusión es inferior a la de la aleación 6061 y tiene una mayor plasticidad durante el enfriamiento.

Además, se aconseja evitar la combinación de Mg y Cu en el metal de soldadura, ya que el Al-Mg-Cu tiene una alta sensibilidad a la fisuración.

(2) Propiedades mecánicas de la unión soldada

El aluminio puro industrial tiene la resistencia más baja, mientras que el 4000 serie aluminio están en el medio y las aleaciones de aluminio de la serie 5000 tienen la mayor resistencia.

Aunque el alambre de soldadura Al-Si tiene una alta resistencia a la fisuración, su plasticidad es escasa.

Por lo tanto, para las uniones que requieren un proceso de deformación plástica después de la soldadura, es mejor evitar el alambre de soldadura de silicona.

(3) Rendimiento de la unión soldada

La elección del metal de aportación no sólo se basa en la composición del metal base, sino también en la geometría de la unión, los requisitos operativos de resistencia a la corrosión y los requisitos de aspecto de la soldadura.

Por ejemplo, para garantizar que un recipiente tenga una buena resistencia a la corrosión o para evitar la contaminación de los productos almacenados, un recipiente que almacene peróxido de hidrógeno requiere una aleación de aluminio de gran pureza.

En este caso, la pureza del metal de aportación debe ser al menos igual a la del metal de base.

(2) Varilla de soldadura

El modelo, las especificaciones y las aplicaciones de la varilla de soldadura de aleación de aluminio se muestran en la Tabla 2. La Tabla 3 muestra la composición química y las propiedades mecánicas del electrodo de aleación de aluminio.

Tabla 2 Tipo (marca), especificación y aplicación de la varilla de soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio

TiposGradoTipos de pielMaterial del núcleoEspecificación del electrodo / mmPropósito 
E1100L109Tipo de baseAluminio puro3.2,4.5345〜355Soldadura de chapa y contenedor de aluminio puro
E4043L209Tipo de baseAleación Al Si3.2,4.5345〜355Soldadura de chapa de aluminio, fundición de aluminio al silicio, aleación de aluminio en general, aluminio forjado, duraluminio (excepto aluminio aleación de magnesio)
E3003L309Tipo de baseAleación de aluminio y manganeso3.2,4.5345〜355Soldadura de aleación de aluminio y manganeso, aluminio puro y otras aleaciones de aluminio

Tabla 3 Composición química y propiedades mecánicas de los electrodos de aluminio y aleaciones de aluminio

TiposGradoTipos de pielesTipos de alimentaciónComposición química del núcleo de soldadura /%Resistencia a la tracción del metal depositado / MPaTracción resistencia de la unión soldada / MPa
E1100L109Tipo de baseDCEP ( Electrodo positivo de corriente continua)Si+Fe≤0,95,Co0,05〜0,20 Mn≤0,05,Be≤0,0008 Zn≤0,10,otros≤0,15 AI≥99,0≥64≥80
E4043L209Tipo de baseDCEPSi4.5〜6.0,Fe≤0.8 Cu≤0.30,Mn≤0.05 Zn≤0.10,Mg≤0.0008 otros≤0.15,Al
Rem.
≥118≥95
E3003L309Tipo de baseDCEPSi≤0,6,Fe≤0,7 Cu0,05〜0,20,Mn1,0 〜1,5 Zn≤0,10,otros≤0,15 Al Rem.≥118≥95

Lectura relacionada: ¿Cómo elegir la varilla de soldadura adecuada?

(3) Gas de protección

Los gases inertes preferidos para soldar aleaciones de aluminio son el argón y el helio.

Los requisitos técnicos para el argón son un nivel de pureza de 99,9% o superior, un contenido de oxígeno inferior a 0,005%, un contenido de hidrógeno inferior a 0,005%, un contenido de humedad inferior a 0,02 mg/L y un contenido de nitrógeno inferior a 0,015%.

Un aumento de los niveles de oxígeno y nitrógeno degrada la atomización catódica.

Si el contenido de oxígeno es superior a 0,3%, la pérdida de combustión del electrodo de tungsteno se intensificará y si el contenido de oxígeno supera 0,1%, la superficie de soldadura se volverá opaca o ennegrecida.

Para la soldadura TIG, se selecciona argón puro para la soldadura AC más HF, que es adecuado para soldar placas gruesas. Para la soldadura con electrodo positivo de CC, se utiliza una mezcla de Ar + He o Ar puro.

Para las placas con un espesor inferior a 25 mm, se utiliza argón puro.

Para placas con un espesor de 25-50 mm, se utiliza una mezcla de Ar + He con Ar de 10% a 35%.

Para placas con un espesor de 50-75 mm, debe utilizarse una mezcla de Ar + He con 10% a 35% o 50% He.

Para placas con un espesor superior a 75 mm, se recomienda una mezcla de Ar + He con 50% a 75% He.

3. Proceso de soldadura de aleaciones de aluminio

1. Soldadura con gas de aleaciones de aluminio

El rendimiento térmico de la soldadura con gas oxígeno-acetileno es bajo y la aportación de calor no es concentrada, por lo que la calidad y el rendimiento de la unión no son elevados. Además, al soldar aluminio y aleaciones de aluminio se necesita un fundente, y los residuos deben eliminarse después de la soldadura.

A pesar de estos inconvenientes, los equipos de soldadura con gas se utilizan habitualmente para soldar aleaciones de aluminio con bajos requisitos de calidad, como chapas finas y piezas pequeñas, así como para reparar aleaciones de aluminio y piezas de fundición. Esto se debe a su sencillez, a que no necesita fuente de alimentación y a que es cómodo y flexible.

(1) Forma conjunta de la soldadura con gas

Las juntas solapadas y en T no son ideales para la soldadura con gas de aleaciones de aluminio porque es difícil eliminar el fundente residual y la escoria de soldadura en el hueco. Por lo tanto, se recomienda utilizar juntas a tope siempre que sea posible.

Para garantizar una soldadura completa sin colapso ni quemaduras, se recomienda utilizar una placa de apoyo con una ranura. La placa de apoyo suele ser de acero inoxidable o cobre puro.

La soldadura con una placa de respaldo puede lograr una buena conformación inversa y mejorar la productividad de la soldadura.

(2) Selección del fundente para la soldadura con gas

Cuando se sueldan aleaciones de aluminio con gas, es necesario el uso de un fundente para garantizar una soldadura suave. proceso de soldadura y una buena calidad de soldadura. El fundente, también conocido como fundente de gas, elimina la película de óxido y otras impurezas de la superficie de la aleación de aluminio durante la soldadura.

La función principal del fundente es eliminar la película de óxido que se forma en la superficie del aluminio durante la soldadura, mejorar la humectabilidad del metal base y favorecer la formación de una microestructura de soldadura densa.

Normalmente, el fundente se rocía directamente sobre la ranura de la pieza que se va a soldar antes de soldar, o se añade al baño de fusión del hilo de soldadura.

Los fundentes para aleaciones de aluminio suelen estar hechos de cloruros de elementos como potasio, sodio, calcio y litio. Estos compuestos se muelen, tamizan y mezclan en proporciones específicas para crear el fundente.

Por ejemplo, la criolita de aluminio (Na3AlF6) puede fundir alúmina a 1000°C, y el cloruro potásico puede transformar la alúmina refractaria en cloruro de aluminio fusible. El fundente tiene un punto de fusión bajo y una buena fluidez, lo que también puede mejorar la fluidez del metal fundido y garantizar la correcta formación de la soldadura.

(3) Selección de la boquilla de soldadura y la llama

Las aleaciones de aluminio tienen una fuerte tendencia a oxidarse y absorber aire. Durante la soldadura con gas, es importante utilizar una llama neutra o una llama carbonizante débil (con exceso de acetileno) para evitar la oxidación del aluminio. Esto mantendrá el baño de aluminio fundido bajo una atmósfera reductora y evitará la oxidación.

Está terminantemente prohibido utilizar una llama de oxidación, ya que oxidará fuertemente el aluminio y dificultará el proceso de soldadura.

Sin embargo, si hay demasiado acetileno, el hidrógeno libre puede disolverse en el baño de fusión, provocando porosidad en la soldadura y aflojándola.

(4) Soldadura por puntos

Para evitar cambios de tamaño y posición relativa durante la soldadura, es necesario realizar una soldadura previa por puntos.

La soldadura con gas tiene un elevado coeficiente de dilatación lineal, una rápida velocidad de conducción del calor y una gran superficie de calentamiento, por lo que las soldaduras de posicionamiento deben ser más densas que las de las piezas de acero.

El hilo de relleno utilizado para la soldadura de posicionamiento es el mismo que el utilizado para la soldadura del producto. Antes de la soldadura de posicionamiento, debe aplicarse una capa de fundente gaseoso en el hueco de soldadura.

La potencia de la llama durante la soldadura por posicionamiento debe ser ligeramente superior a la de la soldadura con gas.

(5) Operación de soldadura con gas

Cuando se sueldan materiales de acero, la temperatura de calentamiento puede determinarse observando el cambio de color del acero. Sin embargo, esto no es posible al soldar aleaciones de aluminio, ya que no se produce un cambio de color evidente durante el calentamiento.

Para controlar el temperatura de soldaduraEl tiempo de soldadura puede determinarse a partir de las siguientes observaciones:

  • Cuando la superficie de la pieza calentada cambia de blanco brillante a blanco plateado opaco, con una película de óxido superficial arrugada y metal fluctuante en la zona de calentamiento, se está a punto de alcanzar la temperatura de fusión y se puede realizar la soldadura.
  • Cuando el extremo del alambre de soldadura por inmersión en fundente y la pieza calentada pueden fundirse con el material base, se ha alcanzado la temperatura de fusión y puede realizarse la soldadura.
  • Cuando el borde del metal base cae, éste ha alcanzado la temperatura de fusión y se puede proceder a la soldadura.

Para el gas chapas de soldaduraSi se utiliza el método de soldadura a la izquierda, con el hilo de soldadura delante de la llama de soldadura, se puede evitar el sobrecalentamiento del baño de fusión y el crecimiento del grano o la quemadura en la zona afectada por el calor. Esto ayuda a evitar el sobrecalentamiento del baño de fusión y el crecimiento del grano o la quemadura en la zona afectada por el calor al reducir la pérdida de calor.

Para metales base con un grosor superior a 5 mm, se puede utilizar el método de soldadura adecuado, con el hilo de soldadura detrás del soplete. Esto minimiza la pérdida de calor, aumenta la profundidad de fusión y mejora la eficacia del calentamiento.

Cuando se sueldan con gas piezas de menos de 3 mm de grosor, el ángulo de inclinación de la antorcha debe ser de 20-40°. Para piezas gruesas, el ángulo de inclinación de la antorcha debe ser de 40-80°, con un ángulo entre el hilo de soldadura y la antorcha de 80-100°.

Para soldar aleaciones de aluminio con gas, es mejor completar la unión en una sola pasada, ya que depositar una segunda capa puede provocar la inclusión de escoria en la soldadura.

(6) Tratamiento posterior a la soldadura

En corrosión del aluminio de las juntas causadas por el fundente residual y la escoria en la superficie de la soldadura con gas es una causa potencial de futuros daños en la junta.

Entre 1 y 6 horas después de la soldadura con gas, es necesario limpiar el fundente y la escoria residuales para evitar la corrosión de la soldadura.

El proceso de limpieza tras la soldadura incluye los siguientes pasos:

  • Después de soldar, sumergir la soldadura en un baño de agua caliente a 40-50°C. Lo mejor es utilizar agua caliente corriente y cepillar la soldadura y el fundente y la escoria residuales cerca de la soldadura con un cepillo de cerdas hasta que estén limpios.
  • Sumergir la soldadura en una solución de ácido nítrico. Cuando la temperatura ambiente es superior a 25°C, la concentración de la solución debe ser de 15-25% y el tiempo de inmersión debe ser de 10-15 minutos. Cuando la temperatura ambiente es de 10-15°C, la concentración de la solución debe ser de 20-25% y el tiempo de inmersión debe ser de 15 minutos.
  • Sumergir la soldadura en agua caliente (40-50°C) durante 5-10 minutos.
  • Aclarar la soldadura con agua fría durante 5 minutos.
  • La soldadura puede dejarse secar al aire o secarse en un horno de secado o con aire caliente.

2. Soldadura TIG de aleaciones de aluminio

También conocida como soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), implica el uso de tungsteno como electrodo para generar un arco entre el tungsteno y la pieza de trabajo. El calor generado por el arco funde el metal que se va a soldar, que a continuación se une con el hilo de relleno para formar una junta de soldadura sólida.

La soldadura por arco de argón del aluminio aprovecha las propiedades de "atomización catódica" del argón para eliminar la película de óxido de la superficie.

El proceso de soldadura TIG protege el electrodo de tungsteno y la zona de soldadura protegiéndolos con un gas inerte, como el argón, que se emite desde la boquilla. Esto ayuda a evitar cualquier reacción entre la zona de soldadura y el aire circundante.

El proceso de soldadura TIG es ideal para soldar chapas finas de menos de 3 mm de grosor. Produce menos deformación de la pieza en comparación con la soldadura con gas y la soldadura manual por arco.

El método de soldadura TIG AC es especialmente útil para soldar aleaciones de aluminio, ya que el cátodo puede eliminar la película de óxido y evitar la corrosión. El resultado es una superficie brillante y lisa, con una forma de unión sin restricciones. El flujo de argón también enfría la unión rápidamente, mejorando su microestructura y propiedades, lo que la hace adecuada para la soldadura en todas las posiciones.

Sin embargo, el proceso de soldadura TIG requiere una limpieza más estricta antes de soldar debido a la ausencia de fundente. La soldadura TIG de CA y la soldadura TIG pulsada de CA son los métodos preferidos para soldar aleaciones de aluminio, seguidos de la soldadura TIG inversa de CC.

En general, la soldadura de CA es la más utilizada para las aleaciones de aluminio, ya que proporciona la mejor combinación de capacidad de transporte de corriente, control del arco y limpieza del arco. Cuando se utiliza la conexión positiva DC (electrodo conectado al electrodo negativo), el calor generado en la superficie de la pieza de trabajo da lugar a una penetración profunda, y se puede utilizar una corriente de soldadura mayor para un determinado tamaño de electrodo.

Este método no requiere precalentamiento ni siquiera para secciones gruesas y provoca una deformación mínima del metal base. Sin embargo, el método de soldadura TIG de conexión inversa CC (electrodo con electrodo positivo) se utiliza raramente para la soldadura de aluminio. A pesar de ello, ofrece ventajas como la poca profundidad de fusión, el fácil control del arco y los buenos efectos de depuración para soldadura continua o soldadura de reparación de intercambiadores de calor de pared delgada y componentes similares con un espesor de tubo inferior a 2,4 mm.

(1) Electrodo de wolframio

El punto de fusión del wolframio es de 3410°C.

El tungsteno tiene una gran capacidad de emisión de electrones a altas temperaturas.

Al añadir trazas de elementos de tierras raras como torio, cerio y circonio, la eficiencia de la emisión de electrones disminuye significativamente y la capacidad de transporte de corriente mejora notablemente.

En la soldadura TIG de aleaciones de aluminio, se utiliza principalmente un electrodo de tungsteno para conducir la corriente, iniciar un arco y mantener la combustión normal del arco.

Los materiales de electrodos de wolframio más utilizados son el wolframio puro, el torio-tungsteno y el cerio-tungsteno.

(2) Parámetros del proceso de soldadura

Para lograr una excelente formación y calidad de la soldadura, los parámetros del proceso de soldadura deben seleccionarse en función de los requisitos técnicos de la pieza soldada.

Los principales parámetros del proceso de soldadura manual TIG de aleaciones de aluminio incluyen el tipo de corriente, la polaridad, el tamaño de la corriente, el caudal del gas de protección, la longitud de extensión del electrodo de tungsteno y la distancia entre la boquilla y la pieza.

Los parámetros del proceso de soldadura TIG automática también incluyen la tensión del arco (longitud del arco), la velocidad de soldadura y la velocidad de alimentación del hilo.

Dependiendo del material y del espesor a soldar, los parámetros del proceso incluirán el diámetro y la forma del electrodo de wolframio, el diámetro del hilo de soldadura, el tipo de gas protector, el caudal del gas, el diámetro de la boquilla, la corriente de soldadura, la tensión del arco, la velocidad de soldadura, y estos parámetros pueden ajustarse en función de los resultados reales de la soldadura hasta que cumplan los requisitos deseados.

A continuación se exponen las consideraciones clave para seleccionar los parámetros de soldadura TIG para la aleación de aluminio:

  • Diámetro de la boquilla y caudal de gas de protección: El diámetro de la boquilla para la soldadura TIG de aleaciones de aluminio suele ser de 5-22 mm, mientras que el caudal del gas protector suele ser de 5-15 l/min.
  • Longitud del electrodo de wolframio y distancia boquilla-pieza: Para soldaduras a tope, la longitud de extensión del electrodo de wolframio suele ser de 5-6 mm, mientras que para soldaduras en ánguloes de 7-8 mm. La distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo suele ser de unos 10 mm.
  • Corriente y tensión de soldadura: La corriente y la tensión de soldadura están relacionadas con factores como el grosor de la chapa, el tipo de unión, la posición de soldadura y el nivel de destreza del soldador. En la soldadura TIG manual, cuando se utiliza corriente alterna y se suelda un espesor inferior a 6 mm, la corriente de soldadura máxima puede calcularse mediante la fórmula I = (60 ~ 65) d, donde D es el diámetro del electrodo. La tensión del arco viene determinada principalmente por la longitud del arco, que debe ser aproximadamente igual al diámetro del electrodo de tungsteno.
  • Velocidad de soldadura: Para minimizar la deformación durante la soldadura TIG de aleaciones de aluminio, debe utilizarse una velocidad de soldadura más rápida. En la soldadura TIG manual, el soldador ajusta la velocidad según sea necesario en función del tamaño y la forma del baño de soldadura y de las condiciones de fusión en ambos lados. La velocidad general de soldadura es de 8-12 m/h, mientras que en la soldadura TIG automática, la velocidad permanece constante una vez que se han establecido los parámetros del proceso.
  • Diámetro del alambre: El diámetro del hilo de soldadura suele ser proporcional al grosor de la chapa y a la corriente de soldadura.

Defectos comunes y causas de la soldadura del aluminio

Causas del cierre de los estomas

  • Impurezas en el suministro de gas argón o fugas en la tubería de argón.
  • Limpieza inadecuada del hilo de soldadura o de la ranura del metal base antes de soldar, o contaminación después de la limpieza.
  • Corriente o velocidad de soldadura incorrectas
  • Protección deficiente del baño de fusión, arco inestable, duración prolongada del arco o extensión excesiva del electrodo de wolframio.

Medidas preventivas:

  • Garantice la pureza del suministro de gas argón limpiando a fondo la tubería y el alambre de soldadura, y evite la recontaminación soldando inmediatamente después de la limpieza.
  • Actualice la tubería de suministro de gas, elija el caudal de gas adecuado y ajuste la longitud de extensión del electrodo de tungsteno según sea necesario.
  • Seleccionar correctamente los parámetros del proceso de soldadura.
  • Considere la posibilidad de utilizar un proceso de precalentamiento e instalar dispositivos a prueba de viento en el lugar de soldadura para evitar las interferencias del viento.

Causas de Grietas de soldadura

  • Selección incorrecta de la composición de la aleación del hilo de soldadura
  • Contenido insuficiente de magnesio en la soldadura (inferior a 3%) o exceso de impurezas como hierro y silicio.
  • Alta temperatura de fusión del hilo de soldadura que provoca grietas de licuefacción en la zona afectada por el calor.
  • Diseño deficiente de la unión, concentración excesiva de soldadura o temperatura excesivamente alta en la zona de calentamiento que provoca una tensión de restricción excesiva.
  • Altos niveles de turbulencia, tiempo de exposición prolongado o sobrecalentamiento del tejido
  • Cráteres sin rellenar que dan lugar a grietas.

Medidas preventivas:

  • Asegúrese de que la composición del hilo de soldadura coincide con la del metal base.
  • Utilice una placa de cebado de arco o un dispositivo de atenuación de corriente para rellenar la fosa de arco.
  • Diseñar correctamente el estructura de soldaduraPara ello, disponga los cordones de soldadura de forma razonable, evite las concentraciones de tensiones y elija la secuencia de soldadura adecuada.
  • Ajuste la corriente de soldadura o aumente la velocidad de soldadura según sea necesario.

Causas de los incompletos Penetración de la soldadura

  • Velocidad de soldadura rápida, longitud de arco larga, separación, ángulo o corriente de soldadura pequeños, o borde romo grande
  • Presencia de rebabas en el borde de la ranura o suciedad en el borde inferior de la pieza.
  • Ángulo de inclinación incorrecto entre la antorcha y el hilo de soldadura

Medidas preventivas:

  • Seleccionar correctamente la separación, el borde romo, el ángulo de la ranura y los parámetros del proceso de soldadura.
  • Limpiar a fondo la película de óxido, el fundente, la escoria y el aceite.
  • Mejorar técnica de soldadura.

Causas de la inclusión de wolframio en la soldadura

  • Arco de contacto
  • Forma inadecuada de la punta del electrodo de wolframio o corriente de soldadura excesiva que provoca el desprendimiento del electrodo.
  • Uso incorrecto del gas oxidante que hace que la masilla toque la punta caliente del electrodo de wolframio.

Medidas preventivas:

  • Utilizar encendido por arco pulsado de alta frecuencia y alta tensión.
  • Elija la forma adecuada para la punta del electrodo de wolframio en función de la corriente seleccionada.
  • Reduzca la corriente de soldadura, aumente el diámetro del electrodo de tungsteno o acorte su longitud.
  • Sustituya el gas inerte.
  • Mejorar la técnica de soldadura y evitar el contacto entre el hilo de relleno y el electrodo de wolframio.

Causas de la subcotización

  • Corriente de soldadura elevada, tensión de arco alta, oscilación irregular de la antorcha, llenado insuficiente del hilo o velocidad de soldadura rápida.

Medidas preventivas:

  • Reduzca la corriente de soldadura y el voltaje del arco, mantenga una oscilación uniforme de la antorcha, aumente la velocidad de alimentación del hilo o reduzca la velocidad de soldadura según proceda.

4. Proceso convencional de soldadura de reparación de piezas fundidas

Los defectos del aluminio fundiciones de aleación generalmente pueden repararse mediante soldadura por arco de argón, con mejores resultados utilizando soldadura TIG de CA.

Cuando se utiliza soldadura de reparación para arreglar defectos de fundiciónEs importante limpiar el alambre de soldadura y las piezas antes de soldar, seleccionar materiales de alambre de soldadura adecuados y utilizar alambre de soldadura de arco corto y ángulo pequeño. En la práctica, ha habido muchas experiencias exitosas con diferentes tipos de defectosPor ejemplo, utilizando una corriente de soldadura baja siempre que sea posible.

El hilo de soldadura debe tener una composición de aleación superior a la del metal base para complementar cualquier aleación quemada durante la soldadura de reparación y mantener la consistencia en la composición de la soldadura.

En el caso de piezas de fundición con defectos de fisuración, deben realizarse orificios de detención de fisuras en ambos extremos antes de la soldadura de reparación. La pieza debe precalentarse y soldarse utilizando un método de soldadura a la izquierda para observar la fusión de la soldadura. El alambre debe llenarse hasta formar un baño de fusión totalmente humedecido.

Cuando el defecto es grande, puede aplicarse una fina capa de tensioactivo (tensioactivo ATIG) en la posición de soldadura para aumentar la eficacia durante la soldadura TIG tradicional. El tensioactivo hace que el arco de soldadura se contraiga o que cambie el flujo de metal en el baño de soldadura, lo que provoca un aumento de la... penetración de la soldadura.

En la soldadura TIG AC de aleaciones de aluminio, una capa de SiO2 Se puede aplicar un agente activo a la superficie de soldadura para modificar la penetración, reducir el precalentamiento y facilitar el proceso de soldadura.

5. Características de la soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio

(1) El aluminio es muy propenso a la oxidación en el aire y durante la soldadura, formando óxido de aluminio (Al2O3) que tiene un alto punto de fusión y es muy estable, lo que dificulta su eliminación. Esto dificulta la fusión del material base. La pesada película de óxido no sale fácilmente a la superficie, lo que provoca inclusiones de escoria, una fusión incompleta y una penetración insuficiente.

La película de óxido superficial del aluminio y la gran cantidad de humedad adsorbida pueden causar porosidad en la soldadura. Antes de soldar, debe realizarse una limpieza estricta de la superficie mediante métodos químicos o mecánicos para eliminar esta película de óxido. Debe reforzarse la protección durante el proceso de soldadura para evitar la oxidación. Cuando se utilice soldadura con gas inerte de tungsteno, debe seleccionarse una fuente de corriente alterna para eliminar la película de óxido mediante "limpieza catódica".

Cuando se suelda con gas, debe utilizarse un fundente para eliminar la película de óxido. En la soldadura de chapas gruesas, el calor de soldadura puede aumentarse. Por ejemplo, el calor del arco de helio es elevado, por lo que se puede utilizar helio o una protección de gas mixto argón-helio, o emplear una soldadura por arco protegido con gas de grandes especificaciones. En el caso de conexión positiva de corriente continua, no es necesaria la "limpieza catódica".

(2) La conductividad térmica y la capacidad calorífica específica del aluminio y las aleaciones de aluminio son más del doble que las del acero al carbono y el acero de baja aleación. El calor conductividad del aluminio es decenas de veces superior a la del acero inoxidable austenítico.

Durante el proceso de soldadura, una gran cantidad de calor puede conducirse rápidamente al metal base, por lo que al soldar aluminio y aleaciones de aluminio, además de la energía consumida en fundir el baño de metal, se desperdicia más calor en otras partes del metal. Este desperdicio de energía es más significativo que en soldadura de acero.

Para obtener uniones soldadas de alta calidad, deben utilizarse en la medida de lo posible fuentes de energía concentrada y de alta potencia. En ocasiones, también pueden adoptarse medidas de precalentamiento y otras medidas de proceso.

(3) El coeficiente de dilatación lineal del aluminio y sus aleaciones es aproximadamente el doble que el del acero al carbono y el acero de baja aleación. El aluminio experimenta una contracción volumétrica significativa al solidificarse, lo que provoca una deformación y una tensión considerables en la soldadura, haciendo necesarias medidas para evitar la deformación de la soldadura. Los charcos de soldadura de aluminio son propensos a agujeros de contracción, porosidad, agrietamiento en caliente y alta tensión interna durante la solidificación.

En la producción, el ajuste de la composición del hilo de soldadura y del proceso de soldadura puede evitar la aparición de grietas calientes. El alambre de soldadura de aleaciones de aluminio y silicio puede utilizarse para soldar aleaciones de aluminio, distintas de las aleaciones de aluminio y magnesio, cuando la resistencia a la corrosión es admisible. En las aleaciones de aluminio y silicio, la tendencia al agrietamiento en caliente es mayor cuando el contenido de silicio es 0,5%.

A medida que aumenta el contenido de silicio, disminuye el intervalo de temperaturas de cristalización de la aleación, mejora significativamente la fluidez, disminuye el índice de contracción y, en consecuencia, se reduce la tendencia al agrietamiento en caliente. Según la experiencia de producción, el agrietamiento en caliente no se produce cuando el contenido de silicio es de 5% a 6%. Por lo tanto, el uso de varillas SAlSi (con un contenido de silicio entre 4,5% y 6%) para la soldadura puede dar como resultado una mejor resistencia a las grietas.

(4) El aluminio es muy reflectante a la luz y al calor. No se aprecia ningún cambio de color durante la transición sólido-líquido, lo que dificulta su apreciación durante las operaciones de soldadura. El aluminio de alta temperatura tiene poca resistencia, por lo que es difícil soportar el baño de soldadura y es fácil que se queme.

(5) El aluminio líquido y sus aleaciones pueden disolver una gran cantidad de hidrógeno, mientras que el aluminio en estado sólido apenas lo disuelve. Durante la solidificación y el enfriamiento rápido del baño de soldadura, el hidrógeno no tiene tiempo suficiente para escapar, lo que conduce fácilmente a la formación de poros de hidrógeno. La humedad en la atmósfera de la columna de arco, los materiales de soldadura y la humedad adsorbida por la película de óxido superficial del material base son fuentes críticas de hidrógeno en el cordón de soldadura. Por lo tanto, las fuentes de hidrógeno deben controlarse estrictamente para evitar la formación de poros.

(6) Los elementos de aleación tienden a evaporarse y quemarse, provocando una disminución del rendimiento del cordón de soldadura.

(7) Si el metal base del material de base se deforma o sufre un fortalecimiento por envejecimiento en solución, el calor de la soldadura puede reducir la resistencia de la zona afectada por el calor.

6. Conclusión

La soldadura por arco TIG y MIG, que es cómoda y rentable, puede utilizarse para soldar y reparar aleaciones de aluminio.

Cuando la soldadura por haz de alta energía y la soldadura por fricción y agitación se utilizan en la soldadura de aleaciones de aluminio, los problemas de quemado del elemento de aleación, reblandecimiento de la unión y deformación de la soldadura pueden abordarse eficazmente. La soldadura por fricción, en particular, es una conexión de estado sólido que tiene la ventaja añadida de ser respetuosa con el medio ambiente.

Cuando se utilizan métodos de soldadura de reparación convencionales para reparar defectos en piezas fundidas de aleación de aluminio, es importante prestar atención a la limpieza previa a la soldadura, seleccionar un relleno de alambre de soldadura adecuado y seguir las especificaciones correctas del proceso de soldadura. Normalmente se prefiere la soldadura de reparación TIG de CA para evitar defectos de soldadura.

Para mejorar la reparación calidad de soldadura de piezas fundidas de aleación de aluminio, se pueden utilizar métodos especiales de soldadura de reparación en combinación con la situación real cuando los defectos de fundición son únicos y las condiciones lo permiten.

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