La bobina de aluminio se une en dos puntos distintos en una línea de producción: empalme de bobina-a-bobina para que una tira continua pueda alimentar una prensa o formadora de rodillos, y soldadura de fabricación para construir tanques, conductos, marcos y recintos. Ambas operaciones enfrentan los mismos dos obstáculos, a saber, una película de óxido que se funde a más de tres veces el punto de fusión del metal base y una conductividad térmica que extrae el calor del baño de soldadura más rápido que el acero. Manejar ambos correctamente es lo que separa una soldadura sana de una que se agrieta al enfriarse.
Eliminación de óxido y preparación de juntas
El óxido de aluminio se funde a aproximadamente 2070 C, mientras que el metal que se encuentra debajo se funde a aproximadamente 660 C, por lo que la película debe retirarse mecánicamente o romperse eléctricamente antes de que el arco pueda formar un charco. La práctica normal en el taller es cepillar con alambre de acero inoxidable con un cepillo específico, seguido de desengrasado, y la superficie limpia debe soldarse en unas pocas horas. La limpieza con disolvente por sí sola no es suficiente porque elimina el aceite pero no el óxido. Los bordes generalmente se preparan en escuadra para material de hasta aproximadamente 4 mm y se biselan en un ángulo total incluido de 60 grados para secciones más pesadas. Los accesorios deben ser de acero inoxidable o aluminio no-magnético, ya que las barras de respaldo de cobre disipan el calor demasiado rápido.
Selección de Procesos: TIG, MIG y Láser
La soldadura por arco de tungsteno con gas de corriente alterna con un electrodo de tungsteno lantano o circonio es la opción estándar para materiales de 1 mm a aproximadamente 6 mm, porque el semiciclo positivo proporciona la limpieza catódica que descompone la capa de óxido. Los electrodos de tungsteno se clasifican según AWS A5.12 y en corriente alterna se utiliza un electrodo con punta esférica o truncada. El electrodo negativo de corriente continua se utiliza para secciones más gruesas donde la penetración importa más que la limpieza de la superficie. La soldadura por arco metálico con gas con transferencia pulsada se utiliza desde 3 mm hacia arriba para tasas de deposición más altas y es común en la fabricación de tanques y conductos. La soldadura láser produce la zona afectada por el calor-más estrecha y la menor distorsión, lo que la hace atractiva para empalmes de bobinas y trabajos de envolventes-de calibre delgado, pero exige un ajuste de junta apretado-, normalmente un espacio inferior a 0,1 veces el espesor del material.
Selección del metal de aportación
Los metales de aportación para aluminio se clasifican en AWS A5.10 y dos familias cubren la mayor parte del trabajo. El relleno tipo 4043-, una aleación de aluminio-silicio, proporciona la mejor resistencia al agrietamiento y la apariencia más suave del cordón, y es la primera opción para 6061 y otras aleaciones tratables térmicamente-que son sensibles al agrietamiento. Su inconveniente es una resistencia depositada ligeramente menor y un color anodizado más oscuro. El relleno tipo 5356, una aleación de aluminio y magnesio, proporciona una mayor resistencia depositada y coincide con el color principal después del anodizado, lo que lo convierte en estándar para trabajos con 5052 y 5083, pero es más propenso a agrietarse en caliente en juntas muy restringidas. Cuando se suelda un metal base 5xxx a un metal base 6xxx, generalmente se prefiere un relleno tipo 4043 para reducir el riesgo de agrietamiento. El diámetro del relleno debe coincidir con el volumen de la junta; Un error común en bobinas delgadas es usar un relleno demasiado grande y arrastrar el arco.
Control de distorsión y calor
El aluminio se expande aproximadamente el doble que el acero para el mismo aumento de temperatura, y su conductividad térmica es varias veces mayor, por lo que el aporte de calor debe concentrarse y mantenerse la velocidad de desplazamiento. Las medidas prácticas incluyen soldadura por pasos hacia atrás-, secuencias equilibradas alrededor del eje neutro, soldaduras por puntos con espacios reducidos y el uso de barras enfriadoras o soportes-enfriados por agua sobre material delgado. El precalentamiento rara vez es necesario en materiales 1xxx, 3xxx y 5xxx y normalmente se evita porque aumenta el ancho de la zona ablandada sin mejorar la penetración. Las secciones gruesas 6061 son la excepción, donde un precalentamiento en la región de 150 C puede ayudar a evitar la porosidad. La temperatura entre pasadas debe limitarse, ya que el aporte excesivo de calor engrosa la estructura y reduce la resistencia de la soldadura.
Inspección y Aceptación
Los controles de calidad de la soldadura normalmente combinan el examen visual con al menos un método volumétrico. Las pruebas de líquidos penetrantes siguen la norma ASTM E165/E165M y son útiles para defectos de rotura de superficie-como grietas en forma de cráter y falta de fusión en la punta. El examen radiográfico de la junta completada sigue la norma ASTM E1032 y es el método de aceptación habitual para soldaduras que retienen presión-. La calificación mecánica se realiza mediante pruebas de tracción según ASTM B557 o ASTM E8/E8M, a menudo complementadas con pruebas de flexión en cupones de calificación de procedimientos. La porosidad es el defecto más común y generalmente se debe a una cobertura inadecuada del gas de protección, contaminación en la unión o atrapamiento de óxido, más que a los parámetros de soldadura en sí.
Preguntas frecuentes
Q:¿Por qué la soldadura de aluminio necesita una preparación diferente a la del acero?
R: La película de óxido sobre el aluminio se funde a aproximadamente 2070 C mientras que el metal se funde a 660 C, por lo que la película debe eliminarse mecánicamente o romperse mediante limpieza catódica antes de que el arco pueda formar un charco.
Q:¿Qué relleno se debe utilizar para la bobina 5052?
R: Un relleno tipo 5356-es la combinación normal porque proporciona una resistencia adecuada y una combinación de color después del anodizado. Se utiliza un relleno tipo 4043 cuando el riesgo de agrietamiento en caliente en una junta restringida supera la diferencia de resistencia.
Q:¿Se requiere precalentamiento antes de soldar una bobina de aluminio?
R: No para material 1xxx, 3xxx o 5xxx en espesores normales. El precalentamiento generalmente se limita a secciones gruesas de 6061, donde ayuda a controlar la porosidad y la penetración.
Q:¿Cómo se detecta la porosidad en una soldadura de aluminio?
R: El examen radiográfico según ASTM E1032 es el método volumétrico estándar. Las pruebas de líquidos penetrantes según ASTM E165/E165M detectan indicaciones de rotura de la superficie-pero no pueden revelar porosidad interna.
Q:¿Qué causa las grietas en forma de cráter al final de un tramo de soldadura?
R: El cráter se contrae rápidamente cuando el arco se detiene, y el metal solidificado se rompe si el arco se extingue abruptamente. Rellenar el cráter con un cono actual o lengüetas de escurrimiento evita el defecto.
Q:¿Se puede soldar una bobina de aluminio al acero inoxidable?
R: No mediante soldadura por fusión convencional sin una junta de transición intermedia. La fusión directa crea compuestos intermetálicos frágiles, por lo que en su lugar se utiliza una pieza de transición bimetálica o una unión mecánica.