t 2 23 Rev 2 Aluminio y Aleaciones

7/26/2019 t 2 23 Rev 2 Aluminio y Aleaciones

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ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN

-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

TEMA 2.23 ALUMINIO Y ALEACIONES DE

ALUMINIO

Actualizado por: José Ramón Ibars Almonacil

Julio 2007

Rev. 2




-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 2.23 -1- Rev.2– Julio 07

INDICE

1.- EL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

1.1.- Propiedades del aluminio puro

1.1.1.- Propiedades físicas1.1.2.- Propiedades químicas1.1.3.- Propiedades mecánicas

1.2.- Obtención del aluminio1.3.- Principios de los tratamientos térmicos de las aleaciones de aluminio1.4.- Aleaciones de aluminio1.5.- Nomenclatura de las aleaciones de aluminio

1.5.1.- Aleaciones de forja1.5.2.- Aleaciones de colada

1.6.- Aleaciones de aluminio coladas1.6.1.- Aleaciones aluminio-cobre1.6.2.- Aleaciones aluminio-1.6.3.- Aleaciones aluminio-magnesio

1.6.4.- Aleaciones aluminio-Cu-Si1.6.5.- Aleaciones aluminio-Mn1.7.- Aleaciones de aluminio forjadas

1.7.1.- Influencia del conformado por deformación plástica en el endurecimiento de lasaleaciones de aluminio

1.7.2.- Conformado en frío y endurecimiento en frío.1.7.3.- Conformado en frío y endurecimiento por precipitación1.7.4.- Aleaciones de aluminio forjadas no tratables térmicamente1.7.5.- Aleaciones de aluminio forjadas tratables térmicamente

2.- SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

2.1.- Efectos metalúrgicos2.1.1.- Metal de soldadura

2.1.2.- Zona afectada térmicamente2.2.- Resistencia y ductilidad

2.2.1.- Aleaciones no tratables térmicamente2.2.2.- Aleaciones tratables térmicamente2.2.3.- Tratamiento térmico postsoldeo

2.3.- Resistencia a la cortadura2.4.- Resistencia al impacto2.5.- Resistencia a la fatiga2.6.- Efecto de la temperatura2.7.- Características de la fractura2.8.- Resistencia a la corrosión2.9.- Influencia de las capas de óxidos superficiales sobre a soldabilidad del aluminio2.10.- Tendencia a la formación de fisuras de cráter

3.- SELECCIÓN DEL METAL DE APORTE

3.1.- Agrietamiento3.2.- Resistencia mecánica3.3.- Temperatura de servicio3.4.- Resistencia a la corrosión3.5.- Acabado superficial3.6.- Almacenamiento y manipulación de los consumibles

4.- PROCESOS DE SOLDEO

4.1.- Soldeo con arco eléctrico4.1.1.- Geometría de la union. Preparación de bordes

4.1.2.- Soldeo TIG4.1.2.1.- Características del proceso4.1.2.2.- Equipo de soldeo





4.1.2.3.- Corriente de soldeo y polaridad4.1.2.4.- Técnica de soldeo4.1.2.5.- Corriente continua de polaridad directa4.1.2.6.- Corriente continua de polaridad inversa4.1.2.7.- soldeo con corriente alterna de onda cuadrada4.1.2.8.- Electrodos

4.1.2.9.- Sistemas de protección para soldeo TIG4.1.3.- Soldeo con protección gaseosa y electrodo consumibles ( MIG )4.1.3.1.- Equipo4.1.3.2.- Sistemas de alimentación de alambre4.1.3.3.- Fuentes de alimentación4.1.3.4.- Gases de protección en el soldeo MIG del aluminio y sus aleaciones4.1.3.5.- Modos de transferencia4.1.3.6.- Procedimientos de soldeo4.1.3.7.- Soldeo MIG automático4.1.3.8.- MIG por puntos

4.1.4.- Soldeo con electrodo revestido4.1.5.- Soldeo con plasma de aluminio y sus aleaciones

4.2.- Soldeo por haces de alta energía

4.2.1.- Soldeo de aluminio por haz de electrones4.2.1.1.- Geometría de la unión4.2.1.2.- Equipos y condiciones de soldeo4.2.1.3.- Pérdida de elementos y propiedades

4.2.2.- Soldeo por láser4.3.- Soldeo por resistencia

4.3.1.- Soldabilidad4.3.2.- Diseño de la union4.3.3.- Preparación de la superficie4.3.4.- Resistencia de contacto4.3.5.- Soldeo por puntos

4.4.- Soldeo en estado sólido4.4.1.- Soldeo frío

4.4.2.- Soldeo por ultrasonidos4.4.3.- Soldeo por explosión4.4.4.- Soldeo por difusión4.4.5.- Soldeo por fricción

4.5.- Soldeo oxigás4.6.- soldeo fuerte4.7.- Soldeo blando4.8.- Otros procesos de soldeo

4.8.1.- Soldeo por chisporroteo4.8.2.- Soldeo de espárragos4.8.3.- Soldeo por alta frecuencia

4.8.3.1.- Equipo4.8.4.- Soldeo con adhesivos ( uniones híbridas )

5.- PROCESOS DE CORTE PARA EL ALUMINIO

6.- APLICACIONES

6.1.- soldeo de fundiciones de aluminio

7.- REFERENCIAS





1.- EL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre en una proporción aproximada del 8%. Enun principio, el aluminio se consideró como un metal precioso y la primera presentación pública de estemetal fue en 1855 en la Exposición Universal de París.

A principios de siglo, el aluminio era poco empleado, ya que era ligero, muy blando, dúctil y sobre todomecánicamente poco resistente. No obstante, en 1915 la industria intentó abrir mercados con el aluminiocomercialmente puro y varias aleaciones más de colada y forja. No obstante, no fue hasta con la apariciónde la aleación conocida como "duraluminio" cuando la industria del aluminio empezó a expandirse. Elduraluminio experimentaba un envejecimiento natural a temperatura ambiente que producía un aumentoconsiderable de la resistencia mecánica. Esta aleación era la base para la construcción de aviones ydirigibles. A partir de ese momento el empleo del aluminio y sus aleaciones ha ido en auge y se utiliza paradiversos campos como la aeronáutica, el automóvil, industrias químicas, etc.

1.1 Propiedades del aluminio puro

1.1.1 Propiedades físicas

Las propiedades físicas más destacables del aluminio y sus aleaciones son: poco peso y conductividadelevada, tanto térmica como eléctrica. En la tabla 1 se presenta un resumen de las propiedades físicas máscaracterísticas del aluminio puro. Evidentemente, algunas de estas propiedades varían según el contenidoen impurezas.

T ABLA 1 RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL ALUMINIO

Propiedades ValorColor Blanco-plata

Estructura cristalográfica Cúbica centrada en las carasParámetro reticular a (25ºC) 0.40414 nmDensidad a 20ºC 2.699 g/ccCambio volumétrico durante la solidificación 6,7%Calor de combustión 200 Kcal/at-grPunto de fusión 660,2º CPunto de ebullición 2057º C / 2480º CCalor específico (20ºC) 930 JCoeficiente lineal de expansión térmico x 106 23,0 (20-100º C)Conductividad térmica a 0ºC 0,50 cal/s/cm2/cm/ ºCConductividad térmica a 100ºC 0,51 cal/s/cm2/cm/ ºCResistividad eléctrica a 20ºC 2,69 μΩcmSusceptibilidad magnética I8ºC xl06 0,63

1.1.2 Propiedades químicas

Tanto el aluminio puro como las aleaciones de éste presentan una gran resistencia a la corrosión debidoa la formación de una capa fina (4 a 5 μm de espesor) y adherente de óxido de aluminio sobre la superficiedel metal. Esta capa de óxido constituye una película impermeable que impide la difusión del oxígeno haciael metal base, haciendo al aluminio y sus aleaciones muy resistentes a la corrosión. Si en determinadasaplicaciones industriales se necesita una mayor resistencia a la corrosión, ésta se puede conseguirmediante anodizado, consistente en aumentar el espesor artificialmente de la capa por un procedimiento deoxidación profunda y, con posterioridad, colmatado por inmersión en agua caliente.

El ácido clorhídrico, fluorhídrico y sulfúrico concentrado pueden atacar fácilmente al aluminio y a susaleaciones, mientras que en soluciones de ácido nítrico, amoniaco y en la mayoría de ácidos orgánicos

reaccionan ligeramente. La resistencia química del aluminio depende de la composición química yconcentración de la solución así como de la pureza del metal. Por ejemplo, en ácido nítrico el aluminio depureza 99,99% es mucho más resistente al ataque que el aluminio de pureza 99,5%. Aleantes como elsilicio o el zinc hasta un 1 % tienen un efecto muy débil sobre la resistencia a la corrosión, mientras que





aleantes de elevado número atómico, como el cobre o el níquel, variaciones del 0,1 %, afectan fuertementea la resistencia.

Según el efecto que tienen los aleantes sobre la resistencia a la corrosión, éstos se pueden clasificar en:

- Elementos que mejoran la resistencia a la corrosión: cromo, magnesio y manganeso

- Elementos que empeoran la resistencia: cobre, hierro, níquel, estaño, plomo y cobalto

- Elementos que tienen poca influencia: silicio, titanio, zinc, antimonio, cadmio y circonio.

1.1.3 Propiedades mecánicas

Como ya se ha mencionado, el principal problema del aluminio es su baja resistencia mecánica. Por estemotivo el aluminio y sus aleaciones se tratan térmicamente o se someten a procesos de forja para mejorarsus propiedades mecánicas. El módulo delasticidad del aluminio es relativamente bajo y sensible al gradode impurezas de éste. Por ejemplo, el valor del modulo de Young del Al (99,997%) es de 64.200 N/mm 2,mientras que para el Al (99.950%) es de 69.000 N/mm2.

En la tabla 2 se presentan algunas características del aluminio puro.

T ABLA 2 PROPIEDADES ELÁSTICAS DEL ALUMINIO

Propiedades ValorModulo de elasticidad 99,99% 64.200 N/mm2

Módulo de elasticidad 99.950% 69,000 N/mm2

Módulo de rigidez 17.000 N/mm2

Coeficiente de Poisson 0,32 - 0,36

1.2. Obtención del aluminio

Es uno de los metales que se obtienen industrialmente en mayor escala. El aluminio se obtiene

principalmente de la bauxita (mineral de óxido de aluminio natural impurificado con Fe 2O3 y SiO2).

La metalurgia del aluminio es muy diferente de la de otros metales, tales como el hierro, estaño, plomo,etc., en las que la reducción de los óxidos se hace mediante carbón. Aunque la reducción del óxidoalumínico con carbón se puede realizar en horno eléctrico, a una temperatura superior a los 2.000º C, losóxidos que acompañan al óxido de aluminio, particularmente el óxido férrico, pero también el dióxido desilicio y el dióxido de titanio, se reducen antes a la forma elemental, y el producto resultante sería unaaleación de aluminio-silicio-titanio que contiene carbono, de la que podría obtenerse aluminio puro, si bien aun coste demasiado elevado.

La metalurgia extractiva del aluminio consta de dos etapas:

- transformación de la bauxita en alúmina lo más pura posible

- electrólisis de esta alúmina disuelta en criolita fundida

Para realizar la primera etapa, el procedimiento más corriente que se emplea es un método químico devía húmeda conocido como proceso Bayer, que se puso en práctica en 1892. En la figura 1 se muestra unesquema de este proceso. El mineral debe ser liberado de sus impurezas de hierro antes de ser reducidoelectrolíticamente a aluminio. Para hacer esto, se trata la bauxita con una solución alcalina caliente deNaOH a 165ºC y a una presión de 6 atmósferas. De esta forma, el óxido de aluminio se disuelve dando unasolución de Al(OH)4

-. Como el Fe2O3 no es anfótero, las impurezas de hierro no se disuelven y se puedenseparar por filtración. Posteriormente, la solución caliente de Al(OH)4

- se enfría y se inoculan semillas de A1203 para favorecer la posterior precipitación de A1203.3H2O. Mediante un proceso de filtración ycalcinación entre 1.200 y 1.300º C se obtiene un polvo blanco de A1203.





F 1. R B

La etapa final consiste en la electrólisis del óxido de aluminio purificado, con criolita, Na3 AlF6; éste últimopara rebajar el punto de fusión del A1203, que es muy alto, (2.000ºC). La composición aproximada delelectrolito y temperatura que se utiliza corresponde al punto eutéctico de 81,5% de criolita y 18,5% dealúmina, cuyo punto de fusión es de 935ºC. El aluminio fundido es más denso que el electrolito, de modoque el aluminio se deposita en el fondo de la cuba que actúa de cátodo. Como ánodo se utilizan barras decarbón, unidas a un soporte movible para regular la distancia al cátodo y, por tanto, la resistencia delelectrolito al paso de la corriente, a fin de mantener fundido éste. El aluminio fundido se extrae de las celdaselectroquímicas y se transporta en la fase líquida a hornos de aleación, donde se alean y transforman porsolidificación en lingotes, barras, etc. En la figura 2 se representa el proceso de electrólisis del Al2O3.

IGURA EPRESENTACI N ESQUEM TICA DEL PROCESO AYER.





FIGURA 2. SECCIÓN ESQUEMÁTICA DE UNA CÉLULA ELECTROLÍTICA. : 1 CUBA DE ACERO; 2 AISLAMIENTO TÉRMICO

REFRACTARIO; 3 FONDO CATÓDICO Y BORDES DE CARBONO; 4 RAÍLES CATÓDICOS DE ACERO; 5 ENTRADA, DE ALUMINIO, DE

CORRIENTE CATÓDICA; 6 ALUMINIO L ÍQUIDO; 7 ELECTROLITO LÍQUIDO FUNDIDO; 8 ÁNODOS DE CARBÓN PRECALCINADO; 9

1 0 11

El aluminio producido por electrólisis en un baño de criolita normalmente tiene una pureza entre un 99,5 yun 99,7%, siendo las impurezas más usuales el hierro y el silicio. Para obtener el metal con una purezamayor del 99.9%, el metal procedente del baño de criolita debe ser sometido a procesos de refinado. Elmetal refinado tiene una gran ductilidad, alta conductividad eléctrica y excelente resistencia a la corrosión,propiedades muy importantes para ciertas aplicaciones que justifican el coste extra del proceso de refinado.

Uno de los métodos usados para el refino del aluminio se basa en la diferencia de solubilidades de lasimpurezas entre el sólido y el aluminio fundido (refinado por fusión zonas). Con este método se puedenrebajar las impurezas hasta un valor de 10 ppm o 0.001%. Dicho método consiste en fundir por zonas unabarra de aluminio impurificado tal como se muestra en la figura 3. Otro método de refino del aluminio es elelectrolítico.

FIGURA 3. PROCESO DE REFINADO DEL ALUMINIO POR FUSIÓN POR ZONAS.

MANGUITO DE A CERO TRAVESA OS AN DICOS D E ALUMINIO TOLVA DE XIDO DE ALUMINIO 12 EXTRACCI N DEGASES





1.3. Principios de los tratamientos térmicos de las aleaciones de aluminio.

En la figura 4 se representa una porción del diagrama de equilibrio aluminio-cobre donde se muestra unesquema de cómo varía la microestructura en función de la velocidad de enfriamiento y posterior tratamientotérmico. También se observa como la solubilidad del cobre en la matriz de α disminuye con la temperaturadel 5.7% al 0,2%. Este hecho permite los tratamientos de solubilización por encima de la curva detransformación, enfriado rápido o temple y posterior precipitación del CuAl2 mediante recocidos a bajas

temperaturas.

Si se parte de una solución sólida α (punto B) y se desciende la temperatura lentamente hasta cortar lalínea de solidus, el exceso de soluto de cobre se separa formando una fase nueva CuAl2. En situación deequilibrio termodinámico, el diagrama de equilibrio nos proporciona información acerca de las fasespresentes, proporción y composición de cada una. La microestructura resultante está formada por granos defase α con una elevada dispersión de precipitados de CuAl2 (dibujo l). En este caso, como la velocidad deenfriamiento es lenta, hay suficiente tiempo para que los precipitados crezcan y sean visibles al microscopioóptico. Desde el punto de vista mecánico, la existencia de estos precipitados de gran tamaño no interesa, yaque puede tener un efecto fragilizador.

FIGURA 4. EFECTO DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO SOBRE LA MICROESTRUCTURA DE LA ALEACIÓN ALUMINIO -COBRE.

Por el contrario, si esta solución sólida α (pto B) se enfría rápidamente por debajo de la línea de solidus

(temple) se obtiene una solución sólida sobresaturada que conserva todo el cobre inicial. Al enfriarrápidamente no se ha dado tiempo a que la difusión atómica tenga lugar y se obtiene una microestructuraformada únicamente por granos de fase α (dibujo 2).

A temperatura ambiente, hay sistemas que tienden espontáneamente a la situación de equilibrio, es decir,que existe suficiente movilidad atómica para que el sistema vaya expulsando poco a poco el exceso decobre mediante la formación de pequeños precipitados de CuAl2. Este fenómeno se conoce comoenvejecimiento natural. Sin embargo, existen otros sistemas en que es necesario forzar esta reacciónprecipitación mediante tratamientos térmicos. Estos sistemas se someten a temperaturas por debajo de lacurva de transformación (recocido) para inducir la precipitación. Este caso se conoce como envejecimientoartificial.

Tanto en el envejecimiento natural como en el artificial, se obtiene una microestructura formada porgranos de fase α con una fina dispersión de precipitados que no son visibles al microscopio óptico. Dichos

precipitados se pueden observar y caracterizar mediante microscopía electrónica de transmisión. Laexistencia de estos precipitados aumenta considerablemente la resistencia mecánica y la dureza de laaleación.





La primera aleación endurecida por envejecimiento fue una aleación de Al-4,5% Cu conocidacomercialmente como "duraluminio". Esta aleación envejece a temperaturas por debajo de la temperaturaambiente debido a que la solidificación es muy rápida en las piezas moldeadas y lingotes y no se alcanzanlas condiciones de equilibrio. El endurecimiento más importante tiene lugar los primeros días y se vaestabilizando con el tiempo. Cuando al sistema Al-Cu se le añade magnesio se conoce comercialmentecomo "superduraluminio" ya que el magnesio, aumenta la velocidad de precipitación.

Guinier y Preston demostraron que en los procesos de precipitación a bajas temperaturas latransformación de una fase sólida sobresaturada α a una fase θ de CuAl2 no era directa, sino quetranscurría a través de unas fases intermedias de la forma:

Zonas de Guinier-Preston →fase θ"→ fase θ´ → fase θ (CuAl2)

En la figura 5 se representa un esquema de la cristalografía de estas etapas y se pueden resumir en:1. Formación de zonas difusas donde varía la concentración de soluto. No hay casi movilidad atómica,

pero es suficiente para que en algunas zonas haya una cierta orientación o reorganización de losátomos de soluto. Dichas zonas se conocen como zonas de Guinier-Preston.

2. Formación de una fase intermedia θ" coherente con la matriz con una estructura tetragonal centradaen las bases, tal como se observa en la figura 5. Se aprecia que en el medio aún conserva la

estructura cúbica centrada en las caras de la matriz. Dicha fase es coherente con la matriz a lo largode las direcciones [001], [100] y [010].

3. Formación de una fase θ’ semicoherente con la matriz. Al crecer el precipitado θ" se forma otroprecipitado incoherente con la matriz α. Dicha estructura cristalográfica conserva la distancia 4.04 Åde la matriz, pero se produce un cierto alargamiento a lo largo del eje [001]. Este precipitadopresenta en una de las dimensiones un orden correspondiente a unos 10 a 150 átomos, por lo quesuelen presentar una morfología alargada.

4. Finalmente, la formación de la fase estable θ (CuAl2), donde los parámetros reticulares de la base yla altura de la celda no tienen nada que ver con la matriz α. En este caso, el precipitado θ estotalmente incoherente con la matriz.

FIGURA 5. ESTRUCTURA Y MORFOLOGÍA DE LAS FASES ’’ Y ’ EN UNA ALEACIÓN ALUMINIO-COBRE. (CÍRCULOS NEGROS ÁTOMOS

DE ALUMINIO. CÍRCULOS BLANCOS ÁTOMOS DE COBRE).





1.4 Aleaciones de aluminio

El aluminio es un metal con una baja resistencia mecánica. Por ejemplo, el límite elástico de un aluminiorecocido puede alcanzar un valor de 10 MPa. Por tanto, uno de los objetivos a la hora de diseñar aleacioneses mejorar su resistencia mecánica aleándolo con diferentes metales como el cobre, magnesio, manganeso,zinc, hierro o silicio. En la tabla 3 se representan los principales aleantes utilizados en la industria, así comoun resumen de las principales propiedades que adquiere la aleación.

T ABLA 3. PRINCIPALES ALEANTES UTILIZADOS EN LAS ALEACIONES DE ALUMINIO

Zn Resistencia y dureza aumentadas. Posibilidad de corrosión bajotensión. Combinado con Mg produce una aleación tratable térmicamente.

Cu Produce una aleación tratable térmicamente. Resistencia y durezaaumentadas.

Mn Reduce la resistencia a la corrosión.Si Combinado con Mg produce una aleación tratable térmicamente.

Buena resistencia a la corrosión.Mg Resistencia aumentada. Dureza aumentada. Buena resistencia a la

corrosión. Soldabilidad aumentada.

Todos estos elementos presentan una gran solubilidad en el aluminio y en todos los casos la solubilidadaumenta con la temperatura. El zinc es el elemento que presenta una mayor solubilidad (hasta un 66,4%),mientras que elementos como el magnesio, plata y litio presentan una solubilidad mayor del 10%. Engeneral, la máxima solubilidad se consigue a las temperaturas correspondientes al eutéctico, peritéctico omonotéctico. El descenso de la solubilidad con la temperatura es la base para tratamientos de solubilizacióny envejecimiento de estas aleaciones.

A diferencia de otros metales como el hierro o el cobre, el aluminio no se disuelve con facilidad en otrosmetales, de tal forma que una gran proporción de estos aleantes no se disuelven en la fase α y formanintermetálicos. En las aleaciones de aluminio puede existir una gran diversidad de fases o intermetálicosque se pueden distinguir con técnicas de caracterización del tipo difracción de electrones o de rayos X.

Según el modelo de transformación de las aleaciones de aluminio, éstas se pueden clasificar en:

- Aleaciones de moldeo. Se utilizan en fundición para la fabricación de piezas obtenidas por coladadel metal líquido en moldes de arena (colada de arena), en moldes de acero o de fundición (coladaen coquilla) o por inyección. Mediante este procedimiento se fabrican piezas de formas más omenos complejas, como picaportes, bloques motores, etc.

- Aleaciones de forja. Son las coladas en fundición en forma de placas que a continuación setransforman en semi-productos (chapas, perfiles, etc.) por laminación o extrusión. Lossemiproductos así obtenidos se utilizan en la construcción mecánica o son ensamblados porsoldadura, roblonados, atornillados, etc.

A su vez, las aleaciones se pueden dividir según el método utilizado para aumentar su resistenciamecánica:

- Aleaciones forjadas no tratables térmicamente. Mediante la dispersión de segundas fases oelementos en solución sólida y trabajados en frío.

- Aleaciones de forja tratables térmicamente. Mediante disolución de aleantes en forma desolución sólida y posterior precipitación de éstos en pequeños precipitados coherentes osemicoherentes.

De esta forma se han desarrollado una gran cantidad de aleaciones comerciales que se referenciansegún nomenclaturas estándares internacionales, donde se especifica la composición química y suspropiedades mecánicas.





1.5. Nomenclatura de las aleaciones de aluminio

1.5.1. Aleaciones de forja

Las aleaciones de forja se agrupan por un sistema de cuatro dígitos, en donde el primer índice indica elaleante mayoritario de la forma:

1XXX: Aluminio del 99 % de pureza como mínimo2XXX: Cobre3XXX: Manganeso4XXX: Silicio5XXX: Magnesio6XXX: Magnesio y silicio7XXX: Cinc8XXX: Otros elementos9XXX: Series no utilizadas

mientras que los siguientes índices representan otros aleantes minoritarios. En la figura 6 se presenta unejemplo de aleación y el significado de cada dígito.

FIGURA 6. EL EJEMPLO MOSTRANDO EL SIGNIFICADO DE LA NOMENCLATURA DE LAS ALEACIONES DE FORJA DE ALUMINIO.

Finalmente, según la norma española UNE EN 515, se pueden designar los diferentes estados detratamiento de todas las formas de aluminio para forja y aleaciones de aluminio de colada destinados a serforjados de la forma:

F - Bruto de fabricación





Esta designación se aplica a los productos resultantes de un proceso de conformado en el cual no seemplea ningún medio de control particular de las condiciones térmicas o de la acritud. Para este estado noexiste especificación alguna de los límites de características mecánicas.

O – Recocido

Esta designación se aplica a los productos que son recocidos con objeto de conseguir el estado de menorresistencia mecánica.

Subdivisiones el estado de recocido O.

O1 - Recocido a temperatura elevada y enfriamiento lento

Esta designación se aplica a los productos forjados que son tratados térmicamente aproximadamentedurante el mismo tiempo y a la misma temperatura que los requeridos para un tratamiento de solución,enfriando después lentamente hasta la temperatura ambiente, con objeto de mejorar la respuesta a losultrasonidos y/o mejorar la estabilidad dimensional. Se aplica a los productos que deben ser mecanizadospor parte del usuario con anterioridad al tratamiento de solución. No se especifica para este estado ningúnlímite para las propiedades mecánicas.

O2 - Sometido a tratamiento termomecánico

Esta designación se aplica a los productos forjados. Sometidos a un tratamiento termomecánico especial.Se aplica a los productos que deben someterse a un conformado de superplástico por parte del usuario conanterioridad al tratamiento de solución.

O3 – Homogeneizado

Esta designación se aplica a los alambrones y a la banda de colada continua, que son sometidos a untratamiento de difusión a la alta temperatura a fin de eliminar o de reducir las segregaciones, mejorandoconsiguientemente la aptitud para el conformado o la respuesta al tratamiento térmico de solución y temple.

H – Acritud

Esta designación se aplica a los productos sometidos a un proceso de deformación en frío después delrecocido (o después de un conformado en caliente), o de la combinación de un proceso de deformación enfrío y un recocido parcial o de recocido de estabilización, con el fin de obtener las características mecánicasespecificadas. La letra H va siempre seguida de, al menos, dos cifras; la primera indica el tipo de procesotermomecánico y la segunda indica el grado de acritud (una tercera cifra se emplea en algunos casos con elfin de identificar técnicas especiales del proceso).

Subdivisiones del estado de acritud H

Las subdivisiones se hacen en función de las operaciones básicas y del grado de acritud final, de lamanera siguiente:

Primer dígito después de H

El primer dígito que sigue a la letra H indica la combinación específica de las operaciones básicas comosigue:

H1x - Acritud solamente

Estas designaciones se aplican a los productos que son endurecidos por deformación plástica en frío conobjeto de obtener la resistencia mecánica deseada si tratamiento térmico suplementario.

H2x -Acritud y recocido parcial





Estas designaciones se aplican a los productos que son endurecidos por deformación plástica en frío porencima de lo deseado para ser posteriormente reblandecidos hasta un nivel apetecido por medio de unrecocido parcial. Para las aleaciones que se reblandecen progresivamente a temperatura ambiente, losestados H2x tienen el mismo valor mínimo de resistencia a la tracción que los estados H3xcorrespondientes. Para las otras aleaciones, los estados H2x presentan el mismo valor mínimo deresistencia a la tracción que los estados H1x correspondientes y un alargamiento ligeramente superior.

H3x -Acritud y estabilizado

Estas designaciones se aplican a los productos que son endurecidos por deformación plástica en frío ycuyas características mecánicas son estabilizadas por tratamiento térmico a baja temperatura o comoresultado del calor aportado en el proceso de fabricación. El estabilizado mejora normalmente la ductilidad.Esta designación se aplica sólo a las aleaciones que, de no ser estabilizadas, se reblandecenprogresivamente a temperatura ambiente.

H4x -Acritud y lacado o pintado

Estas designaciones se aplican a los productos que son endurecidos por deformación plástica en frío yque pueden experimentar un cierto recocido parcial en el curso del tratamiento de curado térmico a que se

someten después de las operaciones de lacado o pintado.

Segundo dígito después de H

El segundo dígito que sigue a la letra H indica el grado final de acritud alcanzado, el cual se identifica porel valor mínimo de resistencia a la tracción.

- El dígito 8 se atribuye habitualmente al estado más duro normalmente producido. El valor mínimo dela resistencia a la tracción de los estados Hx8 puede determinarse con la ayuda de la tabla 4; sebasa en la resistencia a la tracción mínima de la aleación en estado recocido.

T ABLA 4

Valor mínimo de resistencia a tracción enestado de recocido MPa

Incremento del valor mínimo de laresistencia a la tracción para alcanzar el

estado Hx8 MPaHasta 40

45 a 6065 a 8085 a 100105 a 120125 a 160165 a 200205 a 240245 a 280285 a 320

325 en adelante

556575859095100105110115120

- Los estados comprendidos entre el 0 (recocido) y el Hx8 se designan mediante los dígitos 1 a 7

- El dígito 4 designa los estados para los que la resistencia a la tracción está aproximadamente amedio camino entre la del estado 0 y la de los estados Hx8.

- El dígito 2 designa los estados para los que la resistencia a la tracción esta aproximadamente amedio camino entre la del estado 0 y la de los estados Hx4.

- El dígito 6 designa los estados para los que la resistencia a la tracción esta aproximadamente amedio camino entre la de los estados Hx4 y la de los estados Hx8.

- Los dígitos 1, 3, 5 y 7 designan, de la misma manera, los estados intermedios de los definidosanteriormente.





- El dígito 9 designa los estados cuyo valor mínimo de resistencia a la tracción supera en al menos 10MPa a la de los estados Hx8.

- En caso de que la resistencia a la tracción de los estados intermedios, determinada como se haindicado anteriormente, no termine por 0 ó 5, el valor redondea al primer 0 o al primer 5inmediatamente superior.

W - Tratamiento térmico de solución y temple

Esta designación describe un estado inestable. Solamente se aplica a aleaciones que maduranespontáneamente a temperatura ambiente después del tratamiento de solución y temple. Esta designaciónsólo se específica cuando la duración de la maduración natural queda indicada: por ejemplo W1/2h.

T - Tratamiento térmico de endurecimiento estructural para obtener estados diferentes de los F, O o H

Esta designación se aplica a los productos tratados térmicamente, con o sin acritud suplementaria, paraalcanzar un estado estable. La T va siempre seguida de una o varias cifras que indican la secuenciaespecífica de los tratamientos.

Subdivisiones de los estados T

El primer dígito después de la letra T sirve para identificar la secuencia especifica de tratamientosbásicos. Se atribuyen las cifras del 1 al 9 de la manera siguiente:

Tl -Enfriamiento desde el conformado en caliente y maduración natural hasta la obtención de un estadode tratamiento prácticamente estable.

Esta designación se aplica a los productos que no sufren acritud después del enfriamiento desde latemperatura de conformado en caliente, o en los cuales el efecto de la acritud asociada al aplanado o alenderezado no repercute en los límites de características mecánicas.

T2 - Enfriamiento desde el conformado en caliente, acritud y maduración natural hasta la obtención de un

estado de tratamiento prácticamente estableEsta designación se aplica a los productos que, después del enfriamiento desde la temperatura deconformado en caliente, reciben una acritud para mejorar su resistencia mecánica, o en los cuales el efectode acritud asociado al aplanado o al enderezado repercute en los límites de características mecánicas.

T3 - Tratamiento de solución, temple, acritud y maduración natural para la obtención de un estadoprácticamente estable.

Esta designación se aplica a los productos que, después del tratamiento de solución y temple reciben unaacritud para mejorar su resistencia mecánica, o en los cuales el efecto de la acritud asociada alaplanamiento o enderezamiento repercute en los límites de las características mecánicas

T4 - Tratamiento de solución, temple, acritud y maduración natural hasta la obtención de un estado

prácticamente estable.

Esta designación se aplica a los productos que no sufren acritud después del tratamiento de solución ytemple o para los cuales el efecto de la acritud asociada al aplanado o enderezado no repercute en loslímites de las características mecánicas.

TS - Tratamiento de temple desde el conformado en caliente y maduración artificial

Esta designación se aplica a los productos que no sufren acritud después del temple desde latemperatura de conformado en caliente, o en los cuales el efecto de acritud asociada al aplanado oenderezado no repercute en los límites de las características mecánicas.

T6 - Solución, temple y maduración artificial





Esta designación se aplica a los productos que no sufren acritud después del tratamiento de solución ytemple, o en los cuales el efecto de la acritud asociada al aplanado o al enderezado no repercute en loslímites de las características mecánicas.

T7 - Solución, temple y sobresaturación / estabilizado

Esta designación se aplica a los productos sometidos, después de solución y temple, a un tratamiento demaduración artificial que les conduce más allá del punto de resistencia mecánica máxima con objeto decontrolar alguna característica significativa distinta de las características mecánicas.

T8 - Solución, temple, acritud y maduración artificial

Esta designación se aplica a los productos que, después de la solución y el temple, reciben una acritudpara mejorar su resistencia mecánica, o en los cuales el efecto de la acritud asociada al aplanado oenderezado repercute en los límites de las características mecánicas.

T9 - Solución, temple, maduración artificial y acritud

Esta designación se aplica a los productos que reciben una acritud para mejorar su resistencia mecánica.

1.5.2. Aleaciones de colada

Para designar aleaciones de aluminio de colada se utiliza un sistema numérico de cuatro dígitosincorporando un decimal. El primer dígito indica el aleante mayoritario o grupo de la forma:

1XX.X: Aluminio > 99.00 %2XX.X: Cobre3XX.X: Silicio con adiciones cobre y magnesio4XX.X: Silicio5XX.X: Magnesio7XX.X: Zinc8XX.X: Estaño

9XX.X: Otros elementos

Los dos dígitos siguientes no tienen un significado importante, simplemente sirven para identificar lasdiferentes aleaciones de este grupo. En el caso del grupo IXX.X indican el grado de pureza del aluminio.Finalmente, el último dígito indica en que forma se encuentra el producto.

1.6 Aleaciones de aluminio coladas

Son aquellas aleaciones que se utilizan en fundición para la fabricación de piezas obtenidas por coladaen moldes de arena (colada en arena) en moldes de acero (colada en coquilla) y mediante inyección.

Las aleaciones de aluminio de colada son propensas a presentar porosidad gaseosa a lo largo del metal

solidificado. Este hecho se debe a la gran capacidad que tiene el caldo metálico en absorber hidrógeno dela atmósfera o vapor de agua que pueda existir en el horno. Generalmente, para evitar esta porosidad seutilizan fundentes limpiadores del tipo tricloruro de boro o inyectando una corriente de nitrógeno en el caldometálico.

Las aleaciones de aluminio en estado líquido reaccionan con gran facilidad con el oxígeno de laatmósfera formando una capa de óxido en su superficie. Esta capa protege al metal líquido del interior de laoxidación.

Aunque se han desarrollado una gran cantidad de aleaciones de aluminio de colada, existen seis tipos dealeaciones principales:

- Aluminio-cobre - Aluminio-silicio - Aluminio-zinc-magnesio- Aluminio-cobre-silicio - Aluminio-magnesio - Aluminio-estaño





En los siguientes apartados se describirán las características más importantes de algunas de estasaleaciones.

1.6.1 Aleaciones aluminio-cobre

La adición de cobre al aluminio aumenta la colabilidad, disminuye la resistencia a la corrosión y permite

aumentar la resistencia mecánica y la dureza de la aleación mediante tratamientos térmicos desolubilización, temple y recocido.

FIGURA 7. DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE FASES BINARIO ALUMINIO-COBRE.

Como se puede observar en la gráfica de la figura 7, las aleaciones binarias de Al-Cu forman un eutécticoa 547ºC y a una composición del 33% en cobre. En el punto eutéctico se tiene en equilibrio una soluciónsólida de aluminio o fase α y un intermetálico CuAl2 con una estructura cristalina tetragonal centrada.

En el diagrama de equilibrio también se puede ver que a la temperatura del eutéctico la solubilidad delcobre es máxima, 5,7%, y que, a medida que desciende la temperatura, la solubilidad va disminuyendohasta valores del 0,45% a los 300º C y del 0,1-0,2% a los 250º C. Esta diferencia de solubilidad es la quepermite que estas aleaciones sean susceptibles de ser tratadas térmicamente.

En general, las aleaciones más utilizadas industrialmente son las que presentan una concentración en

cobre entre un 4 y un 6%, ya que son las que responden más favorablemente a los tratamientos deendurecimiento.





En aleaciones de colada de aluminio con un 4% de cobre y a temperaturas por encima de la curva desolubilidad, se puede obtener unas microestructuras denominadas tipo "celulares" como consecuencia deuna distribución no homogénea del cobre en la matriz de aluminio. El cobre se redistribuye en una maneracompleja concentrándose en unas determinadas zonas. Dicha estructura se puede retener medianteprocesos de temple. Mediante procesos de recocido a 150º C, la solución sólida se descompone en unasolución sólida más un exceso de cobre en forma de clusters, que son los núcleos para la formación de los

precipitados de Guinier- Preston de tipo I en forma de láminas de 5 Å de espesor y 100 Å de largo.

En la industria de aeronáutica y de automoción se utilizan aleaciones Al-Cu con un mayor contenido encobre (9 - 11 %). Esto es debido a que estas aleaciones presentan unas buenas propiedades de moldeo,buena resistencia mecánica a elevadas temperaturas y una buena resistencia al desgaste. Estascaracterísticas hacen que estas aleaciones sean adecuadas, por ejemplo, para la fabricación de pistones ybloques cilíndricos de los motores.

Aleaciones con contenido mayor del 14% no existen comercialmente, ya que presentan una granfragilidad debido al alto porcentaje de intermetálico CuAl2 presente en la matriz.

1.6.2 Aleaciones aluminio-silicio

Las aleaciones de aluminio y silicio se utilizan cada vez más por sus excelentes propiedades de moldeo,buena soldabilidad y buena resistencia a la corrosión, incluso en ambientes marinos. La adición de siliciomejora notablemente la fluidez de la aleación durante la colada. Esto se debe a que el silicio tiene unretículo tipo diamante, no denso, donde cada átomo de silicio en estado sólido ocupa un espacio muchomayor que en el estado líquido, por lo que al solidificar, la contracción es inferior a la de otras aleaciones ymetales. En general, las aleaciones aluminio-silicio son más dúctiles y resistentes al choque que lasaleaciones aluminio-cobre.

FIGURA 8. DIAGRAMA DE EQUILIBRIO BINARIO ALUMINIO-SILICIO.





Como se puede observar en la figura 8, el sistema binario Al-Si forma un eutéctico a una temperatura de577ºC y a una composición de silicio del 11,7%, donde la microestructura está formada por una matriz defase α y una dispersión de fase β o silicio.

Al igual que en las aleaciones anteriores, la solubilidad del silicio en la matriz de aluminio es máxima a latemperatura del eutéctico. En condiciones de equilibrio la solución sólida de aluminio o fase α tiene un

contenido en silicio del 1,3 % a 550ºC y baja hasta 0,05-0,008% a la temperatura de 250º C.

En estas aleaciones el silicio existente puede aparecer en dos formas:

- a partir de la precipitación de la solución sólida α

- a partir de una forma directa durante el proceso de solidificación

Desde el punto de vista cristalográfico ambos son equivalentes, pero difieren en la forma y distribución.En procesos de colada, las aleaciones de Al-Si no suelen alcanzar estructuras totalmente en equilibrio ysuele aparecer silicio libre en los lingotes.

Existen otros aleantes como el sodio y el hierro que se añaden al aluminio fundido para producir la

reacción conocida como modificación. La adición de sodio evita la cristalización del silicio desplazando elpunto eutéctico hacia la derecha (14% Si) y disminuyendo la temperatura del eutéctico. Desde el punto devista microestructural, el sodio hace que el silicio cristalice de una forma dispersa y uniforme en vez de finasplacas alargadas. La distribución del silicio en pequeños precipitados favorece las propiedades mecánicasde resistencia. Por ejemplo, si a una aleación Al 12% Si se añade sodio, la resistencia a tracción delmaterial moldeado aumenta de unos 4 a 7 Kg/mm2, y su alargamiento puede casi ser el doble.

Las principales ventajas de las aleaciones modificadas de Al-Si son sus excelentes propiedades demoldeo y propiedades físicas, siendo mejores que las aleaciones aluminio-zinc o que la aleación con 8% encobre. Como desventaja, son aleaciones difíciles de mecanizar debido a su naturaleza abrasiva de laspartículas de silicio.

El hierro es prácticamente insoluble en estas aleaciones y aparece formando un compuesto ternario β

(Fe-Si). Si el contenido en hierro es menor del 0,6 %, dicho compuesto aparece como pequeñas agujas oplacas en el eutéctico. En mayores proporciones, el aluminio se fragiliza empeorando en gran proporción laspropiedades mecánicas.

Las aleaciones de aluminio-silicio se utilizan preferentemente en las industrias de fundición, debido a sualta fluidez y su reducido coeficiente de expansión térmica. Las aleaciones Al-Si para forja se utilizan paravarillas para soldar y aplicaciones de arquitectura. Por ejemplo, la aleación 4032 que tiene un 11 % Si y un 1% de Fe, Cu, Mg y W es una aleación que presenta un coeficiente de expansión térmica bajo. Es útil paraaquellos tratamientos térmicos donde exista precipitación a elevadas temperaturas. Por ejemplo, se utilizapara la fabricación de turbinas de aviación.





FIGURA 9. DIAGRAMA DE EQUILIBRIO BINARIO ALUMINIO-MAGNESIO.

1.6.3 Aleaciones aluminio-magnesio

El magnesio endurece el aluminio con mayor facilidad que el manganeso y se puede añadir en mayorescantidades. Un porcentaje de magnesio del 0.8 % tiene un efecto endurecedor similar al obtenido con un1,25% de manganeso. Las aleaciones de Al-Mg son más ligeras que el aluminio, poseen unas buenas

propiedades de soldabilidad, excelente resistencia a la corrosión en ambientes marinos y se mecanizan confacilidad.

De acuerdo con el diagrama de la figura 9, el sistema Al-Mg forma un eutéctico a 450ºC y a unacomposición del 35%. La solubilidad máxima del Magnesio es del 15.35% en el punto eutéctico y disminuyehasta el 2% a 100ºC. Por tanto, son sistemas que permiten endurecerse por precipitación. La disminuciónde la solubilidad con la temperatura produce la expulsión del magnesio para formar el intermetálico Mg 2 Al3,que forma una red compleja cúbica centrada en las caras. El rango de temperaturas óptimo para lostratamientos de precipitación del Mg2 Al3 oscila entre 200 y 300ºC. Dicha precipitación ocurrepreferencialmente en los planos cristalográficos 100 seguidos del 120.

Las impurezas más usuales en estas aleaciones Al-Mg son el silicio y el hierro. El magnesiocomercialmente puro puede llevar hasta un 0.5% de silicio, de tal forma que durante la primera adición de

magnesio se produce la formación del intermetálico Mg2Si, que aparece en forma de pequeñas partículas decolor gris o azul. Las impurezas de hierro también tienden a formar intermetálicos del tipo FeAl3. Por tanto,en las aleaciones Al-Mg es usual encontrar, además de las fases descritas en el diagrama de equilibrio,estos intermetálicos.





El sodio es una impureza que debe ser evitada en las aleaciones destinadas para forja. En proceso deforja en caliente el sodio produce una fragilidad al originar poros y grietas. Para las aleaciones de colada, aveces se añaden pequeñas cantidades de berilio al caldo metálico (0.03 a 0.001%) con el fin de reducir laoxidación del metal fundido y el contenido de hidrógeno. En el caso de las aleaciones destinadas para forja,la adición de pequeñas cantidades de berilio ayuda a neutralizar el efecto fragilizador que produce el sodio.

Las aleaciones Al-Mg se utilizan preferentemente en piezas ornamentales, en la fabricación de latas,utensilios caseros, postes de alumbrado, en náutica, tanques criogénicos y piezas de automoción.

1.6.4 Aleaciones aluminio-cobre-silicio

Las aleaciones ternarias Al-Cu-Si suelen contener entre un 2-5% de cobre y un 2-10% de silicio. Noobstante, el porcentaje de elementos suele variar según las propiedades deseadas. El cobre contribuyeprincipalmente al aumento de resistencia mecánica, mientras que el silicio mejora la colabilidad de laaleación. Cuanto más complejo sea el proceso de colada, mayor es el porcentaje de silicio necesario para laaleación.

Aleaciones hipereutectoides con contenidos de silicio mayores del 12% se utilizan para la industria de laautomoción en la fabricación de piezas como, por ejemplo, pistones de motores. Esto es debido a que, para

estas concentraciones de silicio, éste se encuentra distribuido en la matriz en forma de cristales de siliciopuro que confieren propiedades tribológicas a la aleación excelentes.

1.6.5 Aleaciones alumin io-manganeso

De acuerdo con el diagrama de equilibrio Al-Mn de la figura 10, el aluminio forma un eutéctico con elintermetálico MnAl6 a la temperatura de 685,5º C y a una composición del 2% en Mn. La solubilidad delmanganeso en la matriz de aluminio puede llegar hasta 1,82% a la temperatura del eutéctico y como sepuede observar en la gráfica, la solubilidad disminuye con la temperatura. Por ejemplo, a 600º C lasolubilidad disminuye hasta 0,95% y a 500º C llega al 0,35%.

F 10. D

IGURA IAGRAMA DE EQUIL IB RIO B INARIO ALUMINIO- .MANGANESO





El intermetálico MnAl6 tiene un 25,34% en peso de manganeso y se presenta con una estructura cristalinaortorrómbica. El manganeso es una impureza usual en el aluminio puro llegando a concentraciones entre 5y 500 ppm. El manganeso disminuye la resistividad eléctrica y aumenta la resistencia mecánica tanto si estaen solución sólida como formando intermetálicos.

La presencia de manganeso aumenta la temperatura de recristalización y previene el crecimiento de

grano.

En general las aleaciones 3XX.X suelen estar aleadas con manganeso hasta una concentración de 1,2%y también con adición de magnesio. Este grupo de aleaciones se utiliza principalmente para la fabricaciónde contenedores de bebidas, intercambiadores térmicos, refrigeradores de aire, aceite y equipo químicos.La presencia de metales como el hierro, cromo o metales de transición se tienen que controlar, ya que, sino, puede precipitar intermetálicos durante la colada. Por ejemplo, en las aleaciones 3003 y 3004, elcontenido en hierro y manganeso no deben superar el 2 y el 1,7% respectivamente, para evitar la formaciónde (Fe, Mn)Al6 durante el proceso de colado.

1.7 Aleaciones de aluminio forjadas

Las aleaciones de aluminio para uso comercial se especifican como productos forjados y materialesfundidos. Los productos forjados incluyen estampaciones, extrusiones, placa, chapa, banda, barra, alambre,tubo y papel (lámina), mientras que las fundiciones pueden conseguirse en formas fundidas en arena, apresión y por gravedad. Las aleaciones pueden clasificarse en las que se pueden tratar térmicamente y lasque no; es decir, las que son susceptibles de endurecimiento por precipitación y las que no. Los principaleselementos de aleación añadidos al aluminio son cobre, magnesio, manganeso, silicio, níquel, hierro y titanio.

1.7.1 Influencia del conformado por deformación plástica en el endurecimiento de las aleaciones

de aluminio

Para las aleaciones de aluminio para forja y laminación endurecibles es de gran importancia práctica lacombinación de tratamientos térmicos, conducentes al endurecimiento, con procesos de conformado en fríoy en caliente. El proceso de endurecimiento es el mismo que el realizado en las aleaciones de aluminiofundidas. La combinación de conformado (en estado frío o caliente) con tratamientos térmicos se conocecon el nombre de tratamiento termomecánico. Los procesos de conformado en frío que suelen ir acopladosa un tratamiento de endurecimiento, después del enfriamiento y antes del almacenaje pero también, enalgunos casos más raros después de un tratamiento cíclico de endurecimiento, se presentanfrecuentemente en la fabricación y trabajo posterior de trabajos semielaborados. Estos tratamientosmecánicos realizados en la fabricación de semielaborados consisten en laminación en frío, estirado en frío,forja en frío en matriz abierta, estirado y enderezado, (realizado en máquinas endurecedoras por laminación,prensas para enderezar e instalaciones semejantes o a mano). Se realizan con alguno de estos fines:

- Para dar al producto semielaborado la forma que interese para su aplicación en servicio. En general,las formas más habituales son piezas perfectamente planas o bien con diferentes ángulos que se

pueden obtener por procesos de doblado.- Debido a los procesos de conformado plástico en frío, el material se endurece por acritud. Este

endurecimiento provoca el aumento de la resistencia mecánica, de la dureza, del límite elástico delmaterial y provoca a su vez una disminución en la plasticidad del material, reduciendo su ductilidad.Estas propiedades mecánicas se ven afectadas, en el mismo sentido, con los tratamientos térmicos deendurecimiento por precipitación. Asimismo, los procesos de endurecimiento por acritud afectarán a lapropiedad de la conductividad eléctrica, haciendo al aluminio o a sus aleaciones menos conductoras amedida que la acritud introducida es mayor.

- Para eliminar, en parte, las tensiones propias que podrían influir en la estabilidad de la forma y, sobretodo, que pudieran ocasionar un alabeo posterior en el mecanizado con arranque de viruta.

Mediante la combinación del tratamiento de endurecimiento y el conformado en frío se consigue modificarlas características mecánicas del conformado, de la conductividad eléctrica o de la estructura de grano encontraste con las que se obtendrían por un endurecimiento puro y único.





El conformado en caliente, proyectada con precisión y acompañada muy a menudo de tratamientostérmicos posteriores sirve como tratamiento termomecánico para mejorar determinadas característicascomo la dureza, la resistencia a la rotura, la resistencia a la fluencia y la resistencia a la fatiga.

1.7.2 Conformado en frío y endurecimiento en frío

Un conformado en frío entre el enfriamiento y el almacenamiento en frío acelera, en general, el curso delendurecimiento, es decir, la resistencia a la tracción y el límite elástico 0.2% aumentan más rápidamenteque cuando el material no se ha deformado. Esto sucede particularmente en el comienzo delalmacenamiento en frío. Si el almacenamiento en frío continúa, el efecto del conformado en frío realizadopreviamente puede actuar de forma retardada. En algunos materiales puede suceder, según el grado deconformado, que el material conformado y a continuación endurecido en frío no alcance los valores deresistencia a la tracción del material endurecido en frío y no conformado.

El aumento del límite elástico de la aleación AlCuMg 1 conformado en frío es menos que el aumento delmismo límite para el material sin conformar. Esta influencia del conformado en frío se encuentra también,aunque en menor medida, en las aleaciones AlCuMg 2 y AlZnMgCu 0.5.

Un factor de influencia importante además del grado de conformado es el momento en que se realiza el

conformado en frío después del enfriamiento. Cuanto más tarde se consiga la compactación en frío despuésdel enfriado, tanto menor es, en general, su influencia en el endurecimiento en frío. Un conformado en fríorealizado en un material totalmente endurecido en frío conduce a otro aumento de los valores de laresistencia por compactación en frío, los cuales se superponen al aumento de resistencia conseguido porendurecimiento.

De las consideraciones precedentes, se obtienen para la práctica las siguientes conclusiones:

- Los procesos de enderezamiento después del enfriamiento deben realizarse de tal modo que elendurecimiento en frío sea influenciado lo menos posible (intervalo de tiempo después del enfriamiento,antes de realizar el enderezamiento, grado de conformado).

- El estirado y recalcado en frío, para eliminación de tensiones internas, (originadas por elenfriamiento después del recocido de disolución) deben mantenerse en grados de conformado en frío

relativamente pequeños. También, en este caso, deben ser elegidos los grados de conformado de maneraque se puedan conseguir los valores de resistencia mecánica deseados mediante el almacenamiento en fríosiguiente;

- Mediante un conformado en frío después de finalizado el endurecimiento en frío puro se consiguenvalores más altos de resistencia mecánica que con un simple endurecimiento en frío; en este caso esinevitable un retroceso considerable de los valores del alargamiento a rotura.

1.7.3 Conformado en frío y endurecimiento por precipitación

Cuando se realiza un conformado en frío después del enfriamiento, se consiguen los valores máximos dela resistencia a la tracción y el límite elástico mediante un almacenamiento en frío durante menos tiempo

que cuando se realiza éste sin un conformado en frío previo. A causa de la compactación en frío, aumentael número de defectos reticulares. Con ello se facilita la formación de núcleos de las fases de precipitación.Exactamente como en el endurecimiento en frío, puede también en este caso, impedir un conformado enfrío para que no se alcancen los máximos valores de resistencia del material no conformado y endurecidotérmicamente. Los valores máximos alcanzables de resistencia a la tracción y del límite elástico dependen,si la temperatura de almacenamiento es constante, del grado del conformado en frío precedente, así comode una permanencia eventual a temperatura ambiente antes del conformado en frío. Así pues, a vecespuede ser conveniente, para eliminar la influencia desfavorable que produce el almacenaje a temperaturaambiente sobre el almacenamiento térmico en chapas de AlMgSi 1, que se empiece lo antes posible con elalmacenamiento térmico después del enfriado, el cual debe interrumpirse para enderezar las chapas atemperatura ambiente y a continuación terminar con el almacenamiento térmico.

En la fabricación de placas integrales, se mecaniza con arranque de viruta hasta el 90% del volumen de

la placa después del almacenamiento térmico. Mediante el almacenamiento térmico no se pueden eliminarla mayor parte de las tensiones propias originadas en el enfriamiento a causa de la limitación de latemperatura del almacenaje utilizada, de tal manera que las placas se alabean en el mecanizado. Paradestruir en su mayor parte estas tensiones propias, se someten tales placas a estirado del 1 al 3 % después





del enfriamiento y antes del almacenamiento térmico. Un conformado en frío (estirado o recalcado) del 1 al 3% después del enfriado lleva consigo una resistencia elevada contra la corrosión bajo tensión, debido a quese eliminan en su mayor parte las tensiones surgidas en el enfriado. Otro ejemplo, tomado de la experiencia,es la fabricación de alambres de E-AlMgSi. Mediante combinación de almacenamiento en frío con formaciónen frío y almacenaje técnico se consiguen las características deseadas, como son alta conductividadeléctrica simultáneamente con elevados valores de resistencia mecánica.

1.7.4 Aleaciones de aluminio forjadas no tratables térmicamente

Las aleaciones de este grupo pueden endurecerse sólo por trabajo en frío y el único tratamiento térmicoque se les puede dar es recocer para ablandar el material trabajado en frío y esto lleva a cabo generalmenteentre 350ºC y 400ºC. Algunas de las formas de los productos (chapa y banda) se pueden conseguir condistintos grados de trabajo en frío, por ejemplo, blando, medio duro, duro.

Estas aleaciones poseen una buena resistencia a la corrosión. Las dos principales aleaciones de estegrupo son:

- Aleación de aluminio con 1.25% de manganeso

El manganeso es parcialmente soluble en aluminio sólido y la aleación con un 1.25% de manganeso essignificativamente más resistente que el aluminio comercialmente puro y también tiene mejor resistencia a lacorrosión. Sus usos principales son en forma de chapa para techumbre y revestimiento de edificios y para laproducción de edificios y para la producción de utensilios domésticos tales como ollas a presión.

- Aleación de aluminio con contenidos entre el 2 y el 7% de magnesio

El magnesio también muestra una limitada solubilidad sólida y endurece el aluminio más que elmanganeso. Las aleaciones de aluminio/magnesio se pueden soldar fácilmente y tienen buena resistencia ala corrosión, especialmente para la corrosión marina, de tal manera que se usan ampliamente en laconstrucción de barcas y buques. Otros usos incluyen la producción de barriles de cerveza, vasijas paraleche y diversos contenedores.

1.7.5 Aleaciones de aluminio forjadas tratables térmicamente

A continuación se tratará brevemente sobre el comportamiento en la fase de endurecimiento de lasaleaciones para forja y laminación más importantes.

- Aleaciones de aluminio-cobre-magnesio y Aleaciones de aluminio-cobre-sil ic io-manganeso

Las aleaciones AlCu2.5Mg 0.5, AlCuMg l, AlCuMg 2 y AlCuMgPb se templan generalmente en frío debidoa que, en el estado endurecido térmicamente, hay que contar con una menor resistencia a la corrosión.Teniendo en cuenta que estas aleaciones, en particular AlCuMg 1 y AlCuMg 2, se encuentran aleadas casien el límite de la solubilidad, es necesario realizar el recorrido de disolución a la máxima temperaturaposible. La limitación de la temperatura de recocido hacia arriba viene condicionada con el punto de fusión

de las fases de la aleación de más bajo punto de fusión. Por eso el campo de la temperatura a utilizar seencuentra fuertemente limitado, hallándose entre 495 y 505º (en algunas aleaciones hasta 510º C).

Las aleaciones AlCuMg se enfrían habitualmente en agua fría. El enfriamiento debe realizarseinmediatamente después del recocido de disolución con objeto de evitar una precipitación incontrolado. Elintervalo de temperaturas, entre unos 250 y 450º C, debe ser recorrido rápidamente a fin de que no seforme ninguna precipitación en los bordes del grano, que provocaría una tendencia a la corrosiónintercristalina.

Según puede deducirse del curso de endurecimiento se puede, durante las dos primeras horas despuésdel enfriamiento, conformar, con ciertas limitaciones, cómo puede ser un enderezado del material. Dejandolas piezas a temperaturas alrededor de 0º C, se puede conformar pasadas de 30 a 40 horas después delenfriado. Mediante un enfriamiento a -15º C e incluso hasta -20º C, después del enfriado, se detiene

ampliamente el endurecimiento. Por este procedimiento se puede conformar incluso hasta 6 días despuésdel templado y enfriamiento. Esto se aplica, por ejemplo, para remaches de aleación AlCuMg l.





El conformado en frío entre el enfriado y el almacenaje disminuye el efecto de endurecimiento. Laresistencia a la tracción crece de nuevo al aumentar el grado de estirado y alcanza, aproximadamente conel 12%, los valores conseguidos en probetas no estiradas.

Al aumentar el grado de estirado aumenta constantemente la porción de compactación correspondiente alaumento de la resistencia. Por lo contrario, el aumento de resistencia que se consigue mediante el temple al

aumentar el grado de estirado desciende primeramente hasta un 5% con bastante intensidad y, pasado el5%, de modo más moderado.

Las aleaciones AlCuSiMn y AlCuBiPb se endurecen tanto en caliente como en frío. La resistencia a lacorrosión de esas aleaciones no queda influenciada esencialmente cuando se endurecen térmicamente, detal manera que nos podemos beneficiar del aumento de la resistencia mecánica conseguida a través delendurecimiento térmico.

Los materiales recubiertos se pueden tratar como los no recubiertos; no obstante, se debe mantener laduración del proceso de endurecimiento tan poco como sea posible, para no reducir la estabilidad química.Cuando se realiza un proceso prolongado, aumenta la cantidad en cobre difundido desde el material basehacia el recubrimiento, lo cual perjudica la resistencia a la corrosión.

- Aleaciones de aluminio-magnesio-sil ic io. AlMgSi

Las variantes de este grupo de aleaciones, AlMgSi 0.5, AlMgSi 0.7, AlMgSi l y AlMgSiPb, se puedenendurecer en frío y en caliente. Los máximos valores de resistencia se consiguen en las aleaciones AlMgSimediante endurecimiento en caliente. Los tratamientos adecuados se realizan entre 520 y 540ºC.

En contraste con la aleación AlMgSi l, las velocidades de enfriamiento necesarias para la obtención de lasolución sólida sobresaturada, se logran a menudo, en el caso de la fabricación de productos extrusionadosde AlMgSi 0.5 y AlMgSi 0.7, por la acción de una corriente de aire o de agua nebulizada aplicadadirectamente en la prensa de extruir.

De esta forma se puede ahorrar el recocido de disolución después del extrusionado. Si el materialendurecido en frío se somete a un almacenaje térmico subsiguiente, continúan aumentando la resistencia a

la tracción y el límite elástico 0,2% aunque con más lentitud. Materiales más altamente aleados (con Mg ycon contenidos de Si mayores o iguales de 0,9%) no alcanzan así los valores del almacenamiento térmicopuro, en tanto que los que tienen un menor grado de aleación presentan un efecto positivo con unalmacenaje previo en frío.

La disminución del efecto del endurecimiento térmico aparece ya por almacenaje previo a temperaturaambiente de corta duración, siendo escasa la influencia de un almacena e previo más prolongado atemperatura ambiente. El descenso en los valores de resistencia mecánica por un almacenaje previo atemperatura ambiente de las aleaciones AlMgSi con contenidos de Mg y Si a partir de 0.9% se puede evitarmediante en almacenaje térmico de corta duración, realizado directamente después del enfriado. Latemperatura de este almacenaje previo térmico no requiere ser idéntica a la temperatura de endurecimientotérmico propiamente dicha; puede ser, incluso, más baja.

El conformado en frío inmediatamente después del enfriado acelera, en general, el proceso deendurecimiento. Si se realiza a continuación un almacenaje térmico, se alcanzan los máximos valores parala resistencia a la tracción y el límite elástico del 0.2% en mucho menos tiempo, pero sin embargo no sonmás bajos que cuando se almacene térmicamente sin conformado previa en frío.

- Aleaciones de aluminio-zinc-magnesio. AlZnMg.

El campo de temperatura usual para el recocido de disolución de aleaciones AlZnMg se halla más bajoque otras aleaciones para forja y aleación endurecibles sin Zn. La temperatura del recocido de disolución notiene ninguna influencia notable en el campo de temperatura situado entre 350 y 500ºC sobre los valores deresistencia alcanzados en el endurecimiento y se halla, preferentemente, entre 450 y 480º C. Estecomportamiento favorable se aprovecha en la industria para realizar, en un sólo calentamiento, el recocidode disolución y el conformado en caliente, como es el caso en la fabricación de perfiles extrusionados de

AlZn 4.5 Mg l.





Un rasgo esencial de la aleación AlZn 4.5 Mg l, digno de señalar, es la poca sensibilidad al enfriamiento.La velocidad de enfriamiento después del proceso de temple influye muy poco sobre los valores deresistencia obtenidos después del almacenaje.

Se consigue el endurecimiento de la aleación AlZn 4.5 Mg l después de un enfriamiento al aire,prácticamente con los mismos valores para el límite elástico del 0.2% que cuando se realiza un enfriamiento

en agua después del recocido de disolución. La sensibilidad al enfriamiento depende, entre otras cosas, dela suma de zinc y magnesio y de la relación de zinc y magnesio. La aleación AlZnMg 3, que ya no estánormalizada, con un mayor contenido de zinc y magnesio, alrededor del 30% y con una menor relaciónentre zinc y magnesio, alrededor del 50%, era notablemente más sensible al enfriamiento.

Con respecto a la resistencia frente a la corrosión por grietas bajo tensión, es ventajoso según sea elespesor de la pared, un enfriamiento en agua caliente, hasta unos 80ºC, o un enfriamiento en aire.

La resistencia frente a la corrosión en las grietas producidas por tensiones aumenta, especialmente, porel almacenamiento térmico o escalonado. Un sobreendurecimiento (sobreenvejecimiento) que se consigueaumentando la duración del almacenamiento térmico muy por encima de los máximos valores de resistenciase muestra favorable para la resistencia contra la corrosión en las grietas producidas por tensiones. Comocontrapartida a la merma en resistencia mecánica, existe un aumento considerable en la resistencia frente a

la corrosión en las grietas producidas por tensiones.

La escasa sensibilidad al enfriamiento y el amplio campo de la temperatura del recocido de disoluciónhacen que sea posible endurecer de nuevo las zonas sometidas a la influencia del calor durante lasoldadura de material endurecido, que se hayan ablandado, sin que para ello sea necesario un nuevorecocido de disolución. La permanencia temperatura ambiente durante 3 meses tiene como consecuenciaque el material endurecido en frío recupere de nuevo las propiedades resistentes. Con objeto de acelerar elendurecimiento, se almacena a temperatura algo superior, por ejemplo 60 h. a 60ºC o 24 h. a 120ºC. Elalmacenaje de 60 h. a 60ºC da un estado de endurecimiento en frío estable; el almacenaje de 24 h. a 120ºCse halla ya en el campo del endurecimiento térmico y es ventajoso desde el punto de vista de la resistenciafrente a la corrosión por grietas bajo tensión y de la corrosión por capas.

Cuando se realizan trabajos de conformado o soldadura, se debe tener en cuenta que el intervalo de

temperatura de 200 a 300ºC se recorra rápidamente, ya que una permanencia mayor en este intervalo detemperaturas disminuye la capacidad de un nuevo endurecimiento.

El endurecimiento térmico de AlZn 4.5 Mg l se favorece, al contrario que la AlMgSi l, mediante unalmacenamiento previo a la temperatura ambiente, con respecto a los valores resistentes máximosalcanzables. Otra elevación de la resistencia a la tracción y del límite elástico 0.2% se puede provocar porun almacenaje escalonado. Este tratamiento se realiza en la aleación AlZn 4.5 Mg l, primera temperaturaentre 90 y I00ºC y luego, entre 145 y 155ºC.

- Aleación de alumin io-zinc-magnesio-cobre. AlZnMgCu

Las aleaciones más importantes de este género son AlZnMgCu 0,5 y AlZnMgCu 1,5. Las temperaturasdel recocido de disolución se hallan preferentemente en el campo entre 460 y 480ºC. La sensibilidad al

enfriamiento es mayor que en la AlZn 4.5 Mg l, a causa de los mayores contenidos de aleación yespecialmente de las adiciones de cobre y cromo. Para conseguir un estado de la estructura resistente a lacorrosión por grietas bajo tensión y que al mismo tiempo posea elevados valores resistentes, se almacenanestas aleaciones preferentemente con calor o de modo escalonado. Para conseguir elevada resistencia a lacorrosión por grietas bajo tensión es preciso que las aleaciones de AlZnMgCu estén sobreendurecidas. A laprimera etapa de almacenaje a 105º o a 135ºC respectivamente le sigue una segunda a temperatura máselevada, entre 160 y 190ºC; independientemente de los valores para la resistencia a la tracción y el límiteelástico, conseguidos después del almacenaje, se alcanzan después de la segunda, a temperaturas másaltas y tras un retroceso inicial de la resistencia a la tracción y el límite elástico, casi los mismos valoresmáximos de resistencia. Los tiempos necesarios para conseguir valores máximos de resistencia disminuyena medida que aumentan las temperaturas de almacenaje.





2. SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

La soldabilidad de las diversas aleaciones de aluminio, con referencia a los distintos procesos de soldeo,está resumida en la tablas 5, 6, 7 y 8.

T ABLA 5. SOLDABILIDAD DE ALEACIONES DE ALUMINIO, FORJADAS, NO TRATABLES TÉRMIC

AMENTE ( A, B).





T ABLA 6. SOLDABILIDAD DE ALEACIONES DE ALUMINIO, FORJADAS, TRATABLES TÉRMICAMENTE ( A, B).





T ABLA 7. SOLDABILIDAD DE ALEACIONES DE ALUMINIO, DE MOLDEO, NO TRATABLES TÉRMICAMENTE ( A, B).





T ABLA 8. SOLDABILIDAD DE ALEACIONES DE ALUMINIO, DE MOLDEO, TRATABLES TÉRMICAMENTE ( A, B).

2.1.- Efectos metalúrgicos

Las propiedades y características de las soldaduras del aluminio y sus aleaciones dependen de múltiplesfactores como son: la composición química, tratamiento térmico, el metal de aporte, el proceso de soldeoempleado, la velocidad de solidificación, el diseño de la unión, los tratamientos térmicos y mecánicosposteriores al soldeo y las condiciones finales de servicio. Aunque es el ablandamiento que sufre el materialbase en la ZAT durante el soldeo el principal efecto a controlar durante el soldeo de las aleaciones de

aluminio, la microestructura y composición del metal depositado puede influir también en la resistencia,ductilidad y tenacidad final de la unión.





2.1.1.- Metal de soldadura

Las propiedades del metal de soldadura están determinadas por la composición química y la velocidad desolidificación. La velocidad de solidificación depende del proceso de soldeo y de la técnica utilizada, asícomo de todos aquellos factores que afectan al aporte térmico y la transferencia de calor mas allá del bañode fusión. Cuanto mayor es la velocidad de solidificación mas fina es la estructura que se obtiene, que secaracteriza por una mayor resistencia mecánica y una menor tendencia al agrietamiento en caliente.

La composición química del metal de soldadura depende de la correspondiente del metal base, del metalde aporte y de la mezcla entre ambos, determinada ésta por el diseño de la unión, el proceso empleado y elprocedimiento de soldeo. Cuando se sueldan aleaciones tratables térmicamente, la composición del metalde aporte es similar a la del metal base. Estas aleaciones tienen un amplio rango térmico de solidificación, loque favorece el agrietamiento en caliente. Normalmente se emplean aportes con una temperatura de sólidusinferior a la del metal base, consiguiéndose de esta forma que la parte de metal base fundida solidifiqueantes de que las tensiones asociadas a la solidificación del baño comiencen a actuar. Por otra parte muchosde los consumibles empleados son aleaciones no tratables térmicamente, por lo que la aptitud del metal desoldadura ante un tratamiento térmico posterior al soldeo va a depender básicamente de la dilución delmetal base. No obstante estas soldaduras no muestran la alta ductilidad y tenacidad en el metal desoldadura de las aleaciones no tratables térmicamente.

El baño de fusión muestra una gran tendencia a la absorción de hidrógeno. Este puede provenir de restosde hidrocarburos presentes en la zona de soldeo o de la presencia de capas de óxido hidratado en lasuperficie de las piezas a unir o en el metal de aporte, así como de fallos en los sistemas de refrigeración dela pistola de soldeo o en una no adecuada protección del gas de soldadura que permite el acceso de lahumedad ambiental a la zona de soldeo. El efecto de atrapamiento de hidrógeno que desemboca enporosidad es tanto mas acusado cuanto mayor es la velocidad de solidificación, por lo que en tales casos sedeben tomar las precauciones necesarias para la eliminación de posibles fuentes de hidrógeno. Especialcuidado se debe prestar a la limpieza y almacenamiento en lugar seco de los consumibles a utilizar duranteel soldeo.

2.1.2.- Zona afectada térmicamente

Los efectos que el calor produce en el metal base pueden separarse espacialmente en distintas zonasdependiendo de la variación de la temperatura desde el cordón de soldadura hacia el interior del metal.

La cantidad de tiempo que pueda permanecer ciertos puntos del metal base a determinados niveles detemperatura es un factor a tener en cuenta cuando hablamos de aleaciones tratables térmicamente.

La anchura de la zona afectada térmicamente depende básicamente de aporte térmico y de la disipacióndel calor a través de las piezas que se están soldando. Estos parámetros están a su vez influenciados porotros factores como son: el proceso de soldeo, los espesores, la geometría de las piezas a unir, elprecalentamiento, la temperatura entre pasadas y de los tipos de respaldo utilizados.

En las aleaciones no tratables térmicamente el efecto del calor se traduce en una regeneración del granode deformación y en un crecimiento de grano, dentro de la ZAT. Las propiedades en la ZAT de estas

aleaciones se corresponden con las del metal base en estado de recocido puesto que se han superado lastemperaturas características de este tratamiento. Los tiempos a una determinada temperatura y lasvelocidades de enfriamiento no afectan a este tipo de aleaciones como lo haría con las aleaciones tratablestérmicamente. De los estudios micrográficos se deducen muy pequeño cambios en la microestructura deestas aleaciones, es en el servicio donde al relación del ancho de la ZAT con respecto a el material noafectado determina el comportamiento de dichas aleaciones bajo la acción de tensiones paralelas a elcordón de soldadura.

Las aleaciones tratables térmicamente contienen elementos de aleación que experimentan un grancambio en solubilidad con las variaciones de temperatura. La gran resistencia de estas aleaciones sefundamenta en el tratamiento de solubilización y posterior precipitación de alguno de susmicroconstituyentes. Las aleaciones tratables térmicamente se suelen soldar en estado de precipitación, enel cual estas tienen una cantidad controlada de microconstituyentes precipitados en la solución sólida que

constituye la matriz. El calor al que esta sometido la ZAT produce la redisolución de talesmicroconstituyentes en la matriz, produciéndose a continuación, durante el enfriamiento una precipitacióndescontrolada que conduce al sobreenvejecimiento de ciertas zonas en la ZAT, disminuyendo en estas laresistencia mecánica de la ZAT frente al metal base. El grado de modificación de propiedades depende de





las temperaturas máximas alcanzadas y el tiempo que se permanece a esos niveles de temperatura en quela microestructura de la aleación se ve afectada. Esta es la razón por la cual existe un claro gradiente depropiedades según nos desplazamos desde el cordón hacia el interior del metal base. En un recocidoconvencional se requieren varias horas para ablandar este tipo de aleaciones. En soldadura lastemperaturas de recocido se superan durante un espacio de tiempo muy corto. El proceso de soldeo, latécnica, el precalentamiento, la temperatura entre pasadas y la velocidad de enfriamiento tiene una gran

importancia en la modificación de propiedades microestructurales de tales aleaciones que determinan latendencia al agrietamiento en caliente y al ablandamiento producido.

En las soldaduras de aleaciones tratables térmicamente justo adyacente al cordón existe una zona que asufrido un rápido recocido de solubilización, presentando un nivel intermedio de resistencia mecánica yrelativa ductilidad. Cercana a esta zona existe otra en la que las temperaturas no son lo suficientementealtas como para producir un recocido de solubilización, pero si son superiores a las temperaturas demaduración. En esta zona se producen sobreenvejecimientos y recocidos cuya intensidad depende del nivelde temperatura y el tiempo de permanencia a la misma. Esta zona se caracteriza por ser la que poseemenores valores de resistencia mecánica. Tratamientos térmicos de maduración posteriores al soldeotienen poco efecto sobre esta zona. En este sentido toda la soldadura (incluida la ZAT) debe someterse aun recocido de solubilización completo y a un posterior tratamiento de maduración, que reproduzca laspropiedades iniciales del metal base. Para el soldeo de este tipo de aleaciones se recomienda utilizar

procesos de soldeo de alta focalización de energía que permita una rápida disipación del calor y por tantogenere ZAT de pequeño tamaño. La zona de sobreenvejecimiento queda de esta forma reducida. Allí dondeno sea posible la aplicación de un tratamiento térmico global, podrá aplicarse uno parcial de maduraciónpara recuperar las propiedades en la zona que sufrió un recocido de solubilización, pero lo que nolograríamos sería recuperar la zona que sufrió un sobreenvejecimiento. Si la aleación se suelda en estadoT-4, un tratamiento térmico de maduración posterior al soldeo es suficiente para alcanzar las propiedadesdeseadas. Esta técnica es preferible cuando se sueldan con procesos que tienen un bajo aporte térmico otécnicas que tienden a eliminar los tratamientos de maduración previos.

2.2.- Resistencia y ductilidad

2.2.1.- Aleaciones no tratables térmicamente

El calentamiento de las aleaciones no tratables térmicamente destruye el endurecimiento conseguido porla deformación al inducir un recocido en las zonas adyacentes al cordón de soldadura, reduciendo suresistencia mecánica e incrementando la ductilidad. La mínima tensión de rotura que se obtiene tras elrecocido de una determinada aleación de aluminio, es la que se considera que existe en la ZAT junto alcordón tras la operación de soldeo.

Las propiedades mecánicas de las soldaduras de las aleaciones no tratables térmicamente se ven menosinfluenciadas por el tratamiento inicial del metal base que en el caso de las aleaciones tratablestérmicamente.

Las soldaduras de aleaciones no tratables térmicamente exhiben una excelente ductilidad, soportandograndes deformaciones antes de romper. Los grados mas resistentes de la serie 5XXX presentan una

excelente correlación entre ductilidad y resistencia en distintos puntos de la sección transversal de lasoldadura. Las aleaciones aluminio - magnesio - manganeso, tales como las 5083, 5086 y 5456, son muyutilizadas en aplicaciones estructurales dada su alta resistencia en estado de recocido y su alta ductilidad.

2.2.2.- Aleaciones tratables térmicamente

La resistencia mecánica de estas aleaciones se ve también reducida por el efecto del calor. Sin embargoesta disminución no está asociada a un fenómeno de recocido completo de ciertas zonas, como en el casoprecedente, ya que el tiempo al que la aleación esta sometida durante el soldeo a al temperatura que pudeproducir este efecto es insuficiente. Como resultado de ello solo se puede observar en la ZAT propiedadesatribuibles a un recocido parcial, en estado bruto de soldeo. Estas propiedades varían significativamentecon la composición química, el aporte térmico y la velocidad de enfriamiento, lo que dificulta establecer unmínimo de propiedades mecánicas exigibles, que pueda aplicarse en diseño.

Las aleaciones tratables térmicamente exhiben una ductilidad inferior que las no tratables térmicamenteen estado bruto de soldeo. Una excepción la presenta las aleaciones soldables de la serie 7XXX, que





gracias a la maduración natural que sufren tras el soldeo elevan su resistencia mecánica conservando unabuena ductilidad.

El espesor de la pieza puede tener un relevante papel en las propiedades de estas aleaciones en elestado bruto de soldeo. Los menores aportes térmicos precisos para soldar espesores pequeños reduce eltiempo a alta temperatura y con ello aumenta la resistencia mecánica de tales uniones.

El precalentamiento reduce sensiblemente la resistencia mecánica de las soldaduras de aleacionestratables térmicamente, sobre todo cuando este precalentamiento supera los 121 º C. Losprecalentamientos para este tipo de aleaciones raramente se aplican, excepto cuando se vaya a realizar untratamiento térmico post soldeo. En operaciones de reparación es bastante frecuente que se produzca enestas aleaciones agrietamiento en caliente dado el alto nivel de embridamiento que caracteriza a estasaleaciones.

Discontinuidades como pueden ser inclusiones no metálicas o segregaciones producen la aparición dedefectos en la soldadura como porosidad o agrietamiento en caliente. Así mismo un tamaño de granoinadecuado (alto) que favorezca la formación de microconstituyentes de bajo punto de fusión, y unaorientación de los mismos perpendicular a la acción de las tensiones, puede conducir al agrietamientointergranular de aleaciones como la del tipo 2014-T6.

2.2.3.- Tratamiento térmico Post soldeo

El fallo de las soldaduras de aleaciones de aluminio tratables térmicamente, tiene normalmente lugar enel metal de soldadura, salvo que se conserve intacto el sobreespesor de soldadura en cuyo caso el fallo secentra en la línea de fusión. La resistencia mecánica obtenida en el cordón de soldadura tras el tratamientotérmico post soldeo depende de el material de aporte que se haya utilizado. Si se ha utilizado un metal deaporte de composición diferente que el metal base, la resistencia mecánica del metal de soldadura dependede la dilución y mezcla entre el metal de aporte y el metal base. Para obtener la máxima resistencia, esesencial que el metal de soldadura responda al tratamiento térmico post soldeo. El incremento enresistencia que produce el tratamiento térmico post soldeo supone a su vez una disminución en ductilidad.

En el soldeo de espesores grandes pueden esperarse valores de resistencia mecánica tras el tratamiento

en la soldadura inferiores a las especificadas para el material base, cuando se utiliza como aporte unaaleación no tratable térmicamente y el nivel de mezcla con el metal base no garantiza una composiciónquímica que admita el tratamiento térmico post soldeo. Cuando el diseño de unión no garantice una buenamezcla y la soldadura se vaya a someter a un tratamiento térmico post soldeo, se debe considerar laposibilidad de utilizar un aporte Al - Si- Mg (tipo 4643) en lugar de una aleación Al - Si (tipo 4043).

En aquellos casos en que no se pueda aplicar un tratamiento completo se deberá soldar en condición derecocido de solubilización para someter a la soldadura tras el soldeo a una maduración artificial. Por ejemplosi se suelda aleación del tipo 6061 en estado T4 y luego se trata hasta alcanzar el estado T6, la resistenciaa la tracción que se obtiene es de 275 MPa frente a los 186 MPa en estado bruto de soldeo. Otra ventaja desoldar en estado T4 es la disminución de la tendencia al agrietamiento en caliente debido a la mayoruniformidad micrestructural que presenta el estado de solubilización.

El bajo contenido en cobre de las aleaciones tratables térmicamente de la serie 7XXX como son 7004,7005, y 7039 proporciona una alta soldabilidad y alta resistencia mecánica en estado bruto de soldeo. Estasaleaciones son menos susceptibles a las variaciones en la velocidad de enfriamiento y poseen unatemperatura de solubilización más baja que el resto de aleaciones tratables térmicamente. Estas presentanuna maduración natural relativamente rápida a temperatura ambiente (2 - 4 semanas) presentando una altaresistencia mecánica y límite elástico, junto con una gran eficiencia de la unión. No obstante un tratamientotérmico completo, solubilización seguido de maduración proporciona propiedades mecánicas superiores.

2.3.- Resistencia a la cortadura

Las soldaduras en ángulo están diseñadas sobre la base de soportar tensiones de cizalladura en algunode los planos que engloba el cordón. El área resistente es el producto de la garganta efectiva por la longitud

del cordón. La composición del cordón de soldadura es próxima a la del metal de aporte ya que en este tipode unión la dilución es muy baja. La resistencia a cortadura de varias soldaduras en ángulo con variosmetales de aporte queda recogida en la tabla 9. Las cargas longitudinales ofrecieron los valores mas bajos





de resistencia (son los que se deben tomar como dato de diseño). Los valores mas altos de resistencia a lacortadura se obtuvieron con los aportes de alto contenido en magnesio de las serie 5XXX.

2.4.- Resistencia al impacto

Las soldaduras realizadas sobre aleaciones de aluminio exhiben un buen comportamiento bajo cargas de

impacto especialmente aquellas que no son tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio nopresentan una temperatura de transición de comportamiento dúctil al frágil, sino que mantienen sucomportamiento dúctil ante cargas de impacto incluso a temperaturas extremadamente bajas. De hecho lacarga de rotura y límite elástico de estas aleaciones aumenta al bajar la temperatura.

Tabla 9. Resistencia a esfuerzos cortantes de soldaduras en ángulo.

En general los ensayos Charpy - V y Izod tan utilizados en la determinación de la resistencia al impactode materiales férreos, para el caso del aluminio los resultados de los mismos solo son válidos para realizarestudios comparativos y no cuantitativos.

2.5.- Resistencia a la fatigaLa resistencia a la fatiga de las aleaciones de aluminio siguen la mismas leyes que las establecidas para

otras aleaciones estructurales. Así, la resistencia a la fatiga depende de los valores alcanzados por latensión en los puntos considerados como concentradores de tensiones. Cualquier medio que suponga laeliminación de concentradores de tensiones, es una medida para alargar la vida a fatiga del elementofabricado.

A alto numero de ciclos no suele haber diferencias entre diferentes aleaciones de aluminio en cuanto a laresistencia de fatiga se refiere (por encima de los 1.000.000 ciclos). La resistencia a la fatiga se ve

incrementada si se elimina los sobreespesores de material o se somete a la soldadura a un tratamiento demartillado. Las salpicaduras en torno a la soldadura contribuyen de forma sustancial a la concentración de





tensiones. Así mismo las soldaduras en ángulo presentan menor resistencia a la fatiga que las soldaduras atope bajo la acción de cargas transversales a las mismas.

T ABLA

10. C ARGA DE ROTURA A DIVERSAS TEMPERATURAS EN SOLDADURAS DE ALEACIONES DE ALUMINIO

,REALIZADAS

2.6.- Efecto de la temperatura

La tabla 10 muestra la influencia de la temperatura sobre la resistencia mecánica de uniones soldadas dealeaciones de aluminio. Por debajo de los -196º C la carga de rotura de aluminio se eleva sin que seproduzca una caída en la ductilidad, lo que hace de las aleaciones de aluminio una alternativa seria paraaplicaciones criogénicas.

Cuando la temperatura sobrepasa la ambiente, la resistencia de las aleaciones de aluminio baja. Lasaleaciones de la serie 2XXX, son las que presentan mayores valores de resistencia mecánica a altastemperaturas. Las aleaciones de la serie 5XXX que contengan mas de un 3.5% de Mg no sonrecomendables para su uso por encima de 66 º C dada su susceptibilidad a sufrir agrietamiento bajotensión.

2.7.- Característi cas de la fractura

Las características de la fractura de soldaduras sobre aleaciones de aluminio pueden definirse en función

de la velocidad de propagación de la grieta bajo la acción de cargas elásticas, o la capacidad dedeformación de estas como respuesta a la presencia de elevadores de tensiones. La resistencia a lapropagación rápida de grietas puede medirse en términos de resistencia al desgarre. El parámetro que setoma para la medida de esta propiedad es la relación de los valores de resistencia obtenida en el ensayo derotura con entalla y el límite elástico de la unión soldada.

Las aleaciones de aluminio resultan ser, al margen del metal de aporte utilizado, igualmente tenaces queel aluminio puro. Dada las variaciones microestructurales sufridas por la unión, la tenacidad del lasaleaciones de aluminio en estado bruto de soldadura resultan mayores que la del metal base, sean o notratables térmicamente.

2.8.- Resistencia a la corrosión

Muchas aleaciones de aluminio pueden soldarse sin ver mermadas sus propiedades de resistencia a lacorrosión. Normalmente la resistencia a la corrosión es independiente del proceso utilizado, aunque si





existen restos de fundente bien de un soldeo oxigas, bien de un soldeo con electrodos revestidos, puedegenerar la corrosión por picaduras.

Especial cuidado requiere la utilización de aleaciones de alto contenido en magnesio pertenecientes a laserie 5XXX dado su gran tendencia a sufrir corrosión bajo tensión cuando la temperatura excede de los 66ºC.

Las aleaciones pertenecientes a las series 2XXX y 7XXX tratables térmicamente, con altos contenidos encobre y zinc, pueden ver mermada su resistencia mecánica por el calentamiento sufrido en soldadura. Laprecipitación en borde de grano pude producir la formación de pares galvánicos que en presencia de unelectrolito produzca en presencia de tensiones corrosión bajo tensión.

El tratamiento térmico post-soldeo tiende a homogeneizar la estructura y con ello eleva la resistencia a lacorrosión. Mejores resultados se obtienen cuando el soldeo se efectúa partiendo de un estado T6 más quepartiendo de un T4.

2.9. Influencia de las capas de óxidos superficiales sobre la soldabilidad del aluminio

La calidad de la soldadura de las aleaciones de aluminio está fuertemente influenciada por el grado delimpieza y secado de la unión. La principal fuente de porosidad en las aleaciones de aluminio es elhidrógeno. La presencia de humedad o de hidrocarburos en la zona de soldeo puede general tras ladescomposición de tales compuestos, la absorción de hidrógeno. La presencia de películas de óxidohidratado en la superficie de aleaciones almacenadas de forma inapropiada, puede constituir en estesentido un problema de formación de poros, ya que la humedad penetra a través de la película de oxidoprovocando un crecimiento de la capa de óxido hacia el interior. Dichas capas de óxido contienen agua dehidratación, que bajo el calor desprendido en el soldeo al arco produce la cantidad de hidrógeno suficientecomo para dar lugar a la aparición de poros. Por otra parte se debe tener en cuenta el carácter refractario dedichas capas de óxido, que funden a 2032º C, casi tres veces la temperatura de fusión del metal base, loque impide una adecuada fusión entre las partes a unir.

El almacenamiento de los materiales base de aluminio a la intemperie o en locales sin control climático,permiten la condensación de humedad sobre las superficies de dichos materiales, humedad que progresa através de la capa de óxido por capilaridad. El almacenamiento de chapas de aluminio en horizontal y conláminas de papel intercaladas pude favorecer la hidratación de las capas de óxido de aluminio, cuando elpapel queda mojado o humedecido. La mejor práctica en cuanto al almacenamiento de chapas de aleaciónde aluminio, es disponer estas en posición vertical y lo suficientemente separadas como para permitir laevacuación del agua condensada y la circulación de aire entre ellas, lo que permite un secado apropiado delos materiales base.

El paso previo al soldeo es la eliminación de cualquier traza de grasa, pintura, humedad… que conduzcaa incorporación de hidrógeno al cordón o que impida o dificulte la operación de soldeo. El desengrasadopuede realizarse mediante la aplicación de un disolvente (por spray , inmersión o lavado). En caso de utilizardisolventes clorados, la limpieza debe realizarse en zonas alejadas del lugar del soldeo, ya que se puedeproducir gas fosgeno tóxico como resultado de la disociación de los disolventes clorados (como eltricloroetileno), debido a la acción del la radiación del arco eléctrico. Disolventes basados en el petróleo conalta volatilidad (bajo residuo) , son apropiados para su uso en la zona de soldeo.

Cuando la capa de alúmina que cubre las aleaciones de aluminio es delgada, la propia acción limpiadoradel arco o de los fundentes añadidos es suficiente para su eliminación. En el caso de que la aleación hayasido almacenada de forma inapropiada, o haya sufrido algún tratamiento superficial (electroquímico,químico) que haya provocado el engrosamiento de la capa de óxido, esta deberá ser eliminada mediante lautilización de la oportuna solución química (a base de sosa cáustica o ácidos). Algunos de los tratamientosde limpieza química mas comunes se recogen el la tabla 11.





Tipo desolución

Concentración Temperatura Tipo decontenedor

Procedimiento

Aplicación

1. Hidróxidosódico (sosacaústica)

1. Na(OH) 50 gr en1 litro de agua

1. 60-70º C 1. Acero alcarbono

1. Inmersiónde 10 a 60segundos. Lavaren agua fría.

2. partes igualesde HNO3 (68%)y agua

2. Ácido nítrico

2. aceroinoxidable tipo347

2. Ambiente2. Inmersión

30 segundos.Lavar en aguafría. Lavar enagua caliente ysecar

Eliminar lacapa gruesa deóxido para todoslosprocedimientosde soldeo porfusión y soldeofuerte

Sulfúrico-crómico

H2SO4 3,79 L

CrO3 1,28 kg

H2O 34,1 L

60-80º C Tanquede acero

recubiertode plomoconantimonio

Sumergir 2 a3 minutos. Lavar

en agua fría.Lavar en aguacaliente y secar.

Para laeliminación de

capassuperficialescoloreadas detratamientotérmico yrecocido, y pararetirar las capasde óxido

Fosfórico-crómico

H3PO4 (75%) 13,3L

CrO3 79,4 gr.

H2O 379 L

93º C Aceroinoxidabletipo 347

Sumergir 5 a10 minutos.Lavar en aguafría. Lavar enagua caliente ysecar

Para laeliminación decapassuperficialescoloreadas detratamiento

térmico yrecocido, y pararetirar las capasde óxido

Ácido sulfúrico H2SO4 165 gr.

H2O 1 L

73º C Tanquede acerorecubiertodepolipropileno

Inmersión 5 a10 minutos.Lavar en aguafría. Lavar enagua caliente ysecar.

Eliminación deóxido. Atacasuavemente

SulfatoFerroso

Fe2SO4H2O

10 en volumen

27º C Polipropileno

Inmersión 5 a10 minutos.Lavar en aguafría. Lavar en

agua caliente ysecar.

Eliminación deóxido

T ABLA 11. TRATAMIENTOS QUÍMICOS PARA LA ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS PREVIAMENTE AL SOLDEO POR FUSIÓN O SOLDEO

FUERTE DE ALUMINIO.





Los métodos de decapado mecánico, aunque no tan consistentes como los químicos, pueden ser

suficientes si se desarrollan de forma adecuada. Estos métodos incluyen el limado y el cepillado. El lijado yesmerilado puede aplicarse si se utilizan los materiales adecuados, ya que existe una alta probabilidad deque las partículas de abrasivo queden embebidas en el material base, que conduzcan a la presencia deinclusiones no aceptables en el cordón de soldadura. Para el cepillado del aluminio suelen utilizarse cepillos

de acero inoxidable con púas de 0.25 a 0.4 mm de diámetro. Los cepillos deben estar limpios de cualquiercontaminante, el cepillado debe ejecutarse con la aplicación de una presión suave, puesto que altaspresiones pueden conducir al atrapamiento de alúmina.

La operación de limpieza es previa a el soldeo pero también a las operaciones de montaje o fijación, yaque en las zonas de contacto entre los elementos de fijación y el material base pueden quedar atrapadoslos compuestos químicos utilizados en la limpieza, provocando con ello la aparición de discontinuidades enel cordón de soldadura.

2.10.- Tendencia a la formación de fisuras de cráter.

Las aleaciones de aluminio muestran una gran tendencia a formar grietas de cráter cuando se separa elelectrodo de forma brusca. Este defecto se puede prevenir utilizando una técnica adecuada para el llenadode cráter.

Cuando se utiliza el soldeo manual el electrodo debe mantenerse en el último punto hasta que el cráterse halla rellenado. Cuando se utiliza el soldeo TIG o el plasma con maquinas con control sobre la pendientede la corriente, esta se disminuirá gradualmente mientras se sigue aportando material hasta el llenado finaldel cráter. Cuando no existe control sobre la pendiente de la corriente es preciso mover el soplete haciaatrás sobre sus propios pasos con movimiento acelerado para minimizar el tamaño del baño de fusión en elmomento de interrumpir el arco eléctrico.

En el caso del soldeo automatizado la tensión, corriente ,alimentación de alambre, deben programarsepara que disminuyan de una forma progresiva que permita finalmente el llenado del cráter final.

3. SELECCIÓN DEL METAL DE APORTEEl uso final que tenga el conjunto soldado así como las características buscadas, son dos importantes

factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar el material de aporte mas conveniente.

T ABLA 12. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE METALES DE APORTE PARA SOLDADURAS DE ALUMINIO FORJADO .





Las especificaciones de los aportes quedan recogidas en la tabla 12 para aleaciones de forja.

Los factores que en primera instancia se tienen en cuenta a la hora de seleccionar el aporte serían lossiguientes:

o proporcionar cordones libres de grietas.

o resistencia mecánica o resistencia al desgaste

o ductilidad del cordón.

o temperatura de servicio

o resistencia a la corrosión

o aspecto final después del anodizado

Cuando deban realizarse soldaduras en ángulo de espesores gruesos, será necesario el uso demateriales de aporte de alta resistencia con objeto de reducir el número de pasadas al máximo.

Cuando se lleven a cabo operaciones de reparación de piezas de fundición, se requiere una estructura lomás homogénea posible, lo que implica la utilización de materiales de aporte de la misma composición quela fundición.

3.1. Agrietamiento

En general las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente se sueldan con un aporte de la mismacomposición química que el metal base. Las aleaciones de aluminio tratables térmicamente presentanmayores complicaciones metalúrgicas, y son más susceptibles al agrietamiento en caliente durante elenfriamiento que las aleaciones no tratables térmicamente. Normalmente se utiliza un aporte con unatemperatura de fusión y una resistencia mecánica igual o inferior a la del metal base, por ejemplo es el casode la aleación 4043 (con una temperatura de sólidus de 577º C) o la aleación 4145 (con una temperatura desólidus de 510º C).

Mediante la aleación de los elementos de bajo punto de fusión del metal base adyacente al cordón desoldadura, se consigue que estos solidifiquen antes del metal de soldadura, minimizando las tensiones en el

FIGURA 11. SENSIBILIDAD AL AGRIETAMIENTO EN CALIENTE DE SOLDADURAS DE ALUMINIO ALEADO CON ( A) SILICIO, (D) COBRE,(C) SE MAGNESIO, Y (D) SILICIURO DE MAGNESIO.





metal base y así la tendencia al agrietamiento durante el enfriamiento.

La tendencia al agrietamiento de cuatro series de aleaciones de aluminio, 4XXX, 5XXX, 2XXX y 6XXX, semuestra en la figura 11. Las curvas muestran que cuanto mayores son los contenidos en Si y Mg, menor esla susceptibilidad al agrietamiento.

La aleación tratable térmicamente 2219 (6.3% Cu) se suelda con facilidad utilizando como aporte laaleación 2319. Las aleaciones de la serie 6XXX muestran una elevada tendencia al agrietamiento, si lacomposición del metal de soldadura permanece cercana a la del metal base (alta dilución del orden del40%), problema que puede solucionarse biselando la unión y permitiendo así que en la mezcla metal debase metal de aporte vaya este último en exceso. Para la aleación 6061, el metal de soldadura deberáposeer al menos el 50% de aporte del tipo 4043 o el 70% de aporte 5356.

La aleación 4145 como metal de aporte proporciona el mejor comportamiento ante el agrietamiento,cuando se utiliza en el soldeo de aleaciones de la serie 2XXX tales como la 2014 y 2618, así como lasaleaciones de moldeo Al - Cu y Al - Si - Cu. Las aleaciones de la serie 7XXX presenta amplia tendencia alagrietamiento relacionada con su contenido en Cu. Las aleaciones pertenecientes a esta serie con bajocontenido en Cu como 7004, 7005 y 7039 se sueldan con aportes de la serie 5XXX como el 5356, 5183 o5556. Las aleaciones de aluminio con alto contenido en cobre, como la 7075 o 7178 no son aceptables para

el soldeo con arco eléctrico.

Metales de aporte con altos contenidos en silicio, como son las de la serie 4XXX, no deben utilizarse enle soldeo de aleaciones de la serie 5XXX con alto contenido en Mg, ya que un exceso en la formación deeutéctico Mg - Si, disminuye la ductilidad de la soldadura y incrementa su tendencia al agrietamiento.Mezclas entre aleaciones de alto contenido en cobre con aquellas que tienen alto contenido en magnesiogeneran metales de soldadura con alta tendencia al agrietamiento.

3.2. Resis tencia mecánica

En muchos casos diferentes metales de aporte proporcionan al metal de soldadura, en estado bruto desoldadura, las características mecánicas requeridas.

T ABLA 13. PROPIEDADES TÍPICAS DE METAL DE APORTE DE ALUMINIO (EN CONDICIÓN DE SOLDADURA).

Propiedades mecánicas del metal de soldadura, en estado bruto de soldadura, obtenida tras el uso dediversos consumibles, quedan recogidas en la tabla 13. La difusión de elementos de aleación desde elmetal base, puede incrementar las propiedades mecánicas de la unión en estado bruto de soldadura.

La selección del consumible está aún más limitada cuando es preciso realizar tratamiento térmico post -soldeo en las aleaciones tratables térmicamente. Cuando soldamos aleaciones del tipo 2219 y 2014, lautilización de un aporte 2319, tratable térmicamente, proporciona a la unión la máxima resistencia. En lamayoría de los casos el aporte utilizado no es tratable térmicamente o solo responde débilmente a tales

tratamientos. Por ejemplo cuando se sueldan espesores inferiores a 12.7 mm de aleación 6061-T con aportede 4043, el magnesio de la aleación 6061 difunde hacia el metal de soldadura y allí se combina con el silicioformando siluro de magnesio en cantidad suficiente para responder al tratamiento térmico. En soldaduras a





tope de gran espesor, biseles amplios pueden prevenir la difusión del magnesio al centro del cordón, lo queocasionará una débil o inexistente respuesta al tratamiento térmico post-soldeo. Metales de aporte del tipo4643 contienen suficiente magnesio como para alcanzar tras el tratamiento térmico post-soldeo dealeaciones del tipo 6061-T6, y altos espesores (76 mm), las propiedades que caracterizan a la aleación delmetal base.

La resistencia de las soldaduras en ángulo dependen fuertemente de la composición química del aporte. Aportes del tipo 5356, 5183 y 5556 proporcionan alta resistencia en las soldaduras en ángulo estructurales.Los aportes de las series 1XXX y 5XXX producen un metal de soldadura de buena ductilidad, por lo que

son los adecuados siempre que se requiera un conformado posterior por forja o trefilado.

3.3. Temperatura de servicio

Los metales de aporte con contenidos superiores en Mg al 3% en composición nominal (5183, 5356,5556, y 5654) no son recomendables cuando la temperatura de servicio supera los 66 º C, dada lasusceptibilidad de sufrir agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Metales de aporte del tipo 5554 y otros tipos de aporte recogidos en la tabla 12 son válidos para suutilización a alta temperatura. Todos los aportes de aluminio son válidos para su uso en aplicacionescriogénicas.

3.4. Resistencia a la Corrosión

Instalaciones, contenedores, tanques y vasijas destinadas a contener compuestos químicos corrosivos,precisan ser soldados con aportes especiales. La pureza de estos aportes puede ser alta como es el casode la aleación 1188 empleada en el soldeo de la aleación 1060 para contenedores químicos, o al menostener limitado el contenido de ciertos elementos de aleación. Un buen ejemplo de ello es el estrecho controlque se realiza sobre las impurezas de cobre y manganeso en las aleaciones 5254 y 5654 cuando se utilizancomo materiales de aporte en instalaciones que van a estar en contacto con peróxido de hidrógeno.

Los aportes a base de aleación aluminio - magnesio, presentan una buena resistencia a la corrosión

cuando se utilizan en el soldeo de aleaciones con un contenido en magnesio similar. No obstante se haconstatado el comportamiento anódico de las aleaciones de la serie 5XXX cuando se utilizan como aportecon materiales base pertenecientes a las series 1XXX, 3XXX y 6XXX exhibiendo la formación de picadurasen el metal de soldadura. Por esta razón para el soldeo de aleaciones del tipo 6061 es preferible lautilización de aportes como el 4043 aluminio silicio frente a los aportes del tipo 5356 aluminio magnesio.

3.5. Acabado superficial

Para aplicaciones ornamentales se suele requerir una correspondencia entre los colores del metal desoldadura y el metal base, especialmente cuando las piezas van a llevar un acabado químico oelectroquímico. La tonalidad final del metal de soldadura va a depender principalmente de la composiciónquímica del metal de aporte y de como se aproxima esta a la del metal base. Los dos elementos que masinfluyen al respecto son el silicio y el cromo. El silicio contribuye a oscurecer la aleación (de gris a negro)conforme se incrementa su presencia, razón por la cual las piezas soldadas con aportes de Al - Si presentanun agudo contraste excepto cuando se sueldan aleaciones de aluminio para moldeo de Al - Si o aleacionesplaqueadas con Al-Si. El cromo proporciona una tonalidad dorada cuando se somete a la aleación a untratamiento de anodizado.

Material de aporte a base de aleación 1188 produce un buen contraste de color en el soldeo dealeaciones del grupo 1XXX, con aleaciones del tipo: 3003, 5005, y 5050. Material de aporte del tipo 5356 esuna buena elección para el soldeo de las aleaciones de las series 5XXX y 6XXX cuando estánespecificados requisitos de con.

En la tabla 14 se recogen recomendaciones para la selección del consumible. En el caso de aleacionesde aluminio para moldeo, conviene que el aporte elegido tenga una composición química lo más cercanaposible a la del material base.





3.6. Almacenamiento y manipulación de los consumibles

El parámetro más importante a controlar para obtener soldaduras de calidad en aleaciones de aluminio esla selección del tamaño adecuado de material de aporte y de la composición correcta.

El metal de aporte debe estar libre de inclusiones gaseosas o no metálicas y presentar una superficielimpia y pulida libre de lubricantes y otros contaminantes.

La calidad del metal de aporte es especialmente importante en los procesos que utilizan como protecciónun gas. En procesos como el MIG, metales de aporte en forma de alambre de pequeño diámetro esalimentado al baño de fusión a altas velocidades. Para que dicha alimentación sea eficiente es preciso queel alambre sea de diámetro uniforme, libre de pliegues, ralladuras, inclusiones… Además el bobinado debeser tal que permita un desenrollado fácil y sin atrapamientos.

Para evitar la contaminación del metal de aporte, este debe almacenarse en un lugar seco y con unatemperatura relativamente constante. Las bobinas instaladas en máquinas que permanezcan ciertosperiodos de tiempo inactivas, deben cubrirse con un trapo o un plástico con objeto de protegerlas de laposible contaminación. Los paquetes que contengan bobinas no deben abrirse hasta el momento de suutilización, especialmente las correspondientes a la serie 5XXX, debido a la tendencia de dichas aleacionesa formar una capa de óxido hidratado. Estas últimas se deben almacenar en cabinas que mantengan

índices de humedad por debajo de los 35% RH.





T ABLA 14.GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE METAL DE APORTE PARA SOLDADURAS DE APLICACIÓN GENERAL .





FIGURA 12. GEOMETRÍAS DE JUNTA TÍPICAS PARA SOLDEO POR ARCO DE ALUMINIO.





4. PROCESOS DE SOLDEO

4.1. Soldeo con arco eléctrico

4.1.1 Geometría de la unión. Preparaciones de bordes.

Las preparaciones de bordes recomendadas para el soldeo con arco del aluminio y sus aleaciones sonsimilares a las utilizadas con los aceros, pero utilizando separaciones de raíz más pequeñas y mayoresángulos de chaflán. Esto es debido a la mayor fluidez del baño de fusión en el caso del aluminio y susaleaciones, así como al mayor tamaño de las toberas en las pistolas para el soldeo del aluminio.

Las preparaciones de bordes más comúnmente utilizadas se recogen en la figura 12.

Cuando se requieren acabados en raíz lisos (planos) y el soldeo solo puede ejecutarse desde un sololado, la preparación de bordes recogida en la figura 13, está especialmente recomendada para el soldeocon TIG, o MIG (su uso está indicado a partir de 3 mm de espesor y para todas las posiciones). Unproblema añadido a este tipo de preparación de bordes es la mayor cantidad de metal de aporte necesariopara rellenar la unión, así como los correspondientes problemas asociados a la distorsión (deformaciones)que se van a presentar, frente a las preparaciones de borde convencionales. Normalmente este tipo de

preparación se utiliza en el soldeo circunferencial (orbital) de las aleaciones de aluminio.

Las preparaciones con chaflán en V están indicadas para el soldeo a tope por ambos lados. El ángulo dechaflán mínimo será de 60º para espesores que superen los 3 mm. Espesores mayores pueden requerirángulos de chaflán superiores entre 75º - 90º dependiendo del proceso de soldeo. Para piezas de granespesor se requiere preparaciones en U que minimiza la cantidad de metal depositado y la distorsión,permitiendo un buen acceso a la raíz de la unión.

FIGURA 13. GEOMETRÍA DE JUNTA ESPECIAL PARA EL SOLDEO POR ARCO DESDE UN LADO PARA PENETRACIÓN COMPLETA.

4.1.2. Soldeo TIG

4.1.2.1. Características del proceso

En el soldeo TIG, el metal base se funde bajo la acción de un arco eléctrico, bien de corriente continua,

bien de corriente alterna, establecido entre el extremo de un electrodo de volframio y el metal base. El metalde aporte (varilla) no se funde directamente por la acción del arco eléctrico, sino por el contacto con el bañode fusión formado en el material base. Si el metal de aporte llega a tocar al arco, las fuerzas de atracción





que se generan entre ambos, conducen a una contaminación del electrodo de volframio con metal deaporte.

El electrodo de volframio está protegido por la corriente de gas inerte (argón, helio o mezclas entreambos), así como el baño de fusión y la zona circundante.

Una de las características de este proceso es la oportunidad que ofrece en la utilización o no de metal deaporte.

4.1.2.2. Equipo de so ldeo

Las fuentes de corriente utilizadas en el soldeo TIG, son de característica descendente, y por tanto deintensidad constante. Dichas fuentes pueden ser rectificadores, motores - generadores, o transformadores.

4.1.2.3 Corriente de soldeo y polaridad

En el soldeo del aluminio pude utilizarse corriente alterna convencional, con onda alterna cuadrada o concorriente continua en ambas polaridades. La polaridad CCEP, raramente se utiliza dado los bajos rangos deintensidad permitidos en su uso, puesto que existe el peligro de sobrecalentar y fundir el electrodo devolframio que de esta forma pasaría a formar parte del baño de fusión.

La acción decapante que proporciona la corriente alterna está asociada a el semiciclo en el que lacorriente actúa en polaridad CCEP. Para asegurar el reencendido del arco en dicho semiciclo se precisanfuentes de corriente con un alto potencial en vacío (125 V con gas argón o 150 V con gas helio), o en sulugar maquinas que permitan la superposición de una corriente de soldeo de alto voltaje y alta frecuencia, justo en el momento en que la corriente pasa por cero y se dirige al semiciclo CCEP.

El cebado del arco eléctrico puede efectuarse mediante raspado o por la utilización de alta frecuencia.

Un arco eléctrico estable (sin interrupciones de corriente en ambos sentidos) se caracteriza por laausencia de un sonido entrecortado, un suave fluir del metal de aporte en el interior del baño de fusión, unfácil cebado, y la no presencia de inclusiones de volframio en el interior del baño de fusión. Normalmente la

magnitud de la intensidad en polaridad directa es mayor que en polaridad inversa, a no ser que la máquinade soldeo posea un control para prevenir dicho desnivel.

La corriente alterna se utiliza con argón como gas de protección o con mezclas de argón y helio con unmínimo del 50% de argón en la mezcla. La alúmina sobre la superficie del aluminio es eliminada por laacción decapante del arco eléctrico. Con mezclas con alto contenido en helio debemos trabajar con arcoscortos. En este caso la capacidad decapante del arco disminuye haciéndose preciso tratamientos previos alsoldeo con objeto de eliminar la capa de óxido para lograr una buena fusión.. El helio o mezclas ricas enhelio raramente se utilizan en el soldeo con corriente alterna, siendo su uso más frecuente en corrientecontinua.

Los electrodos de volframio puro o aleados con óxido de circonio son los preferentemente utilizados en elsoldeo con corriente alterna, siendo la geometría del extremo del electrodo esférica.. La utilización de un

electrodo de volframio aleado con óxido de torio puede producir excesivas proyecciones del volframiotoriado.

En las tablas 15, 16 y 17 se recogen un conjunto de procedimientos (guía) para el soldeo TIG manual.





T ABLA 15. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO TIG MANUAL DE SOLDADURAS A TOPE EN ALUMINIO CON CORRIENTE





T ABLA 16. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO TIG MANUAL DE SOLDADURAS EN ÁNGULO EN ALUMINIO

T ABLA 17. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO TIG MANUAL DE SOLDADURAS EN ESQUINA Y SOLAPE EN ALUMINIO CON

CORRIENTE ALTERNA Y ARGÓN COMO GAS DE PROTECCIÓN.





4.1.2.4. Técnica de soldeo

En el soldeo manual con TIG, la pistola se sostiene con una mano y la varilla (metal de aporte) con la otramano. Con objeto de evitar posibles inclusiones de volframio, se debe utilizar una chapa de arranquesituada cerca de la unión. El arco se mantiene en el punto de inicio hasta que se ha formado el baño defusión por completo, y entonces comienza el avance. El arco eléctrico no debe adelantarse al baño defusión.

En caso de utilizar aporte este debe depositarse en el borde delantero del baño de fusión. El avance serealiza con ambas manos simultáneamente, con pequeños movimientos hacia atrás y hacia delante a lolargo de la unión. Se debe procurar que la varilla no toque al electrodo de volframio, ni que esta se salgafuera del área protegida por la cortina de gas protector.

En el soldeo TIG del aluminio es preciso mantener un arco corto con objeto de obtener un buen controlsobre la penetración, evitar la formación de mordeduras y un ancho de cordón excesivo. Una medidapráctica es utilizar una longitud de arco igual al diámetro del electrodo. En todo momento el soldador debepoder ver el arco y el baño de fusión, en este sentido la tobera la pistola debe ser lo mas pequeña posible,siempre que garantice una adecuada protección al baño. La técnica de soldeo es hacia delante con unángulo de inclinación de 15º - 25º. Cuando se está soldando materiales de distinto espesor el arco se debecentrar sobre el de mayor espesor.

La velocidad de soldeo y de aportación de material son dos parámetros dependientes de la habilidad delsoldador. El uso del valor de corriente adecuado permite al soldador ejecutar la soldadura a alta velocidad loque origina una solidificación del baño progresiva y un mejor control del cordón de soldadura. Lasinterrupciones bruscas durante el soldeo pueden originar la aparición de grietas de cráter, debido a lasbruscas contracciones que tienen lugar. Estos defectos se pueden evitar separando lentamente el soplete alfinal de la soldadura conforme se va rellenando el cráter, utilizando el control de pendiente de intensidadcon el que están dotadas determinadas máquinas que permite disminuir la intensidad al final de la soldaduramientras se está rellenando el cráter, o cortar y reencender el arco mientras se llena el cráter (si se disponede alta frecuencia).

Cuando el electrodo ha sido contaminado con aluminio, este debe reemplazarse por otro o debelimpiarse. Si la contaminación ha sido mínima, puede eliminarse incrementando la corriente del arco

sostenido sobre una pieza de prueba. Para contaminaciones mayores será precisa la utilización de piedrade esmeril.

Los diseños de unión representados en las figuras 12, 13 y 14, así como en las tablas anexas 15, 16 y 17son de aplicación en el soldeo TIG. Cuando la experiencia del soldador no es elevada conviene que lapreparación de bordes sea más amplia en lo referente a ángulo de chaflán, separación de bordes. Para elsoldeo de aleaciones del tipo 6061, 6063, 3004, 5052, 7005, y 7039 o similares no es aconsejable el soldeosin metal de aporte.

4.1.2.5. Corriente conti nua polaridad directa

La corriente continua polaridad directa, fue considerada inaceptable, ya que no proporciona efecto

decapante. No obstante el uso de esta polaridad combinada con helio como gas de protección, hapresentado ciertas ventajas en el soldeo automatizado de secciones grandes. Dado que el calentamientoque sufre el electrodo es inferior al soportado bajo otras tipos de corriente, se pueden utilizar diámetros deelectrodo más pequeños para los mismos niveles de corriente eléctrica. Los valores de intensidad quepueden alcanzarse son también mayores en este caso, lo que nos permite obtener cordones más profundosy estrechos. Con este tipo de corriente no es necesario precalentar secciones grandes antes del soldeo.Podemos incluso eliminar la preparación de bordes o reducir el tamaño del chaflán, con lo que se minimizala cantidad necesaria de metal de aporte. El acabado del cordón es también diferente del obtenidoutilizando corriente alterna, presentándose el cordón cubierto de óxido de aluminio, que puede eliminarsefácilmente mediante cepillado.

Al no existir decapado eléctrico de la unión es preciso llevar a término un tratamiento químico o mecánicoinicial, antes de comenzar el soldeo.





FIGURA 14. GEOMETRÍAS DE JUNTA ESPECIALES PARA EL SOLDEO POR ARCO DE ALUMINIO EN POSICIÓN CORNISA.

A pesar de las desventajas que presenta el soldar con este tipo de polaridad, la buena penetración yatractivas velocidades de soldeo hacen que dicha polaridad sea una alternativa en el soldeo de piezas degran espesor en soldeo mecanizado.

Con esta polaridad las preparaciones de borde pueden ser en borde recto hasta 19 mm cuando lasoldadura se ejecuta por ambos lados, si fuera preciso preparar los bordes en V, tendríamos que utilizarchaflanes de menor ángulo que en el caso de utilizar la corriente alterna y mayores alturas de talón.

Para el soldeo manual con esta polaridad el arco suele cebarse mediante la superposición en losinstantes iniciales de una corriente de alta frecuencia y alto voltaje. Normalmente no es necesario esperaren el inicio a la formación del baño de fusión ya que este tiende a formarse de forma instantánea, debido almayor aporte térmico, aunque puede resultar conveniente el esperar en estos inicios hasta alcanzar la

penetración deseada. En este sentido es recomendable utilizar un control de la penetración en raíz.

La pistola debe desplazarse a lo largo de la unión en el sentido de avance (no es necesario el movimientoatrás hacia delante que usábamos en corriente alterna).

En las tablas 18 y 19 se recogen a modo de ejemplo valores de parámetros utilizados en el soldeo delaluminio con corriente continua polaridad directa, con técnica manual.

El soldeo mecanizado TIG se realiza con máquinas que poseen control de pendiente de corriente tantoen el arranque como en el apagado, del flujo de gas, de la alimentación del aporte (alambre) y deldesplazamiento a través de la unión. Adicionalmente las maquinas pueden llevar un programador quecontrole el voltaje, la intensidad y la trayectoria de la pistola de forma automática.

Cuando se suelden aleaciones de aluminio utilizando medios mecanizados con bordes rectos, es precisoque la longitud de arco sea muy corta y que el electrodo de volframio se encuentre a la altura del metal baseo incluso por debajo del mismo. La posición del extremo del electrodo determina la penetración así como el





ancho del cordón y la presencia de mordeduras. La posición del extremo del electrodo está determinada porel tipo de aleación, el espesor y el procedimiento de soldeo. En la mayoría de los casos no es necesario eluso de respaldo cuando se suelda por una sola cara y a penetración completa, con bordes rectos.

T ABLA 18. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO TIG MANUAL DE SOLDADURAS A TOPE EN ALUMINIO CON CORRIENTE

T ABLA 19. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO TIG MANUAL DE SOLDADURAS EN ÁNGULO EN ALUMINIO CON CORRIENTE

En las tablas 20 a 23 se pueden encontrar datos sobre parámetros característicos utilizados en el soldeomecanizado del aluminio.

4.1.2.6. Corriente cont inua polaridad inversaEl soldeo del aluminio con este tipo de polaridad permite soldar pequeños espesores, con la cantidad

suficiente de corriente como para mantener el arco estable y lograr un buen efecto de limpieza superficial.

En este caso se utiliza el argón como gas de protección ya que el helio o mezclas de helio y argónproducen sobrecalentamiento en el electrodo. Los cordones tienden a ser anchos y poco profundos.

Valores comunes en el soldeo de aleaciones de aluminio con esta polaridad quedan recogidos en la tabla24.





T ABLA 20. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO TIG MECANIZADO DE SOLDADURAS A TOPE CON BORDES RECTOS EN

ALUMINIO CON CORRIENTE CONTINUA POLARIDAD DIRECTA Y HELIO COMO GAS DE PROTECCIÓN ( A).


ALUMINIO, ALEACIÓN 2219, CON CORRIENTE CONTINUA POLARIDAD DIRECTA Y HELIO COMO GAS DE PROTECCIÓN A, B .






ALUMINIO, ALEACIÓN 7039, CON CORRIENTE CONTINUA POLARIDAD DIRECT Y HELIO COMO GAS DE PROTECCIÓN. A

T ABLA 24. CONDICIONES TÍPICAS PARA SOLDEO TIG MANUAL DE ALUMINIO, CON CORRIENTE CONTINUA POLARIDAD INVERSA Y

ARGÓN COMO GAS DE PROTECCIÓN.





T ABLA 23. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA SOLDEO TIG MECANIZADO DE SOLDADURAS CON PREPARACIÓN DE BORDES EN V,

EN ALEACIÓN DE ALUMINIO 7039, CON CORRIENTE CONTINUA Y POLARIDAD DIRECTA Y HELIO COMO GAS DE PROTECCIÓN .





4.1.2.7. Soldeo con corr iente alterna de onda cuadrada

Se diferencia de la corriente alterna convencional, en la forma de la onda. Las fuentes de corriente queproporcionan corriente alterna de onda cuadrada, están diseñadas para proporcionar un cierto nivel decorriente continua y rápidamente cambiar de polaridad. El tiempo en que la corriente permanece enpolaridad negativa, es regulable dentro de ciertos límites. Este tipo de corriente combina las ventajas de lacorriente alterna convencional, en cuanto al efecto decapante, y la de la CCEN, en lo referente a la

obtención de buenas penetraciones. No obstante el favorecer en la onda cuadrada una de las dospolaridades supone disminuir el efecto de la polaridad contraria.

La utilización de corriente alterna con onda cuadrada permite un fácil reencendido del arco cuando laonda pasa por cero para cambiar de polaridad. Esto es debido al menor tiempo de enfriamiento de loselectrodos que sostienen el arco, en comparación con la onda de alterna convencional. Este efecto permitela no superposición de forma continua de una onda de corriente alterna de alta frecuencia, lo que resultabanecesario para mantener el arco encendido en el caso del uso de corriente alterna convencional. De estaforma el uso de alta frecuencia se reduce al cebado del arco eléctrico. No obstante aquellas máquinas queposean baja tensión de vacío pueden requerir la superposición continuada de una onda de alta frecuenciapara garantizar los sucesivos reencendidos del arco eléctrico.

El argón es preferentemente el gas utilizado en el soldeo con corriente alterna con onda cuadrada,

aunque también pueden utilizarse mezclas de argón y helio. El uso de helio al 100% supondría disponer detensiones de vacío, que hoy por hoy no presentan las máquinas para el soldeo con corriente alterna cononda cuadrada, con lo que el cebado del arco es prácticamente imposible.

La preparación de bordes difiere de la utilizada con la corriente alterna convencional en la utilización deángulos de chaflán más pequeños en las preparaciones en “V” y en “U”, mayores alturas de talón y engeneral relaciones de profundidad a anchura más altas, lo que conduce a menores distorsiones durante lasoperaciones de soldeo, y a una reducción de la cantidad de metal de aporte empleado.

4.1.2.8. Electrodos

La selección del electrodo de volframio depende del tipo de corriente que se vaya a utilizar.

Cuando se utiliza corriente alterna están aconsejados los electrodos de volframio puro EWP o devolframio aleado con circonio EWZr, ya que estos tienden a conservar la forma esférica del extremo, que esla aconsejada para el soldeo con alterna. Cuando se utilizan electrodos de volframio aleado con óxido detorio en combinación de corriente alterna, es bastante frecuente que se presenten finas inclusiones deescoria en el cordón de soldadura.

Los electrodos clasificados según la AWS como EWTh-1 y EWTh-2 (electrodos aleados con óxido detorio), se utilizan en el soldeo con corriente continua polaridad directa. Ambas clasificaciones se caracterizanpor reunir electrodos con alto poder termoemisivo, mayor capacidad de transporte de corriente eléctrica ymás tiempo de vida si los comparamos con los agrupados en la clasificación. Como consecuencia de ello elarco es más fácil de cebar y el arco eléctrico resulta más estable.

Los electrodos aleados con óxido de circonio presentan menor tendencia que los de volframio puro acontaminarse, bien con el material base o bien con el material de aporte, así mismo tienen mayor capacidadpara el transporte de corriente eléctrica que estos últimos.





En las figuras 15 y 16 se comparan los rangos de intensidad con los que funcionan los electrodos devolframio y los electrodos de volframio aleado con torio.

FIGURA 15. R ANGOS DE INTENSIDAD PARA ELECTRODOS DE VOLFRAMIO PURO.

FIGURA 16. R ANGOS DE INTENSIDAD PARA ELECTRODOS DE VOLFRAMIO CON TORIO.

4.1.2.9. Sistemas de protección para soldeo TIG

El gas mas utilizado en el soldeo TIG del aluminio es el argón, utilizándose el helio en algunasaplicaciones especiales.

El argón permite variaciones mayores en la longitud del arco sin generar grandes variaciones en la

potencia del mismo, en comparación con el helio, lo que le hace mas apto para el soldeo manual. Así mismoel argón proporciona un cebado de arco mas fácil y permite el decapado eléctrico de la unión cuando seutiliza corriente alterna.





El helio se utiliza fundamentalmente en el soldeo mecanizado con corriente continua en polaridad directa,ya que permite mayores penetraciones y velocidades de soldeo que el argón.

En ocasiones también se utiliza mezclas de argón - helio con el objeto de reunir las bondades de ambos,buena estabilidad del arco eléctrico y buena penetración. Mezclas del orden 25% helio y 75 % argónpermiten el soldeo con alterna a elevadas velocidades de procesamiento, con una acción limpiadora aún

aceptable. Si el contenido en helio supera el 25% cabe esperar una rectificación de la onda de alternacuando se trabaja con bajos potenciales de vacío.

4.1.3.- Soldeo con protección gaseosa y electrodo consumible (MIG)

4.1.3.1.- Equipo

Una gran variedad de equipos para el soldeo MIG se hallan disponibles en el mercado, la selección delmas apropiado depende de factores como la posición, el tamaño de la unión, la cantidad de metal de aportea depositar y el nivel de producción que se haya fijado.

Los principales elementos que constituyen un equipo para soldeo MIG son: el sistema de alimentación dealambre, la pistola y la fuente de alimentación. Cuando se efectúe soldeo MIG por puntos será preciso tenerademás presente el sistema de control de tiempo de soldeo.

4.1.3.2.- Sistemas de alimentación de alambre

Para soldeo semiautomático existen tres tipos diferentes de sistemas de alimentación de alambre de labobina a la pistola. Estos sistemas son conocidos como de empuje, arrastre y de empuje y arrastrecombinado.

En los sistemas de empuje los rodillos tractores se encuentran cerca de la bobina y el alambre esempujado desde esta posición a través de un conducto de 3 - 3.6 m.

En el sistema de arrastre los rodillos tractores los rodillos tractores están situados cerca de la pistola, yarrastran al alambre hasta la pistola a través del conducto. La longitud de los conductos esta también

limitada a 3 - 3.6 m.

En los sistemas de tracción y empuje existen varios conjuntos de rodillos, al menos dos, situado uno deellos cerca de la bobina y el otro en la pistola. Este sistema permite manejar longitudes de alambre de 6.6 my mayores.

La selección de un determinado tipo de alimentación está determinada por el diámetro del electrodo, lacarga de rotura de la aleación del mismo, y de la distancia entre la bobina y la zona de soldeo.

Los sistemas de empuje están limitados a materiales de alta resistencia, con diámetros de 1.2mm ysuperiores, con la suficiente rigidez como para evitar embotamientos en los conductos o en la pistola.

El sistema de arrastre es característico de cabezas mecanizadas o algunas pistolas semiautomáticas.

Estas pistolas se utilizan en le soldeo de aleaciones de aluminio con diámetros de hilo de 1.2 mm einferiores. En los sistemas mecanizados el dispositivo de alimentación se encuentra justo por encima de lacabeza de soldeo.

Los conductos por donde circula el alambre deben estar limpios y exentos de discontinuidades ycurvaturas cerradas.

En cuanto a los rodillos tractores se recomienda que estén acanalados (pero no en V), frente a rodillosmoleteados, ya que estos últimos pueden generar pequeñas partículas de aluminio, que se incorporan a losconductos pudiéndolos obstruir. La presión que los rodillos efectúan sobre el alambre es crítica para obtenerbuenos resultados, por lo que requiere de un cuidadoso ajuste.

La utilización de tubos de contacto doblados restringe la utilización de alambres de aluminio de bajaresistencia mecánica. La utilización de tubos de contacto cortos (19 - 25 mm) reduce los puntos detransferencia de corriente al alambre de aluminio, cuyo óxido tiene características aislantes, lo que puede





producir que salten pequeños arcos e el interior del tubo de contacto cuando la alimentación se efectúa agran velocidad en máquinas de tensión constante. Por esta razón se prefieren tubos de contacto delongitudes entre 102 - 152 mm. Así mismo los tubos de contacto largos sirven de enderezadores de losalambres de aluminio de baja resistencia mecánica, lo que conduce a que estos entren rectos en el baño defusión.

En caso de que se utilice una fuente de alimentación de intensidad constante, se deben utilizarvelocidades de alimentación de alambre bajas. Si el alambre toca el metal base a gran velocidad, lamáquina de intensidad constante no podrá iniciar el arco, ya que la corriente de circuito abierto no será losuficientemente alta.

4.1.3.3.- Fuentes de alimentación

Estas pueden ser de intensidad constante o de voltaje constante. Ambas pueden utilizarse de formasatisfactoria si se mantiene la intensidad dentro de valores relativamente constante. Las más ampliamenteutilizadas son las de tensión constante, que también son ampliamente utilizadas en el soldeo de materialesférreos. Se prefiere el uso de las fuentes de corriente constante, cuando se requiera mantener un aportetérmico constante y una alta calidad en la soldadura, sobre todo cuando se vaya a oscilar la pistola. Noobstante bajo condiciones estables de soldeo no cabe esperar diferencias importantes entre ambas.

4.1.3.4.- Gases de protección en el soldeo MIG del aluminio y sus aleaciones

A parte de la función principal del gas en la protección de la unión, a través de su selección es posibletambién realizar un control sobre la distribución de calor en la soldadura. Este a su vez influye en la formade la sección transversal del cordón y en la velocidad de soldeo. Es posible modificar la penetraciónactuando sobre la composición del gas de protección evitando de esta forma tener que variar la velocidadde aporte de material.

El helio raramente se utiliza en estado puro en este proceso debido a la alta inestabilidad que introduce

en el arco eléctrico.Secciones de cordón típicas que se obtienen en el soldeo MIG del aluminio utilizando gases de

protección a base de argón, helio o mezclas de ambos pueden contemplarse en la figura 17. La geometríade cordón que proporciona el argón, estrecha y profunda, puede favorecer el atrapamiento de gases. Laadición de helio al argón, teniendo una longitud de arco especificada supone el incremento en la tensión delarco de 2 - 3 voltios cuando lo comparamos con un arco en el que se utiliza solo argón.

El gas de protección es servido desde botellas individuales o desde conjuntos de varias botellasconducidas a la máquina a través de un sistema de tuberías. El uso de las botellas está recomendadocuando el consumo de gas es bajo, el área de soldeo es grande o la localización de las diferentessoldaduras varía mucho. La utilización de conjuntos de botellas está recomendada cuando el volumen detrabajo es alto y este se realiza en posiciones fijas.

La pureza del gas es también de la máxima importancia, de tal forma que se deben utilizar gases quetengan un punto de rocío del orden de -60ºC. La suciedad, grasas y polvo que pueda acumularse en lasválvulas de las botellas debe se cuidadosamente eliminadas.

Todas la conexiones de las mangueras deben revisarse y constatar que no existen fugas ni posibilidad deque pueda entrar aire en el sistema de alimentación de gas.

El argón es el gas mas utilizado en el soldeo MIG semiautomático en transferencia spray, ya queproporciona una excelente estabilidad al arco eléctrico, una penetración y forma de cordón adecuadas, y laposibilidad de utilizarse en todas las posiciones. El helio (mezclado) está recomendado para su uso en elsoldeo mecanizado o automatizado con altos valores de corriente eléctrica y en posición plana. Las mezclasde argón y helio están recomendadas para el soldeo semiautomático de las aleaciones de la serie 5XXX, y

en el soldeo semiautomático cuando se quiere conseguir una mayor estabilidad de arco (las mezclas que eneste sentido se requieren son de 50 - 75 % de helio).





FIGURA 17. INFLUENCIA DEL GAS DE PROTECCIÓN EN EL PERFIL DEL CORDÓN DE SOLDADURA.

4.1.3.5. Modos de transferencia

Utilizando corriente continua electrodo al positivo la transferencia en forma de múltiples gotas de pequeñotamaño, se consigue cuando los niveles de intensidad y de voltaje superan ciertos valores umbral. Estosvalores dependen de la composición del electrodo, de su tamaño y de la velocidad de alimentación delalambre. El modo de transferencia de metal al que estamos refiriéndonos es el conocido como spray, y eseste el que normalmente se utiliza en el soldeo del aluminio y sus aleaciones. Este modo de transferencia

puede actuar de forma continua o pulsada.

El modo de transferencia en spray pulsado permite un mayor control del aporte térmico, el soldeo entodas las posiciones, y el soldeo de espesores pequeños en aleaciones de aluminio, así como el uso deconsumibles de mayor tamaño (mayores valores de intensidad) para el soldeo de secciones gruesas dealeaciones de aluminio.

La generación de proyecciones es más acentuada con electrodos que contienen elementos de bajapresión de vapor. Las aleaciones de aluminio - magnesio (5XXX) son las que normalmente generan mayorcantidad de proyecciones. La reducida presión de vapor de magnesio conduce al desmenuzamiento de lasgotas de aporte según abandonan el extremo del electrodo. Cuando la longitud de arco (voltaje) cae pordebajo de un valor característico relacionado con un tipo de electrodo y un nivel de amperaje dado, lasgotas de metal de aporte se hacen más grandes y se consiguen mayores penetraciones y mayoresvelocidades de consumo de electrodo, este efecto resulta interesante en el soldeo de grandes espesores.

Cuando el voltaje se corresponde con un régimen de transferencia spray y disminuimos la corriente pordebajo del valor umbral, se produce el cambio de modo de transferencia spray a globular. Este nuevo modode transferencia no es aplicable a el soldeo del aluminio, dado que genera graves faltas de fusión el launión. Si simultáneamente disminuimos el voltaje y el amperaje por debajo de los valores umbral, lo queobtenemos es el modo de transferencia en corto circuito, no recomendado para el soldeo del aluminio porlas mismas razones especificadas para el modo globular.

4.1.3.6.- Procedimientos de soldeo

Datos básicos sobre procedimientos de soldeo quedan recogidos en las tablas 25 y 26, para el soldeo

MIG del aluminio. Para el soldeo MIG con alambres por debajo de 1.2 mm de diámetro se utilizan máquinasde tensión constante y alimentación de alambre también constante. La alimentación del alambre es ajustadapara obtener la adecuada fusión y penetración. La tensión se debe ajustar para obtener con el material deaporte seleccionado un modo de transferencia tipo spray.





T ABLA 25. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA EL SOLDEO MIG DE SOLDADURAS EN ÁNGULO, EN ALEACIONES DE ALUMINIO, CON

ARGÓN COMO GAS DE PROTECCIÓN.





T ABLA 26. PROCEDIMIENTOS TÍPICOS PARA SOLDEO MIG DE SOLDADURAS CON PREPARACIÓN DE BORDES, EN ALEACIONES DE

ALUMINIO CON ARGÓN COMO GAS DE PROTECCIÓN.

Máquinas de corriente constante y alimentadores de alambre de velocidad constante, pueden serutilizadas con alambre de 1.2 mm de diámetro o superiores. En estas máquinas la corriente de soldeo se

prefijada al valor deseado y la tensión se ajusta fijando la velocidad de hilo que nos proporcione la longitudde arco esperada. El parámetro longitud de arco es crítico para la obtención de soldaduras exentas defaltas de fusión entre el metal de soldadura y los bordes del metal base. Si la longitud de arco es muypequeña se pueden producir cortocircuitos entre el electrodo y el baño de fusión.

Cuando se elabore un procedimiento para soldeo con arco pulsado, se deben tener presente lossiguientes parámetros:

o el diámetro del electrodo.

o velocidad de alimentación de alambre.

o gas de protección.

o frecuencia de pulsación.





o corriente y tensión de pico.

o valor medio de amperaje utilizado.

o corriente de base

o velocidad de soldeo.

4.1.3.7. Soldeo MIG automático

En el soldeo MIG automático se utilizan niveles de corriente de hasta 360 A con máquinas de voltajeconstante. Para alcanzar valores de corriente de hasta 500 A se recomienda el uso de máquinas decaracterística descendente, utilizando como gas de protección argón. Mayores valores de corriente, hastadel orden de 750 A se pueden alcanzar utilizando como gas de protección helio o mezclas de argón y helio.El uso de altas intensidades de soldeo permite realizar las soldaduras en menos pasadas y sin preparaciónde bordes.

Soldeo a tope en una sola pasada hasta espesores de 12.7 mm pueden efectuarse con este proceso sin

preparación de bordes. Espesores del orden de 38 mm se han soldado por ambas caras pero sinpreparación de bordes, usando helio como gas de protección. Pruebas recientes han demostrado laposibilidad de soldar espesores de hasta 76.2mm utilizando el soldeo por ambas caras, una sola pasada porcara y una preparación en doble U.

El mayor control sobre los parámetros de soldeo que existe en el soldeo automático permite soldarespesores tan pequeño como 0.5mm . Las mayores velocidades de soldeo que se emplean, junto con lasmas pequeñas preparaciones de borde exigibles mejoran la apariencia de la soldadura, minimizan lasdistorsiones el coste de soldeo. Normalmente al soldeo automático están asociados menor número depasadas, menor aporte térmico, menores preparaciones de bordes y menores costes de personal.

Los factores que requieren mayor vigilancia en el soldeo automático son aquellos que afectan a launiformidad en la alimentación del alambre, la transmisión de corriente en el tubo de contacto y el

mantenimiento de la máquina de intensidad constante. Con objeto de garantizar una adecuada transmisiónde la corriente eléctrica hacia el electrodo se, se requiere una alta calidad en la fabricación de los mismosque garantice una resistencia superficial uniforme.

En el soldeo automático es de vital importancia tener presente el uso de dispositivos de fijación quepermitan la obtención de cordones uniformes y sin faltas de penetración y de fusión.

Así mismo es de vital importancia la selección del tamaño adecuado de boquilla que asegure laprotección adecuada para los valores de intensidad y velocidad de soldeo seleccionados.

4.1.3.8. MIG por puntos

El soldeo por puntos se chapas dispuestas a solape se logra cuando el arco centrado sobre la chapadispuesta el al posición superior, penetra esta alcanzando la chapa inferior. Esta limitado en cuanto aespesores a valores inferiores a 3.2 mm. El resultado final de dicha operación es un punto de soldadura deapariencia esférica que presenta un sobreespesor sobre la chapa superior y que puede haber penetrado deforma total o parcial la chapa inferior. En los casos en que la penetración sea parcial será preciso que lachapa inferior sea de mayor espesor que la superior.

El equipo utilizado par el soldeo por puntos del aluminio y sus aleaciones es similar al utilizado en elsoldeo manual MIG. Para el soldeo por puntos el sistema de alimentación de alambre tiene que ser dearrastre o de arrastre - empuje. Los sistemas de alimentación de empuje no son utilizados ya que produceresultados no satisfactorios. Cuando la pistola ejerce una presión uniforme sobre la chapa superior sealcanzan buenos resultados en el soldeo de varios puntos en serie.

Se requiere un sistema de control que gobierne el tiempo en el que la corriente está circulando, el gasfluye y el electrodo es alimentado. Los temporizadores funcionan entre 0- 2 segundos con una precisión de0.015 segundos.





El inicio del arco eléctrico se efectúa con alimentación de hilo a baja velocidad. Al finalizar el punto desoldeo la corriente disminuye gradualmente consumiéndose una longitud de alambre predeterminada lo quecontribuye a rellenar el cráter y evitar que el hilo quede atrapado en el baño cuando este está solidificando.

Argón, helio o mezclas de ambos son utilizadas en esta modalidad de soldeo MIG. El mas utilizado siguesiendo el argón, aunque el helio está recomendado cuando se sueldan espesores finos dado que tienda a

formarse un punto de soldadura con un cono más ancho (mayor ángulo). No obstante el mayor nivel desalpicaduras unido un acabado más rugoso hacen del uso del helio una alternativa poco atractiva.

En la tabla 27 se recogen los parámetros comúnmente utilizados en el soldeo MIG por puntos de chapasa solape con electrodo de 1.2 mm. Estos valores pueden sufrir modificaciones dependiendo de lacomposición del material base, del aporte, del estado superficial de las chapas, del gas y equipo empleado.Las condiciones finales de soldeo deben determinarse en función de los resultados que se obtengan de larealización de los ensayos destructivos pertinentes.

T ABLA 27. AJUSTES TÍPICOS PARA SOLDEO MIG CON EQUIPOS DE VOLTAJE CONSTANTE, PARA DIVERSOS ESPESORES DE

CHAPA DE ALUMINIO.

El nivel de penetración que obtenemos sobre la segunda chapa depende de factores como el voltaje, lacorriente de soldeo, y el tiempo de soldeo para un tamaño de electrodo y un gas de protección dado.Obtener buenas penetraciones con chapas de gran tamaño requiere altas velocidades de alimentación dealambre, alta corriente con máquinas de tensión constante. Cuando se trata de pequeños ajustes sobre lapenetración el parámetro a modificar es la velocidad de alimentación de alambre

.El tiempo de soldeo que normalmente es suficiente en el soldeo por puntos para el aluminio es de 0.5

segundos. Tiempos de soldeo por debajo de 0.25 segundos no son recomendables debido a que el tiempode encendido del arco comienza ser importante frente al tiempo total de soldeo, resultando de ellosoldaduras no uniformes. Tiempos largos de soldeo son deseables para favorecer la no aparición de poros.

Tiempos cortos son preferidos cuando la posición de soldeo se ejecuta en posición bajo techo o en verticalo cuando se desea un acabado de punto a paño.

4.1.4. Soldeo con electrodo revestido.

El soldeo del aluminio y sus aleaciones empleando electrodos revestidos está limitado a pequeñasoperaciones de reparación, en trabajos que no sean de alta responsabilidad.

Las velocidades de soldeo son mas bajas con este proceso que con el GMAW, no estando recomendadopara trabajos donde se exija un alto nivel de responsabilidad.

Los electrodos están recubiertos por un revestimiento que se combina con la alúmina que cubre a la

aleación de aluminio generando de esta forma la escoria. Esta escoria es una fuente potencial para lacorrosión por lo que debe ser bien eliminada entre pasada y pasada. Dado que la humedad afecta a lacalidad del electrodo este debe de almacenarse en lugares secos, y es más antes del soldeo dichos





electrodos deben someterse al secado recomendado por el fabricante. Un secado típico de tales electrodoses un calentamiento a 66 - 93 º C.

El soldeo se efectúa con corriente continua polaridad inversa (CCEP).

A la hora de realizar una soldadura con electrodos revestidos es preciso tener en cuenta los siguientes

puntos:

o humedad presente en el revestimiento de los electrodos.

o limpieza del metal base y de los electrodos.

o precalentamiento necesario del metal base.

o métodos de eliminación de escorias entre pasadas y al finalizar el soldeo.

El mínimo espesor que marca la utilidad de este proceso es a partir de 3 mm. Entre 3mm y 6.4 mm no sesuele requerir la preparación de bordes. Espesores por encima de 6.4 mm deben biselarase en V conángulos de chaflán de 60 - 90º C. La altura de talón variará entre 1.5 mm a 6.35 mm dependiendo del

espesor del material base. La separación de raíz oscilará entre 0.76 - 1.52 mm.

En el soldeo de secciones gruesas (por encima de 10 mm) está recomendado el precalentamiento queademás de garantizar una buena penetración, evita la porosidad y disminuye las distorsiones, al suavizar elbrusco enfriamiento. Para la realización del precalentamiento se puede utilizar un soplete oxigás o unhorno.

Siempre que sea posible se debe optar por realizar soldaduras en una sola pasada, con lo que seminimiza los riesgos de que quede atrapada escoria entre los cordones. La mayoría de las escorias seeliminan bien mediante medios mecánicos (ej: cepillos rotatorios), si quedaran por eliminar pequeñas trazasde escoria esta podría eliminarse con la aplicación de ducha de agua caliente. Para verificar que no quedatraza alguna de escoria se aplicaría en la superficie de la unión una solución de nitrato de plata al 5%, de laspartes donde existiera restos de escoria se desprendería humo. Para la eliminación completa de dichas

escorias se aplicaría una solución de caliente de ácido nítrico al 5% o una solución al 10% de ácido sulfúrico(templada), con posterior enjuagado en agua caliente.

En la tabla 28 se recogen los parámetros más comúnmente utilizados en el soldeo con electrodosrevestidos del aluminio y sus aleaciones.

T ABLA 28. PROCEDIMIENTO RECOMENDADO PARA EL SOLDEO MEDIANTE ELECTRODO REVESTIDO DE ALUMINIO.





4.1.5. Soldeo con plasma del aluminio y sus aleaciones

El soldeo por plasma del aluminio es similar al ya estudiado soldeo TIG, con la diferencia importante deque en este caso el arco eléctrico es constreñido por una tobera refrigerada por agua, incrementando deesta forma la densidad de corriente de la fuente de calor y aumentando la direccionalidad del arco eléctrico.

Las técnicas de soldeo con plasma pueden se de dos tipos: de generación de baño de fusión, o de

formación de un ojo de cerradura. La primera de ellas es similar a la utilizada en el soldeo TIG. La segundaconsiste en la formación de un agujero en el seno del baño fundido, que como una columna de vapormetálico avanza a lo largo de la unión. Esta última técnica es la recomendada cuando se sueldan grandesespesores.

El soldeo con plasma utiliza corriente continua polaridad positiva, por lo que no existe una accióndecapante de la corriente eléctrica, por lo que requiere un tratamiento de limpieza previo a la soldadura. Elaluminio pude soldarse también con plasma utilizando, bien corriente alterna convencional o con ondacuadrada, como se realizaba en el soldeo TIG.

Una mayor penetración y velocidad de soldeo son las ventajas que presenta el plasma frente al TIG. Siutilizamos la técnica de formación de baño de fusión existe mayores probabilidades de que se formeporosidad, debido a la más rápida solidificación del baño fundido. Una limpieza previa adecuada del metal

base, de los consumibles y una apropiada selección del gas de protección disminuirán los riesgos deformación de poros.

Mediante la utilización de la técnica del ojo de cerradura y sofisticados sistemas para variar la polaridadse puede conseguir eliminar los óxidos de las zonas colindantes, reduciendo así el riesgo de formación deporos por la presencia de óxidos.

La protección por gas inerte suele ser requerida por ambas caras de la soldadura, especialmente cuandose utilizan aleaciones del tipo 5XXX y aleaciones Al - Li.

4.2. Soldeo por haces de altas energías.

4.2.1. Soldadura de alumin io por haz de electrones

El soldeo del aluminio y de sus aleaciones por haz de electrones se aplica a geometrías de unión comoson: soldadura en borde, soldadura a tope, soldadura a tope en T, soldadura en esquina y a solape.

El soldeo puede efectuarse en el interior de una cámara donde se ha practicado un alto vacío del ordende 1.22*10-4 a 0.133 Pa, o un vacío medio del orden de 0.133 a 333 Pa, o incluso a presión atmosféricautilizando helio como gas de protección.

La mayoría de las aleaciones de aluminio son soldables mediante el uso del haz de electrones, pero seha podido observar cierta tendencia al agrietamiento en las aleaciones tratables térmicamente de las series2XXX, 6XXX, y 7XXX, aunque la adición de material de aporte adecuado permite prevenir tal defecto. A talefecto se han diseñado sistemas de alimentación adaptado al proceso. Es posible también la utilización de

injertos como método válido para el aporte de material.

4.2.1.1. Geometría de la unión

La preparación de bordes normalmente utilizada en este tipo de proceso es en bordes rectos, pudiéndosealcanzar penetraciones sobre espesores de 19.3 mm en una sola pasada (aleación 5083). En ocasiones elcordón presenta una geometría claramente cóncava, efecto que se elimina si se da una segunda pasadacon o sin metal de aporte. Variaciones en la penetración pueden presentarse en caso de que se sueldengrandes espesores en una sola pasada con penetración parcial. El problema puede solucionarse si seemplean varias pasadas con o sin metal de aporte.

Diversos detalles sobre las preparaciones de bordes más utilizadas en el soldeo por haz de electronesquedan recogidos en la figura 18, donde aparecen preparaciones premecanizadas cuyo objetivo es el decompensar las distorsiones durante el soldeo.





4.2.1.2. Equipo y condiciones de soldeo

Las aleaciones de aluminio pueden soldarse con máquinas de alto o de bajo voltaje. En el mercadoexisten disponibles máquinas de 60 a 175 kV con potencias de hasta 100 kW. La selección de la máquinadepende de factores como el tipo de aleación, el espesor, el diseño de la unión y los requisitos de servicioestablecidos. Se recogen las condiciones típicas de operación en el soldeo por haz de electrones en unasola pasada para varias aleaciones y espesores. En las tablas 29, 30 y 31 se recogen las condiciones para

el soldeo multipasada de las aleaciones 6061-T6 y 5083-0 con metal de aporte y para el soldeo multipasadade la aleación 5083-0 sin aporte de material.

4.2.1.3. Perdida de elementos y p ropiedades

Ciertas aleaciones que contienen magnesio pueden sufrir la pérdida de este elemento cuando se sueldanel cámaras de vacío, tal y como le ocurre a la aleación 5083. La preparación de bordes apropiada para elsoldeo de este tipo de material es la identificada en los croquis anteriores con la letra D, excepto cuando seuse metal de aporte. Las perdidas de magnesio pueden oscilare entre el 0.6 al 1.1 % en peso en la pasadade raíz, esperándose menores pérdidas en pasadas posteriores.

La pérdida de elementos de aleación no tiene por lo general gran influencia en la disminución del límiteelástico de las aleaciones, aunque este hecho debe ser constatado para cada aplicación. Las propiedadesde las soldaduras obtenidas mediante haz de electrones, en aleaciones no tratables térmicamente (1XXX,3XXX y 5XXX) son netamente semejante a las obtenidas utilizando el TIG.

En la tabla 32 se recogen las propiedades mecánicas de la unión para algunas aleaciones de aluminio.

T ABLA 29. CONDICIONES PARA SOLDEO DE ALUMINIO MEDIANTE HAZ DE ELECTRONES CON PASADAS MÚLTIPLES: SOLDEO CON

APORTE DE UNA ALEACIÓN 6061-T6, DE 5,4 MILÍMETROS DE ESPESOR. GEOMETRÍA DE JUNTA (C) ( A).





FIGURA 18. GEOMETRÍAS DE JUNTA PARA SOLDEO MEDIANTE HAZ DE ELECTRONES DE ALUMINIO.

T ABLA 30. CONDICIONES PARA SOLDEO DE ALUMINIO MEDIANTE HAZ DE ELECTRONES CON PASADAS MÚLTIPLES: SOLDEO

AUTÓGENO, MULTIPASADAS, DE UNA ALEACIÓN 5083. GEOMETRÍA DE JUNTA (D) ( A).





T ABLA 31. CONDICIONES PARA EL SOLDEO DE ALUMINIO MEDIANTE HAZ DE ELECTRONES CON PASADAS MÚLTIPLES: PASADO DE

RAÍZ AUTÓGENA Y SOLDEO CON APORTE DE UNA ALEACIÓN 5083. GEOMETRÍA DE JUNTA D , CON ÁNGULO DE BISEL 7,5° A .

T ABLA 32. PROPIEDADES DE LAS SOLDADURAS REALIZADAS MEDIANTE HAZ DE ELECTRONES, COMPARADAS CON LAS

PROPIEDADES DE METAL BASE.





4.2.2. Soldeo por láser

El soldeo láser dado la alta densidad de energía que se utiliza (gran focalización de la energía), permiteobtener soldaduras con cordones profundos y estrechos, minimizando el tamaño de la zona afectada y las

distorsiones.

La reducción del ancho de la ZAT tiene un efecto inmediato en el soldeo de las aleaciones de aluminio,que para su uso industrial han sufrido un endurecimiento, bien por deformación o bien por tratamientotérmico. Las temperaturas alcanzadas durante el soldeo al arco en la ZAT, producen sobreenvejecimientosen las aleaciones tratables térmicamente o recocidos en las endurecidas por deformación, con laconsiguiente pérdida de propiedades. Esta degradación de propiedades pude, dependiendo del caso sersustancial, tal es el caso derivado del soldeo al arco de las aleaciones de alta resistencia de la serie 2XXX,que puede llegar a sufrir una disminución en las propiedades mecánicas del orden del 50%.

La geometría de cordón que exhibe las soldaduras realizadas con láser, asegura una zona deenvejecimiento o de recocido inferior a la presentada en el soldeo al arco. Este hecho queda constatado enlos resultados obtenidos en los ensayos de tracción transversal, donde las soldaduras realizadas don láser

presentan mayores valores en límite elástico y carga de rotura que las obtenidas por soldeo al arco para losmismos espesores. Existe una desventaja asociada a una estrecha ZAT, y que está relacionada con la deformación localizada de esta cuando la pieza soldada se somete a un conformado posterior, suponiendoesta concentración de las deformaciones, a nivel general, una perdida de ductilidad de las soldadurasrealizadas con láser.

Esta concentración de deformaciones tiene también un efecto negativo sobre las propiedades deresiliencia y resistencia a la fatiga de las soldaduras láser.

La mayor dificultad que presenta el soldeo láser de las aleaciones de aluminio, es su gran índice dereflexión ante longitudes de onda de 1.06 - 10.6 micrómetros de longitud de onda, característica de losláseres de Nd:YAG y CO2. No obstante una vez que se ha formado el baño de fusión o el ojo de cerradura,la reflexión que exhibe el aluminio a la radiación láser cae considerablemente. El efecto de la elevada

reflexión inicial supone utilizar láseres de densidad de potencia elevada, que pueden resultar sobradoscuando se forma el baño de fusión u ojo de cerradura. En la actualidad existen máquinas que tienen encuenta esta variación en el índice de reflexión, ajustando la potencia al salto producido.

Otra opción para lograr mayores índices de absorción en el aluminio es actuar sobre la superficie delmismo mediante lijado, cepillado, pintado, anodizado…

A pesar de dichos inconvenientes la industria aerospacial logra soldar con éxito aleaciones de las series2XXX y 6XXX en muchas aplicaciones.

4.3. Soldeo por resistencia.

4.3.1. Soldabil idad

La soldabilidad relativa de algunas aleaciones de forja y de moldeo por resistencia queda recogida en lastablas 5, 6, 7 y 8. Por lo general las fundiciones de aluminio pueden soldarse de forma adecuada por esteproceso, a excepción de las fundiciones en coquilla. Las aleaciones de moldeo pueden soldarse porresistencia con otras fundiciones o con aleaciones de forja.

Resultan más fáciles de soldar las aleaciones en estado endurecido (por deformación o tratamiento) queen estado de recocido, dado el menor nivel deterioro de las piezas, menor nivel de distorsión y mayorperíodo de vida para los electrodos.





4.3.2. Diseño de la Unión

Los mejores resultados en el soldeo por puntos del aluminio se consigue soldando chapas del mismoespesor en el rango de 0.71 mm - 3.2 mm.

El soldeo por puntos del aluminio requiere distancia entre puntos y solapamientos mayores que losutilizados para el acero. La resistencia de una unión por puntos se moverá en el margen del 20 - 90 % de la

conseguida con una unión completa.

4.3.3. Preparación de la superf icie

La obtención de puntos de soldadura de resistencia mecánica uniforme y buena apariencia depende deobtener una baja resistencia en la superficie. Normalmente el estado superficial que traen de fábrica lamayoría de las aleaciones de aluminio es válido para la mayoría de las aplicaciones industriales. En laindustria aeronáutica y aerospacial se requieren preparaciones y limpiezas más cuidadosas.

Los tiempos de espera desde la limpieza a el soldeo deben especificarse claramente. La inmersión de laaleación en un baño ácido de ácido nítrico y fluorhídrico durante 6 minutos seguida de enjugado en aguaprimero fría luego caliente para terminar con un secado puede ser suficiente.

4.3.4. Resistencia de contacto

La resistencia de contacto medida sobre cupones de prueba adecuadamente limpiados oscilará entre 10-5 y 10-4 Ohms, mientras que la correspondiente a una chapa extraída del almacén es de 10-2 Ohms.

4.3.5. Soldeo por puntos

En la tabla 33 quedan recogidos los parámetros más usuales en el soldeo del aluminio por puntos.

T ABLA 33. ESPECIFICACIONES RECOMENDADAS PARA EL SOLDEO POR PUNTOS DE ALEACIONES DE ALUMINIO CON MÁQUINAS

MONOFÁSICAS DE CORRIENTE ALTERNA.

El aluminio puede soldarse por resistencia tanto con fuentes de corriente continua como de corrientealterna. Las necesidades de corriente en comparación con los valores requeridos para el acero, semultiplican por tres para los mismos espesores considerados. Se obtienen resultados de mayor calidad

utilizando fuentes de corriente continua pulsada o no. En cualquier caso las máquinas deben estar provistasde sistemas de baja inercia que permita la aplicación y separación del electrodo al inicio y final de lassoldaduras.





Los electrodos a utilizar en el soldeo del aluminio y sus aleaciones son los designados como RWMA

Grupo A, Clase 1, electrodos de aleación de cobre caracterizados por su alta conductividad eléctrica.

Debido al uso los electrodos pueden contaminarse de aluminio formando aleaciones que además de serfrágiles reducen la conductividad eléctrica lo que puede originar que en posteriores operaciones los

electrodos queden adheridos a la superficie de las chapas produciendo pequeños desgarres en las mismasy disminuyendo el período de vida de los electrodos. Este fenómeno se produce normalmente por una faltade limpieza de las piezas a unir, escasa presión o excesiva corriente.

En el soldeo por roldanas los valores de intensidad a utilizar y de presiones van a ser mayores que en elsoldeo por puntos, lo cual puede cotejarse examinando la tabla 34, donde se reúnen las condiciones para elsoldeo de la aleación del tipo 5052 - H34. Una velocidad excesiva en este proceso puede producir lacontaminación de las roldanas por aluminio. Los electrodos utilizados en este proceso son normalmente enforma de ruedas con radios de 25.4 a 254 mm, los electrodos deben limpiarse después de 3 - 5 revolucionesen soldeo continuo.

T ABLA 34. ESPECIFICACIONES TÍPICAS PARA SOLDAR POR RESISTENCIA CORDONES ESTANCOS EN ALEACIÓN 5052-H34 CON

MÁQUINAS MONOFÁSICAS DE CORRIENTE ALTERNA.

4.4. Soldeo en estado sólido

El soldeo en estado sólido de las aleaciones de aluminio se puede efectuar por los siguientes procesos:

o soldeo frío (soldeo por presión)

o soldeo por ultrasonidos.

o soldeo por explosión

o soldeo por difusión

o soldeo por fricción

4.4.1. Soldeo frío

Este proceso de soldeo se aplica sin aporte de calor. Una presión exterior fuerza las dos piezas a unirproduciendo la suficiente deformación plástica. Una condición importante para poder ejecutar este tipo desoldeo es que uno de los dos materiales a unir (al menos uno) sea lo suficientemente dúctil como paradeformara sin sufrir un endurecimiento acusado. Tanto uniones a tope como a solape pueden conseguirsemediante este proceso de soldeo.





La rebaba característica de este proceso de soldeo debe eliminarse por medio de un mecanizado. Laspresiones aplicadas durante el soldeo por presión, son suficientes como para romper las capas de óxidos, yeliminar la misma en el fluir del material, cuando se efectúa una soldadura a tope. Un limpiado previo no estan crítico para obtener soldaduras de la calidad suficiente en uniones a tope como el requerido en unionesa solape, donde si es un factor crítico. Este puede realizarse por desengrasado y cepillado de las partessolapadas.

Dado que no existe ZAT la soldadura es igual de resistente que el metal base. Muchas aleaciones que nopueden soldarse haciendo uso de los procesos convencionales, pueden hacerlo con éxito con este proceso,como es el caso de las aleaciones 2024 y 7075 (no se sueldan a solape).

El soldeo a tope puede efectuarse fácilmente sobre geometrías redondas , mientras que la unión a solapees típica de chapas y pletinas. La longitud de material base que queda deformado utilizando este procesocon aleaciones que hayan sufrido un recocido es de 1.5 veces el espesor de material base. Materialesendurecidos requieren mayores distancias del orden de 4 a 5 veces el espesor para garantizar una uniónadecuada. El soldeo as solape de chapas requiere un reducción efectiva del espesor del orden del 70 % enla zona de la soldadura y esto es solo práctico en las aleaciones 1XXX y 3XXX. Las uniones a solapepresentan buena resistencia a cortadura pero no a esfuerzos de doblado o despellejado.

4.4.2. Soldeo por ultrasonidos

El soldeo por ultrasonidos se consigue mediante la aplicación de una vibración de alta frecuencia y bajaamplitud a las piezas que se van a unir, mientras estas están sometidas a una presión de sujeción. Elproceso se utiliza para unir láminas de aluminio y cables delgados a láminas de aluminio. El límite máximopara unir a solape láminas de aluminio es de 1.5 mm, aunque soldaduras por puntos se han conseguido enespesores de 1.5 mm, la chapa inferior del solape pude ser de hasta 25.4 mm de espesor. Los posiblestipos de uniones por ultrasonidos es: soldeo por puntos, en costura o línea, en anillo o en “spot roll”.

El soldeo por ultrasonidos permite efectuar la unión con no excesivas preparaciones de bordes, con unadeformación mínima y con bajas cargas de presión. La reducción de sección en la zona de soldeo es del 5%frente al 70% que se obtenía en le soldeo por presión..

Para aleaciones no tratables térmicamente el soldeo por puntos o en costura por ultrasonidos presentauna resistencia mecánica similar a la obtenida por resistencia, mientras que en el soldeo de aleacionestratables térmicamente la resistencia obtenida en el soldeo por ultrasonidos es sensiblemente superior a laobtenida por resistencia. Ello es debido a que el soldeo por ultrasonidos no genera una zona afectada por elcalor y a que los tamaños de la soldadura son mayores.

4.4.3. Soldeo por explosión

La fuerza generada por la detonación del explosivo fuerza a las piezas a unir una contra otra, resultandouna soldadura de alta resistencia y con el mínimo de difusión y deformación en la intercara. El soldeo porexplosión está limitado a uniones a solape y operaciones de plaqueado.

Una operación bastante frecuente es el plaqueado con aluminio del acero al carbono, acero inoxidable,

cobre o titanio. También se utiliza en al fabricación de juntas bimetálicas.La preparación de la superficie para el soldeo por explosión no es muy diferente de la necesaria para

otros procesos de soldeo. La posible capa de oxido superficial es resquebrajada y expulsada de la zona deunión por la plastificación del material.

4.4.4. Soldeo por difusión

La unión de las piezas por este proceso se consigue por la aplicación de altas presiones y temperaturasdurante tiempos largos. No hay ni fusión ni una deformación macroscópica. Se pueden añadir finas láminasde metal de aporte para activar el proceso de difusión. En el soldeo por difusión del aluminio se debentomar ciertas precauciones que eviten la rotura o absorción de los óxidos del aluminio. En el soldeo pordifusión del aluminio se suele intercalar una fina lámina de plata, cobre o aleación cobre - oro. La operación

de soldeo debe realizarse en vacío o en atmósfera inerte.





4.4.5. Soldeo por fricción

En este proceso la energía necesaria para producir la fluencia del material se obtiene del rozamientoentre las dos piezas, que son presionadas mientras están rotando, o deslizando una sobre la otra. Larebaba resultante del proceso se tiene que eliminar mediante mecanizado posterior.

La mayoría de aleaciones de aluminio pueden soldarse sin problemas mediante este proceso, incluidaslas de la serie 7XXX que presentan tendencia al agrietamiento cuando son soldadas con arco.

Este proceso de soldeo permite también el soldeo del aluminio a otros materiales como el cobre o aceroinoxidable, lo que permite la obtención como en el caso de del soldeo por explosión de juntas bimetálicas.

4.5. Soldeo oxigas

El aluminio puede soldarse haciendo uso del soldeo oxigas, pero solo en trabajos de reparación y con unnivel de responsabilidad que no sea alto. Las ventajas de este proceso es su simplicidad, que es portátil y elbajo coste del equipo en general, pero como desventajas podemos citar:

El óxido de aluminio es refractario fundiendo a unos 2010 ºC muy por encima del punto de fusión de laaleación de aluminio, esto unido a que el aluminio no cambia de color cuando se funde y la posibleinhabilidad del soldador puede conducir a que este último haga un agujero en la chapa debido a laimposibilidad por parte de la película de óxido de soportar el metal por encima de el fundido.

Es precisa la utilización de un fundente activo que elimine la capa de óxido y proteja el baño fundido de laoxidación.

Las velocidades de soldeo son más bajas. Las zonas afectadas por el calor son mucho mayores. Lavelocidad de solidificación son menores incrementado el riesgo de sufrir agrietamiento en caliente. La llamaoxiacetilénica no ofrece una acción de limpieza sobre la unión. Las deformaciones son grandes. Se debeeliminar por completo el fundente utilizado.

Para el soldeo del aluminio con secciones entre 0.76 mm a 25.4 mm son válidos los sopletesconvencionales. Espesores superiores no suelen ser soldables debido al bajo aporte térmico de este tipo deproceso.

Para el soldeo oxifuel del aluminio se puede utilizara acetileno con una llama ligeramente reductora(exceso de acetileno), lo que dificultará en parte la visibilidad del baño fundido. Para el soldeo del aluminioy sus aleaciones se prefiere como combustible el hidrógeno, ya que genera una llama reductora queprotege el baño, deja ver claramente el baño de fusión y se maneja mas fácilmente. En este último caso seutilizaran tamaños de boquilla mayores para incrementar la potencia del soplete.

Tanto el metal de aporte como los bordes del material base se deben cubrir con una pasta de fundentecon objeto de proteger el baño fundido y las zonas colindantes de la acción del oxígeno. Teniendo en

cuenta que estos fundentes contienen compuestos clorados, suponen un claro riesgo de corrosión porpicaduras del aluminio, por lo que deben ser eliminadas tras el soldeo. La eliminación de tales restos puederealizarse por medios mecánicos (cepillado o lavado con chorro de vapor) o medios químicos mediante lainmersión de la pieza en una solución de ácido sulfúrico o nítrico.

Los diseños de unión utilizados en el soldeo oxifuel, son similares a los utilizados en el soleo TIG.

Entre los materiales de aporte utilizados se encuentran las varillas ER 1100, ER4043, ER 4047 Y ER 4145. También se puede utilizar electrodos revestidos del tipo E 1100, E 3003 y E 4043.

La selección del metal de aporte dependerá del material base a soldar y de los requisitos establecidossobre la unión. El tamaño del aporte esta relacionado con el espesor a soldar. Un diámetro excesivoconduce a una fusión lenta. Y un diámetro demasiado pequeño conduce a dificultades en la alimentación

del baño debido a la rápida fusión del mismo.El precalentamiento puede ser preciso si la sección de la pieza a unir es grande.





La técnica de soldeo utilizada es similar a la empleada en el soldeo TIG. El dardo de la llama debemantenerse a una distancia del baño de fusión que oscila entre 1.6 mm a 6.4 mm.

4.6. Soldeo fuerte

Las aleaciones de aluminio que admiten el soldeo fuerte están recogidas en las tablas 5, 6, 7 y 8. Todas

las aleaciones de la serie 1XXX y 3XXX, así como las de la serie 5XXX con un contenido en magnesioinferior al 2%. La serie 6XXX es la mas fácil de soldar de entre las aleaciones tratables térmicamente. Lasaleaciones pertenecientes a las series 2XXX y 7XXX no suelen soldarse debido a su bajo rango detemperaturas de fusión, incluso por debajo del de los aportes utilizados. Las aleaciones de moldeosoldables por este proceso son 356.0, 357.0, 359.0, 443.0 y 712.0.

Los materiales de aporte comercialmente disponibles se encuentran recogidos en la tabla 35(prácticamente todos ellos basados en aleación aluminio silicio).

Para el soldeo fuerte que no se desarrolle al vacío se requiere la utilización de un fundente, consistentesen mezclas de sales cloruros y fluoruros. Estos fundentes deben almacenarse privándolos del contacto conla humedad dado la alta higroscopicidad de los mismos. Tras el soldeo los restos de fundente debe sereliminado de lo contrario causará corrosión. La eliminación de los mismos puede efectuarse en agua agitadaa 82 - 93ºC. En caso de ser preciso una limpieza más profunda se recurre a soluciones ácidas.

En la figura 19 se recogen diseños de unión para el soldeo fuerte del aluminio y sus aleaciones. El tipo deunión preferente es el solape ya que este permite la progresión del metal de aporte y el fundente a lo largode la unión por efecto de capilaridad. La resistencia de la unión depende de la longitud de solape, siendonormal que esta sea de tres veces el espesor. Previo al soldeo se requiere como poco un desengrasado dela zona, siendo en ocasiones necesaria una limpieza química que permita eliminar capas de óxido de granespesor (mediante una solución cáustica).

T ABLA 35. METALES DE APORTE PARA EL SOLDEO FUERTE DE ALUMINIO.





FIGURA 19. DISEÑOS RECOMENDADOS DE UNIÓN PARA SOLDEO FUERTE DE ALEACIONES DE ALUMINIO .

4.7 Soldeo blando

Son soldables por este proceso las aleaciones de forja de aluminio que contengan menos del 1% de Mg

(dado que forma una capa de óxido muy tenaz que impide un adecuado mojado de la superficie) y menosdel 5% de silicio. Las aleaciones para moldeo de aluminio no presentan buenas características superficialespara el desarrollo de este proceso a parte de una composición no adecuada a dicho proceso.

Los materiales de aporte se clasifican en tres grupos dependiendo de su punto de fusión tal y como serecoge en la tabla 36. Los fundentes para soldeo blando pueden clasificarse en orgánicos y de reacción.Los primeros se utilizan a temperaturas de soldeo por debajo de 260º C ya que por encima de esta secarbonizan. En los fundentes de reacción el componente principal es el cloruro de cinc y se utilizan hastatemperaturas de 371º C. Mientras que los residuos dejados por los fundentes orgánicos no son, o lo son,débilmente corrosivos, los residuos de los fundentes inorgánicos son altamente higroscópicos y corrosivos,por lo que deben ser eliminados rápidamente.

Entre los tipos de unión utilizados en el soldeo blando del aluminio se encuentra la unión a solape, en T.





Los problemas de corrosión asociado a este tipo de soldeo radican en la creación de fuertes paresgalvánicos, que en caso de utilizar aporte con estaño tiene especial importancia ya que tiende a formarseuna película intermetálica de alto contenido en estaño, que resulta ser muy negativa corroyéndose a altavelocidad al actuar como ánodo en presencia de un electrolito. El resultado final es el desprendimiento detoda la capa de soldeo.

T ABLA 36. C ARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS APORTES PARA EL SOLDEO BLANDO DE ALUMINIO.

4.8. Otros procesos de soldeo

4.8.1. Soldeo por chisporroteo

Este proceso de soldeo esta diseñado para el soldeo a tope de piezas del mismo espesor y es válidotambién para el soldeo de aluminio a cobre. Eficiencias en la unión del orden del 80% pueden obtenerse sinningún problema utilizando este proceso.

El equipo utilizado para el soldeo por chisporroteo de las aleaciones de aluminio es similar al utilizado enel soldeo de los aceros con las diferencias de mayores aceleraciones del útil, la aplicación de una fuerza derecalcado y valores mayores de intensidad. Los electrodos están fabricados de acero de herramientas paraevitar la contaminación por aluminio de electrodos de cobre y proporcionar un borde agudo para extinguir elarco una vez ha finalizado el período de recalcado.

4.8.2. Soldeo de espárragos.

Para el soldeo de espárragos con arco eléctrico del aluminio y sus aleaciones se utiliza un gas inerte quepuede ser argón o helio. Normalmente se utiliza como gas de protección el argón, utilizándose el helio conventaja con espárragos de gran longitud, ya que nos permite utilizar máquinas de corriente continua y con lapolaridad ajustada al polo positivo, con el correspondiente incremento en energía del arco.

En la figura 20 se puede observar un equipo para el soldeo de espárragos.





FIGURA 20. EQUIPO BÁSICO PARA SOLDEO DE ESPÁRRAGOS DE ALUMINIO.

El soldeo de espárragos del aluminio y aleaciones, puede efectuarse también utilizando corriente alternapara lo cual utilizamos un equipo constituido por un banco de condensadores, alimentados por una fuentede corriente alterna. La descarga de estos condensadores genera la cantidad de energía suficiente comopara producir la fusión del metal de aporte y metal base.

Cuando se suelda por este proceso aleaciones de aluminio madurables, debido a lo corto del ciclo desoldeo se reduce el riesgo de sobremaduraciones y ablandamiento correspondiente de la aleación en la

ZAT. No obstante la compatibilidad entre el espárrago y el material base debe ser contrastada.

Pequeños espárragos pueden soldarse a chapas delgadas mediante el método de descarga decondensadores. Se ha conseguido soldar espárragos a chapas de espesor 0.5 mm sin producir laperforación de la chapa. Dada la escasa penetración del método de descarga de condensadores este puedeentonces utilizarse con chapas de pequeño espesor, sin que produzca daños en la cara opuesta a la desoldeo. Este proceso permite a su vez soldar aleaciones de aluminio disimilares y aluminio a fundiciones dealuminio - zinc (fundición a presión).

El soldeo por espárragos del aluminio y sus aleaciones se diferencia del correspondiente para aceros, enque no se utiliza un fundente en la zona de soldeo.

En el final del espárrago se practica una protuberancia cónica o cilíndrica, cuya función es la de iniciar el

arco eléctrico de gran longitud que se utiliza en este tipo de soldeo. El la figura 21 se muestra un caso típicode preparación de los espárragos.

En le soldeo de espárragos con arco eléctrico, los diámetros de espárragos que pueden ser soldados deforma efectiva pertenecen al rango 5 mm - 13 mm (siendo raro que los diámetros vayan más allá de 13mm).





FIGURA 21. ESPÁRRAGO DE ALEACIÓN BASE ALUMINIO PARA SOLDEO DE ESPÁRRAGOS.

Cuando se utiliza como método la descarga de condensadores el rango de diámetros soldables es 2 mm- 8 mm, llegándose incluso a los 9.5 mm.

Los espárragos están fabricados a partir de aleaciones del tipo 5183, 5356, y 5556 que poseen unatensión de rotura de 276 MPa, y además presentan una buena ductilidad y buena compatibilidadmetalúrgica con la mayoría de las aleaciones de aluminio utilizadas en la industria.

Materiales base pertenecientes a los tipos 1100, 3000, y 5000 y las 2219 y 7000 (serie con bajocontenido en cobre) presentan excelentes características para su soldeo por espárragos. Lacorrespondientes a las series 4000 y 6000 se consideran aceptables en cuanto a su soldabilidad por esteproceso. Las series 2000 y 7000, salvo las mencionadas arriba, se considera que tiene una soldabilidadpobre. En la tabla 37 se resume la soldabilidad de los materiales base y materiales de espárragos. En la

tabla 38 se identifica los pares metal base - metal de espárrago más comúnmente utilizados.

T ABLA 37. SOLDABILIDAD EN SOLDEO DE ESPÁRRAGOS DE ALEACIONES DE ALUMINIO.

Como consecuencia de la combinación entre la fusión del material y la presión aplicada, se forma unarebaba característica en la zona de unión. La cantidad de metal de soldadura es mínima.

La reducción en longitud que experimenta el espárrago cuando se suelda utilizando el arco eléctrico esde unos 3 mm. La cantidad de metal de soldadura formado en el soldeo de espárragos por descarga decondensadores es prácticamente despreciable. La reducción en longitud que experimenta el espárrago eneste último proceso es de 0.20 mm - 0.38 mm. Dado lo reducido del tiempo del ciclo de soldeo el tamaño dela zona afectada térmicamente es muy pequeño.

En la tabla 39 se encuentran recogidos los valores mas comúnmente utilizados en el soldeo deespárragos por arco eléctrico (tiempo, amperaje y flujo de gas).





T ABLA 38. COMBINACIONES ESPÁRRAGO-METAL BASE COMÚNMENTE UTILIZADAS.

T ABLA 39. CONDICIONES TÍPICAS PARA EL SOLDEO DE ESPÁRRAGOS DE ALEACIONES DE ALUMINIO.

Siempre que sea posible el soldeo de espárragos por descarga de condensadores debe realizarse conespárragos con pestaña (con base) con lo que se consigue una mayor área transversal (mayor superficie deunión) y por otra parte facilita la fabricación del propio espárrago reduciendo los costes asociados a laproducción del mismo.

4.8.3. Soldeo por alta frecuencia.

Este proceso se utiliza para el soldeo a grandes velocidades de tubería. En este proceso rodillos depresión fuerzan a los bordes de una pletina uno contra otro después son calentados a temperatura desoldeo con una corriente de alta frecuencia. Tubos de 0.76 mm a 3.2 mm de pared pueden soldarse a altavelocidad de operación.

4.8.3.1. Equipo

El voltaje de una máquina de soldeo de alta frecuencia ronda los 400 a 20 000 V y puede utilizar tantoalta como baja frecuencia. Especial atención se debe prestar a las mediadas de seguridad en lamanipulación de estos equipos, que deben poseer interruptores de seguridad en el acceso a las cubiertasdel dispositivo de alta tensión, así como los correspondientes dispositivos de toma de tierra. La corriente dealta frecuencia es más difícil de canalizar a tierra que la de baja corriente, por lo que los conductosutilizados han de ser cortos y derechos para minimizar el efecto inductivo.





4.8.4. Soldeo con adhesivos (Uniones híbridas).

La posibilidad de distribuir las cargas sobre grandes áreas, ofrecer resistencias similares a la del materialbase, no producir una ZAT, permitir la unión a otros materiales (no metálicos), aislar pares galvánicos en launiones de metales disimilares, hacen de los adhesivos una alternativa a tener en cuenta entre lastecnologías de unión.

Estos materiales en la unión del aluminio son de naturaleza polimérica, siendo entre estos las resinasepoxy de curado a temperatura ambiente o a alta temperatura, las mas utilizadas. Las que se curan a altatemperatura pueden utilizarse posteriormente a temperaturas relativamente altas. Otro tipo de adhesivosutilizados para la unión del aluminio son los del tipos acrílico anaerobio, que no precisa la limpiezasuperficial requerida por las resinas epoxy y proporcionan valores de resistencia similares.

5. PROCESOS DE CORTE PARA EL ALUMINIOLos procesos de corte utilizados con el aluminio son el corte plasma y el arco aire.

Con el plasma el aluminio es fundido por la acción de un arco eléctrico constreñido, y expulsado de lazona de corte por un chorro de gas a presión. El corte puede efectuarse en cualquier posición. Se sueleutilizar nitrógeno y mezclas de argón hidrógeno como gas plasmágeno y bióxido de carbono o nitrógenocomo gas de protección. Puede utilizarse con técnica manual o automática.

La calidad del corte depende fundamentalmente del equipo utilizado y de las condiciones de corte que sehayan fijado. En la tabla 40 quedan reflejadas condiciones de corte normalmente utilizadas. Espesores de3.2 mm a 153 mm son factibles de cortar por plasma mecanizado. Espesores por encima de 50 mm conplasma manual no son factibles.

T ABLA 40. CONDICIONES TÍPICAS PARA EL CORTE POR PLASMA DE ALEACIONES DE ALUMINIO.

Con el plasma se puede biselar y preparar los bordes (incluso en J y U) con el uso de pistolas especiales.

Los efectos metalúrgicos que produce el calor generado por le plasma en el material base adyacente a lalínea de corte, son similares a los producidos durante el soldeo. En las aleaciones tratables térmicamente esfrecuente la aparición de grietas en los bordes de corte. La ZAT generada anexa a los bordes de corte enaleaciones tratables térmicamente de alta resistencia como las 2014, 2024 y 7075, puede exhibir unareducción en la resistencia a la corrosión. Los bordes de corte en las aleaciones tratables deben sereliminados hasta una profundidad de 3.5 mm a ambos lados antes de iniciar el soldeo. Cuando el corte serealiza bajo agua se debe utilizar una corriente de aire que elimine la concentración de gas hidrógeno quetiende a formarse.





El arco aire es un proceso mas efectivo para el resanado y biselado que para le corte mismo. Se puedenlograr resanados de hasta una pulgada de profundidad en una sola pasada aunque normalmente se limita a7 mm para garantizar un buen control del proceso.

El ancho del surco formado depende del diámetro del electrodo de grafito que estemos utilizando,mientras que la profundidad dependerá de el ángulo de inclinación de la pistola y de la velocidad de soldeo.

La polaridad utilizada es la directa y la longitud del arco debe ser lo suficientemente grande como paragarantizar que la corriente de aire puede pasar por debajo de extremo del electrodo. Son muy probables lascontaminaciones de carbono de los bordes preparados, lo que puede conducir a agrietamiento intergranularen las aleaciones tratables térmicamente.

6. APLICACIONES

6.1. Soldeo de fundiciones de aluminioLas fundiciones de aluminio suelen soldarse en operaciones de reparación de defectos de fundición, o de

defectos aparecidos durante el servicio. En las tablas 7 y 8 pueden encontrarse datos de la soldabilidad dediversas aleaciones.

T ABLA 41. COMPOSICIÓN DE METALES DE APORTE ESTÁNDAR PARA EL SOLDEO Y REPARACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO, %EN PESO. ( A).

Metales de aporte normalizados para el soldeo del aluminio y sus aleaciones están recogidos en la tabla41. Las fundiciones coladas en arena o en moldes permanentes pueden soldarse como las aleaciones de

forja, estando la soldabilidad de dichas aleaciones condicionada por la composición química y el rango detemperaturas de fusión. Las fundiciones coladas en coquilla, dado las características del proceso,presentan una mayor porosidad interior debido al atrapamiento de fluido lubricante. Es por esta razón por loque si la soldadura atraviesa la piel de la fundición (capa superficial) presentará un alto nivel de porosidad.Solo aquellas fundiciones coladas en coquilla al vacío presentan una estructura interna lo suficientementesana como para admitir el soldeo de forma satisfactoria.

Cuando se reparan fundiciones en la misma fábrica de las mismas, el metal de aporte que se sueleseleccionar es aquel de una composición química similar a la de la fundición, de esta forma se garantiza unaestructura homogénea. Las fundiciones recién fabricadas están relativamente limpias por lo que antes dereparar solo requiere eliminar arena u otros contaminantes superficiales. Si se detectase defectos internosno aceptables a través de radiografía, estos deberían ser eliminados hasta la profundidad necesariamediante un resanado (esmeril, burilado…). El TIG es el proceso mayoritariamente utilizado en la

reparación de fundiciones recién fabricadas, utilizando la corriente alterna para reparaciones de espesorespor debajo de 4.8 mm. La corriente continua y polaridad directa es la que se suele utilizar para espesoresmayores, dado que son necesarias menores temperaturas de precalentamientos.




Para reparar fundiciones que han estado ya en servicio es preciso llevar a término una limpieza profundapara eliminar cualquier resto de grasas, aceites, otros lubricantes y suciedad en general, antes de comenzarla operación de soldeo.

Las aleaciones tratables térmicamente sufren, al igual que las correspondientes de forja, una disminuciónde propiedades mecánicas en la ZAT de la soldadura. Mediante la selección adecuada del metal de aporte,

estas fundiciones pueden ser tratadas térmicamente tras el soldeo, recuperando de esta forma laspropiedades perdidas.

Cuando se suelde una fundición a una aleación de forja, la resistencia de la unión estará controlada por lazona afectada térmicamente más débil de entre las dos formadas.

Para alcanzar los mayores valores de resistencia y ductilidad en el soldeo de fundiciones con altocontenido en silicio, esta debe soldarse con un metal de aporte del tipo 4043. Fundiciones o aleaciones deforja con alto contenido en magnesio, deben utilizar un aporte del tipo Al - Mg como la aleación 5356. Sidurante el soldeo se mezclan grandes cantidades de silicio y magnesio, se incrementará la posibilidad deque se forme siluro de magnesio, compuesto frágil que eleva la tendencia al agrietamiento y a la corrosión.

Cuando se suelden fundiciones con alto contenido en silicio como la 356.0 se debe evitar que la otra

parte sea de aleación de forja de alto contenido en magnesio como la 5083. Los mejores resultados se hanobtenido en el soldeo de aleaciones de forja de la serie 5XXX con aleaciones de fundición de la serie 5XX.0.Las aleaciones de fundición de series 3XX.0 y 4XX.0 pueden soldarse a aleaciones de forja de series 1XXX,2XXX, 3XXX, 4XXX y 6XXX, con aportes de la serie 4XXX.

Cuando se sueldan secciones con diferencias relevantes en espesor se generan tensiones de origentérmico que desemboca en agrietamientos o deformaciones. En estos casos es necesario precalentar lafundición previamente al soldeo. La temperatura de precalentamiento depende de la forma de la fundición,de los contenidos en aleantes y de las características del tratamiento térmico que pudiese llevar la aleación.No obstante tales precalentamientos oscilarán entre 205º C y 482º C. Por encima de los 316º C todas lasaleaciones sufren un recocido que implica tener que realizar posteriormente un tratamiento térmico pararecuperar las propiedades perdidas.

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