Soldadura del aluminio

Guía para soldar aluminio

05.03.2021

La soldadura del aluminio hace posibles innumerables productos. Como pistones de automóviles, aviones, válvulas marinas, bicicletas, vigas estructurales de aluminio y muchos otros. Tanto si se suelda chapa, barra o tubo de aluminio para fabricar estos y otros productos, lo más importante es conocer la calidad del aluminio.

Soldadura de aleaciones de aluminio

El aluminio se alea con diversos elementos que acentúan determinadas características, como la conductividad y la resistencia. La variabilidad de las propiedades químicas y mecánicas hace que no todas las aleaciones de aluminio sean iguales. No son intercambiables cuando se trata de soldabilidad. Nunca debe soldar aluminio si no está seguro de la composición específica de su aleación.

Para empezar, las aleaciones de aluminio se dividen en dos categorías: tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones no tratables térmicamente se endurecen mediante trabajo en frío y no deben templarse antes. Las aleaciones de aluminio tratables térmicamente, por otra parte, han sido calentadas a unos 400°F.

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Hoja de especificaciones de aluminio

Cuando se trata de soldar estas aleaciones de aluminio, las aleaciones que se han calentado previamente son más susceptibles de debilitarse y agrietarse.

Aleaciones no tratables térmicamente y soldabilidad

  • 1xxx - Buena soldabilidad, sin embargo, se produce un alargamiento significativo durante la soldadura. Aunque esto no afecta negativamente a la resistencia al crecimiento de grietas, el aluminio de la serie 1xxx es especialmente sensible al tipo de relleno.
  • 3xxx - Esta serie de aleación de manganeso se considera muy soldable. Es buena para prensas plegadoras y cajas de camiones.
  • 4xxx - Esta serie de aleaciones de aluminio incluye aleaciones no tratables térmicamente y aleaciones tratables térmicamente. Las aleaciones no tratables térmicamente de la serie 4xxx se ven sobre todo en varillas de relleno. El silicio de estas aleaciones ralentiza la velocidad de enfriamiento, la velocidad de solidificación y las tensiones de contracción.
  • 5xxx - En general, la serie de aleaciones de magnesio se considera muy soldable. Se ve a menudo en tubos marinos y anodizados.

Aleaciones tratables térmicamente y soldabilidad

  • 2xxx - Generalmente, la serie de aleaciones de cobre no se considera muy soldable, 2017 y 2024 incluso se consideran no soldables. Sin embargo, con un procedimiento de soldadura específico, la 2219 muestra una excelente relación resistencia-peso y un amplio rango de temperaturas de servicio. Se ve sobre todo en la industria aeroespacial.
  • 6xxx - Aunque esta serie es super soldable y resistente, la zona afectada por el calor (ZAC) se degrada durante la soldadura. Esto reduce las propiedades mecánicas entre un 30 y un 50%.
  • 7xxx - Al igual que las aleaciones de la serie 2xxx, no muchas de las aleaciones de la serie 7xxx son soldables, porque se agrietan al soldarlas. Sin embargo, la 7005, por ejemplo, se considera soldable, porque no tiene cobre en su composición específica.

Cómo soldar aluminio

La soldadura es un servicio de valor añadido que exige conocimientos, habilidades y certificaciones especiales. En comparación con el acero y otros metales, las aleaciones de aluminio son susceptibles de soldaduras deficientes e ineficaces. Esto es especialmente cierto cuando no se tienen en cuenta los factores adecuados.

En primer lugar, comprender los retos

El Instituto Técnico Universal expone 4 retos para soldar todo el aluminio:

  • Oxidación - El aluminio muestra una gran afinidad por el oxígeno. El óxido de aluminio, también conocido como alúmina, se forma como una dura capa blanquecina sobre las aleaciones de aluminio. La alúmina tiene un punto de fusión más alto que las aleaciones de aluminio y debe tenerse en cuenta en todos los procesos de soldadura.
  • Impurezas - Las impurezas pueden provocar soldaduras deficientes. En estado fundido, el aluminio es muy susceptible a las impurezas.
  • Porosidad - La porosidad se produce durante la soldadura cuando el gas de protección queda atrapado en la soldadura. Las impurezas pueden provocar soldaduras porosas, ya que el punto de fusión del aluminio impuro será inconsistente.
  • Espesor - El quemado es un problema común del aluminio. El aluminio más fino se quema más rápidamente, y el aluminio grueso debe penetrar lo suficiente para producir una soldadura firme. Los soldadores deben tener la experiencia suficiente para discernir cuánto calor utilizar en función del grosor.

Hay dos factores adicionales que deben tenerse en cuenta al soldar aluminio:

  • Conductividad térmica - El aluminio se calienta rápidamente y distribuye este calor con facilidad, lo que puede provocar soldaduras rápidas y cráteres. Los disipadores de calor pueden ser especialmente útiles.
  • Metal de aportación - Para evitar defectos en la soldadura, es fundamental combinar las mejores aleaciones de material base, temperaturas y materiales de aportación. Aproximadamente el 85% de las soldaduras pueden conseguirse utilizando las aleaciones de aportación 4043, 4943 y 5356. Se sabe que son las más fáciles de conseguir y las más rentables. Sin embargo, el tipo de aleación de aportación junto con los procesos posteriores a la soldadura, como la anodización, pueden influir significativamente en el aspecto de la soldadura, ya que el color puede cambiar de brillante y claro a oscuro y gris. Consulte una tabla de metales de aportación y aleaciones base antes de soldar.

Limpieza del aluminio antes de soldar

Uno de los pasos más importantes en cómo soldar aluminio es limpiar bien el metal base de aluminio y la varilla de relleno antes de soldar.

Para limpiar el aluminio, utilice acetona y un cepillo de acero inoxidable. No utilice el cepillo para otra cosa que no sea aluminio y, si puede permitírselo, utilice un cepillo nuevo cada vez que trabaje con nuevas calidades de material. Seque bien todo el aluminio y la soldadura antes de que transcurran 8 horas. Limpie el aluminio si pasan más de 8 horas entre la limpieza inicial y el comienzo del proceso de soldadura.

Por qué es tan importante limpiar el aluminio antes de soldarlo

La oxidación es uno de los mayores retos a la hora de soldar aluminio. Si el metal base y la varilla de aportación no se limpian a fondo antes de soldar, se necesitará el triple de calor para atravesar la capa de oxidación superficial.

Para cuando la capa de oxidación se haya fundido, tendrás una piscina de aluminio fundido y hollín apelmazado. En otras palabras, el aluminio bajo la capa de óxido ha estado fundiéndose todo el tiempo. La limpieza de la capa de óxido iguala la temperatura de fusión, dando lugar a soldaduras limpias y fuertes.

Cuidado con estas señales

Sabrá si el aluminio base y la varilla de relleno no se limpiaron correctamente si su arco se desvía, el relleno no se mezcla y se desarrolla una tensión superficial incómoda.

Procesos de soldadura

Hay muchos tipos diferentes de procesos de soldadura. Algunos están anticuados y han sido sustituidos por nuevas tecnologías, y otros son mejores para el acero que para el aluminio.

  • Soldadura por haz láser
  • Soldadura por haz de electrones
  • Soldadura por resistencia
  • Soldadura por arco metálico protegido
  • Soldadura por arco tubular
  • Soldadura por arco metálico con gas
  • Soldadura por arco de gas tungsteno

¿Qué es la soldadura por arco?

Observará que varios de los procesos de soldadura enumerados anteriormente incluyen "soldadura por arco" en su nombre. ¿Qué significa?

La soldadura por arco es un proceso de soldadura muy común que requiere electricidad para calentar el metal. Cuando la electricidad fluye desde el metal de aportación -también conocido como varilla o electrodo- hasta el metal base que se va a unir, se forma un arco. Los distintos tipos de soldadura por arco pueden variar en función del tipo de corriente necesaria o de si la soldadura es semiautomática, totalmente automática o manual.

Soldadura del aluminio

Soldador TIG de aluminio

Probablemente, la técnica más popular para soldar aluminio sea la soldadura por arco de tungsteno con gas, también llamada "TIG" (gas inerte de tungsteno).

La soldadura TIG es especialmente buena cuando se trabaja con aluminio de calibre ligero. Además, es mecánicamente fuerte y visualmente atractiva. Por estas razones, alcanzó una verdadera época dorada a medida que crecía la popularidad del aluminio en la industria del automóvil. La mayoría de los soldadores profesionales que trabajan en la industria del automóvil prefieren el proceso de soldadura TIG.

Qué esperar durante la soldadura TIG

La soldadura TIG es un proceso manual y a veces se critica por su lentitud. Sin embargo, cuando un operario es experto, la diferencia de velocidad de soldadura con respecto a otros procesos es insignificante.

Cuando enciendas el arco, lo primero que notarás es una zona escarchada. Esta zona escarchada también se conoce como acción de limpieza. Es la capa de óxido derritiéndose.

La varilla de relleno no puede introducirse hasta que vea un charco húmedo y brillante, lo que indica que la capa de óxido se ha fundido. La velocidad de avance debe coincidir con la velocidad de fusión del aluminio. A medida que avanza manualmente con el alambre, va dando golpecitos a lo largo de la línea que se está soldando. Lo que se busca es una buena conicidad y un arco estable.

Soldadora MIG de aluminio

A veces se considera que la forma más rápida de soldar aluminio es la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) o proceso de soldadura "MIG". La soldadura MIG es semiautomática y utiliza una pistola de carrete, y se considera mejor para soldar aluminio más grueso.

El argón suele ser el gas utilizado en la soldadura MIG. También se puede adquirir una mezcla de argón y helio. El helio aumenta el arco y suele ser mejor para metales más gruesos.

Algunas recomendaciones para la soldadura MIG

Las pistolas de carrete pueden ser a veces menos predecibles que el proceso manual de punteado de la soldadura TIG. Las máquinas de soldar recomiendan una velocidad del hilo, pero puede reducirla en función de lo bien que controle la pistola de carrete a esa velocidad y temperatura. Es habitual que se quemen las puntas de contacto durante la soldadura MIG, así que prevea tener más de una.

Otra consideración importante durante la soldadura MIG es el tipo de ángulo. En general, se prefieren los ángulos de empuje cuando se utiliza una pistola de carrete para soldar aluminio. El ángulo de la pistola de carrete influye en la acción de limpieza y la porosidad de la soldadura.

También se recomienda utilizar un disipador de calor durante la soldadura MIG. Los disipadores de calor permitirán soldar un poco más despacio distribuyendo el calor lejos de la pistola de carrete. Esto es ideal cuando se está aprendiendo a soldar en MIG, y también ayuda a prevenir el agrietamiento.

¿Qué equipo necesita?

  • Acetona y cepillo de acero inoxidable para limpiar la base de aluminio y la varilla de relleno
  • Soldadora TIG/MIG con pedal
  • Un inversor: aunque no es técnicamente necesario, hace que las máquinas de soldar sean mucho más eficientes que los transformadores normales.
  • Gas de protección
  • Chapa o placa de aleación de aluminio soldable
  • Varilla de relleno de aluminio adecuada
  • Placa de fijación de aluminio (plantilla) para evitar marcas de arco y asegurar el material de trabajo durante toda la soldadura.
  • Se recomiendan disipadores de calor
  • Equipo de protección personal, incluidos guantes, mangas largas y casco de soldador.

Configuración de la máquina

Muchas máquinas de soldar incluyen la opción de soldar TIG y MIG. En función de los procesos de soldadura que prefiera, seleccione TIG o MIG cuando se le pida que seleccione la herramienta.

A continuación, seleccionarás el metal de trabajo. Por ejemplo: electrodo 100% argón positivo, si se trata de soldadura MIG.

A continuación, introduzca el diámetro, la velocidad del hilo y el grosor. Ten en cuenta que los amperios necesarios dependen directamente del grosor del aluminio que se suelda.

Consideraciones adicionales al soldar con aluminio

En comparación con la soldadura de acero, en la soldadura de aluminio todo es más sensible. Esto hace que la soldadura de aluminio sea un poco más difícil.

Fuente de energía

Una de las principales diferencias a la hora de soldar aluminio es la fuente de energía necesaria. El aluminio sólo puede soldarse con corriente alterna. La corriente alterna rompe la capa de óxido, que se funde a una temperatura superior a la del aluminio.

La corriente de soldadura DCEN fluye de negativo a positivo. Se utiliza para soldar acero, aleaciones de níquel y titanio. Pero no atraviesa el óxido de aluminio. Si intentas soldar con una corriente DCEN, obtendrás una soldadura con hollín que, tras un poco de pulido, revelará agujeros por toda la soldadura. No funciona.

La corriente de soldadura DCEP fluye con polaridad inversa. Se obtiene la acción de limpieza deseada a medida que la corriente fluye de la pieza al electrodo. Sin embargo, el electrodo se sobrecalentará, provocando un arco desigual. Por lo tanto, aunque la acción de limpieza sea buena, el electrodo se calentará tanto que la varilla de relleno formará una bola en la punta y no podrá unirse al metal base.

Con corriente alterna se obtiene una mezcla de EP y EN. Un buen aporte de calor y una buena acción de limpieza hacen viable la soldadura del aluminio.

Conductividad térmica

El aluminio también tiene una mayor conductividad térmica que el acero. El calor generado al soldar aluminio se dispersa más rápidamente que al soldar una aleación con base de hierro. Esto aumenta la posibilidad de que se produzcan arranques en frío, cuando la penetración de la soldadura es demasiado superficial.

Potencial de cráteres

Una mayor conductividad térmica también puede aumentar la posibilidad de que se formen grandes cráteres o depresiones cóncavas en una soldadura. Esto ocurre porque cuando se llega al final de la soldadura hay más calor del que había al principio, ya que el calor se ha dispersado por todo el metal. Los cráteres deben rellenarse.

Otros factores que influirán en la soldadura

  • Longitud del arco - La longitud del arco influye en la penetración de la soldadura y en la forma de la superficie soldada. Depende mucho del número de amperios utilizados
  • Ángulo de la antorcha
  • Tipo de depósito de gas
  • Gas de protección - Tanto el caudal como el tipo
  • Electrodo - Tanto el tipo como el diámetro
  • Espesor del aluminio
  • ¿Quién suelda? La comodidad, los conocimientos y las habilidades del soldador no deben pasarse por alto.

Tipos comunes de soldadura

  • Junta de esquina exterior / Junta de borde - El borde exterior de dos placas unidas a tope 90 grados paralelas entre sí. Se considera una de las uniones más fáciles. Se recomienda mantener un arco más largo en comparación con otras uniones y utilizar una bandeja de goteo mientras se suelda.
  • Junta de esquina interior: los bordes de dos placas hacen tope entre sí en un ángulo de 90 grados. Suele proporcionar una ranura para rellenar proporcionando una buena penetración. Se recomienda para mantener un arco apretado durante la soldadura.
  • Unión a tope - Dos piezas unidas a tope. Sólo se pueden soldar las superficies superior e inferior. Sin una buena penetración, esta soldadura no tiene la resistencia de una soldadura de filete de varias pasadas o de una junta biselada.
  • Unión solapada - Se suele utilizar para unir dos piezas de distinto grosor. Las piezas se colocan solapadas una sobre otra. Se considera de tipo filete, y la soldadura puede realizarse en uno o ambos lados.
  • Unión en T - Las uniones de soldadura en T se forman cuando dos piezas se cruzan en un ángulo de 90°. El resultado es que los bordes se unen en el centro de una placa o componente formando una "T". Las uniones en T se consideran un tipo de soldadura de filete, y también pueden formarse cuando un tubo o tubería se suelda a una placa base. Se recomienda mantener el arco pequeño y apretado, con un ángulo de antorcha mínimo.
  • Reparación de aluminio fundido - Las piezas fundidas presentan más oxidación, por lo que se recomienda dejar que la acción de limpieza se prolongue más de lo normal.

Signos de una buena soldadura

  • La soldadura es uniforme y consistente. Parece una pila de monedas de diez centavos.
  • No hay porosidad ni grietas. Puede comprobarlo puliendo la soldadura para mejorar la visibilidad.
  • Profundidad de fusión adecuada al grosor del metal. Se puede cortar una sección transversal de una soldadura para revelar si la profundidad de fusión coincide con el grosor del metal y será duradera.
  • La soldadura no se dobla. Esto significa que se ha aplicado el calor adecuado en toda la soldadura.
  • La soldadura está alineada con la plantilla. Esto indica que las piezas están firmemente unidas sin espacios.

Errores comunes de los principiantes

  • No limpiar el aluminio antes de soldar. Aunque parezca limpio o tenga un brillo protector, debe limpiarlo. Asegúrese de limpiar tanto la placa/hoja de metal base como la varilla de relleno.
  • Arco demasiado largo. Una longitud de arco larga hace que la varilla se funda antes de llegar al charco de aluminio brillante. Si no puedes controlar el arco corres el riesgo de porosidad, de no llegar a la raíz de la unión y, en general, de falta de fusión.
  • Demasiado calor en una soldadura. Esto ablandará la unión soldada, haciéndola flexible.
  • Si no sabe de qué grado es, no lo utilice. Una vez más, no todo el aluminio es igual cuando se trata de soldabilidad. La chatarra no debe utilizarse para nada crítico.

Esperamos que esto le ayude a tener en cuenta los principales pasos y consideraciones a la hora de soldar aluminio. Lo más importante es que la composición de la aleación determinará la forma de soldar, seguida del proceso de soldadura seleccionado. Elija una aleación que se pueda soldar y que también se ajuste a los requisitos mecánicos del producto final deseado. Seleccione un soldador que esté familiarizado con las aleaciones de aluminio y con un proceso de soldadura que le resulte cómodo y que también sea adecuado para el grosor del aluminio que se va a soldar.

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Natalie Spira
Natalie Spira es la Directora de Marketing de Adquisición de Kloeckner. Anteriormente, fue fundadora y directora ejecutiva de Fraction Marketing, una agencia de marketing que proporciona apoyo fraccionado a startups en fase de crecimiento, centrándose en el marketing de adquisición y la generación de demanda. Natalie tiene un MBA por la Universidad de Tel Aviv con especialización en emprendimiento y marketing y una licenciatura en inglés por la UCLA.
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