MATERIALES Y SU COMPORTAMIENTO
DURANTE LA SOLDADURA
SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y
ALEACIONES
PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES
Baja densidad, que es un tercio la del acero.
Relativamente buena resistencia mecánica.
A bajas temperaturas no solo aumenta su resistencia mecánica, sino
que además lo hace su ductilidad.
Generalmente buena resistencia a la corrosión.
Con casi todos los procesos habituales de conformación en frío y en
caliente se pueden fabricar toda clase de productos.
Admiten el mecanizado con facilidad.
ALEACIONES DE ALUMINIO
Las superficies admiten diversos tratamientos.
No se producen, normalmente, chispas por golpe.
Presentan una conductividad eléctrica y térmica relativamente alta.
Propiedades ópticas y neutralidad magnética.
La vida media del aluminio, después de ser irradiado, es
particularmente baja.
Existencia de aleaciones soldables sin pérdida importante de sus
características mecánicas.
ALEACIONES DE ALUMINIO
Existencia de una capa superficial de oxido delgado (Al2O3), pero muy
estable y adherente, con un punto de fusión de 2050 ºC, insoluble en
metal sólido y en el líquido.
Alta conductividad térmica, tres o cuatro veces mayor que la de un
acero de bajo contenido de carbono.
Doble coeficiente de dilatación lineal que el acero, con el
consiguiente peligro de deformación y aparición de tensiones
residuales durante el proceso de soldeo. Alta tendencia a
disminución de la separación en la raíz, en el soldeo a tope.
SOLDABILIDAD
Conductividad eléctrica muy alta.
Amplio intervalo de solidificación en algunas aleaciones,
produciendo en algunas aleaciones, fisuración en caliente.
Calor específico doble que el del acero y calor latente de fusión un
30 % superior.
Temperatura de fusión baja, de 660 ºC para el aluminio puro y de
unos 560 °C para sus aleaciones.
El aluminio y sus aleaciones no cambian de color durante el
calentamiento.
SOLDABILIDAD
Pérdida de dureza, en la ZAC, en las aleaciones de aluminio
endurecidas por deformación.
Pérdida del tratamiento térmico de envejecimiento, en la ZAC, en las
aleaciones tratables térmicamente.
La soldabilidad de una aleación de aluminio no se puede definir
generalmente con claridad, al intervenir un conjunto de factores
como son el método de soldeo, tipo de aleación de aluminio, metal de
aporte empleado, prestaciones requeridas, etc., que juntos
garantizarán la estabilidad de la construcción soldada.
SOLDABILIDAD
Soldabilidad operativa
Es la posibilidad, mediante un determinado procedimiento de soldeo
de alcanzar continuidad metálica.
b) Soldabilidad local o metalúrgica
Implica alcanzar los requisitos o características químicas y
mecánicas previstas para la unión fabricada.
c) Soldabilidad constructiva o global
Una vez integrada la unión en una construcción rígida, las tensiones
que ésta imponga, no originan problemas.
SOLDABILIDAD: CONCEPTOS
Aleaciones de aluminio:
Tratables térmicamente, también denominadas endurecidas por precipitación o endurecibles por envejecimiento. Entre ellas tenemos: AA2XXX (Al-Cu), AA6XXX (Al-Mg-Si), AA7XXX (Al-Zn) y algunas de la serie AA4XXX y AA8XXX (p.e. Al-Li).
No tratables térmicamente, también denominadas no endurecibles por precipitación o no endurecibles por tratamiento térmico. Entre ellas están: AA1XXX (Al de alta pureza), AA3XXX (Al-Mn), AA5XXX (Al-Mg), la mayoría de la serie AA4XXX y algunas de la serie AA8XXX.
ALEACIONES DE ALUMINIO
BUENA SOLDABILIDAD
Pueden clasificarse como aleaciones con buena soldabilidad prácticamente todos los grupos de aleaciones no tratables térmicamente.
MEDIANA SOLDABILIDAD
Dentro del grupo de las aleaciones con mediana soldabilidad tendremos, casi todas de la serie AA6XXX y la mayor parte de lasaleaciones tratables térmicamente de las series AA2XXX y AA7XXX.
BAJA SOLDABILIDAD
Las aleaciones tratables térmicamente de características mecánicas más elevadas, son las que presentan mayores dificultades, y pertenecen a las series AA2XXX y AA7XXX.
COMPORTAMIENTO FRENTE A LA SOLDADURA
XXAA5456XXAA5454L-3390XXAA5086L-3322XXAA5083L-3321
CCAA50525652L-3360
BBAA3004L-3820AAAA3003L-3810AAAA1100L-3001
No Tratable térmicamente
SoldeoBlando
SoldeoFuerte
Soldeo por resistencia
MIGTIGAAXXXXUNE
PROCESODESIGNACIÓNTIPO DE
ALEACIÓN
AA: Aleación soldable por el proceso indicado. BB: Aleación medianamente soldable por el proceso indicado. CC: Difícilmente soldable. XX: No se recomienda el soldeo.
COMPORTAMIENTO FRENTE A LA SOLDADURA
CXAC7075L-3710BCAA7039L-3731BBAA7005L-3741AAAA6351L-3451AAAA6101L-3431BAAA6063L-3441BAAA6061L-3420CXAA2219L-3191CXAC2024L-3140
Tratable térmicamente
SoldeoBlando
SoldeoFuerte
Soldeo por resistencia
MIGTIGAAXXXXUNE
PROCESODESIGNACIÓNTipo de
Aleación
Capa de óxido con elevada temperatura de fusión
El aluminio forma una capa natural de óxido, siendo necesario retirar o eliminar la capa de óxido.
El peso específico de óxido es superior al del metal puro, por lo que el óxido se hunde en el baño de fusión.
Las grietas en la raíz del cordón de soldadura son frecuentemente atribuibles a los óxidos de aluminio y se eliminan mediante un biselado inferior de la unión.
PROCESO DE SOLDADURA
Biselado en el lado inferior del cordón de soldadura
Decapado del aluminio
Se elimina la capa de óxido y residuos de grasa y aceite que se encuentran en la superficie.
El decapante más empleado es una solución de 120 g/l a 200 g/l de sosa cáustica en agua a una temperatura entre 50 °C y 70 °C.
El tiempo puede variar de 1 a 2 minutos, según el estado de la superficie.
Inmediatamente se lava en agua fría y luego, si es necesario, se neutraliza en una solución de ácido nítrico entre el 15 % y 20 %.
PROCESO DE SOLDADURA
Dilatación térmica
Puede llegar a provocar grandes deformaciones y tensiones internas en las piezas soldadas.
Mayor la tendencia a la disminución de la separación en la raíz en las piezas durante el proceso de soldeo a tope.
En las soldaduras a tope, es recomendable emplear una adecuada sujeción de las piezas y, en algunas ocasiones, como en el soldeo de planchas largas, se debe realizar un punteado, el cual se debe llevar a cabo cuidadosamente, recomendándose su eliminación a medida que avanza el soldeo.
PROCESO DE SOLDADURA
Preparación de juntas
Para la preparación de las juntas se suele realizar por plasma.
La limpieza final se puede realizar con un trapo embebido en un disolvente, como alcohol o acetona.
Cualquier piedra de esmeril, escobilla de acero inoxidable o lija que se utilice, deberá emplearse exclusivamente para el aluminio.
No se deberá trabajar otras aleaciones como aceros, latones o bronces, en una misma zona.
PROCESO DE SOLDADURA GEOMETRÍA DE LA UNIÓN
La elección del tipo de junta depende del espesor y geometría de la pieza.
No se requiere preparación normalmente en la soldadura de planchas finas.
TIG:
Junta en “I”, una sola pasada hasta 2 mm.
Junta en “I” con dos pasadas por ambas caras y para espesores de hasta 4 mm.
MIG:
Junta en “I”, una sola pasada hasta 3 mm.
Junta en “I” mediante dos pasadas por ambas caras, para espesores de hasta 5 mm.
Para materiales de mayor espesor se recomiendan juntas en “V”:
Con ángulo de abertura entre 70 ° y 80 °.
Talón entre 1,5 y 2,0 mm.
Puede emplearse junta en “X” con un ángulo de abertura de 90 °.
En general se puede decir que la geometría de los bordes son similares a las empleadas para el soldeo de los aceros, teniendo en cuenta que las juntas aquí:
Presentan menor separación en la raíz
Mayores ángulos de abertura, pues el aluminio es mas fluido
GEOMETRÍA DE LA UNIÓN GEOMETRÍA DE LA UNIÓN
GEOMETRÍA DE LA UNIÓN
El precalentamiento, si es necesario, dependerá del espesor de la plancha.
El precalentamiento es necesario cuando el calor aportado se elimina tan rápidamente que no se pueden fundir los bordes de la junta y el material de aportación.
No se debe abusar del precalentamiento pues puede ser perjudicial para el aluminio que esta tratado térmicamente, pues puede disminuir sus propiedades mecánicas mediante un sobreenvejecimiento.
La temperatura de precalentamiento en las aleaciones que contienen entre 3,0 y 5,5 de Mg no debe estar por encima de 65 ºC y la temperatura entre pasadas deberá ser inferior a 100 ºC.
PRECALENTAMIENTO
TEMPERATURAS DE PRECALENTAMIENTO
65 (opcional)NR19 – 75
Ninguna150 – 1759 – 19
NingunaNinguna3 – 9
MIGTIG
TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO ( ºC )ESPESOR
( mm )
PLANCHA
NR : Proceso no recomendadoNinguna : No es necesario precalentar
GAS DE PROTECCIÓN
Se emplea normalmente argón, aunque para piezas de gran espesor se puede utilizar mezclas de argón + helio.
El caudal del gas suele ser mayor que el empleado en el soldeo del acero al carbono.
A parte de la función principal del gas en la protección de la unión, es posible también realizar un control sobre la distribución de calor en la soldadura.
Este a su vez influye en la forma de la sección transversal del cordón y en la velocidad de soldadura, siendo posible modificar la penetración, actuando sobre la composición del gas de protección evitando de esta forma tener que variar la velocidad de aportación.
FORMA DEL BAÑO SEGÚN EL GAS DE PROTECCIÓN
Argón Argón + Helio Helio
GAS DE PROTECCIÓN
GAS DE PROTECCIÓN
ARGÓN PURO 75 % He + 25 % Ar INTENSIDAD ( A ) VOLTAJE (V) ENERGÍA (J) VOLTAJE (V) ENERGÍA (J)
200 24,5 4900 26,0 5200
225 26,0 5900 28,0 6300
250 27,5 6900 32,5 8100
275 28,0 7700 33,0 9100
300 29,0 8700 33,5 10000
325 29,5 9600 34,5 11200
Influencia de la composición del gas en el calor aportado
GAS DE PROTECCIÓN
De lo anterior se observa que el arco es más “caliente” en el caso de la mezcla.
A un mismo valor de intensidad, los valores de voltaje son mayores empleando mezcla de Ar+He, y con ello la energía aportada.
Se puede usar helio como gas de protección, pero su precio es mayor y el arco es inestable, además de que al tener un peso específico muy bajo hay que utilizar caudales helio muy altos.
El argón es el gas mas utilizado en transferencia pulverizada, ya que proporciona una excelente estabilidad al arco eléctrico y la posibilidad de utilizarse en todas las posiciones.
GAS DE PROTECCIÓN – MIG
GAS DE PROTECCIÓN VENTAJAS
Argón 0 a 25 mm de espesor: mejor transferencia de aporte y estabilidad del arco; mínimas salpicaduras.
35 % de Ar + 65 % de He
25 a 76 mm de espesor: mayor aporte térmico que argón puro
25 % de Ar + 75 % de He
sobre 76 mm de espesor: el mayor aporte térmico; mínima porosidad.
FISURACIÓN EN CALIENTE
Hay un número de mecanismos de fisuramiento asociados con la soldadura de aleaciones metálicas. La fisuración por hidrogeno es frecuentemente una mayor preocupación cuando se suelda aceros. Cuando se suelda aleaciones de aluminio, la fisuración por hidrógeno no puede ocurrir.
La mayoría de aleaciones de aluminio pueden ser soldadas por procesos de soldadura por fusión sin que presenten problemas de fisuración
La fisuración en caliente es la causa de casi todas los fisuramientosque se producen en las estructuras soldadas de aluminio.
FISURACIÓN EN CALIENTE
La fisuración en caliente es un mecanismo de fisuración a altas temperaturas y es principalmente una función de cómo solidifica el sistema del metal aleado.
Este mecanismo de fisuramiento es también conocido como fragilización en caliente, grietas en caliente, fisuramiento por solidificación y fisuramiento por licuación.
Se produce a causa de las elevadas tensiones de tracción que se generan en la unión soldada debido a la elevada dilatación térmica (dos veces la del acero) y a la importante contracción que el material experimenta durante la solidificación, aproximadamente un 5 % mayor que en las uniones realizadas sobre acero.
FISURACIÓN EN CALIENTE
Generalmente la fisuración en caliente genera una fisura en el centro
del cordón, que suele extenderse a lo largo de toda la línea central
del mismo.
La tendencia a la fisuración en caliente de cuatro series de
aleaciones de aluminio, AA2XXX (Al-Cu), AA4XXX (Al-Si), AA5XXX
(Al-Mg), y AA6XXX (Al-Mg2Si), se muestran a continuación.
Las curvas muestran que para altos contenidos en Cu, Si y Mg,
menor es la susceptibilidad a la fisuración en caliente.
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
% en peso del aleante
Sens
ibili
dad
rela
tiva
de fi
sura
ción
Al-Si Al-Mg2Si Al-Mg Al-Cu
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
Contenidos de aleación y su tendencia a la fisuración en caliente en las aleaciones de aluminio
0,2 a 1,2 Mg
0,5 a 0,8 Si0,5 Mg – 0,3 SiAA 6XXX
660 – 549 °C3,5 Mg1,2 MgAA 5XXX660 – 547 °C5,0 % Cu3,0 % CuAA 2XXX660 – 577 °C2,0 % Si0,75 % SiAA 4XXX
Intervalo crítico de temperatura
Contenido mínimo practico útil
Máxima tendencia a la fisuración en calienteSerie
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
Las aleaciones de la serie AA2XXX contienen entre 2,5 – 4,4 % Cu.
La aleación AA2219 contiene 6,3 % Cu y 0,3 %Mn, es estructural y se emplea en la fabricación de tanques en la industria aerospacial y tiene buena soldabilidad.
Las aleaciones de la serie AA6XXX contienen entre 0,3 – 1,5 % Mg y de 0,2 hasta 1,6 % Si. Esto es: 0,4 a 1,6 % de Mg2Si.
Las aleaciones de la serie AA7XXX según su contenido de Cu aumentarán el riesgo de sufrir fisuración en caliente.
Las aleaciones con contenidos bajos en Cu como: AA7004, AA7005 yAA7039, pueden ser soldados con aportes ER5356, ER5158 o ER5556.
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
Las aleaciones de la serie AA7XXX de alto Cu como la AA7075 (1,6 Cu – 2,5 Mg – 5,6 Zn – 0,23 Cr) y AA7178 (2,0 Cu – 2,8 Mg – 6,8 Zn – 0,23 Cr), no pueden soldarse mediante procesos de soldadura por arco.
El riesgo de que se produzca agrietamiento en caliente, se puedereducir utilizando un metal de aportación diferente al material base, resistente al agrietamiento (usualmente que forme parte de las series de aleaciones AA4XXX ó AA5XXX).
Generalmente el inconveniente de esta práctica es que la unión que resulte tiene una resistencia mecánica más baja que la del metal base y no responde adecuadamente al tratamiento térmico posterior.
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
Cuando se quiere realizar tratamientos térmicos postsoldadura en aleaciones que son tratables térmicamente, los metales de aporte son limitados.
En el soldeo de las aleaciones AA2219 y AA2014 se deberá emplear el aporte ER2319 (6,3 Cu – 0,3 Mn – 0,02 Mg – 0,1 Zn – 0,15 Ti) si se desea obtener la mayor resistencia a la tracción en la unión.
FISURACIÓN EN CALIENTE: RECOMENDACIONES
Evitar el uso de metales base que son extremadamente sensibles al
fisuramiento en caliente.
Usar un apropiado cuadro de selección de metales de aporte.
Seleccionar un metal de aporte con un punto de solidificación cercano
o por debajo que el metal base.
Seleccionar la más apropiada preparación de bordes y abertura de raíz.
Usar metales de aportes certificados que contengan la adición
refinadores de grano, tales como el titanio o zirconio.
FISURACIÓN EN CALIENTE: RECOMENDACIONES
Usar las más alta velocidad de soldeo posible. Cuanto mas rápida es la
velocidad, mas rápido es la velocidad de enfriamiento y menos tiempo,
la soldadura, estará en el rango de temperatura de fisuramiento en
caliente.
Intentar usar secuencias, técnicas de soldadura y ensamble, que
minimicen las restricciones y reduzcan las tensiones residuales.
Cuando sea posible, aplicar una fuerza de compresión sobre la junta
soldada durante la soldadura, para contrarrestar los mecanismos de
fisuración.
FISURACIÓN EN CALIENTE: RECOMENDACIONES
Una forma de evitarla es emplear aleaciones con contenidos menores
o mayores al máximo, por ejemplo, en las aleaciones de aluminio de la
serie AA2XXX, se agregan contenidos de Cu mayores al 6,0 %, en la
serie AA7XXX, donde el Cu es responsable de la fisuración en caliente,
se fabrican aleaciones de bajo Cu.
En general, el riesgo de que se produzca fisuración en caliente, se
puede reducir utilizando un metal de aporte diferente al material base,
resistente a la fisuración en caliente, usualmente que forme parte de
las series de aleaciones AA4XXX (5 % de Si) ó AA5XXX (5% Mg).
Las aleaciones no tratables térmicamente se pueden soldar, en la mayoría de los casos, con un aporte de la misma composición química que el material base.
Las aleaciones tratables térmicamente son más susceptibles al agrietamiento en caliente. Se utiliza un aporte con una resistencia mecánica inferior a la del material base, como son:
Aluminio-Si, con un contenido en Si entre 4 y 12 % (a veces con contenidos de 0,2 a 0,6 % de Mg).
Aluminio-Mg, con un contenido 3 a 6 % (aleado además con elementos como Mn, Si, Zr y Ti).
MATERIALES DE APORTACIÓN MATERIALES DE APORTACIÓN
MATERIALES DE APORTACIÓN
Electrodos revestidos para aluminio y sus aleaciones de acuerdo con AWS A5.3
Aluminio - 5,2% silicioE 4043
Aluminio - 1 % manganesoE 3003
Aluminio puroE 1100
COMPOSICIÓN QUÍMICADESIGNACIÓN
Todos ellos se emplean en corriente continua electrodo positivo (CCEP).
Su revestimiento tiene tendencia a absorber humedad. Deben almacenarse en lugares con temperatura y humedad controladas.
ALAMBRES O VARILLASMETAL DEPOSITADO CLASIFICACIÓN
AWS A5.10 COMPOSICIÓN QUÍMICA σmáx (MPa) Dureza (HV)
ER1100 Al > 99,5; Si = 0,2; Fe = 0,2 Zn = 0,03; Mn = 0,03 75 29 – 35
ER2319 Cu = 5,8 - 6,8; Mn = 0,2 - 0,4; Mg = 0,2 - Si = 0,2; Fe = 0,2 258 70 – 80
ER4043 Si = 5; Mn > 0,02; Fe = 0,2 Zn = 0,05; Al = resto 165 56 – 64
ER4047 Si = 12; Mn > 0,1; Fe = 0,2 Zn = 0,05; Al = resto 170 60 – 70
ER5554 Mg = 3; Fe = 0,2; Zn = 0,1 Si = 0,2; Al = resto 230 60 – 75
ER5356 Mg = 5; Fe = 0,2; Si = 0,2 Mn = 0,15; Al = resto 265 72 – 82
ER5183 Mg = 4,8; Mn = 0,6; Si = 0,2 Fe = 0,2; Al = resto 285 72 – 82
ER5556 Mg = 5,2; Mn = 0,7; Si = 0,2 Fe = 0,2; Al = resto 295 84 – 95
MATERIALES DE APORTACIÓN - SELECCIÓN
MATERIALES DE APORTE - PENETRACIÓN
40
80
120
160
200
3 4 5 6 7 8 9Velocidad de aportación (m/min)
Inte
nsid
ad re
al (
A ) ER4043 (AlSi5)
ER5356 (AlMg5)
PARÁMETROS DE SOLDEO: MIG-P
18
20
22
24
26
3 4 5 6 7 8 9Velocidad de aportación (m/min)
Vol
taje
( V
)
ER4043 (AlSi5)
ER5356 (AlMg5)
PARÁMETROS DE SOLDEO: MIG-P VOLTAJE – AMPERAJE VS. VELOCIDAD DE APORTACIÓN
AporteIntensidad promedio
( A )
Voltaje promedio( V )
ER5356 16,0 * Wfs – 4,0 0,6 * Wfs + 17,6
ER4043 22,7 * Wfs – 14,1 Wfs + 17,0
Relación de la variación del amperaje y voltaje con respecto a la velocidad de aportación (Wfs) en el soldeo de la aleación de aluminio AA6082 empleando el proceso MIG-P.
Wfs: velocidad de aportación en: metros / minuto.
PARÁMETROS DE SOLDEO: MIG PARÁMETROS DE SOLDEO
240 – 4502,4
160 – 3001,6
120 – 2101,2
80 – 1400,8
CORRIENTE( A )
DIÁMETRO DEL APORTE
(mm)
Tabla: amperaje aconsejado para la soldadura MIG
TÉCNICAS DE SOLDADURA
Se pueden soldar mediante la mayoría de los procesos de soldeo por fusión: arco eléctrico manual, soldadura oxiacetilénica, TIG y MIG, plasma, láser y haz de electrones. También se puede realizar la soldadura por soldeo fuerte y blando.
Los procesos SMAW y oxiacetilénico son utilizados generalmente en operaciones de mantenimiento y reparación.
Si se quiere garantizar la calidad del trabajo se utilizan TIG o MIG.
El proceso TIG es recomendado cuando se trabaja con planchas delgadas.
Mientras que el MIG, por su mayor velocidad de deposición, se prefiere en mayores espesores.
El soldeo por arco sumergido no se utiliza.
SOLDADURA TIG
CCEP:
Se produce un calentamiento excesivo del electrodo.
Se produce el efecto decapante.
Se emplea solo para espesores inferiores a 1,5 mm.
CCEN:
No existe acción decapante.
Se emplea en mayores espesores.
Se debe utilizar helio o argón + helio.
No es necesario usar gas de respaldo.
SOLDADURA TIG
Corriente alterna (CA):
Es el tipo de corriente mas utilizada.
Se suele emplear una corriente de alta frecuencia para facilitar el cebado sin contacto y para conseguir el reencendido del arco.
Un proceso mejorado es la soldadura TIG por pulsos, en donde se realiza la soldadura con corriente continua superpuesta con pulsos utilizando el electrodo de volframio polarizado positivamente.
Se puede modificar la corriente de pulsos, la corriente de base, la frecuencia de los pulsos y con ello controlar la fusión y solidificación, de tal manera que durante el pulso se funda y en la pause se enfríe de forma controlada.
SOLDADURA TIG
En el soldeo con corriente alterna el extremo del electrodo deber ser ligeramente redondeado.
El electrodo sobresaldrá de la tobera un longitud aproximadamente igual a la mitad del diámetro interior de la tobera.
ESPESOR DE CHAPA
(mm)
INTENSIDAD DE SOLDEO
( A )
ELECTRODO DE
VOLFRAMIO (mm)
VELOCIDAD DE SOLDEO
(cm/min)
DIÁMETRO DEL
APORTE (mm)
ARGÓN (l/min) PASADAS
1 50 – 60 1,6 30 2 3 – 5 1
2 80 – 100 1,6 – 2,4 30 2 4 – 7 1
4 160 – 190 2,4 28 3 4 – 9 1
6 250 – 290 3,2 – 4,0 25 4 6 – 10 2
8 300 – 350 4,8 20 4 8 – 12 2 – 3
10 330 – 380 4,8 – 6,4 15 6 10 – 14 3 – 4
Valores referenciales para la soldadura TIG con corriente alterna
SOLDADURA TIG
SOLDADURA TIG SOLDADURA TIG
SOLDADURA TIG SOLDADURA MIG
La soldadura del aluminio empleando el proceso MIG normalmente se realiza con corriente continua y el electrodo (alambre de aportación) conectado al polo positivo.
Se emplea argón puro como gas de protección, en algunos casos se utilizan mezclas de argón + helio.
En el proceso MIG existen tres formas de transferir el material de aporte:
Corto circuito
Globular
Arco pulverizado (“spray”)
SOLDADURA MIG
TRANSFERENCIA APLICACIÓN
Transferencia por arco pulverizado. Es la transferencia normal en el soldeo MIG del aluminio.
Transferencia globular. No se utiliza porque sólo se consigue una fusión incompleta.
Transferencia por corto circuito. No se utiliza porque no permite una buena fusión ni buena limpieza, persistiendo la capa de óxido.
Transferencia por arco pulsado. Se utiliza para soldeo en cualquier posición.
SOLDADURA MIG-P
Una forma de lograr elevadas tasas de deposición de material de aporte, similares a las de transferencia por arco pulverizado, pero pudiéndose soldar en cualquier posición es trabajar con una corriente pulsada (arco pulsado).
El proceso MIG pulsado es un proceso que consiste en suministrar la corriente controlada por pulsos, de manera que se logra un proceso mejorado, con alta deposición de material, que puede trabajar con un menor aporte de calor.
Además, permite el uso de materiales de aportación de mayor diámetro (mayores valores de intensidad) para el soldeo de secciones gruesas de aleaciones de aluminio.
SOLDADURA MIG-P
IpIb
I (A)
tiempo
TbTp
Ip: Corriente de pulso máxima Tp: Tiempo de pico o de pulsoIb: Corriente de base Tb: Tiempo de base
Variación de la corriente en arco pulsado
SOLDADURA MIG-P
El sistema de soldeo MIG con arco pulsado posee una serie de ventajas, para unas mismas condiciones estas ventajas son:
Menor aporte térmico que produce menores deformaciones y un baño de fusión y una ZAC mas estrecha.
Se puede soldar material más delgado.
Al ser un arco estable hace disminuir el riesgo de defectos de soldadura.
Mayor penetración.
Mejor control del baño de fusión en posiciones más difíciles.
Reducción de las salpicaduras.
SOLDADURA MIG
Utilización de los diferentes sistemas de alimentación de alambre para soldeo MIG de aleaciones de aluminio
Aplicable a todo tipo de aleaciones y diámetros30
En la pistola y próximos a la bobina de alambre
Arrastre-empuje
"push-pull"
Aleaciones de aluminio blandas y diámetros de alambre inferiores a 1,6 mm.
20En la pistolaArrastre"pull"
Aleaciones de aluminio de alta resistencia de diámetros mayores de 1,6 mm.
3 - 5Próximos a la bobina de alambre
Empuje"push"
APLICACIONESDistancia máxima desde la bobina a
pistola (m)
Situación de losrodillos
Sistema dealimentación
VALORES REFERENCIALES PARA LA SOLDADURA MIG CON CORRIENTE CONTINUA
Espesor de chapa
(mm) Tipo de
junta Intensidad de soldeo
( A )
Velocidad del aporte
(m/min)
Velocidad de soldeo (cm/min)
Diámetro del aporte
(mm) Pasadas
2 90 8,7 96 0,8 1
3 130 8,9 90 1,0 1
4
“ I ”
190 8,8 90 1,2 1
5 190 8,8 60 1,2 1
6 200 9,3 46 1,2 1
8 200 / 230 9,3 / 10,5 82 / 40 1,2 2
10
“ V ”
200 / 230 9,3 / 10,5 60 / 30 1,2 2
TIPOS DE SOLDADURA SEGÚN LA INCLINACIÓN DE LA PISTOLA
Hacia adelante Hacia atrás
DIRECCIÓN DE SOLDADURA
SOLDADURA MIG
SOLDADURA MIG SOLDADURA MIG
CONDICIONES DE SOLDEO Y RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN REALIZADOS EN MUESTRAS SOLDADAS
Material base
Espesor (mm) Aporte Proceso Junta Pasada σmáx
(MPa) δ
( % )
AA2017 3,0 ER4043 “ I ” 1 171 (50%) -----
AA7015 6,0 ER5183 TIG–AC
“ X ” 2 290 (75%) -----
AA5083 ER5183 “ V ” 8 301 (72%) -----
AA6082 15,0
ER5183 MIG–DC
“ V ” 8 235 (69%) -----
Los valores entre paréntesis indican el porcentaje con respecto almaterial base antes de su soldadura.
CONDICIONES DE SOLDEO Y RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN REALIZADOS EN MUESTRAS SOLDADAS
Material base
Espesor (mm) Aporte Proceso Junta Pasada σmáx
(MPa) δ
( % )
ER4043 “ V ” 2 227 (69%) 2,3 (15%) AA6061 6,0
ER5356 MIG
Pulsado “ V ” 2 230 (70%) 1,7 (11%)
ER4043 “ V ” 2 276 (71%) 1,8 (11%) AA7020 5,0
ER5356 MIG
Pulsado “ V ” 2 265 (68%) 2,0 (13%)
“ I ” 2 272 (69%) 6,0 (40%) AA7020 5,0 ER5356 MIG–DC
“ V ” 2 266 (67%) 5,7 (37%)
Los valores entre paréntesis indican el porcentaje con respecto almaterial base antes de su soldeo.
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6
Zonas representativas de una curva de dureza obtenida de una sección transversal a la unión soldada
60
80
100
120
-30 -20 -10 0 10 20 30
Posición en milímetros
Dur
eza
Vick
ers
(VH5
)
ZONA DE ROTURAZONA DE ROTURAZONA DE ROTURAZONA DE ROTURA
( 1 )
( 2 ) ( 2 )
( 3 )( 3 )
( 4 )( 4 )
( 5 )( 5 )
ZAC ZACbañofundido
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6
A partir de esta curva se pueden diferenciar la formación de diferentes zonas que se describen a continuación:(1) Centro de la zona fundida: es la zona de menor dureza, cuyo valor coincide con la del metal de aporte depositado (ER5356 o ER4043).(2 - 1 - 2) Zona fundida: su dureza aumenta desde el centro a los extremos, debido a los procesos de difusión y mezcla con el metal base (dilución), que se dan durante el proceso de soldeo.(2) Línea de fusión: zona límite entre la zona fundida y el material base. El aporte cercano a la línea de fusión es la zona de mayor dureza del baño fundido, pues es donde la dilución entre el material de aporte y el material base ha sido máxima.
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6
(2 - 5) ZAC: metal base afectado por el calor generado durante el proceso de
soldeo. Su inicio se localiza en la línea de fusión (2). La anchura depende
básicamente del aporte térmico y el grado de modificación de propiedades
dependerá de las temperaturas máximas alcanzadas y el tiempo que
permanece a esos valores de temperatura en los que la microestructura de la
aleación se ve afectada. Es por ello que existe un gradiente de valores en
dureza al desplazarse desde la línea de fusión hacia el interior del material
base.
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6
(3) Zona de solubilización en la ZAC: corresponde a una estrecha zona
dentro de la ZAC, en donde se presenta la mayor caída en dureza hasta un
30 % de la del material base y le corresponde, por tanto, la menor resistencia
mecánica. El aporte térmico ha generado la redisolución de los precipitados,
que se encontraban en equilibrio después del envejecimiento artificial,
produciendo durante el enfriamiento una precipitación de equilibrio,
perdiéndose totalmente el efecto endurecedor del tratamiento de envejecido
del que parte la aleación base. Esta zona corresponde a la de precipitación
preferente de fases de equilibrio de Mg2Si y coincide con la zona de fallo
cuando las probetas soldadas eran ensayadas a tracción.
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6
(4) Zona de sobreenvejecimiento en la ZAC: en esta zona se aprecia una
ligera disminución de la dureza del material base (aproximadamente de 8 %
a 10 %) como consecuencia de una fenómeno de sobreenvejecimiento, al
haber estado el material a temperaturas en el intervalo de 150 – 250 ºC, que
no originaron la disolución de las fases endurecedoras, pero produce su
engrosamiento, hasta la formación de fases de equilibrio.
(5 →) Material base: no afectado por el calor aportado durante el proceso
de soldeo, es una zona similar al material en estado de recepción.
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6
60
70
80
90
100
110
120
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
Posición en milímetros
Dur
eza
Vick
ers
(HV5
)
1 Pasada
2 Pasadas
60
70
80
90
100
110
120
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
Posición en milímetros
Dur
eza
Vick
ers
(HV5
)
1 Pasada
2 Pasadas
10 15
roturarotura8 mm8 mmroturarotura
6 mm6 mm
ANCHO DE LA ZAC A6082-T6 / ER4043
1061200 - 2502“ V ”
15604001“ I ”
Anchura de la ZAC(mm)
Baño fundido(HV5)
EBAmín
(J/mm)PasadasJunta
En las uniones con dos pasadas se indica: primera pasada - segunda pasada.
La longitud de la ZAC disminuye al aumentar el número de pasadas y, para un mismo número de pasadas, disminuye al disminuirse el aporte térmico máximo.
PERFIL DE DUREZA DE UNA UNIÓN SOLDADA AA6082-T6TRATADA TÉRMICAMENTE (T6)
60
70
80
90
100
110
120
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30Posición en milímetros
Dur
eza
Vick
ers
(HV5
)
STT 530-1 h 560-3 h
STT: As welded (sin tratamiento térmico)530-1h: solubilizado a 530 °C, templado y envejecimiento artificial (1 h)560-1h: solubilizado a 560 °C, templado y envejecimiento artificial (3 h)
IMPERFECCIONES EN LAS UNIONES
SOLDADAS
POROSIDAD
0,01
0,1
1
10
100400 600 800 1000 1200 1400
Temperatura ( ºC )H2
(ml /
100
mg
de m
etal)
Solubilidad del hidrógeno en el aluminio.
POROSIDAD
Efecto de la posición de soldadura y del baño fundido en la porosidad.
POROSIDAD POROSIDAD
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0,5 1,0 1,5 2,0Longitud de arco (mm)
Con
teni
do d
e hi
dróg
eno
(ml/1
00g)
RELACIÓN ENTRE LONGITUD DEL ARCO Y POROSIDAD DEBIDA AL HIDRÓGENO EN LA SOLDADURA TIG
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
El agrietamiento en caliente se produce a causa de las elevadas tensiones que se generan en la unión soldada debido a la elevada dilatación térmica (dos veces la del acero) y a la importante contracción que el material experimenta durante la solidificación, aproximadamente un 5 % mayor que en las uniones realizadas sobre acero.
FISURACIÓN EN CALIENTE.
Incrementar la velocidad del aporteDisminuir la velocidad de soldeoDisminuir la longitud del arco1
Insuficiente gargantaPropiedades mecánicas reducidas
Cambiar el ángulo de la pistolaCambiar la posición de la pistolaDisminuir la longitud del arco1
Insuficiente garganta o catetoPropiedades mecánicas reducidas
Incrementar la longitud del arco1
Incrementar el ángulo de la pistola de soldeo
Excesiva convexidadReducida resistencia a la fatiga
SoluciónProblemaEsquema
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
1 Recordar, que cuando se cambia la longitud del arco, el voltaje también lo hará, y si se quiere que el calor de aporte no varíe, se debe cambiar también la intensidad.
Problemas que se pueden presentar en el soldeo del aluminio y su posible solución
Incrementar el calor de aporteDisminuir la longitud del arcoDisminuir la velocidad de soldeo
Penetración incompletaResistencia mecánica reducidaIncremento de sensibilidad a la fisuración
Cambiar la Posición de la pistola para compensar diferentes:Espesores o conductividades térmicas
Socavación (mordedura)Propiedades mecánicas reducidas
SoluciónProblemaEsquema
FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)
Problemas que se pueden presentar en el soldeo del aluminio y su posible solución
FALTA DE PENETRACIÓN
Baja intensidad de corriente.Elevada velocidad de soldadura.Demasiado espaciamiento en la raíz.Mezcla de gases inadecuados en grandes espesores.
FALTA DE PENETRACIÓN
CÓDIGO ESTRUCTURAL DE SOLDADURA – ALUMINIO
ANSI/AWS D1.2 – 02STRUCTURAL WELDING CODE
Aluminum
TRABAJO GRUPAL
1. Se pide elaborar el WPS que permita soldar planchas de aleación de
aluminio AA2219 de 6 mm de espesor mediante el proceso MIG.
2. Se desea realizar una unión, mediante el proceso TIG, entre la
aleación de aluminio AA6061 y AA6063 se le pide que elabore el
WPS del proceso teniendo en cuenta lo siguiente:
Ambas de 10 mm de espesor
La unión será sometida a un proceso de anodizado
Unión a tope
TRABAJO GRUPAL
3. Elaborar el correspondiente WPS de la soldadura de la aleación de
aluminio AA6082 de 20 mm de espesor, para ello tome en cuenta los
siguientes requerimientos:
Unión a tope
Que la zona fundida presente la mayor ductilidad posible
Se tiene acceso por ambos lados
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