INGESOLD – MÓDULO 2

METALURGIA DE LA SOLDADURA

SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y

ALEACIONES

PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES

Ø Existencia de una capa de Al2O3,, con punto de fusión de 2050 ºC,

habrá de eliminarse para la obtención de soldaduras de calidad.

Ø Alta conductividad térmica, tres veces mayor que la de un acero de

bajo contenido de carbono. El calor debe ser aportado con una

rapidez tres veces mayor en las aleaciones de aluminio.

Ø Doble coeficiente de dilatación lineal que el acero, con el

consiguiente peligro de deformación durante el proceso de soldeo.

Ø Conductividad eléctrica muy alta; en el soldeo por resistencia deberá

aportarse más corriente para producir el mismo efecto que en el

acero.

SOLDABILIDAD

BUENA SOLDABILIDAD

Pueden clasificarse como aleaciones con buena soldabilidadprácticamente todos los grupos de aleaciones no tratablestérmicamente.

MEDIANA SOLDABILIDAD

Dentro del grupo de las aleaciones con soldabilidad restringidatendremos, algunas de la serie 6XXXX y la mayor parte de las aleacionesenvejecibles de los grupos 2XXXX y 7XXXX.

BAJA SOLDABILIDAD

Las aleaciones tratables térmicamente de características mecánicasmás elevadas, son las que presentan mayores dificultades.

COMPORTAMIENTO FRENTE A LA SOLDADURA

Ø Retirar la capa de alúmina, ya sea por métodos mecánicos (cepillado

riguroso) o químicos (empleando decapantes).

Ø Eliminar los productos contaminantes principalmente grasas, agua y

aceites, ya que su presencia durante la operación de soldeo

originaría defectos como grietas, porosidades, etc.

Ø A veces es necesario un precalentamiento adecuado (100 – 300 ºC),

que depende del espesor de la plancha.

Ø 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.

PROCESO DE SOLDADURA

TEMPERATURAS DE PRECALENTAMIENTO

65 (opcional)NR19 – 75

Ninguna150 – 1759 – 19

NingunaNinguna3 – 9

MIGTIG

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO( ºC )ESPESOR

( mm )

CHAPA

NR : Proceso no recomendadoNinguna : No precalentar

Ø En general las aleaciones no tratables térmicamente se sueldan con

un aporte de la misma composición química que el material base.

Ø Las aleaciones tratables térmicamente son más susceptibles al

agrietamiento en caliente que las aleaciones no tratables

térmicamente. En la mayoría de los casos se utiliza un aporte con una

una resistencia mecánica inferior a la del material base, como son:

ü Aluminio-Si, con un contenido en Si entre 4 y 12 % (a veces con

contenidos de 0,2 a 0,6 % de Mg).

ü Aluminio-Mg, con un contenido 3 a 6 % (aleado además con

elementos como Mn, Si, Zr y Ti).

MATERIALES DE APORTACIÓN

MATERIALES DE APORTACIÓN

METAL DEPOSITADO CLASIFICACIÓN AWS A5.10 COMPOSICIÓN QUÍMICA

σσmáx (MPa) Dureza (HV)

ER1100 Al > 99,5; Si = 0,2; Fe = 0,2 Zn = 0,03; Mn = 0,03 75 29 – 35

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

GAS DE PROTECCIÓN

Ø 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.

Ø 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

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

Ø De la Tabla anterior se observa que el arco es más “caliente” en elcaso de la mezcla.

Ø A un mismo valor de intensidad, los valores de la tensión sonmayores (Ar+He), y con ello la energía aportada.

Ø Se puede usar helio como gas de protección, pero su precio esmayor y el arco es inestable, además de que al tener un pesoespecífico muy bajo hay que utilizar caudales helio muy altos paraproteger adecuadamente.

Ø El argón es el gas mas utilizado en transferencia pulverizada, ya queproporciona una excelente estabilidad al arco eléctrico y laposibilidad de utilizarse en todas las posiciones.

GAS DE PROTECCIÓN

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.

TÉCNICAS DE SOLDADURA

Ø Se pueden soldar por: arco eléctrico manual, soldadura oxiacetilénica,TIG y MIG.

Ø Los dos primeros son utilizados generalmente en operaciones demantenimiento y reparación.

Ø Si se quiere garantizar la calidad del trabajo, se utilizan TIG o MIG.

Ø El proceso TIG es recomendado cuando se trabaja con planchasdelgadas.

Ø Mientras que el MIG, por su mayor velocidad de deposición, se prefiereen mayores espesores.

SOLDADURA TIG

Ø El proceso de soldadura TIG , generalmente se realiza con corrientealterna.

Ø El empleo de corriente continua con el electrodo polarizadonegativamente está adquiriendo importancia creciente.

Ø Un proceso mejorado es la soldadura TIG por pulsos, en donde serealiza la soldadura con corriente continua superpuesta con pulsosutilizando el electrodo de volframio polarizado positivamente.

Ø Se puede modificar la corriente de pulsos, la corriente de base, lafrecuencia 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 enfríede forma controlada.

TÉCNICAS DE SOLDADURA

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 MIG

Ø La soldadura del aluminio empleando del proceso MIG normalmentese realiza empleando corriente continua y el electrodo (alambre deaportación) conectado al polo positivo.

Ø Se emplea argón puro como gas de protección.

Ø En el proceso MIG existen tres formas de transferir el material deaporte:

üCorto circuito

üGlobular

üArco 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

Ø Un forma de lograr elevadas tasas de deposición de material deaporte, similares a las de transferencia por arco pulverizado, peropudiéndose soldar en cualquier posición es trabajar con unacorriente pulsada (arco pulsado).

Ø El proceso MIG pulsado es un proceso que consiste en suministrar lacorriente controlada por pulsos, de manera que se logra un procesomejorado, con alta deposición de material, que puede trabajar con unmenor aporte de calor.

Ø Además, permite el uso de materiales de aportación de mayordiámetro (mayores valores de intensidad) para el soldeo desecciones gruesas de aleaciones de aluminio.

SOLDADURA MIG

El sistema de soldeo MIG con arco pulsado posee una serie deventajas, para unas mismas condiciones estas ventajas son:

Ø Menor aporte térmico que produce menores deformaciones y unbaño de fusión y una ZAC mas estrecha.

Ø Se puede soldar material más delgado.

Ø Al ser un arco estable hace disminuir el riesgo de defectos desoldadura.

Ø Mayor penetración.

Ø Mejor control del baño de fusión en posiciones más difíciles.

Ø Reducción de las salpicaduras.

VALORES REFERENCIALES PARA LA SOLDADURA MIG CONCORRIENTE 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 LAPISTOLA

Hacia adelante Hacia atrás

DIRECCIÓN DE SOLDADURA

CONDICIONES DE SOLDEO Y RESULTADOS DE ENSAYOS DETRACCIÓN REALIZADOS EN MUESTRAS SOLDADAS

Material base

Espesor (mm) Aporte Proceso Junta Pasada

σσmáx (MPa)

δδ ( % )

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 DETRACCIÓN REALIZADOS EN MUESTRAS SOLDADAS

Material base

Espesor (mm) Aporte Proceso Junta Pasada

σσmáx (MPa)

δδ ( % )

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.

IMPERFECCIONES EN LAS UNIONES

SOLDADAS

POROSIDAD

0,01

0,1

1

10

100

400 600 800 1000 1200 1400

Temperatura ( ºC )H

2 (m

l / 1

00 m

g de

met

al)

Solubilidad del hidrógeno en el aluminio.

POROSIDAD

Efecto de la posición de soldadura y del baño fundido en la porosidad.

POROSIDAD

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,5 1,0 1,5 2,0

Longitud de arco (mm)

Con

teni

do d

e hi

dróg

eno

(ml/1

00g)

RELACIÓN ENTRE LONGITUD DEL ARCO Y POROSIDAD DEBIDA ALHIDRÓGENO EN LA SOLDADURA TIG

FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)

El agrietamiento en caliente se produce a causa de las elevadas tensionesque se generan en la unión soldada debido a la elevada dilatación térmica(dos veces la del acero) y a la importante contracción que el materialexperimenta durante la solidificación, aproximadamente un 5 % mayorque en las uniones realizadas sobre acero.

FISURACIÓN EN CALIENTE.

FISURACIÓN EN CALIENTE (GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN)

Ø El riesgo de que se produzca agrietamiento, se puede reducir

utilizando un metal de aportación diferente al base, resistente al

agrietamiento (usualmente que forme parte de las series de aleaciones

4XXX ó 5XXX).

Ø 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 responder adecuadamente al tratamiento térmico posterior.

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

fisu

raci

ón

Al-Si Al-Mg2Si Al-Mg Al-Cu

FALTA DE PENETRACIÓN

Ø Baja intensidad de corriente.

Ø Elevada velocidad de soldadura.

Ø Demasiado espaciamiento en la raíz.

Ø Mezcla de gases inadecuados en grandes espesores.

FALTA DE PENETRACIÓN