Aluminio y sus aleaciones
Sim b ol o g í a d e la so ld adu ra
1. El aluminio 2. Cl Clas asif ifica icaci ción ón del del alu alumi mini nio o 3. Solda ldabil ilid idaad 4. Ejempl Ejemplos os de utili utilizac zación ión de simb simbolog ología ía
1 – E l al u m i n i o Particularidades del aluminio •
Proceso de obtención caro y complejo. Alta demanda de energía
•
Muy ligero, resistente a corrosión, durable, dúctil-
A pesar de tener grandes ventajas el aluminio presenta una serie de problemas: •
Soldabilidad: Alta conductividad, alúmina.
•
Mal comportamiento a fatiga
•
Bajo punto de fusión (Mal comportamiento en incendios)
•
Alta dilatación térmica
•
Baja rigidez estructural: altas deformaciones
•
Tendencia a formara pares galvánicos
1 – E l al u m i n i o Características generales •
Peso: 1/3 acero
•
Propiedades mecánicas: 70-650 Mpa
•
Alta conductividad eléctrica: 60% IACS
•
Alta conductividad térmica: 5 veces mayor que el acero
•
Buena resistencia frente a corrosión: Al2O3
•
Buen comportamiento a temperaturas sub-cero: Almacenamiento y transporte de gases licuados.
•
No magnético
•
Soldable y trabajable
•
Reciclable
1 – E l a lu m i n i o Efecto de los aleantes •
Zn: Mejora resistencia y dureza. Mejora la corrosión bajo tensión. Serie 7000
•
Cu: Gran aumento de resistencia y dureza al tratar térmicamente. Serie 2000
•
Mn: Problemas con resistencia a corrosión. Serie 3000
•
Si: Mejora la resistencia a corrosión. Serie 4000
•
Mg: Mejora las propiedades mecánicas y la soldabilidad. Serie 5000
2 – Clasificación d e las aleacion es Tipos de aleaciones
Aleaciones de moldeo
Proceso de fabricación
Coladas en placas que se transforman en semiproductos. Chapas o perfiles de laminación o extrusión
No tratables térmicamente
Alta resistencia mecánica Dispersión de segundas fases Elementos en solución sólida + trabajados en frío
Tratable térmicamente
Alta resistencia Disolución de aleantes: solución sólida + posterior precipitación Pequeños precipitados coherentes o semicoherentes
Aleaciones de forja
Coladas en placas que se transforman en semiproductos. Chapas o perfiles de laminación o extrusión
2 – Clasificación d e las aleacion es Designación aleaciones de fundición
1xx.x Indica el % mínimo de aluminio
Aluminio >99%
.0 piezas fundidas .1 lingotes
1xx.x
Aleaciones de aluminio en base al mayor elemento aleante Cobre
Ejemplo
2xx.x
Silicio con Cu y/o Mg 3xx.x
A 356.0 Magnesio Modificación de la aleación número 56
Aleación de fundición de Aluminio, Silicio, Cobre/Magnesio
5xx.x
Fundición
Aleación nº 56 de la serie 3xx
Zinc
7xx.x
Estaño
8xx.x
Otros elementos
9xx.x
Series no usuales
6xx.x
1 – Clasificación d e las aleacion es Designación aleaciones de forja
1XXX
Aluminio del 99%
2XXX
Cobre
3XXX
Manganeso
4XXX
Silicio
5XXX
Magnesio
6XXX
Magnesio y silicio
7XXX
Zinc
Ejemplo
8XXX
Otros elementos
6082
9XXX
Series no utilizadas
1xxx Variaciones sobre una misma aleación
Nº arbitrario Denomina cada una de las aleaciones de la misma serie
Aleación nº82 de la serie 6XXX Aleación Aluminio Magnesio - Silicio
Aleación desarrollada sin modificaciones
Excepción: En la serie 1XXX los últimos dos dígitos representan la cantidad mínima de aluminio. Por ejemplo 1150, tendrá como mínimo el 99,50% de aluminio
1 – Clasificación d e las aleacion es Estados de tratamiento •
F - Bruto de fabricación: No existe especificación alguna de los límites de características mecánicas
•
O – Recocido: Obtener una constitución y estructura más estable a Tª ambiente. Eliminar la acritud por deformación en frío, tensiones residuales o heterogeneidades químicas
•
H – Acritud: Productos sometidos a un proceso de deformación en frío
•
W
–
Tratamiento térmico de solución y temple: se aplica a aleaciones que maduran
espontáneamente a Tª ambiente después del tratamiento de solución y temple. Sólo se especifica cuando la duración de la maduración natural queda indicada •
T – Tratamiento térmico de endurecimiento estructural: para obtener estados diferentes de los F, O ó H. Esta designación se aplica a los productos tratados térmicamente, con o sin acritud suplementaria, para alcanzar un estado estable. El primer dígito después de la T sirve para identificar la secuencia específica de tratamientos básicos(T1, T2, etc)
1 – Clasificación d e las aleacion es Estados de tratamiento F: Bruto O: recocido H: Acritud (X: 0-8 según dureza/resistencia alcanzada)
T: Endurecimiento estructural
-
O1: Recocido a alta Tª y enfriamiento lento
O2: Tratamiento termomecánico
O3: Homogeneizado
H1x: Acritud + deformación plástica
H2x: Acritud + Recocido parcial
H3x: Acritud + Estabilizado
H4x: Acritud + Lacado
T1: Conformado en caliente y maduración natural
T2: Conformado en caliente, acritud, maduración natural
T3: Solución, Temple, acritud, maduración natural
T4: Solución, temple y maduración natural
T5: Conformado en caliente, temple y maduración natural
T6: Solución, temple y maduración artificial
T7: solución, temple, sobresaturación y estabilizado
T8: Solución, temple, acritud, maduración artificial
T9: Solución, temple, maduración artificial, acritud
T10: Temple, Maduración artificial, acritud
2 – Clasificación d e las aleacion es H: Acritud
Rodillos de laminación
Estado H16
Estado “O”
60% de reducción de área
2 – Clasificación d e las aleacion es T: Tratamiento térmico de endurecimiento estructural
Tratamiento de disolución Templado
Envejecimiento artificial
3 - Soldab ilidad Soldabilidad El aluminio presenta en general una buena soldabilidad con procesos como el MIG o el TIG, además de estos procesos como el láser dan buenos resultados para su soldeo. La facilidad del soldeo del aluminio va a depender en gran parte de la serie o tipo de aluminio que soldemos, sin embargo presenta unos problemas comunes a todas las aleaciones: •
Conductividad térmica muy elevada, de manera que se disipa el calor con gran velocidad
•
Capa de alúmina, que complica el proceso de soldeo siendo necesario siempre una limpieza previa.
• •
Agrietamiento Tendencia a la porosidad
La serie 5XXX presenta en especial una buena soldabilidad, por la contra las aleaciones de alta resistencia como la serie 2XXX y la familia 7010/7050 son especialmente difíciles de soldar, presentando una alta tendencia al agrietamiento. Actualmente se plantean otros procesos de soldeo para solventar los problemas que se pueden presentar en el soldeo por fusión. Así la soldadura por fricción comienza a expandir su uso para la unión de estas aleaciones
3 - Soldab ilidad Influencia de la capa de alúmina La capa de óxido que se forma de manera natural y recubre las piezas de aluminio (Alúmina – Al2O3) presenta propiedades disimilares respecto al aluminio. Sus propiedades son: •
Baja conductividad
•
Temperatura de fusión (>2000ºC) – Refractaria
•
Higroscópica
–
Absorción
de
humedad
–
Correcto almacenaje •
Capa de alúmina en espesores bajos – acción limpiadora del arco es suficiente
•
Capa de alúmina en espesores altos – necesario tratamiento superficial de limpieza
3 - Soldab ilidad Tendencia al agrietamiento Durante el soldeo existe la posibilidad de aparición de grietas, debido a la alta contracción al solidificar por su coeficiente de dilatación. Estas grietas pueden ser de dos tipos: •
Grietas de contracción durante la solidificación
•
Grietas por licuefacción
Grietas de solidificación •
Tienen lugar en el interior del cordón
•
Suelen aparecer en el centro
•
Se generan al aparecer altas tensiones durante la contracción al solidificar
•
El grado de sujeción de las piezas a soldar influye en su aparición
•
Su formación depende de la composición del cordón y los parámetros del proceso
•
Elección adecuada del aporte y dilución para minimizar el riesgo
Grietas por licuefacción •
Fusión local en borde de grano del metal base junto al cordón
•
Si existen tensiones locales suficientes, riesgo de agrietamiento intergranular
O T N E I M A T E I R G A L A D A D I L I B I S N E S
Al-Si Al-Cu
Al-Mg
Al-Mg-Si PORCENTAJE DE ELEMENTO DE ALEACIÓN
3 - Soldab ilidad Resistencia mecánica Se debe seleccionar el metal de aporte que proporcione las características mecánicas deseadas. Esta selección se limita en las aleaciones tratables térmicamente, ya que el metal de soldadura debe responder a los tratamientos térmicos post-soldadura.
Temperatura de servicio Los metales de aporte con contenidos de Mg > 3% (5183, 5356, 5556) no resultan adecuados para temperaturas de servicio por encima de los 66ºC, ya que a estas temperaturas presentan tendencia a la corrosión bajo tensión (Ambiente corrosivo + tensión de t racción constante). Todos los aportes son válidos para aplicaciones criogénicas
Resistencia a la corrosión Se utilizan aportes especiales
Aspectos superficiales Según el tipo de aporte se pueden obtener tonalidades distintas si se buscan requisitos estéticos. En función de la composición química del alambre podemos obtener un cordón más oscuro, aumentando el % de Si, o ir hacia tonalidades doradas incorporando Cr
4 – Selección d el m aterial de aporte Características del material de aporte El material de aporte va a d epender de: •
Soldabilidad de la aleación base
•
Propiedades mecánicas deseadas de la unión
•
Resistencia a la corrosión
•
Anodizado
Para aleaciones no tratables se buscan ap ortes de la misma composición que el material base En aleaciones tratables se buscan aportes pobremente aleados o aleados con elementos volátiles (Cinc, Magnesio). Con este tipo de aleaciones el aporte tendrá distinta composición al material base. Los aportes con altos contenidos en Si no se deben utilizar con materiales base de alto contenido en Mg y viceversa. La serie 7XXX presenta una alta sensibilidad al agrietamiento. Para su soldeo se emplean aportes de la 5XXX
Principales aportes empleados •
4047 – Tª fusión 577ºC, evita el agrietamiento en frío
•
5554 – Bajo %Mg, mejora la resistencia a corrosión bajo tensión
•
4145/4047 – Soldadura de serie 2XXX (En general se considera no soldable por fusión)
4 – Selección d el m aterial de aporte Guía para la selección del material de aporte - ISO-TR-17671.4 En la siguiente tabla se definen los grupos de aportes más convenientes para soldar las uniones entre las distintas aleaciones de aluminio. Los aportes contenidos en los diferentes grupos, que van del 1 al 5, se reflejan en la tabla de la página siguiente. Selección del material de aporte: • Primera línea – propiedades mecánicas óptimas • Segunda línea – resistencia a corrosión óptima • Tercera línea – Soldabilidad óptima
4 – Selección d el m aterial de aporte Guía para la selección del material de aporte - ISO-TR-17671.4
5 – C o n s i d e r ac i o n e s p a r a el s o l d e o Temperatura de precalentamiento El informe ISO-TR-17671-4 marca unas pautas respecto a las temperaturas de precalentamiento máximas permitidas para los diferentes tipos de aleaciones. Estas temperaturas son únicamente indicativas, la temperatura de precalentamiento y entrepasadas deben ser definidas en el procedimiento de soldeo. Material base Aleaciones no tratables
Aleaciones tratables
Tª de precalentamiento ºC max
Tª entre pasadas ºC max
5 – C o n s i d e r ac i o n e s p a r a el s o l d e o Diseño de la unión Diseñar la unión de manera que el aporte de soldadura sea el mínimo necesario para evitar grandes deformaciones en la pieza. Para evitar las deformaciones producidas por el soldeo predeformar las juntas a soldar y embridar las piezas.
El
embridamiento
debe
controlarse
cuidadosamente, ya que el exceso de restricciones a las contracciones originadas en el soldeo conducen a tensiones internas, que si alcanzan un alto grado pueden traducirse en grietas en la soldadura.
5 – C o n s i d e r ac i o n e s p a r a el s o l d e o Técnicas de soldeo •
Emplear elevadas velocidades de soldeo
•
Realizar el menor número de pasadas posibles, ya que la deformación en la pieza crece con cada nueva pasada
•
Minimizar el tiempo entre pasadas
•
Mantener el tamaño de los cordones en valores mínimos especificados
•
Emplear secuencias de soldeo adecuadas. El uso de la técnica de paso de peregrino reduce las deformaciones causadas en la pieza.
5 – C o n s i d e r ac i o n e s p a r a el s o l d e o Soldeo MIG •
Utilizar Corriente Continua con polaridad inversa para aprovechar el efecto decapante en este tipo de polaridad
•
Emplear equipos de arco pulsado que reducen el aporte térmico a la pieza, reduciendo las deformaciones causadas a la misma
•
Utilizar sistemas de alimentación de alambre de empuje y arrastre (push-pull)
•
Emplear la técnica de empuje durante el soldeo para facilitar la limpieza por delante del baño soldado.
•
Utilizar caudales de gas adecuados para evitar porosidad
•
Posicionar la pistola de manera adecuada durante el soldeo para conseguir una protección efectiva del gas de protección
5 – C o n s i d e r ac i o n e s p a r a el s o l d e o Soldeo TIG •
Utilizar Corriente Alterna para aprovechar el efecto decapante del semiciclo en polaridad inversa
•
Seleccionar el tipo de electrodo adecuado (W puro) y realizar la correcta preparación de la punta del electrodo (redondeado) conforme al tipo de corriente empleada (CA)
•
Utilizar equipos de alta frecuencia para facilitar el cebado del arco y evitar la contaminación del electrodo
•
Utilizar equipos de onda cuadrada donde es posible regular el tiempo en cada polaridad.
•
Utilizar caudales de gas adecuados para evitar porosidad
•
Posicionar la pistola de manera adecuada durante el soldeo para conseguir una protección efectiva del gas de protección
•
En caso de utilizar varilla de aporte evitar el contacto de ésta con el electrodo
