Métodos de soldadura de aluminio y técnicas de soldadura de aleaciones de aluminio: una guía detallada

El aluminio y las aleaciones de aluminio representan la categoría de materiales estructurales no ferrosos más utilizada en la industria. Estas aleaciones de aluminio se caracterizan por una buena resistencia a la corrosión, una alta resistencia específica y conductividad térmica, así como por la capacidad de conservar propiedades mecánicas favorables a bajas temperaturas. Gracias a estas propiedades, la soldadura de aleaciones de aluminio se aplica ampliamente en sectores como el aeroespacial, la automoción, la ingeniería eléctrica, la industria química, el transporte y la defensa nacional.

Existen numerosos métodos de soldadura de aluminio disponibles, cada uno de ellos adecuado para diferentes escenarios de aplicación. Además de la soldadura por fusión de aluminio convencional, la soldadura por resistencia y la soldadura con gas, otros procesos de unión de aluminio, como la soldadura por arco de plasma, la soldadura por haz de electrones, la soldadura fuerte y la soldadura por difusión al vacío, también pueden unir fácilmente aleaciones de aluminio.

La selección de una técnica de soldadura de aluminio adecuada se basa en el grado del aluminio o aleación de aluminio, el espesor de la pieza de trabajo, la estructura del producto y los requisitos de soldabilidad, entre otros factores.

(1) Soldadura con gas para aluminio (soldadura con oxiacetileno)
La llama de soldadura de gas oxiacetileno posee una potencia térmica baja y un calor relativamente disperso, lo que da como resultado una distorsión significativa de la pieza de trabajo y una baja productividad. Cuando se sueldan con gas componentes de aluminio más gruesos, se requiere precalentamiento; el metal posterior a la soldadura no sólo presenta granos gruesos y una estructura suelta, sino que también es propenso a defectos como inclusiones de alúmina, porosidad y grietas. Este método de soldadura de aluminio con gas se emplea sólo para piezas estructurales de aluminio no críticas con espesores en el rango de 0,5 a 10 mm y para soldadura de reparación de piezas fundidas.

(2) Soldadura por arco de tungsteno con gas (soldadura GTAW / TIG para aluminio)
Este método se realiza bajo protección de gas argón. El calor está relativamente concentrado, el arco arde de manera estable, el metal de soldadura es denso y las uniones soldadas poseen alta resistencia y ductilidad. La soldadura TIG de aluminio tiene una aplicación industrial cada vez más extendida. La soldadura por arco de tungsteno con gas es un proceso de soldadura de aluminio altamente refinado; sin embargo, su equipamiento es comparativamente complejo y no es adecuado para su funcionamiento al aire libre.

(3) Soldadura por arco metálico con gas (soldadura GMAW / MIG para aluminio)
La soldadura por arco metálico con gas automática y semiautomática presenta una alta potencia de arco, calor concentrado y una pequeña zona afectada por el calor. La productividad se puede aumentar entre 2 y 3 veces en comparación con la soldadura TIG manual. Este proceso de soldadura MIG de aluminio puede soldar placas de aluminio puro y aleaciones de aluminio de hasta 50 mm de espesor. Por ejemplo, se puede soldar una placa de aluminio de 30 mm de espesor sin precalentarla; aplicando sólo dos pasadas, una en el frente y otra en la parte posterior, se obtiene una soldadura con una superficie lisa y de excelente calidad. La soldadura MIG de aluminio semiautomática es adecuada para soldaduras por puntos, soldaduras cortas intermitentes y componentes de forma irregular. El soplete de soldadura semiautomático permite una operación conveniente y flexible, pero debido a que el diámetro del alambre de relleno es relativamente delgado, las soldaduras de aleación de aluminio resultantes exhiben una mayor sensibilidad a la porosidad.

(4) Soldadura TIG pulsada para aleaciones de aluminio
Este método de soldadura TIG pulsada de aluminio mejora notablemente la estabilidad del proceso de soldadura a corrientes bajas y facilita el control de la potencia del arco y la formación del cordón de soldadura mediante el ajuste de varios parámetros del proceso. Produce una distorsión mínima de la pieza de trabajo y una zona estrecha afectada por el calor, lo que lo hace particularmente adecuado para soldadura de láminas de aluminio, soldadura en todas las posiciones y soldadura de aleaciones sensibles al calor, como aleaciones de aluminio forjado, duraluminio y súper duraluminio.

(5) Soldadura por puntos por resistencia para láminas de aluminio
Este método de soldadura por puntos de resistencia de aluminio se puede aplicar para unir láminas de aleación de aluminio de hasta 4 mm de espesor. Para productos con mayores requisitos de calidad, se pueden utilizar máquinas de soldadura por puntos y de costura por impulsos de corriente continua. Este proceso de soldadura por puntos de aluminio requiere equipos relativamente complejos y una alta corriente de soldadura, pero ofrece una alta productividad, lo que lo hace especialmente adecuado para piezas y componentes producidos en masa.

(6) Soldadura por fricción y agitación (FSW) de aleaciones de aluminio
La soldadura por fricción y agitación del aluminio es una tecnología de unión de estado sólido aplicable a varias placas de aleaciones. En comparación con la soldadura por fusión convencional, el FSW de aluminio no genera salpicaduras ni humos, no requiere alambre de relleno ni gas de protección y produce juntas libres de porosidad y grietas. En comparación con la soldadura por fricción ordinaria, no se limita a piezas simétricas axialmente y puede soldar costuras rectas. Este método de soldadura por fricción y agitación de aluminio ofrece una serie de ventajas adicionales, como excelentes propiedades mecánicas de las uniones, ahorro de energía, funcionamiento libre de contaminación y bajos requisitos de preparación previa a la soldadura. Debido a su bajo punto de fusión, el aluminio y sus aleaciones son especialmente adecuados para el proceso de soldadura de aluminio FSW.

(7) Soldadura fuerte continua en atmósfera de nitrógeno (soldadura CAB de aluminio)
El horno de soldadura fuerte en atmósfera continua de nitrógeno es un horno de túnel de atmósfera estática comúnmente utilizado para soldadura fuerte de aluminio. Generalmente consta de una unidad de aplicación de fundente, un horno de secado, una cámara de soldadura fuerte, una cámara de enfriamiento por agua y una cámara de enfriamiento por aire.

1. Unidad de aplicación de fundente: transporta intercambiadores de calor de aluminio mediante una cinta transportadora, rocía una suspensión de fundente sobre ellos y luego elimina el exceso de líquido.

2. Cámara de secado: seca el fundente a aproximadamente 200 °C.

3. Cámara de soldadura fuerte: aquí se producen los procesos de llenado de espacios de fundente, llenado de espacios de metal de aportación y la interacción entre el metal de aportación y el material base. Esta cámara de horno de soldadura fuerte de aluminio cuenta con una estructura de mufla integral de acero inoxidable, con un extremo de entrada flotante y un extremo de salida fijo. Una correa de malla de acero inoxidable pasa a través de la mufla, que se mantiene bajo una atmósfera protectora de nitrógeno, y las piezas de trabajo se sueldan completamente dentro de la mufla. El nitrógeno se introduce en la sección donde las piezas de trabajo se calientan a la temperatura de soldadura fuerte y se descarga hacia la entrada y salida de la cámara. Los elementos calentados eléctricamente están dispuestos encima y debajo de la mufla con control PID zonificado, y la periferia está rodeada por aislamiento térmico y una carcasa exterior de acero.

4. Camisa de enfriamiento de agua y cámara de enfriamiento de aire: ubicados en la sección de cola, los intercambiadores de calor de aluminio soldado pasan sucesivamente a través de la cámara de la camisa de enfriamiento de agua y la cámara de enfriamiento de aire, donde se enfrían a temperatura ambiente.

(8) Soldadura fuerte al vacío para aleaciones de aluminio
La soldadura fuerte al vacío de aluminio se refiere a un proceso en el que las piezas de trabajo se calientan dentro de una cámara de vacío. Se emplea principalmente para productos soldados de aluminio de alta calidad y para materiales susceptibles a la oxidación.

Ventajas de la soldadura fuerte al vacío de aluminio:

1. Debido a que no se utiliza fundente, la soldadura fuerte de aluminio sin fundente mejora significativamente la resistencia a la corrosión del producto, elimina diversas formas de contaminación y los costos asociados del equipo de tratamiento y proporciona condiciones de producción seguras y favorables.

2. La soldadura fuerte al vacío de aluminio no sólo ahorra una gran cantidad de costoso fundente metálico, sino que también prescinde de complejos procedimientos de limpieza del fundente, reduciendo así el coste de producción de los componentes de aluminio.

3. El metal de aportación en la soldadura fuerte al vacío demuestra buena humectabilidad y fluidez, lo que permite soldar componentes con pasillos complejos y estrechos. Este proceso de soldadura fuerte de aluminio mejora el rendimiento del producto y produce superficies de trabajo limpias y robustas.

4. En comparación con otros métodos, la estructura interna del horno de soldadura al vacío y los accesorios disfrutan de una vida útil más larga, lo que a su vez reduce los costos de mantenimiento para las operaciones de unión de aluminio.