Soldar aluminio puede ser un reto debido a su tenaz capa de óxido, su alta conductividad térmica y su charco de congelación rápida. Esto hace que sea importante tener en cuenta los tipos de métodos de soldadura de aluminio, como TIG y MIG. La soldadura de aluminio requiere conocimientos y habilidades especiales. El aluminio tiene una propiedad que hace que la soldadura de este metal sea tan difícil: tan pronto como el aluminio se expone al aire ambiente, forma una capa delgada como una oblea de óxido de aluminio. Y es esta capa la que le da al metal su inconfundible aspecto gris plateado.
Pero también hace que el aluminio sea resistente a la corrosión del agua, al oxígeno e incluso a muchos productos químicos. Protege el aluminio, por así decirlo. Esta protección debe, en primer lugar, estar literalmente «agrietada» porque, como una armadura sólida, la capa de óxido evita que el arco y el baño de soldadura formen una conexión. La capa de óxido tiene una temperatura de fusión de 2050 °C, el propio aluminio se funde a 660 °C aprox. Por lo que habría que aplicar una temperatura tres veces superior a la superficie para romper la capa de óxido mediante soldadura sola.
Gases de protección esenciales para la soldadura de aluminio
Los gases inertes, argón o mezclas de argón, se utilizan como gases protectores para soldar aluminio. El argón puro se utiliza hasta un espesor de lámina de aprox. 12,5 mm. En el caso de material más grueso, el argón se mezcla con helio para conseguir un mayor acoplamiento de temperatura en el proceso de soldadura. La proporción de helio en el gas protector varía del 25 % al 75 % según la recomendación.
Actualmente para soldar aluminio las opciones típicas son mediante el proceso Mig o el proceso Tig, en los cuales se usa mayormente argón industrial, aunque el más recomendado es el argón alta pureza (99.998%).
Lo que siempre debe tener en cuenta es el punto de rocío de su gas de protección. El argón 4.6 se utiliza principalmente para soldadura, tiene una pureza del 99,996% y, por lo tanto, un punto de rocío de -62 °C. Siempre que su proveedor de gas cumpla con estas especificaciones, no tendrá problemas con el gas que sale directamente de la botella. Sin embargo, la humedad siempre puede encontrar un camino a través de la línea de gas, por ejemplo, hacia el proceso de soldadura, lo que luego aumenta el punto de rocío. Así que revise las tuberías de gas regularmente para ver si hay condensación.
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En la soldadura de aluminio por procesos de arco eléctrico u otros, la calidad del gas de soldadura, argón o mezclas de argón y helio, es crítica para evitar porosidades y conseguir cordones de calidad. Por lo tanto, las especificaciones de calidad de los gases de soldadura es recomendable que vayan más allá de las normas, como sucede con los gases de la gama ARCALTM. Para aplicaciones de mayor exigencia de calidad o la soldadura de conjuntos con grandes espesores, las mezclas de argón y helio presentan ventajas frente al argón solo.
Muchas aplicaciones de soldadura de aluminio pueden ser mejoradas con el uso de mezclas para soldar. Linde desarrolló la mezcla STARGOLD® Aluminum, la cual es una mezcla especial a base de Argón, y se puede usar tanto para MIG como TIG. Ayuda a mejorar la aplicación gracias a su mejora en la estabilidad del arco. Nos permite obtener un mejor acomodo del charco de soldadura, resultando en mayor penetración del cordón de soldadura, incremento en la velocidad de avance y mejor calidad de soldadura al compararlo con argón puro.
Caudal típico: 15-25 CFH para TIG, 20-30 CFH para MIG, ajustado al tamaño de la boquilla y al tiro.
Métodos de soldadura principales y su uso con gases
Existen varias técnicas de soldadura de aluminio. Entre las más utilizadas se encuentran la soldadura MIG y la soldadura TIG. Cada método tiene sus ventajas y se selecciona en función de las características del proyecto y del tipo de aleaciones de aluminio que se desean unir.
Soldadura MIG (Metal Inert Gas) para aluminio
La soldadura MIG (Metal Inert Gas) es una técnica que utiliza un hilo continuo como material de aporte y un gas de protección, generalmente argón o una mezcla de argón y helio, para evitar la contaminación atmosférica. Este método es popular por su velocidad y eficiencia, y se utiliza frecuentemente para unir aleaciones de aluminio en aplicaciones de producción en serie. Sin embargo, soldar aluminio mediante soldadura MIG requiere un control meticuloso de parámetros como la velocidad de alimentación del alambre y la intensidad de la corriente, debido a la alta conductividad térmica del aluminio.
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La soldadura MIG en aluminio resulta particularmente útil para aplicaciones donde se necesita una alta productividad sin sacrificar la calidad de la unión. Es importante mencionar que, aunque la soldadura MIG es efectiva, en ciertos casos la soldadura MIG presenta limitaciones cuando se trabaja con espesores muy delgados o en posiciones donde el control del arco puede complicarse.
El término soldadura MAG no se utiliza para el aluminio. De hecho, el gas utilizado es inerte: el proceso se denomina soldadura MIG de «Metal Inert Gas» en inglés. ¿Se puede soldar aluminio con un soldador MIG? Sí: utilice una pistola de carrete o una pistola de empuje y tracción, argón 100% y un ángulo de empuje. Ajuste la WFS y el voltaje en los cupones de prueba para evitar la porosidad y la falta de fusión.
Con el proceso de soldadura MIG/MAG: Tampoco se debe olvidar equipar la antorcha con las piezas de desgaste adecuadas para la soldadura de aluminio. Un error común es que se utiliza un liner de acero. Sin embargo, si se alimenta el alambre, rozaría contra el acero del liner e inadvertidamente traería partículas de acero al baño de soldadura. Para soldar con alambre de aluminio recomendamos un liner especial de carbono PTFE que, gracias a su contenido en grafito, permite una mejor lubricidad. La punta de contacto utilizada debe tener un diámetro mayor en comparación con la soldadura de otros materiales porque el aluminio, como muy buen conductor del calor, se expande más que, por ejemplo, el alambre de acero.
Para MIG, el control de la inductancia ayuda a humedecer el charco y a controlar las salpicaduras. Utilice una camisa limpia, rodillos de arrastre con ranura en U y puntas de contacto adecuadas al tamaño del alambre de aluminio blando. Mantenga el cable de la pistola lo más recto posible para una alimentación suave.
Soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) para aluminio
Otra técnica ampliamente utilizada es la soldadura TIG (Tungsten Inert Gas). Este método utiliza un electrodo de tungsteno no consumible y un gas inerte para proteger el baño de fusión, lo que permite obtener un cordón de soldadura de gran calidad y precisión. La soldadura TIG es especialmente adecuada para soldar aluminio cuando se requiere un acabado impecable y un control detallado del calor aplicado.
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Debido a que el aluminio es muy sensible a la pérdida de calor, el uso de un electrodo de tungsteno y la aplicación precisa de la corriente (ya sea en corriente alterna o continua, según el tipo de aluminio y la configuración deseada) son factores determinantes para el éxito del proceso. La soldadura TIG, a menudo considerada el método de referencia para la soldadura de aluminio, permite realizar uniones con un acabado estético superior, lo que la hace ideal para aplicaciones donde la apariencia es crucial.
Para la soldadura TIG, el uso de gas inerte de tungsteno proporciona un arco limpio y estable, por lo que es perfecto para soldaduras precisas y de alta calidad. Es importante cuando se suelda aluminio en corriente alterna con el proceso TIG que el electrodo de tungsteno se seleccione correctamente, ya que no se pueden incluir óxidos. Por esta razón, debe usar el electrodo verde no dopado de impurezas hecho de tungsteno puro, especialmente para soldar aleaciones de aluminio, lo que garantiza una buena estabilidad del arco.
Sin embargo, los componentes de tungsteno del electrodo pueden emitir, lo que a su vez puede contaminar el material base haciendo que se acumulen pequeñas cantidades de residuos en la soldadura. Puede verlo a través de pequeños puntos blancos, lo que indica un error de enlace. Aquí es donde entra en juego la mencionada soldadura de un casquete esférico para impulsar los óxidos como terrones hacia adelante. El E3® púrpura hecho de tierras raras u óxidos mixtos es una alternativa a los electrodos de tungsteno puro. Se compone de tungsteno como material de soporte y también de lantano como elemento dopante.
Para el TIG de CA, busque arranque de alta frecuencia, equilibrio de CA y control de frecuencia de CA. Esto le permite controlar la capa de óxido y la forma del charco. Una antorcha TIG cómoda con lente de gas ayuda a proteger el baño de soldadura.
Factores clave y preparación para soldar aluminio
Preparación del material base
Para lograr una soldadura de aluminio exitosa, es esencial tener en cuenta ciertos aspectos: Preparación del material base: El aluminio forma una capa de óxido muy rápidamente. Por ello, es vital limpiar y preparar el material base adecuadamente antes de soldar. Esto puede incluir lijado o el uso de soluciones químicas para remover el óxido.
El aluminio tiene una propiedad que hace que la soldadura de este metal sea tan difícil: tan pronto como el aluminio se expone al aire ambiente, forma una capa delgada como una oblea de óxido de aluminio. La capa de óxido de aluminio se funde a una temperatura mucho más alta que el metal base. Límpialo bien o el charco no mojará. ¿Hay que limpiar el aluminio antes de soldar? Sí. La capa de óxido es un aislante eléctrico y se funde unas tres veces más caliente que el aluminio base. Si se salta la limpieza, obtendrá porosidad, falta de fusión y juntas débiles.
El protocolo para la eliminación del óxido implica desengrasar con acetona o alcohol hasta que los trapos queden limpios. Cepille la junta con un cepillo especial para acero inoxidable siguiendo la veta. No utilice ese cepillo sobre acero. Soldar poco después del cepillado. Evite tocar la zona con las manos desnudas.
En el proceso de soldadura, hay otras fuentes de hidrógeno que hay que controlar para conseguir uniones de calidad. Las aleaciones de aluminio se caracterizan porque se genera de manera espontánea una capa de alumina en la superficie de las mismas, que protege al material de la oxidación. Una de las características de esta capa, es su porosidad, y por lo tanto se pueden almacenar en su interior humedad o aceites, que son la fuente de contaminación de hidrógeno en los procesos de soldadura posteriores.
Otra posible fuente de hidrógeno es el alambre o varilla de soldadura. Su almacenamiento y utilización también requiere tomar precauciones específicas. La soldadura de aluminio es muy sensible a la contaminación cruzada, y requiere habilitar zonas de soldadura totalmente independientes de la soldadura de otros materiales. Se deben de usar accesorios de soldadura (por ejemplo electrodo de tungsteno puro, identificado con el color verde) y limpieza específicos para aluminio. Así mismo se deben utilizar diferentes métodos de limpieza de la superficie que se va a soldar, y garantizar una correcta preparación.
Peligros de contaminación (aceite, humedad, contaminación cruzada) Instale un rincón sólo para aluminio en su taller. Mantenga el alambre sellado y seco. Guarde las varillas de relleno en tubos. Si la pieza es grande, limpie la junta entre pasadas, especialmente después de cepillar, rectificar o hacer una pausa.
Selección del material de aportación
A nivel industrial existen diferentes tipos de aleaciones de aluminio, serie 4000, 5000, 6000, suelen ser las más habituales, en función del material base se tiene que seleccionar el aporte adecuado, en forma de varilla o de hilo. Para hacer la elección correcta, le recomendamos que consulte con el proveedor de metal de aporte. La selección del material de aportación es crucial para conseguir soldaduras de aluminio fuertes y fiables, especialmente cuando se utilizan procesos de soldadura TIG y MIG.
Al comparar ER4043 frente a ER5356, es importante tener en cuenta la compatibilidad del material de aportación de aluminio con el material base.
- ER4043: Gran humectación, alimentación más fácil y mejor resistencia al agrietamiento. Bueno para aleaciones de aluminio como 6061 cuando no se requiere anodizado posterior a la soldadura.
- ER5356: Mayor resistencia a la soldadura, mejor para piezas sometidas a carga o para igualar el color del anodizado en muchas aleaciones. El alambre ligeramente más rígido se alimenta bien en MIG.
Alambre de soldadura: seleccione un alambre de relleno de aluminio que tenga una temperatura de fusión similar a la del material base. Cuanto más pueda el operador reducir el rango de fusión del metal, más fácil será soldar la aleación. Obtenga un cable de 3/64 o 1/16 de pulgada de diámetro. Cuanto mayor sea el diámetro del alambre, más fácil será su alimentación.
Control de parámetros y técnicas de soldadura
Ajuste de parámetros de soldadura: Factores como la velocidad de avance, el flujo de gas de protección y la intensidad de la corriente deben ser cuidadosamente calibrados para adaptarse a las propiedades térmicas del aluminio.
Ajustes TIG
Controle la acción de limpieza y la forma del charco con el equilibrio de CA. Comenzando alrededor de 65-75% negativo del electrodo (EN) da una buena mezcla de penetración y limpieza de óxido. Aumente el EN para penetración; disminuya el EN (más EP) para limpieza extra cuando vea un borde opaco y sucio. La frecuencia de CA en torno a 80-120 Hz tensa el arco y proporciona un cordón más estrecho que es más fácil de apuntar. Para obtener una precisión óptima y soldaduras de alta calidad, asegúrese de que sus piezas de trabajo de aluminio, como las piezas personalizadas fabricadas mediante Mecanizado CNCtienen bordes limpios y lisos.
Ajuste un amperaje lo suficientemente alto como para que el charco se forme rápidamente y, a continuación, module con un pedal o un interruptor de soplete. En piezas finas, un pulso de baja frecuencia (por ejemplo, 1-2 Hz) ayuda a añadir relleno a un ritmo constante mientras se mantiene bajo el pico de calor. Introduzca la varilla de relleno en el tercio delantero del charco; mantenga una longitud de arco corta y un ángulo de antorcha constante. Si el charco parece granuloso o pastoso, compruebe la limpieza y la cobertura de gas.
Ajustes MIG
Utilice una técnica de empuje -nunca de arrastre- con un ángulo de 10-15° para mejorar la cobertura del gas. Mantenga un stickout corto (aproximadamente 3/8-1/2 in). Ajuste el voltaje y la WFS para obtener un sonido suave, parecido al spray, con una transferencia estable. Evite las tramas grandes; coloque largueros rectos y solapados para conseguir juntas más anchas y evitar el cold lap. Si observa hollín o porosidad, aumente el caudal de gas (dentro de lo razonable), reduzca la adherencia o ajuste la tensión/WFS. Mantenga el cable de la pistola lo más recto posible para una alimentación suave.
Gestión del calor
Si desea soldar láminas de aluminio más gruesas, un poco más de 10 mm, le recomendamos precalentar la pieza. El precalentamiento de la pieza de trabajo de aluminio puede ayudar a evitar el agrietamiento de la soldadura. La temperatura de precalentamiento no debe exceder los 230 F; use un indicador de temperatura para evitar el sobrecalentamiento. Además, colocar soldaduras por puntos al principio y al final del área a soldar ayudará en el esfuerzo de precalentamiento.
Las secciones gruesas pueden necesitar un precalentamiento de unos 200-300 °F para reducir el enfriamiento inicial y evitar los arranques en frío o la falta de fusión. Esto es especialmente importante porque la temperatura de fusión del aluminio es inferior a la del acero, lo que lo hace más propenso a los arranques en frío. Un arranque en caliente ayuda a encharcar rápidamente. Rellene siempre el cráter al final para evitar grietas en el cráter final: utilice una función de relleno del cráter o haga una pausa para rellenar con relleno mientras reduce la corriente.
Guía rápida de selección de métodos y parámetros
Flujograma de decisiones
- ¿Un cordón fino (<1/8 pulg.) y visible, esquinas estrechas o piezas delicadas? Elija TIG.
- ¿Espesor (≥1/8 pulg.), costuras largas o estructuras grandes? Elija MIG.
- ¿Acceso limitado o fuera de posición? Elija el proceso que maneje mejor y ajuste los parámetros; si es MIG, considere un voltaje más bajo y un recorrido más rápido para controlar la acumulación.
- ¿Piezas inseguras o mixtas? Tack con TIG, rellenar con MIG y tapar con TIG donde importe el aspecto.
Tabla de selección rápida (puntos de partida)
| Espesor | Proceso | Amperaje/Hilo/Voltaje | Electrodo/Tungsteno | Gas de protección | Relleno | Notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,040-0,063 pulg (1-1.6 mm) | AC TIG | 55-90 A | 1/16-3/32 in tungsteno | 15-20 CFH argón | ER4043 1/16 in | |
| 1/16-1/8 pulg (1.6-3.2 mm) | AC TIG o MIG | AC TIG 90-160 A / MIG 0,030-0,035 in hilo, 18-22 V (MIG) | 100% argón 20-25 CFH | ER4043 o ER5356 | Sintonizar WFS para MIG | |
| 3/16-1/4 pulg (4.8-6.4 mm) | MIG | 0,035-0,040 in hilo, ~20-24 V, WFS más alta | 100% argón o mezcla Ar/He | Precalentar según sea necesario | ||
| ≥1/4 pulg (≥6.4 mm) | MIG con push-pull | Considerar mezcla Ar/He | Precalentar 200-300°F; múltiples pasadas |
Consideraciones de seguridad y ambiente de trabajo
La extracción de humos también es un tema importante cuando se suelda aluminio. Los humos de soldadura generados por la soldadura de aluminio son un problema de seguridad común. El aluminio conduce el calor rápidamente, lo que provoca la formación de humos de soldadura. Asegúrese de que existen sistemas adecuados de ventilación y extracción de humos para reducir la exposición.
Comprobación rápida de seguridad (EPI, ventilación, extracción de humos): Pueden formarse ozono y NOx: utilice la extracción local de humos o una ventilación adecuada. Utilice un EPI completo: guantes, chaqueta y un casco de soldador adecuado. Mantenga la zona de trabajo limpia y seca; retire los materiales inflamables; asigne un vigilante de incendios en los trabajos más grandes.