Soldadura de Aluminio

Actualizado Mayo 2020
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Técnicas y Requerimientos para Soldar Aluminio

Última Actualización Mayo 2020


Principios Básicos

El aluminio es un material con baja temperatura de fusión (650 ºC) en comparación con el acero, por esta razón el calor necesario para fundirlo (soldarlo) es menor que para el acero.

Las alternativas para soldar Aluminio pueden hacerse mediante varios procesos:

  • SMAW utilizando electrodos recubiertos, clasificación AWS 5.3.
  • Por el sistema MIG.
  • Por sistema TIG.
  • Por deformación plástica (presión).
  • Soldadura oxiacetilénica.
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Muestra de calidad y buen trabajo de una Soldadura de Aluminio.

SMAW

Existen electrodos para soldar aluminio mediante soldadura por arco eléctrico. Estos electrodos deben cumplir los requerimientos de la norma AWS / ASME SFA-5.3. Pueden ser empleados en máquinas de soldadura por arco eléctrico o para soldadura oxiacetilénica.

Normalmente este tipo de electrodos se utiliza con corriente continua electrodo positivo (+) en un rango de amperios entre 40 y 120. Para láminas con espesores hasta 3 mm no es necesario precalentar las piezas.

Las máquinas de soldadura por arco, ofrecen una gran ventaja que las actuales configuraciones son muy pequeñas y pueden acceder a cualquier lugar de trabajo inclusive en ubicaciones a la intemperie.

MIG

El proceso MIG (GMAW) puede ser utilizado en para soldar aluminio, a pequeña y mediana escala, es decir para uso de taller y doméstico. El equipo MIG, es de menor costo que un sistema TIC, no requiere de soldadores tan especializados y los equipos suelen ser más económicos y de menor tamaño en comparación con un sistema TIC.

La principal desventaja de este sistema, es que se limita al uso de taller o dentro de recintos ya que el uso a la intemperie puede causar desvío del gas de protección y afectar la calidad de la junta. 

Otro aspecto, para selección de un sistema TIC en trabajos a la intemperie es el tamaño del conjunto: fuente de poder, del alimentador del material de aporte, recipiente del gas de protección, este puede resultar engorroso de manejar en sitios con limitaciones de espacio.

El gas Argón, debido a su buena acción de limpieza y perfil de penetración, es el gas de protección más común utilizado en la soldadura de aluminio. En soldadura de aleaciones de aluminio Serie 5XXX, una mezcla de gas de protección argón en combinación con helio - 75 por ciento máximo de helio - minimizará la formación de óxido de magnesio. El helio también puede ser utilizado en la soldadura de aluminio, la selección entre helio o argón como gas de protección obedece a criterios económicos ya que ambos ofrecen un calidad de protección muy similar.

La fuente de poder para aluminio utilizando GMAW (MIG), se debe considerar el método de transferencia de material por spray. Este tipo de transferencia se logra mediante el uso de máquinas de corriente continua y voltaje o tensión constante. 

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"Existen electrodos para soldar aluminio mediante soldadura por arco eléctrico. Estos electrodos deben cumplir los requerimientos de la norma AWS / ASME SFA-5.3"

Soldador Experto

La transferencia globular también se utiliza para soldar aluminio, generalmente con la ayuda de una fuente de alimentación invertec. Las fuentes de poder de última generación tienen incorporado una función de pulsado para transferencia globular basados en el tipo de material de aporte y diámetro del mismo. 

La transferencia por gotas en la soldadura de aluminio garantiza menos proyecciones, las velocidades de avance son más rápidas en comparación con el mecanismo de transferencia en spray. Adicionalmente la transferencia globular ofrece un mejor control de la cantidad de material de aporte y el flujo de calor al metal base.

Para la alimentación del alambre de aluminio, cuando se requieren cubrir largas distancias se utiliza el método push-pull, que emplea un devanador adicional con un conducto de protección para evitar la exposición del alambre al medioambiente. El devanador utiliza un motor para empujar y guiar el alambre (material de aporte) a velocidad constante hasta la pistola (porta electrodo) que tira del alambre con la finalidad de mantener la longitud del arco y velocidad de aporte constante.

El porta electrodos  (pistola soldadura) MIG para la soldadura de aluminio requiere del uso de una guía, dependiendo de la distancia, para evitar y/o reducir rozamiento del alambre. 

Debido a que la zona se ve afectada por el calor en la soldadura GMAW es más estrecha que otros procesos que producen cordones con una resistencia mayor. Una ventaja de la soldadura MIG es que las chapas de espesor considerable pueden ser soldadas sin la necesidad de precalentarse, debido a que las altas densidades de corriente y el calor concentrado del arco, sustituyen este procedimiento.

¿Sabías qué?

A pesar de no ser tan fuerte como el acero, el aluminio es cada vez más utilizado por soldadores por poseer una de las resistencias mecánicas más altas.

TIC

El procedimiento GTAW (TIC) es una alternativa para soldar aluminio, este procedimiento es de mayor uso en aplicaciones industriales dado el costo de los equipos y tamaño de los mismos.

El proceso TIC demanda una alta habilidad de los soldadores o en algunos casos equipos automatizados (robóticos) para realizar los trabajos.

La soldadura TIC ofrece un excelente acabado y una apariencia más estética del cordón. Este procedimiento es ideal para líneas de producción en serie.

Su principal desventaja es que es un procedimiento muy lento y la cantidad de radiación UV es mayor que la de otros procesos.

Para la soladura de aluminio con TIC, se utilizan electrodos de Tungsteno puro, en un rango de 175 a 210 amperios y argón como gas de protección.

El motivo de utilizar argón se debe a que el gas que mantiene limpio a los electrodos de Tungsteno puro, garantiza un arco estable y de buena calidad; es de fácil adquisición y su costo es bajo en comparación con otros gases.

Cuando el material base es de aleaciones de aluminio, se suele utilizar una mezcla de Argón Helio, con el fin de evitar formación de óxidos de magnesio. En cuanto al material de aporte para TIG se recomienda el uso de material de aporte ER4043.

Debido a su bajo punto de fusión del Aluminio, los cambios de aspecto durante el proceso son poco apreciables, mientras se funde, por ejemplo el color su característica fundamental es que brilla y emite un zumbido muy característico. 

La soldadura TIC en aluminio, a diferencia del acero, se utiliza corriente alterna en alta frecuencia y el electrodo con punta redonda en polaridad positiva. 

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Utilización de los equipos correctos para la Soldadura de Aluminio.

Deformación Plástica

Este procedimiento se limita a escala industrial, donde se aplica una presión a las piezas o elementos a soldar, por encima su resistencia de fluencia para producir una deformación plástica permanente. La unión de las piezas se produce por coalescencia de las caras de contacto. Este método de soldadura se lleva a cabo sin el suministro de calor por tanto ocurre por debajo del punto de fusión del aluminio.

La soldadura por deformación plástica requiere una preparación de las superficies de contacto, ya que las mismas deben estar limpias, libre de cualquier impureza y/o material extraño, como por ejemplos aceites, solventes, refrigerante de corte entre otros. 

Soldadura oxiacetilénica

Este procedimiento tal vez resulta el más económico para soldar aluminio. En este caso la llama debe ser con un ligero exceso de acetileno (llama reductora o carburante). Esta llama (reductora) posee un color ligeramente amarillento. 

Para llevar a cabo este procedimiento se debe garantizar que los elementos a ser soldados estén libres de contaminante como aceite, suciedad y principalmente el óxido de aluminio.

Una ventaja que ofrece la soldadura oxiacetilénica es que puede emplearse una llama neutra para precalentar el material, en caso que lo amerite el calibre de la lámina. 

La soldadura oxiacetilénica se recomienda hasta chapa de 1” (25 mm) espesor. Adicionalmente este proceso aunque resulta el más económico debe ser la última alternativa a ser considerada, cuando los demás alternativas no son factibles por limitaciones de suministro de energía eléctrica por ejemplo.

Para uniones en solape, es recomendable recurrir a otros procedimientos de soladura dado que existe la posibilidad que los gases puedan quedar atrapados en las interfaces de las láminas, causando condiciones de riesgos en las piezas. 

Este tipo de uniones deben ser replanteadas por juntas a tope si la soladura oxiacetilénica es la única alternativa factible; en caso de no ser viable el cambio de tipo de junta, todas el área de solape debe ser soldada y garantizar el sello del área, para evitar salida de cualquier gas atrapado en la zona. 

Preparación de la superficie

Es importante que la superficie del aluminio esté libre de contaminantes, restos de lubricantes o solventes producto del corte u óxido, ya que la temperatura de fusión es este último (óxido) es menor que la del metal (110 ºC). Por tanto la capa de óxido fundirá primero y evitará la fusión del metal base en detrimento de la calidad de la junta.

Otro aspecto a considerar durante la limpieza es de hacerlo sin utilizar exceso de fuerza o presión sobre la pieza a soldar, motivado a que la maleabilidad del metal facilita la incrustación de óxidos o materiales extraños sobre el metal base, empobreciendo la calidad de la soldadura.

El pre-calentamiento es una alternativa que ayuda a evitar fisuras en la junta. Es importante que la temperatura de pre-calentamiento se mantenga por debajo de los 110 ºC, que es la temperatura de fusión del óxido. Para ello el operador debe contar con la ayuda de un pirómetro digital o cualquier otro medio que permita una medición exacta.

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Varillas utilizadas para Soldar Aluminio.

Precalentamiento

Existe la creencia que el aluminio debe precalentarse ante de ser sometido a una soldadura, para mejorar la soldabilidad sin embargo, esa afirmación no es del todo cierta. El verdadero objetivo del pre-calentamiento es eliminar cualquier impureza superficial como por ejemplo gasas, solventes y óxido de aluminio que se funde a 110 ºC.

Velocidad de soldadura

La soldadura de aluminio debe realizarse de manera más rápida (velocidad de avance) que el acero, que la soldadura del acero debido, debido principalmente a la alta conductividad térmica del aluminio. Si la soldadura se ejecuta de manera lenta, el soldador corre el riesgo de perforar el material base sobre todo si el espesor de la chapa es fina.

Material de aporte

El material de aporte para proceso MIG (electrodo) debe ser una aleación de aluminio con temperatura de fusión similar a la del material base. Mientras más cercano sean los valores de la temperatura de fusión del metal base y el electrodo más fácil será fabricar la soldadura.

El diámetro del alambre influye en la velocidad de alimentación y en consecuencia en el amperaje requerido. La facilidad de alimentación de material de aporte es función del diámetro del electrodo. Los valores típicos de alimentación de material es 250 a 760 cm/min con un diámetro de 0,035 pulgadas.

Aspecto del Cordón

Las soldaduras sobre piezas de aluminio deben ser necesariamente convexas, de lo contrario se producen agrietamientos en el bisel. Este agrietamiento ocurre debido a la expansión térmica y/o contracción térmica que sufre el aluminio durante la soldadura y posterior enfriamiento.

Si los cordones se fabrican de aspecto cóncavo, durante la expansión / contracción existirá menor cantidad de material que puedan compensar los esfuerzos generados por los movimientos.

Selección adecuada del material de aporte

Cuando se trata de soldar funciones de aluminio que no toleran tratamientos térmicos o piezas que tienen ese tipo de materiales, se recomienda utilizar electrodos Al-5%Si ó Al-4%Cu, 3%Si. En caso contrario si se trata de aleaciones que requieren tratamiento térmico post soldadura lo más adecuado es el uso de electrodos de con igual composición que el material base.

El diámetro del electrodo debe ser seleccionado de acuerdo a los requerimientos del tamaño de la junta y la disponibilidad del espacio para trabajar. Generalmente para aluminio suele utilizarse electrodos entre 1,6 y 2,4 mm (¨1/16 a 3/32”).

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Bibliografía

  1. Jay Storer and John H Haynes. The Haynes Welding Manual. 1994.
  2. Indura. Manual de soldadura. Miller Welds. Guidelines To Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) 2003.
  3. Lincoln Electric. Electrodos revestidos. Catálogo.
  4. AWS. WELDING ENCYCLOPEDIA Eighteenth Edition Editado por ROBERT L. O’BRIEN. 1997.
  5. ASM International. Volume 6 Welding, Brazing and Soldering. 1993.
  6. Koell Hoffer. Manual de soldadura. Editorial Limusa. 5ta edición.


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