Soldadura MIG, TIG y por fricción-agitación para aluminio

Dado que las aleaciones de aluminio tienen un uso tan extendido, sus procesos de soldadura incluyen actualmente la soldadura por arco metálico con gas pulsado, la soldadura por arco con tungsteno y gas en corriente alterna (TIG) y la soldadura por fricción-agitación, entre otros.

Las aleaciones de aluminio suelen presentar una buena maleabilidad en caliente y en frío, así como una buena soldabilidad, y pueden unirse mediante procesos de fusión convencionales. Entre las opciones más habituales se encuentran la soldadura por arco con gas de protección, la soldadura por arco de argón, la soldadura por arco de plasma, la soldadura por resistencia y la soldadura por haz de electrones. Son especialmente adecuados los procesos que ofrecen una alta potencia térmica, una energía concentrada y una protección eficaz.

En la actualidad, los equipos de transporte ferroviario se sueldan principalmente mediante procesos automatizados con protección de gas. Métodos avanzados, como la soldadura híbrida de arco y láser, se encuentran aún en fase de desarrollo y se están realizando pruebas de aplicación en áreas limitadas.

Soldadura MIG

Equipamiento

Un sistema MIG se compone principalmente de una fuente de alimentación, un controlador, un alimentador de alambre, una pistola de soldadura, un conjunto de cables y un cable de tierra.

Características

El proceso MIG ofrece una alta productividad, y el MIG de alta intensidad resulta especialmente adecuado para chapas gruesas. La deformación es algo mayor tras la soldadura, y la calidad depende en parte del rendimiento del equipo. El control de la porosidad de la soldadura es la principal preocupación. El hidrógeno puede entrar a través de varias fuentes.

Modo de transferencia de metal

Los tres modos de transferencia son: cortocircuito, pulverización y pulverización proyectada. El modo de cortocircuito utiliza un arco corto que produce un chasquido y una penetración superficial. Se utiliza principalmente para uniones en ángulo o a tope en paredes de 1-2 mm, con corriente baja y alambre de 0,8 o 1,0 mm. La transferencia por pulverización presenta un arco más largo con un silbido y produce una penetración estrecha y profunda en forma de dedo; puede dar lugar a una fusión incompleta en los laterales, porosidad y grietas. La transferencia por pulverización proyectada presenta un arco ligeramente más largo y un suave chasquido. Produce un perfil de penetración en forma de cuenco y ofrece mejores propiedades mecánicas que tanto la penetración superficial del cortocircuito como la penetración en forma de dedo de la pulverización.

Por lo general, se recomienda la transferencia por pulverización proyectada para la soldadura MIG de aluminio.

Factores que influyen en la calidad

El argón es el gas de protección más habitual; las mezclas de Ar-He pueden aumentar la eficiencia y reducir la porosidad. Es necesario controlar la velocidad de alimentación del alambre, el ángulo de la pistola, la velocidad de desplazamiento y la altura de la boquilla. Utiliza un revestimiento PTFE o de nailon en lugar de uno de resorte metálico, y no utilices un rodillo de arrastre dentado.

Nota: 1.L = primera pasada; 2.L = segunda pasada; el alambre de aportación es del mismo material que el metal base; el gas de protección es Ar; G = pasada por la cara posterior.

Diseño de surcos

La geometría de la unión viene determinada por el espesor del material y el diseño estructural. Los ángulos de las ranuras de aluminio deben ser mayores que los de las de acero, ya que en estas últimas se forman defectos en la raíz con facilidad; una abertura mayor mejora las condiciones de la raíz.

En posición horizontal, orienta la pistola en la dirección de desplazamiento, formando un ángulo de entre 5° y 20° con respecto a la vertical, con el alambre inclinado hacia el lado que disipa mejor el calor.

Los materiales de más de 8 mm de espesor requieren varias pasadas. La pasada de raíz es fundamental, ya que muchos defectos en las soldaduras de aluminio se producen en la raíz. Realízala rápidamente con un tamaño de cordón reducido, para que el metal depositado no cubra la raíz ni atrape defectos.

Soldadura TIG

Equipamiento

Un sistema TIG se compone principalmente de una fuente de alimentación de soldadura, un controlador y una antorcha.

Características

El TIG es adecuado para chapas finas y ofrece baja distorsión, baja porosidad y alta calidad para productos exigentes. Utiliza el TIG de CA con protección de gas en la cara posterior. El semiciclo negativo elimina la película de óxido, mientras que el semiciclo positivo reduce el sobrecalentamiento del tungsteno. Las causas habituales de la porosidad son el argón de baja pureza, el alambre o las ranuras sucios, un blindaje ineficaz, parámetros inadecuados, una extensión excesiva del electrodo y un arco demasiado largo o inestable.

Técnica quirúrgica

La técnica habitual para un soldador diestro es la soldadura con la mano derecha: sujetar el soplete con la mano derecha y el alambre con la izquierda, inclinar el soplete 20° hacia la derecha y alimentar el alambre hacia el baño de fusión formando un ángulo de 15° con respecto a la pieza de trabajo.

En primer lugar, crea un baño de fusión con el arco. Introduce el alambre en él desde debajo del arco con un movimiento repetido de adelante hacia atrás. No desplaces el alambre demasiado por debajo del arco, ya que la temperatura del baño de fusión descenderá. Fundir la punta del alambre en el borde delantero del baño de fusión y manténlo dentro de la envoltura protectora.

Soldadura por fricción-agitación

Equipamiento

El proceso se lleva a cabo mediante una herramienta giratoria compuesta por un pasador perfilado, un soporte y un reborde cilíndrico.

Principio y características

La herramienta giratoria transfiere calor por fricción a la junta, lo que lleva al material a un estado termoplástico plastificado a medida que la herramienta se desplaza a lo largo de la junta. Al inicio, el pasador perfilado gira rápidamente y penetra en la junta. La fricción entre el pasador y el metal forma una capa termoplástica, mientras que el contacto del reborde aporta calor adicional. El metal plastificado se desplaza continuamente desde la parte delantera de la herramienta hacia la parte trasera y rellena la cavidad. La zona de soldadura sufre compresión, calentamiento por fricción, deformación plástica, transferencia, difusión y recristalización.

Entre las ventajas se incluyen:

1. Unión en estado sólido.
2. Poca o ninguna distorsión.
3. Capacidad para unir materiales difíciles, como el aluminio de alta resistencia, las piezas de fundición y los materiales compuestos.
4. Sin gas de protección.
5. Excelentes propiedades mecánicas, especialmente en cuanto a la resistencia a la fatiga.
6. Sin humos nocivos, ni radiación infrarroja, ni radiación ultravioleta.
7. Alta velocidad de desplazamiento.
8. No presenta defectos de soldadura por fusión, como poros ni grietas.
9. Normalmente no es necesario realizar ninguna preparación previa a la soldadura en la zona de la unión.
10. No hay granos columnares en la junta; el flujo plástico refina los granos.

Entre las limitaciones se incluyen:

1. No se permite ningún refuerzo de soldadura; los extremos de la pieza deben formar una unión a tope y no se pueden realizar soldaduras en ángulo.
2. Actualmente no es posible soldar superficies curvas tridimensionales.
3. La parte saliente de la herramienta puede dejar un orificio de salida al final de la unión.
4. Un soporte debe resistir la fuerza de fricción.
5. El desajuste y el espacio entre las juntas requieren un control riguroso.
6. Actualmente, su uso en la producción se limita a los metales ligeros.