Aluminio y aleaciones

Aluminio y sus aleaciones
Propiedades del aluminio
El aluminio es un metal ligero, de color blanco plateado y relativamente blando.

Es conocido también por su buena resistencia a la corrosión frente al aire, aceites, alimentos y muchos agentes químicos, esta resistencia se debe a la existencia de una capa de oxido de aluminio, llamada alúmina, que no permite la corrosión del metal.

Esta capa de alúmina es refractaria, es decir tiene una temperatura de fusión muy elevada y se debe retirar antes o durante el soldeo para permitir una buena fusión del metal base.
El aluminio es un metal muy dúctil (incluso a bajas temperaturas) y con baja resistencia mecánica, sin embargo las aleaciones de aluminio tienen mayor resistencia mecánica que el aluminio puro porque los elementos de aleación endurecen y mejoran las características mecánicas del aluminio.
Aleaciones de Aluminio.
El aluminio se alea principalmente con cobre, magnesio, silicio y cinc, también se suelen añadir pequeñas cantidades de cromo, hierro, niquel y titanio. Existen multitud de aleaciones de aluminio, con la ventaja de que cada una de ellas posee alguna característica superior a la del aluminio sin alear.
Podemos distinguir dos tipos de aleaciones:
Aleaciones tratables térmicamente - o también llamadas bonificables o endurecibles por tratamiento térmico.
Aleaciones no tratables térmicamente - o también llamadas no bonificables o no endurecibles por tratamiento térmico.
El tratamiento térmico de bonificado consiste en un calentamiento a unos 500ºC con enfriamiento rápido, posteriormente y dependiendo del tipo de aleación se realizara una maduración natural o artificial, la maduración natural consiste en el mantenimiento a temperatura ambiente y la artificial en un mantenimiento a unos 200ºC.
Si se realiza este tratamiento sobre las aleaciones bonificables aumenta su dureza y resistencia me canica, mientras que aunque se realizara sobre las aleaciones no bonificables no experimentaría ningún cambio en sus propiedades.

Factores influyentes en la realización de las uniones soldadas
Temperatura de fusión del aluminio.
El aluminio puro funde a unos 660ºC y las aleaciones de aluminio a unos 560ºC, temperaturas muy bajas en comparación con la del acero (1535ºC) y la del cobre (1082ºC). Sin embargo las aleaciones de aluminio no cambian de color durante el calentamiento, por lo que se corre el riesgo de perforar la pieza.
Conductividad térmica.
Las aleaciones de aluminio conducen el calor 3 veces más rápido que el acero, esto significa que se requiere un aporte térmico más elevado para soldar una pieza de aluminio que una de acero, aunque ambas tengan las mismas dimensiones. Para conseguir una buena fusión cuando la pieza tenga gran espesor, es necesario realizar un precalentamiento.
Dilatación térmica.
Las aleaciones de aluminio se dilatan 2 veces más que el acero al calentarse, lo que puede provocar grandes tensiones internas y deformaciones en las piezas durante el soldeo. También es mayor la tendencia a la disminución de la separación en la raíz en las piezas a tope. El soldeo a bajas velocidades y con gran cantidad de metal de aportación incrementa las deformaciones y la tendencia a la rotura.
Oxido de aluminio
En contacto con el aire se forma una capa conocida como alúmina. Es imprescindible eliminar o retirar la capa de oxido mediante un decapado químico, un fundente, amolado o mediante acción decapante del arco eléctrico.
En el soldeo TIG y MIG (con CCEN o corriente alterna) el arco eléctrico decapa la superficie de la pieza eliminando el oxido y la envoltura del gas inerte previene la contaminación del baño.
A veces, por una mala limpieza, se puede quedar atrapado algún oxido en el baño de fusión que producirá una imperfección en la soldadura. Es imprescindible limpiar las piezas antes del soldeo y cepillarlas utilizando cepillos con púas de acero inoxidable, estos cepillos deberán usarse solo para la limpieza del aluminio.
Procesos de soldeo.
El aluminio y sus aleaciones pueden soldarse mediante la mayoría de los procesos de soldeo por fusión, así como soldeo fuerte, blando y soldeo en estado sólido. El soldeo por fusión se suele realizar mediante MIG, TIG, por resistencia, plasma, laser y haz de electrones. El soldeo con electrodos revestidos y oxigas solo se emplea en reparaciones, o cuando no es posible utilizar otro proceso por carencia de medios, el soldeo por arco sumergido no se usa (debido a la temperatura excesiva).
Recomendaciones para la realización del soldeo
Geometría de la unión.
Un diseño especial se puede usar cuando solo se puede realizar el soldeo TIG o MIG por un lado y sea imprescindible obtener una raíz suave y lisa. Se puede utilizar para espesores mayores de 3mm y en cualquier posición. Aunque se consigue con gran facilidad una buena penetración, se requiere gran cantidad de metal de aportación y las deformaciones pueden ser mayores que las que se producen con diseños convencionales. Se usa principalmente en tubería, sobre todo en posición fija. En las uniones en V no se recomiendan ángulos de chaflán menores de 60º.
Precalentamiento.
No suele ser necesario precalentamiento. Como excepción se consideran las piezas de gran espesor en las que un precalentamiento adecuado puede disminuir el aporte térmico requerido para conseguir la fusión y penetración requeridas. Aunque puede ser habitual precalentar cuando se realizan soldaduras TIG, no lo es cuando se emplea el MIG.
Limpieza y preparación de las superficies del soldeo.
Se suele utilizar corte y achaflanado por plasma.
Es muy importante realizar una limpieza antes de proceder al soldeo, ya que cualquier resto de grasa, aceite u oxido pueden empeorar la calidad de la soldadura. Se pueden utilizar disolventes alcalinos que no producen vapores tóxicos. Un método muy común es limpiar con un trapo embebido en un disolvente, como alcohol o acetona. Las superficies deberán estar completamente secas antes de comenzar el soldeo, de lo contrario se producirán poros. Las capas de oxido se retiraran mediante cepillado y mejor aun mediante rasqueteado.
Cualquier piedra de esmeril, cepillo o lija que se utilice deberá emplearse exclusivamente para aluminio. No se deberá trabajar acero y aluminio en la misma zona de un local ya que se pueden contaminar las piezas del aluminio.
Punteado.
Será cuidadoso y se recomienda eliminar los puntos a medida que avanza la soldadura. En el caso de ser incorporados a la soldadura se resanaran las grietas o defectos de los puntos antes del soldeo, preparándose el principio y el final del punto para permitir una buena fusión de este. En las soldaduras por ambos lados se resanara antes de realizar la primera pasada por el otro lado. Como regla general, cada punto tendrá una longitud 10 veces el espesor de la pieza.
Metales de aportación.
Se pueden utilizar tanto varillas como alambres y electrodos revestidos.
Tratamiento térmico postsoldeo.
En algunas ocasiones se realizara el tratamiento térmico de bonificación a las piezas soldadas de aleaciones de aluminio tratables térmicamente.
En otras ocasiones se realizaran tratamientos para disminuir las tensiones internas, puede ser beneficioso realizar un martillado de las soldaduras, que solo se realizara en soldaduras de gran espesor.