¿Qué aleaciones de aluminio son las mejores para soldar?

Qué Las aleaciones de aluminio son las mejores para soldar? El aluminio se ha convertido en el más popular de los metales utilizados en las industrias contemporáneas por su gran portabilidad, fuerte resistencia a los elementos y facilidad de fabricación. Sus aleaciones tienen un valor incalculable en los sectores aeroespacial, automovilístico y naval, así como en el de la vivienda y la construcción. Pero los retos que plantea la soldadura del aluminio son diferentes a los de la soldadura de otros metales, en parte debido a la alta conductividad térmica, la velocidad de formación de óxido y las características de distorsión y agrietamiento del aluminio en el proceso de soldadura. El conocimiento de las propiedades y características de las distintas aleaciones de aluminio es importante a la hora de elegir el material más adecuado para una tarea determinada.

No todas las aleaciones de aluminio son igual de soldables, mientras que algunas se adaptan bien a la soldadura tradicional, otras necesitan algún procedimiento de soldadura especial, como la soldadura por fricción y agitación. La selección de la aleación y el método de soldadura dependen de factores como la resistencia, la resistencia a la corrosión, la ductilidad y la capacidad de tratamiento térmico. Las superficies también deben prepararse adecuadamente, los metales de aportación deben ser compatibles y hay que tener en cuenta los tratamientos posteriores a la soldadura para conseguir uniones de alta calidad.

El artículo ofrecerá un informe en profundidad sobre los mejores tipos de aleaciones de aluminio para soldar, sus características, los beneficios asociados a su uso, las recomendaciones a seguir y los retos que cabe esperar al soldar estos tipos de aleaciones de aluminio. Basándose en estos conocimientos, los profesionales estarán en condiciones de conseguir estructuras soldadas duraderas, fiables y de buen rendimiento en diversas aplicaciones industriales y estructurales.

Qué son las aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio son los materiales que se utilizan añadiendo otros metales al aluminio para mejorar sus cualidades como la resistencia, la resistencia a la corrosión, la maquinabilidad o la soldabilidad. El aluminio puro es débil, ligero, blando y muy resistente a la corrosión. Mezclando elementos adicionales (como cobre (Cu), magnesio (Mg), silicio (Si), manganeso (Mn) o zinc (Zn)), los ingenieros pueden fabricar aleaciones adecuadas para diversos tipos de aplicaciones, como la industria aeroespacial, piezas de automoción, estructuras marinas y de construcción.

Algunos puntos de las aleaciones de aluminio

• Fuerza mejorada: La aleación confiere mayor resistencia que el aluminio puro.
• Resistencia a la corrosión: algunas aleaciones incluyen magnesio y otras aleaciones con fama de resistir la oxidación y la corrosión causadas por las condiciones ambientales.
• Soldabilidad: Otras aleaciones de aluminio son fáciles de soldar, pero algunas tienden a agrietarse.
• Categorías:
• Aleaciones forjadas trabajadas mecánicamente: (aplicación a) extruidos, placas, chapas (por ejemplo, series 1xxx, 5xxx, 6xxx).
• Aleaciones de fundición: Se crean vertiendo un chorro de aluminio fundido en moldes para crear tipos complejos.

En pocas palabras, las aleaciones de aluminio tienen las propiedades de ligereza y resistencia a la corrosión del aluminio con cualidades favorables adicionales necesarias para satisfacer las necesidades de una aplicación industrial.

Conocer las aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio se dividen en aleaciones forjadas y aleaciones fundidas. Las aleaciones trabajadas mecánicamente se forjan en láminas, placas o extrusiones, mientras que las aleaciones de fundición se vierten en moldes de aluminio fundido. Las aleaciones forjadas se dividen a su vez en series según los elementos de aleación:

• Serie 1xxx (Aluminio puro) - Contiene principalmente aluminio con una pureza del 99% o superior. Estas aleaciones son blandas, muy resistentes a la corrosión y fáciles de soldar.
• Serie 2xxx (aleaciones Al-Cu) -Tienen una gran resistencia, pero su resistencia a la corrosión es menor y son más difíciles de soldar porque son más propensos a agrietarse.
• Serie 3xxx (aleaciones Al-Mn) -Buena resistencia a la corrosión, resistencia moderada y buena soldabilidad.
• Serie 4xxx (aleaciones Al-Si) -Suelen tener una soldabilidad media y se utilizan en aplicaciones de automoción y aeroespaciales.
• Serie 5xxx (Aleaciones Al-Mg) - Buena resistencia a la corrosión, alta resistencia y buena soldabilidad.
• Serie 6xxx (aleaciones Al-Mg-Si) -Buena solidez y resistencia a la corrosión; soldabilidad moderada.
• Serie 7xxx (aleaciones Al-Zn-Mg-Cu) -super alta resistencia con baja capacidad de soldadura y propensos al agrietamiento.
• La selección de la aleación influye en gran medida en su capacidad para ser soldada y en su capacidad para soldarse entre sí, influyendo también de esta manera en la calidad de la unión.

Condiciones que afectan a la soldabilidad

Las aleaciones de aluminio pueden soldarse en función de diversos factores:

• Elementos de aleación: Se trata de elementos como el magnesio (Mg), el silicio (Si), el cobre (Cu) y el zinc (Zn) que afectan a la soldabilidad. Cobre: Los altos niveles de cobre, como en las aleaciones de la serie 2xxx, pueden empeorar la facilidad de soldadura y hacer más probable la aparición de fisuras en caliente.
• Conductividad térmica y punto de fusión: El aluminio conduce el calor aproximadamente cuatro veces más que el acero, lo que hace que el calor se propague con facilidad y que sea difícil mantener un baño de soldadura uniforme. Otro riesgo que plantea el bajo punto de fusión del aluminio es la quemadura durante la soldadura.
• Susceptibilidad al agrietamiento: Las aleaciones de 2xxx y 7xxx tienen tendencia a agrietarse al solidificarse debido a las tensiones concentradas durante el enfriamiento.
• Oxidación superficial: El aluminio forma fácil y espontáneamente una capa de óxido muy dura cuando entra en contacto con el aire. Esta capa de óxido se funde a temperaturas más elevadas que las del metal subyacente, por lo que debe evitarse.

Las mejores aleaciones de aluminio para soldar

Aleación 5052

La aleación Al-Mg (aluminio-magnesio) 5052 es considerada por muchos como una de las aleaciones más aptas para la soldadura. Esto se debe a su alto contenido en magnesio, por lo que presenta una buena resistencia a la corrosión, especialmente en entornos marinos y aplicaciones en procesos químicos.

Aplicaciones: Resistencia moderada-alta, gran ductilidad y resistencia a la corrosión superior a la media.

Ventajas:

• Muy buena soldabilidad con técnicas TIG o MIG.
• No es resistente a la deformación y al agrietamiento en caliente durante la soldadura.
• Posee magníficas propiedades anticorrosivas resistentes a la soldadura.

Materiales: Estructuras marinas, tanques químicos, paneles de automoción, láminas para tejados y equipos industriales.

Aleación 5083

La aleación de aluminio y magnesio 5083 tiene una gran resistencia a bajas temperaturas, por lo que es aplicable en aplicaciones marinas y criogénicas. Resiste la corrosión, especialmente en aguas industriales y marinas.

Características: Resistencia extra alta, buena protección contra la corrosión, buena resistencia a la fatiga.

Ventajas:

• Gran soldabilidad con la mínima preparación postsoldadura.
• Muy resistente al agrietamiento por tensión y a la corrosión.
• Se emplea en aplicaciones que requieren una gran integridad estructural, como las que tienen que ver con aplicaciones de trabajo pesado.

Aplicaciones: Construcción naval, recipientes y depósitos a presión, bastidores y equipos de automoción y equipos de transporte.

Aleación 5754

Otra aleación de Al-Mg es la A-Mg 5754, que puede describirse como de resistencia media con alta resistencia a la corrosión y alta conformabilidad. También alcanza resistencia estructural, así como, soldabilidad y es por eso que se utiliza comúnmente donde la resistencia estructural es clave, así como soldabilidad.

Características: Resistencia moderada, alta ductilidad, es resistente a la corrosión.

Ventajas:

• Soldadura excelente con los métodos de soldadura disponibles.
• Excelente corrosión en condiciones marinas e industriales.
• Tiene buena conformabilidad y una resistencia razonablemente buena incluso cuando se suelda.

Aplicaciones: Paneles de carrocería, paneles estructurales, revestimientos de construcción y marinos.

Aleación 6061

La aleación Al-Mg-Si con la composición 6061 ha encontrado un amplio uso en los campos estructural y aeroespacial. Es un compromiso entre dureza, resistencia a la corrosión y utilidad.

Tipo de inmuebles: Resistencia media-alta, muy buena resistencia a la corrosión y ductilidad moderada.

Ventajas:

• Puede soldarse mediante TIG o MIG con posible precalentamiento necesario en secciones gruesas.
• Las propiedades mecánicas se recuperan mediante un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
• Con una excelente relación resistencia/peso, es adecuado para su uso en piezas estructurales.

Aplicaciones: Estructuras de aeronaves, tuberías, componentes de automoción, estructuras de puentes y productos estructurales.

Aleación 6063

La aleación Al-Mg-Si (6063) es otra aleación de Al arquitectónica y decorativa que destaca por tener un acabado liso en su superficie y la capacidad de resistir la corrosión.

Propiedades: Una resistencia fuerte o moderada, buena resistencia a la corrosión, un buen acabado superficial.

Ventajas:

• Sobresale en soldabilidad de todo tipo de espesores.
• También resiste la corrosión, incluso en exteriores y en la arquitectura.
• La superficie lisa se puede anodizar y marcar con decoración.

Aplicaciones: Estructura arquitectónica, marcos de ventanas, puertas, muros cortina y extrusiones.

Aleación 1100

La aleación de aluminio 1100 puede parecer casi una aleación de aluminio puro (es aluminio 99%). Es blanda, dúctil y muy fácil de soldar, por lo que es adecuada cuando el problema es la resistividad y no la resistencia.

Alta ductilidad: Excelente resistencia a la corrosión, baja resistencia.

Ventajas:

• Muy fácil de soldar con poca o ninguna preparación.
• Muy buena resistencia a la corrosión, incluso a productos químicos agresivos.
• Se dobla, forma y moldea muy fácilmente.
• Aplicaciones: Techos, revestimientos, equipos químicos, objetos de cocina y aplicaciones de baja resistencia.

Aleación 1350

Otra aleación de aluminio de gran pureza aplicable en las industrias eléctrica y química es el1350. Es increíblemente fuerte y tiene una gran resistencia a la corrosión, además de ser muy soldable y es un metal muy fiable cuando se utiliza en entornos especializados.

Ventajas: Inmune a la corrosión, excelente capacidad de soldadura y bajo peso.

Ventajas:

• Fácil de soldar de forma convencional.
• Peso ligero, por lo que puede utilizarse en máquinas transportables.
• Es resistente a la corrosión y tiene una larga vida útil incluso en entornos químicos o con agua de mar.
• Aplicaciones: Equipos de procesamiento, conductos, barras conductoras eléctricas y tanques de almacenamiento de productos químicos.

Aleaciones de aluminio, así como de sus principales propiedades y la capacidad de ser soldadas

La tabla técnica que figura a continuación contiene la lista de los nombres propios completos de las aleaciones de aluminio, así como de sus principales propiedades y la capacidad de ser soldadas:

Se trata de una versión que emplea nombres propios de aleaciones de referencia en libros de ingeniería y términos aeroespaciales/industriales.

Tipos de aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio se clasifican en dos grandes grupos: aleaciones forjadas y aleaciones fundidas. Cada tipo tiene atributos, usos y soldabilidad específicos.

1. Aleaciones de aluminio, forjado

Las chapas, placas, láminas, barras o extrusiones trabajadas mecánicamente están hechas de aleaciones forjadas. Se subdividen en dos series en función de su composición:

Aleaciones no tratables térmicamente:

• Estas aleaciones no pueden alcanzar la resistencia mediante esos tratamientos térmicos, sino mediante trabajo en frío. En su lugar, los ejemplos incluyen las series 1000, 3000 y 5000. Son muy resistentes a la corrosión y tienen buena soldabilidad, por lo que se utilizan como estructuras marinas, cubiertas y aparatos de procesamiento químico.

Aleaciones termotratables:

•  El tratamiento de estas aleaciones con baño de solución también puede aportar resistencia. Algunos ejemplos son las series 2000, 6000 y 7000. Son resistentes, pero pueden ser difíciles de soldar, necesitando en algunos casos métodos especiales. Sus aplicaciones son el sector aeroespacial, la automoción y las estructuras.

2. Fundición de aleaciones de aluminio

En fundición de aluminio se realizan vertiendo aleación fundida en piezas de fundición. Son aplicables en las formas complejas que son difíciles de crear con procesos de forja. Las aleaciones de fundición pueden ser tratables térmicamente o no, y proporcionan un equilibrio uniforme de resistencia, resistencia a la corrosión y maquinabilidad. Los usos típicos incluyen bloques de motor, piezas de automóvil y maquinaria.

Es fundamental conocer la naturaleza de la aleación de aluminio a la hora de elegir el material adecuado para la soldadura, ya que es probable que influya en las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la calidad de las uniones.

Las aleaciones de aluminio más difíciles de soldar

Aleación 2024

Material Al-Cu de alta resistencia, utilizado en la industria aeroespacial y usos similares de alta tensión.

Desafíos:

• Tiende a ser susceptible a las grietas en caliente cuando se suelda.
• Requiere métodos y metales de aportación especiales.
• Debe ir seguido de un tratamiento térmico posterior a la soldadura para recuperar las propiedades mecánicas.

Aleación 2219

Características: Aleación Al-Cu de alta resistencia aplicable en componentes aeroespaciales y de cohetes.

Desafíos:

• Muy difícil de soldar, ya que podría agrietarse y deformarse.
• Y exige una gran destreza en el calentamiento y una soldadura perfecta.

Aleación 7075

Características: Aleación de Al-Zn-Mg-Cu de enorme resistencia que suele utilizarse en productos aeroespaciales y militares.

Desafíos:

• Mala soldabilidad; no deben soldarse convencionalmente.
• Muy susceptible a la corrosión bajo tensión.
• Normalmente se utilizan procesos de soldadura por fricción y agitación u otros procesos especiales.

Técnicas de soldadura del aluminio

Es imprescindible elegir el procedimiento de soldadura adecuado, al igual que lo es elegir la aleación adecuada. Los métodos de soldadura de aluminio más utilizados son:

• Soldadura TIG (GTAW): Se pueden producir soldaduras finas y limpias, pero es adecuado en materiales finos. Es habitual cuando se trata de aleaciones 1xxx, 5xxx y 6xxx.
• Soldadura MIG (GMAW): Ofrece tasas de deposición más rápidas, puede utilizarse con secciones más gruesas y suele ser el proceso de soldadura elegido en la industria para soldar aleaciones de aluminio de las series 5xxx y 6xxx.
• Metales de relleno: Es importante seleccionar el metal de aportación adecuado. Así, los metales de aportación 5356 son aplicables a las aleaciones 5xxx y 4043 a las 6xxx.
• Precalentamiento y postcalentamiento: Tratamiento: El precalentamiento evita los problemas asociados al choque térmico y al agrietamiento, sobre todo en componentes gruesos. Algunas aleaciones necesitan un envejecimiento artificial para recuperar su resistencia tras la soldadura.

Sugerencias prácticas para el soldeo de aleaciones de aluminio

Composiciones de la soldadura del aluminio El aluminio puede soldarse fácilmente, pero esta operación requiere una planificación y una técnica adicionales, ya que el aluminio tiene una alta conductividad térmica, tendencia a desarrollar capas de óxido y puede deformarse o fracturarse con facilidad. La aleación y la técnica adecuadas pueden mejorar considerablemente la resistencia de la soldadura y su calidad. A continuación se ofrecen sugerencias de trabajo:

1. Seleccione la aleación adecuada para el uso

• En entornos marinos, químicos y propensos a la corrosión: 5052, 5083 y 5754 son la elección perfecta.
• Fuerza moderada: 6061, 6063 se utilizan sobre todo en construcciones robustas.
• Para utilizar en decoración o como materiales poco resistentes: Se pueden utilizar 1100, 1350.
• Evite las aleaciones: como 2024, 2219 y 7075 a menos que se utilicen métodos especializados como la soldadura por fricción.

2. Elegir el proceso de soldadura adecuado

• TIG (GTAW): Es un proceso preciso y limpio y se utiliza a menudo cuando se trata de soldaduras de sección fina. Es el más adecuado para 5052, 5083, 6061 y 1100.
• Gas inerte metálico (GMAW): Utiliza el estándar industrial MIG (gas inerte metálico, o arco gas-metal). Se aplica más rápidamente cuando se requiere un metal más grueso; se utiliza habitualmente en aplicaciones industriales. Adecuado para 5052, 6061 y 5754.
• Soldadura por fricción (FSW): Esta técnica de soldadura es más productiva con las aleaciones de alta resistencia como 7075 y 2219, en las que no se sugiere la soldadura por fusión.

3. Preparación de la superficie

• Antes de proceder a la soldadura, limpie la superficie del óxido de aluminio con un cepillo de acero inoxidable o con un limpiador químico.
• Asegúrese de que la superficie no esté aceitosa ni húmeda; de lo contrario, el material podría ser poroso y tener enlaces débiles.

4. Regular la entrada de calefacción

• El aluminio conduce el calor demasiado rápido, por lo que el sobrecalentamiento provoca distorsión, quemaduras o resistencia.
• Reduzca al mínimo las pasadas de soldadura largas y los tamaños de electrodo inadecuados y utilice el precalentamiento (cuando sea necesario) para garantizar una distribución uniforme del calor.

5. Utilizar metales de aportación compatibles

• Para mantener la resistencia y evitar la corrosión, haga coincidir la aleación de relleno con el metal base.
• Algunas de las aleaciones de relleno más comunes son las aleaciones de relleno 4045, 5356 y 5556, dependiendo de la base del aluminio.

6. Tratamientos posteriores a la soldadura

• En el caso de las aleaciones que requieren tratamiento térmico, como la 6061 o la 2024, debe realizarse un tratamiento térmico posterior a la soldadura para restaurar las propiedades mecánicas.
• Puede obtenerse una mayor resistencia a la corrosión mediante anodizado u otros revestimientos protectores en entornos marinos u otros entornos corrosivos.

7. Minimizar la distorsión

• Las soldaduras escalonadas, la sujeción y la soldadura por puntos pueden ayudar a reducir el alabeo o la tensión.
• Se pueden utilizar barras de apoyo o placas refrigerantes para absorber el calor extra en las chapas finas.
• Estas útiles sugerencias garantizan una soldadura uniforme robusta, dura y resistente a la corrosión en aluminio, y reducen al mínimo la posibilidad de agrietamiento, malformación o colisión.

Conclusión

La soldadura de las aleaciones de aluminio requiere cierto equilibrio entre la selección del material, el procedimiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura para obtener uniones robustas, estables y resistentes a la corrosión. De la amplia variedad de aleaciones de aluminio disponibles, 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 y 1350 presentan las mejores características en cuanto a resistencia a la corrosión, ductilidad y facilidad de fabricación para ser soldadas con éxito. Este tipo de aleación es habitual en sectores como la industria naval, la automoción, la industria aeroespacial y la industria estructural debido a su resistencia de moderada a alta con buena soldabilidad. Por el contrario, en los extremos de mayor resistencia del espectro de aleaciones (2024, 2219 y 7075), las aleaciones de alta resistencia son especialmente difíciles de soldar porque son propensas al agrietamiento en caliente, la distorsión y la pérdida de propiedades de resistencia, lo que requiere métodos de soldadura especiales (soldadura por fricción y agitación, tratamiento térmico controlado) o tratamientos térmicos especiales.

Aspectos prácticos como la preparación de la superficie de unión, la temperatura, el uso de rellenos adecuados y los tratamientos posteriores a la soldadura son importantes para garantizar un uso óptimo de las estructuras soldadas de aluminio. Conociendo las propiedades, ventajas e inconvenientes de cada aleación, los ingenieros y fabricantes pueden tomar decisiones informadas que conducirán a una resistencia estructural adecuada y a una larga vida útil. Por último, si se selecciona la aleación de aluminio adecuada y se siguen los procedimientos de soldadura correctos, se puede garantizar una alta calidad y seguridad en la soldadura, aumentando la seguridad y la eficacia de todos los productos y aplicaciones industriales, arquitectónicas y tecnológicas.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuáles son las aleaciones de aluminio más fáciles de soldar?

Alloys 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 and 1350 are the easiest to weld. The alloys have good corrosion resistance, high ductility and have very little chance of cracking during welding making the use of the alloy suitable in the majority of industrial and structural applications.

2. ¿Por qué algunas aleaciones de aluminio son difíciles de soldar?

Alloys like 2024, 2219, 7075 are hard to weld due to the high strength and that it can be heat treated, that they have a tendency to develop hot cracking, distortion and these are some of the risks they face during the conventional fusion welding process, the ability to lose its mechanical properties. Special joining processes, such as friction stir welding are also usually necessary to produce strong and defect-free joints.

3. ¿Cuáles son las mejores prácticas en fuentes de soldadura de aluminio?

Best practices involve how to clean the surface properly to remove the oxide layers, careful control of the heat input, types of filler metals as compatible with each other, clamping or tack welding, to minimize any distortion, and any post-weld treatment such as heat treatment or protective coating. These practices effectively result in high, strong, and durable welds and anti-corrosion.