Procedimientos de soldadura en el procesamiento de aluminio

Coches eléctricos, vehículos híbridos, modernos sistemas de transporte para el tráfico de mercancías: el futuro pertenece a la electromovilidad. Más funciones del producto significan más componentes electrónicos, lo que a su vez significa más peso para los diseños. Por otro lado, están las normas legales para reducir las emisiones, que a menudo sólo pueden cumplirse reduciendo el peso. Una solución es el uso de materiales ligeros para la construcción de sistemas de transporte modernos, como el aluminio. Pero el aluminio tiende a ser un poco "especial". Se necesitan requisitos previos y equipos de soldadura muy específicos para soldar correctamente las aleaciones de aluminio. La seguridad del proceso es una prioridad absoluta en el procesamiento del aluminio.

Las aleaciones de aluminio son los metales ligeros más utilizados debido a su baja densidad y alta resistencia. Especialmente en la construcción de vehículos y en la construcción de instalaciones. Sin embargo, el procesamiento del aluminio se complica por sus propiedades físicas.

Con la preparación del material y el equipo de soldadura adecuados, el aluminio se puede soldar bien. Este artículo trata sobre:

• El potencial del aluminio como material
• Los procesos de soldadura adecuados en el procesamiento de aluminio
• Los desafíos en el procesamiento
• Enfoques de soluciones para una mayor seguridad de los procesos
• y una mirada al futuro del aluminio y sus aleaciones

Aluminio: El gran potencial

Podemos encontrar aluminio en todas partes de nuestra vida diaria. Su versatilidad y durabilidad hacen del aluminio una parte integral de, por ejemplo, ventanas, puertas, sistemas de techos y paredes, pasamanos, sistemas fotovoltaicos, fachadas y estructuras de soporte. El aluminio también se utiliza, entre otros, en intercambiadores de calor, sistemas de energía solar y eólica y en todo el sector de la construcción. Un sector en fuerte crecimiento es la industria del transporte y el tráfico. Allí, las aleaciones de aluminio se utilizan en intercambiadores de calor, ruedas, motores, capós y carrocerías.

El aluminio pertenece a los metales comunes y rara vez se encuentra en su forma pura. El aluminio puro tiene poca resistencia. Sin embargo, para obtener la resistencia deseada en construcciones metálicas ligeras, como por ejemplo en la construcción de vehículos, el aluminio requiere componentes de aleación adicionales. Se logran altas resistencias del aluminio (Al) utilizando zinc (Zn), magnesio (Mg) y cobre (Cu). Se consiguen resistencias medias con manganeso (Mn) y silicio (Si) como elementos de aleación.

En comparación con el hierro (Fe), el aluminio tiene una menor densidad, una mayor capacidad térmica y una mayor conductividad térmica:

Su baja densidad y alta resistencia combinadas con su bajo peso hacen de las aleaciones de aluminio un material de calidad interesante para muchas industrias. Sin embargo, el procesamiento del aluminio, como la soldadura, requiere un amplio conocimiento del proceso.

Desafíos en la soldadura de aluminio

Si alguna vez ha soldado aluminio manualmente, probablemente recuerde su primer intento. Tal vez su soldadura estaba llena de poros o grietas o había un agujero en su lámina de metal.

Las razones de esto son:

• Los diferentes puntos de fusión del aluminio y el óxido de aluminio
• La alta solubilidad del hidrógeno en aluminio líquido y la baja solubilidad del hidrógeno en aluminio sólido
  
  

Procesamiento de aluminio

Al procesar aluminio, el conocimiento de la ciencia de los materiales es un requisito básico.

Una propiedad del aluminio es que este metal forma inmediatamente una capa de óxido de aluminio al entrar en contacto con el oxígeno. A 2050 °C, el óxido de aluminio tiene una temperatura de fusión mucho más alta que el aluminio a 660 °C. Esta propiedad provoca problemas en el acoplamiento de energía y procesos de soldadura inestables: el arco voltaico acopla energía al material. El material base de aluminio debajo de la capa de óxido ya está líquido, mientras que la capa de óxido aún es sólida. La capa de óxido se rompe esporádicamente y flota como pequeñas "islas" sobre el aluminio líquido. Esto conduce a un salto parcial del arco hacia adelante y hacia atrás.

La alta solubilidad del hidrógeno líquido y la baja solubilidad en hidrógeno sólido provocan la formación de poros y grietas calientes: durante el proceso de soldadura, el hidrógeno existente (p. ej. de superficies contaminadas) se disuelve en el aluminio líquido. Tan pronto como el baño de soldadura se solidifica, la solubilidad del hidrógeno cae bruscamente. Esto hace que el hidrógeno se extraiga y literalmente se forme una bola en los poros y en los nidos de poros.

Además, debido a la alta conductividad del aluminio, durante la soldadura se debe generar un elevado aporte de calor, lo que a su vez supone una gran carga para el equipo de soldadura utilizado.

Están disponibles las siguientes soluciones:

Preparación para soldar aluminio

Una buena preparación es la mitad de la batalla cuando se trata de soldar aluminio. Es fundamental que todos los componentes de aluminio, así como los metales de aporte utilizados, estén absolutamente limpios y secos. Por lo tanto, los componentes y el alambre de soldadura también deben almacenarse el menor tiempo posible antes de su uso para evitar la formación de óxido.

En la construcción de automóviles, las láminas de aluminio incluso reciben recubrimientos especiales que impiden el crecimiento incontrolado de óxidos. En el sector aeroespacial, las láminas de aluminio se lavan con ácido antes de soldar. En otras industrias se utiliza la limpieza mecánica mediante cepillado para eliminar la capa de óxido. Para reducir el contenido de oxígeno, se recomiendan diámetros de alambre más grandes para el metal de aporte, lo que minimiza el área de superficie.

Procedimientos y equipos de soldadura

El aluminio se puede procesar con todos los métodos habituales de soldadura térmica. Estos son:

• MIG
• TIG
• Plasma
• Laser
• Láser híbrido MIG

Las primeras soldaduras de aluminio se realizaron mediante el proceso TIG. En este proceso se "chorrea" o elimina la capa de óxido con la media onda positiva y la penetración de la fusión se consigue con la media onda negativa.

Principio del proceso y condiciones de penetración para la soldadura TIG

Soldadura TIG de láminas de aluminio de cerca

Las diferentes formas de eliminar o romper la capa de óxido del aluminio se describen con más detalle en el artículo "Cómo soldar correctamente el aluminio".

Las láminas de aluminio más gruesas también se pueden procesar mediante soldadura por plasma. Funciona tanto con corriente continua como con corriente alterna. En comparación con la soldadura TIG, la soldadura por plasma alcanza velocidades de soldadura más altas. Otra ventaja es la calidad superficial aún mejor del cordón de soldadura.

Principio de la soldadura por plasma

Además de la soldadura por plasma, con la soldadura MIG también se puede conseguir una mayor velocidad de soldadura. La razón: en la soldadura MIG, la velocidad de fusión del metal es mayor que en la soldadura TIG. Sin embargo, si la velocidad es demasiado alta, existe la posibilidad de que el hidrógeno del metal líquido no pueda escapar antes de la solidificación. El resultado es la formación de poros y, por tanto, una reducción de la calidad del producto.

La soldadura por pulsos, la soldadura por corriente alterna y los procesos de arco corto modificado también se utilizan para soldar láminas delgadas.

Principio del proceso de soldadura MIG con doble circuito de enfriamiento

Debido al elevado aporte de calor, que también se debe a los reflejos en la superficie de la pieza, se recomienda altamente usar antorchas de soldadura con doble circuito de enfriamiento o refrigeración. Además, enfrían la antorcha y garantizan una mayor vida útil de las piezas de desgaste.

Ejemplos de soldadura de láminas delgadas de aleaciones de AlMg con corriente alterna en el proceso MIG

Soldadura MIG manual

Dado que el alambre de aluminio es un material de aporte muy sensible, son importantes los sistemas de alimentación de alambre que generen la menor fricción posible y garanticen una alimentación uniforme del alambre. Lo mismo se aplica a los alambres de soldadura de otros materiales, que son más difíciles de alimentar cuanto más finos son. El Sistema de Alimentación MFS-V3.1 de ABICOR BINZEL es uno de esos sistemas porque garantiza una alimentación de alambre uniforme y constante tanto para soldadura con protección de gas como para unión por láser.

El completo Sistema de Alimentación MFS-V3.1 para soldadura láser y soldadura dura por láser

El sistema modular de alimentación maestra MFS-V3.1. tiene como componentes principales dos alimentadores de alambre perfectamente adaptados. Este sistema de alimentación de alambre alimenta alambres de diferentes materiales. Su campo de aplicación incluye los procesos de soldadura MIG, TIG, plasma y láser.

La soldadura láser se ha convertido en un proceso indispensable, especialmente en la industria automotriz, donde la velocidad y la precisión cuentan. En el proceso híbrido láser MIG se combinan los procesos de soldadura por láser y por arco. Esto significa que un rayo láser enfocado incide sobre el cordón a soldar al mismo tiempo que el arco voltaico del proceso de soldadura MIG. Este es un proceso muy estable que produce una alta tasa de deposición y una alta eficiencia térmica.

Principio del proceso híbrido láser MIG

¿El aluminio tiene futuro?

En la construcción de vehículos, el aluminio resuelve la demanda general de reducción de peso y al mismo tiempo aumenta la eficiencia. Según informes de los medios, Volvo y Tesla, por ejemplo, producirán componentes de carrocería completos para la próxima generación de vehículos eléctricos mediante el proceso de fundición a presión de aluminio.

Uso del aluminio en carrocerías de vehículos hasta 2030. Las cantidades mostradas representan millones de toneladas de aluminio por cada año mostrado. (Fuente: Statista)

El procesamiento del aluminio presenta algunos desafíos en la soldadura. Sin embargo, con conocimiento del proceso, una buena preparación de la soldadura y el uso de equipos adecuados como antorchas, alimentadores de alambre y robots de soldadura, se puede dominar bien este material. Las aleaciones de aluminio ofrecen un enorme potencial para la construcción ligera.

Si desea obtener más información sobre la soldadura de aluminio, le recomendamos el artículo "Cómo soldar aluminio correctamente".

No dude en ponerse en contacto conmigo si tiene preguntas o si desea saber más sobre los diferentes procesos de soldadura.

¡Feliz soldadura!