Prevención de malas soldaduras de aluminio: desde la preparación de la superficie hasta el acabado

Ahora hay disponibles aplicadores de rociado que recubren las superficies de las boquillas de soldadura y evitan la adherencia de salpicaduras y las obstrucciones de las boquillas. Esto permite que los gases de protección fluyan libremente y que el alambre se alimente uniformemente, evitando malas soldaduras de metal. En comparación con los productos comunes a base de gel, se ha demostrado que estas aplicaciones duran más y reducen los reemplazos de boquillas, los costos de tratamiento y los costos de mano de obra para la eliminación de salpicaduras.

Como ocurre con todos los materiales, el aluminio, el "metal con alas", tiene ventajas y desventajas.

La alta relación resistencia-peso del aluminio lo ha convertido durante mucho tiempo en una opción obvia en los sectores automotriz y aeroespacial, principalmente porque es liviano y resistente a la corrosión. Aunque el aluminio no es el más fuerte de los metales, alearlo con otros metales, como cobre, magnesio, estaño y zinc, ayuda a aumentar su resistencia, durabilidad y masa.

Las aleaciones de aluminio son fáciles de trabajar pero, como con cualquier material de fabricación, existen ventajas y desventajas. Por un lado, los productos de fundición de aluminio tienen un costo relativamente bajo debido al bajo punto de fusión del aluminio. Por otro lado, tienen resistencias a la tracción más bajas. Además, las aleaciones de aluminio se deformarán a altas temperaturas. Tienen límites de fatiga más bajos que el acero y se debilitan con la tensión repetida, razón por la cual las aleaciones de aluminio rara vez se utilizan en aplicaciones de alta tolerancia a la fatiga, como vigas en la construcción de edificios y vías férreas.

Si bien los beneficios industriales del aluminio son impresionantes (más allá de los beneficios mencionados anteriormente, es reciclable, duradero de grado militar y eficiente en energía), puede plantear desafíos únicos para los trabajadores metalúrgicos.

En términos de problemas previos o posteriores a la soldadura, el aluminio comparte algo en común con el acero, pero no siempre. El aluminio conduce el calor seis veces más rápido que el acero y tiene un punto de fusión bajo, lo que lo hace muy susceptible a deformaciones y quemaduras. El alambre de aluminio tiene una resistencia a la tracción relativamente baja, lo que puede plantear problemas de alimentación del alambre y provocar defectos de soldadura si no se utiliza el equipo correcto. Los defectos comunes de soldadura de aluminio son salpicaduras, porosidad, agrietamiento y falta de fusión.

La porosidad ocurre cuando el hidrógeno ingresa al baño de soldadura durante la fusión y luego queda atrapado en la soldadura durante la solidificación. El gas de protección protegerá un baño de soldadura fundido de la atmósfera circundante, que puede contaminar la soldadura, pero se deben seguir otras mejores prácticas, como tasas de flujo de gas y ciclos de purga correctos. También se debe considerar el uso de gases con un punto de rocío bajo.

Las salpicaduras de soldadura, o escoria, son gotas de metal fundido o materiales no metálicos que salpican durante el proceso de soldadura. Estos diminutos fragmentos de material caliente pueden adherirse al material base y a cualquier material metálico circundante. Las principales causas de estas imperfecciones suelen ser una mala preparación de la superficie y una configuración incorrecta del equipo. Para los trabajadores metalúrgicos, las salpicaduras, que generalmente son causadas por una perturbación en el baño de soldadura, son una molestia innecesaria y costosa.

Si no se sigue una serie de mejores prácticas, la presencia de obscenidades, especialmente durante la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), es casi inevitable cuando se suelda aluminio. Todas las soldaduras, ya sean producidas por GTAW o soldadura por arco metálico con gas (GMAW), deben ser brillantes y relucientes. La obscenidad es negra, razón por la cual muchos soldadores asumen que es carbón o un contaminante de hollín. De hecho, los análisis de rayos X han demostrado que la soldadura obscura es una combinación de aluminio y magnesio.

La decoloración y la obscuridad ocurren cuando los óxidos de aluminio o magnesio se acumulan en el material base y se sueldan. Como los puntos de ebullición del aluminio y el magnesio son más bajos que las temperaturas de un arco de soldadura, el aluminio y el magnesio en el metal de aporte de la soldadura en realidad se evaporan durante la soldadura y se condensan en el metal base más frío si no se protegen adecuadamente con gas de protección.

¿Por qué se agrietan las soldaduras de aluminio?

En lo que se refiere a la limpieza de aluminio, se ha dejado de utilizar los cepillos de alambre tradicionales y las soluciones de limpieza química agresiva. Hoy en día es posible utilizar tecnologías electroquímicas eficientes y respetuosas con el medio ambiente. Estos dispositivos no dañarán las superficies de acero inoxidable y algunos utilizan una solución electrolítica de pH neutro, que se bombea directamente a la superficie que se está limpiando, y el control dinámico de la corriente eléctrica evita la formación de micropicaduras en las superficies soldadas.

El "craqueo en caliente" es una cuestión de química. El estrés o "fisuración en frío" es el resultado de esfuerzos mecánicos. Ya sea grande o pequeña, una fisura es un defecto que podría conducir a una inspección de soldadura fallida porque, con el tiempo, una fisura puede provocar la falla de la soldadura. La prevención del agrietamiento en caliente es posible mediante el uso de metales de aporte de alta calidad con menor sensibilidad al agrietamiento. El agrietamiento en frío (durante el enfriamiento de la soldadura) puede ocurrir un día después de la soldadura, generalmente debido al hidrógeno atrapado en la soldadura a través del baño de soldadura. Si hay tensiones de contracción excesivas durante la solidificación causadas por un perfil de cordón cóncavo, una velocidad de desplazamiento demasiado lenta o una depresión en el extremo de la soldadura (fisura de cráter), surgirán fisuras por tensión.

El quemado se produce al aplicar demasiado calor al aluminio y quemar un espacio en él. Dado que la soldadura requiere suficiente calor para fusionar los metales correctamente, el quemado se produce cuando un soldador no logra equilibrar el calor y la velocidad. Para evitar que el GTAW de aluminio se queme, el operador debe soldar a un amperaje bajo con una punta larga en el electrodo. Con GMAW, el soldador debe usar una pistola que pulsa (esta es una buena práctica para aluminio de 1/8 de pulgada o más delgado). Los pulsos eléctricos proporcionan suficiente calefacción y refrigeración a intervalos adecuados para evitar quemaduras. Si se suelda aluminio grueso, el amperaje debe configurarse lo suficientemente alto para penetrar la junta de soldadura adecuadamente: por ejemplo, 250 amperios para soldar ¼ de pulgada. material de espesor y 350 amperios para soldar material de ½ pulgada de espesor. Se podría agregar helio a la mezcla de gas de protección, ya que proporciona un arco más caliente y penetrante en secciones más gruesas.

La falta de fusión, o "lapeado en frío", es un defecto común en las soldaduras de aluminio y, a menudo, es causado por la presencia de óxido de aluminio (que es insoluble en aluminio fundido) en las superficies soldadas. Una mala técnica de soldadura también puede evitar la fusión. Esto ocurre cuando el voltaje o la velocidad de alimentación del alambre es demasiado bajo o si la velocidad de desplazamiento de la soldadora es demasiado rápida. Debido a que el aluminio conduce el calor más rápido que el acero, es propenso a la falta de fusión al comienzo de una soldadura hasta que se le aplica suficiente energía. Algunos equipos de soldadura abordan esto automáticamente aumentando la corriente al comienzo de una soldadura y luego reduciéndola para evitar la acumulación de calor. Una junta de soldadura demasiado ancha también puede evitar la fusión, pero se puede resolver estrechando la junta o dirigiendo el arco de soldadura hacia la pared lateral de la placa base.

Las tecnologías de revestimiento cerámico se encuentran entre las últimas herramientas en el arsenal de los trabajadores del metal del aluminio. Al igual que con el acero, las salpicaduras de soldadura pueden ser problemáticas en las soldaduras de aluminio. Si las salpicaduras calientes se fusionan con las boquillas y puntas de soldadura, la obstrucción resultante impide que el gas de protección fluya libremente. Un flujo de gas deficiente puede causar porosidad, soldaduras inconsistentes o soldaduras que requieren una reelaboración completa.

Ahora hay disponibles aplicadores de rociado que recubren las superficies de las boquillas de soldadura y evitan la adherencia de salpicaduras y las obstrucciones de las boquillas. Esto permite que los gases de protección fluyan libremente y que el alambre se alimente uniformemente. En comparación con los productos comunes a base de gel, se ha demostrado que estas aplicaciones duran más y reducen los reemplazos de boquillas, los costos de tratamiento y los costos de mano de obra para la eliminación de salpicaduras.

Más allá de las boquillas de la antorcha, las piezas de trabajo también se pueden proteger de las salpicaduras para garantizar no solo soldaduras limpias, sino también eliminar costosas reelaboraciones. Las emulsiones antisalpicaduras protegen las piezas de trabajo de las salpicaduras. Compatible con aluminio, acero inoxidable y acero, una de esas emulsiones está diseñada para ayudar a los soldadores a lograr soldaduras sin porosidad y ayudar a prevenir el agrietamiento de la soldadura. No contiene VOC, no contiene solventes, no contiene silicona y es biodegradable. Fundamentalmente, la emulsión se retrae en presencia de calor, dejando las áreas de soldadura libres de líquido.

Aunque las tecnologías de revestimiento cerámico y las emulsiones antisalpicaduras son muy eficaces, existen otras medidas para optimizar las condiciones de trabajo del aluminio. No se puede subestimar el valor de la limpieza del aluminio antes de la soldadura. El mal gas de protección o el cable defectuoso pueden causar porosidad, pero también la falta de limpieza previa a la soldadura. Entran en juego dos pasos: primero, es crucial eliminar todos los aceites, grasas, lubricantes, solventes y otros hidrocarburos del material base en el área de soldadura de aluminio. Estos contaminantes contienen hidrógeno. Si entran en el arco de soldadura, provocan porosidad en la soldadura.

Los desengrasantes premium eliminan los contaminantes del área de soldadura y algunos de ellos están especialmente diseñados para aluminio y otras aleaciones sensibles. Algunos son biodegradables, lo que significa que no hay costo adicional por desecharlos.

En segundo lugar, es importante eliminar los óxidos de cualquier superficie soldable. Esto se puede hacer con un cepillo eléctrico de acero inoxidable con cerdas finas, pero se debe usar un toque ligero: la presión excesiva en realidad pulirá los óxidos y los conducirá hacia la superficie de aluminio.

También deben abordarse los problemas posteriores a la soldadura, como la decoloración, la suciedad de la soldadura y el tinte térmico en las zonas afectadas por el calor.

En lo que se refiere a la limpieza de aluminio, se ha dejado de utilizar los cepillos de alambre tradicionales y las soluciones de limpieza química agresiva. Los cepillos de alambre son rápidos pero pueden rayar el aluminio y alterar los acabados. Los productos químicos fuertes (pastas decapantes) pueden limpiar las soldaduras pero, dependiendo de su tipo, pueden causar daños en la superficie. Los peligros para la salud y los costosos problemas de eliminación también entran en juego.

Hoy en día es posible utilizar tecnologías electroquímicas eficientes y respetuosas con el medio ambiente. Estos dispositivos no dañarán las superficies de aluminio o acero inoxidable, y algunos usan una solución electrolítica de pH neutro, bombeada directamente a la superficie que se está limpiando, y el control dinámico de la corriente eléctrica evita la formación de micropicaduras en las superficies soldadas. Puede procesar metales a alrededor de 3 a 5 pies por minuto, según la aplicación.

En comparación, el decapado involucra soluciones ácidas fuertes de ácidos nítrico y fluorhídrico. Los soldadores deben aplicar la pasta, esperar una hora para que funcione y luego enjuagar el metal. Las costosas medidas de cumplimiento ambiental entran en juego si se requieren técnicas especiales de eliminación de aguas residuales, que generalmente son con ácidos tóxicos. Algunos fabricantes pagan hasta $8 por litro para desechar la pasta decapante y los líquidos asociados.

Cuando se trata de mezclar o terminar aleaciones de aluminio, los talleres deben tener en cuenta la productividad y la seguridad.

Durante el esmerilado o corte de aluminio, es importante utilizar equipos de alto rendimiento que no agreguen pasos innecesarios al trabajo. Los talleres querrán usar ruedas de esmeril y corte que no se obstruyan ni vidrien al trabajar con aluminio y otros metales no ferrosos. También quieren asegurarse de que las ruedas duren a través de aplicaciones repetidas.

Trabajar con aleaciones de aluminio puede generar todo tipo de desafíos en el taller, ya sea antes o después de la soldadura. Para los fabricantes que buscan prevenir defectos de soldadura, hay herramientas innovadoras disponibles. Para los trabajadores metalúrgicos que buscan métodos seguros y eficientes para eliminar el tinte térmico y la decoloración de GMAW, GTAW y soldaduras por puntos, las tecnologías de pulido y limpieza electroquímica ofrecen enfoques sobresalientes para corregir los defectos de soldadura de una manera respetuosa con el medio ambiente.

En términos de corte, mezcla y pulido de aleaciones de aluminio, las tecnologías continúan avanzando más cada año. Un fabricante debe consultar a su proveedor sobre cómo se puede hacer que el taller sea más eficiente con las herramientas adecuadas.

Jonathan Douville, ing., Eng., PMP, es gerente sénior de productos, R&D International, en Walter Surface Technologies, 5977 TransCanada Highway West, Pointe-Claire, Que., H9R 1C1, 514-630-2800, www.walter.com /es. Imágenes cortesía de Walter Surface Technologies.