Con el crecimiento del aluminio dentro de la industria de fabricación de soldadura y su aceptación como una excelente alternativa al acero para muchas aplicaciones, existen requisitos cada vez mayores para que quienes participan en el desarrollo de proyectos de aluminio se familiaricen más con este grupo de materiales. Para comprender completamente el aluminio, es aconsejable comenzar por familiarizarse con el sistema de identificación/designación del aluminio, las numerosas aleaciones de aluminio disponibles y sus características.

El sistema de designación y temperamento de aleación de aluminio- En Norteamérica, The Aluminium Association Inc. es responsable de la asignación y registro de aleaciones de aluminio. Actualmente hay más de 400 aluminio forjado y aleaciones de aluminio forjado y más de 200 aleaciones de aluminio en forma de piezas fundidas y lingotes registradas en la Asociación del Aluminio. Los límites de composición química de las aleaciones para todas estas aleaciones registradas están contenidos en el documento de la Asociación del Aluminio.Libro verde azuladotitulado “Designaciones internacionales de aleaciones y límites de composición química para aluminio forjado y aleaciones de aluminio forjado” y en susLibro rosatitulado “Designaciones y límites de composición química para aleaciones de aluminio en forma de piezas fundidas y lingotes. Estas publicaciones pueden ser extremadamente útiles para el ingeniero de soldadura cuando desarrolla procedimientos de soldadura y cuando la consideración de la química y su asociación con la sensibilidad a las grietas es importante.

Las aleaciones de aluminio se pueden clasificar en varios grupos según las características particulares del material, como su capacidad para responder al tratamiento térmico y mecánico y el elemento de aleación primario agregado a la aleación de aluminio. Cuando consideramos el sistema de numeración/identificación utilizado para las aleaciones de aluminio, se identifican las características anteriores. Los aluminios forjados y fundidos tienen diferentes sistemas de identificación. El sistema de forjado es un sistema de 4 dígitos y las piezas fundidas un sistema de 3 dígitos y 1 decimal.

Sistema de designación de aleaciones forjadas- Primero consideraremos el sistema de identificación de aleación de aluminio forjado de 4 dígitos. El primer dígito (Xxxx) indica el elemento de aleación principal que se ha añadido a la aleación de aluminio y se utiliza a menudo para describir la serie de aleación de aluminio, es decir, series 1000, series 2000, series 3000 y hasta series 8000 (consulte la tabla 1).

El segundo dígito (xXxx), si es diferente de 0, indica una modificación de la aleación específica, y el tercer y cuarto dígitos (xxXX) son números arbitrarios dados para identificar una aleación específica en la serie. Ejemplo: En la aleación 5183, el número 5 indica que es de la serie de aleación de magnesio, el 1 indica que es la 1^stmodificación a la aleación original 5083, y el 83 lo identifica en la serie 5xxx.

La única excepción a este sistema de numeración de aleaciones son las aleaciones de aluminio de la serie 1xxx (aluminios puros), en cuyo caso los últimos 2 dígitos proporcionan el porcentaje mínimo de aluminio por encima del 99%, es decir, Aleación 13.(50)(99,50% mínimo aluminio).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADO

Tabla 1

Designación de aleación fundida- El sistema de designación de aleaciones fundidas se basa en una designación decimal de más de 3 dígitos xxx.x (es decir, 356,0). El primer dígito (Xxx.x) indica el principal elemento de aleación que se ha añadido a la aleación de aluminio (ver tabla 2).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDO

Tabla 2

El segundo y tercer dígito (xXX.x) son números arbitrarios dados para identificar una aleación específica en la serie. El número que sigue al punto decimal indica si la aleación es una pieza fundida (.0) o un lingote (.1 o .2). Un prefijo de letra mayúscula indica una modificación de una aleación específica.
Ejemplo: Aleación – A356.0 la capital A (Axxx.x) indica una modificación de la aleación 356.0. El número 3 (A3xx.x) indica que es de la serie silicio más cobre y/o magnesio. El 56 en (Hacha56.0) identifica la aleación dentro de la serie 3xx.x, y el .0 (Axxx.0) indica que se trata de una pieza fundida de forma final y no de un lingote.

El sistema de designación del temperamento del aluminio:Si consideramos las diferentes series de aleaciones de aluminio, veremos que existen diferencias considerables en sus características y consecuente aplicación. El primer punto a reconocer, después de entender el sistema de identificación, es que existen dos tipos de aluminio claramente diferentes dentro de la serie mencionada anteriormente. Estas son las aleaciones de aluminio tratables térmicamente (aquellas que pueden ganar resistencia mediante la adición de calor) y las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente. Esta distinción es particularmente importante cuando se consideran los efectos de la soldadura por arco en estos dos tipos de materiales.

Las aleaciones de aluminio forjado de las series 1xxx, 3xxx y 5xxx no se pueden tratar térmicamente y solo se pueden endurecer por deformación. Las aleaciones de aluminio forjado de las series 2xxx, 6xxx y 7xxx son tratables térmicamente y la serie 4xxx consta de aleaciones tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones fundidas de las series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.xy 7xx.x son tratables térmicamente. El endurecimiento por deformación generalmente no se aplica a las piezas fundidas.

Las aleaciones tratables térmicamente adquieren sus propiedades mecánicas óptimas mediante un proceso de tratamiento térmico, siendo los tratamientos térmicos más comunes el Tratamiento Térmico en Solución y el Envejecimiento Artificial. El tratamiento térmico de solución es el proceso de calentar la aleación a una temperatura elevada (alrededor de 990 grados F) para poner los elementos o compuestos de aleación en solución. A esto le sigue un enfriamiento rápido, generalmente en agua, para producir una solución sobresaturada a temperatura ambiente. El tratamiento térmico de la solución suele ir seguido del envejecimiento. El envejecimiento es la precipitación de una parte de los elementos o compuestos de una solución sobresaturada para producir propiedades deseables.

Las aleaciones no tratables térmicamente adquieren sus propiedades mecánicas óptimas mediante endurecimiento por deformación. El endurecimiento por deformación es el método para aumentar la resistencia mediante la aplicación de trabajo en frío. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

LAS DESIGNACIONES BÁSICAS DEL TEMPLO

Tabla 3

Además de la designación del temple básico, hay dos categorías de subdivisión, una que aborda el temple “H” – endurecimiento por deformación y la otra que aborda el temple “T” – designación de tratado térmicamente.

Subdivisiones del temple H: endurecido por deformación

El primer dígito después de la H indica una operación básica:
H1– Sólo endurecido por deformación.
H2– Endurecido por deformación y parcialmente recocido.
H3– Endurecido y Estabilizado por Deformación.
H4– Endurecido por deformación y Lacado o Pintado.

El segundo dígito después de la H indica el grado de endurecimiento por deformación:
HX2– Cuarto duro HX4– HX medio duro6– Tres cuartos duros
HX8– HX duro completo9– Extraduro

Subdivisiones de T Temper – Tratado Térmicamente

T1- Envejecido naturalmente después del enfriamiento de un proceso de conformación a temperatura elevada, como la extrusión.
T2- Trabajado en frío después de enfriarlo a partir de un proceso de conformación a temperatura elevada y luego envejecido de forma natural.
T3- Solución tratada térmicamente, trabajada en frío y envejecida de forma natural.
T4- Solución tratada térmicamente y envejecida naturalmente.
T5- Envejecido artificialmente después del enfriamiento de un proceso de conformación a temperatura elevada.
T6- Solución tratada térmicamente y envejecida artificialmente.
T7- Solución termotratada y estabilizada (sobreenvejecida).
T8- Solución tratada térmicamente, trabajada en frío y envejecida artificialmente.
T9- Solución tratada térmicamente, envejecida artificialmente y trabajada en frío.
T10- Trabajado en frío después de enfriar a partir de un proceso de conformación a temperatura elevada y luego envejecido artificialmente.

Los dígitos adicionales indican alivio del estrés.
Ejemplos:
TX51o TXX51– Estrés aliviado mediante estiramientos.
TX52o TXX52– Alivia el estrés al comprimir.

Aleaciones de aluminio y sus características.- Si consideramos las siete series de aleaciones forjadas de aluminio, apreciaremos sus diferencias y entenderemos sus aplicaciones y características.

Aleaciones de la serie 1xxx– (no tratable térmicamente, con una resistencia máxima a la tracción de 10 a 27 ksi). Esta serie a menudo se denomina serie de aluminio puro porque se requiere que tenga un mínimo de 99,0 % de aluminio. Son soldables. Sin embargo, debido a su estrecho rango de fusión, requieren ciertas consideraciones para producir procedimientos de soldadura aceptables. Cuando se consideran para la fabricación, estas aleaciones se seleccionan principalmente por su resistencia superior a la corrosión, como en tanques y tuberías de productos químicos especializados, o por su excelente conductividad eléctrica, como en aplicaciones de barras colectoras. Estas aleaciones tienen propiedades mecánicas relativamente pobres y rara vez se considerarían para aplicaciones estructurales generales. Estas aleaciones base a menudo se sueldan con material de relleno correspondiente o con aleaciones de relleno 4xxx, según los requisitos de aplicación y rendimiento.

Aleaciones de la serie 2xxx– (tratables térmicamente, con una resistencia máxima a la tracción de 27 a 62 ksi) son aleaciones de aluminio/cobre (adiciones de cobre que van del 0,7 al 6,8%) y son aleaciones de alta resistencia y alto rendimiento que se utilizan a menudo para aplicaciones aeroespaciales y aeronáuticas. Tienen una excelente resistencia en un amplio rango de temperaturas. Algunas de estas aleaciones se consideran no soldables mediante los procesos de soldadura por arco debido a su susceptibilidad al agrietamiento en caliente y al agrietamiento por corrosión bajo tensión; sin embargo, otros se sueldan con arco con mucho éxito con los procedimientos de soldadura correctos. Estos materiales base suelen soldarse con aleaciones de relleno de la serie 2xxx de alta resistencia diseñadas para igualar su rendimiento, pero a veces se pueden soldar con rellenos de la serie 4xxx que contienen silicio o silicio y cobre, dependiendo de la aplicación y los requisitos de servicio.

Aleaciones de la serie 3xxx– (no tratables térmicamente – con resistencia máxima a la tracción de 16 a 41 ksi) Estas son aleaciones de aluminio/manganeso (adiciones de manganeso que van del 0,05 al 1,8%) y tienen una resistencia moderada, buena resistencia a la corrosión, buena formabilidad y son adecuadas. para uso a temperaturas elevadas. Uno de sus primeros usos fueron ollas y sartenes, y hoy en día son el componente principal de los intercambiadores de calor en vehículos y centrales eléctricas. Sin embargo, su resistencia moderada a menudo impide su consideración para aplicaciones estructurales. Estas aleaciones base se sueldan con aleaciones de relleno de las series 1xxx, 4xxx y 5xxx, según su química específica y sus requisitos particulares de aplicación y servicio.

Aleaciones de la serie 4xxx– (tratables térmicamente y no tratables térmicamente – con resistencia máxima a la tracción de 25 a 55 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio/silicio (adiciones de silicio que van del 0,6 al 21,5%) y son las únicas series que contienen tanto tratables térmicamente como no tratables térmicamente. aleaciones tratables térmicamente. El silicio, cuando se añade al aluminio, reduce su punto de fusión y mejora su fluidez cuando se funde. Estas características son deseables para los materiales de relleno utilizados tanto para soldadura por fusión como para soldadura fuerte. Por consiguiente, esta serie de aleaciones se encuentra predominantemente como material de aportación. El silicio, independientemente del aluminio, no se puede tratar térmicamente; sin embargo, varias de estas aleaciones de silicio se han diseñado para tener adiciones de magnesio o cobre, lo que les proporciona la capacidad de responder favorablemente al tratamiento térmico en solución. Normalmente, estas aleaciones de relleno tratables térmicamente se utilizan sólo cuando un componente soldado se va a someter a tratamientos térmicos posteriores a la soldadura.

Aleaciones de la serie 5xxx– (no tratables térmicamente – con resistencia máxima a la tracción de 18 a 51 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio/magnesio (adiciones de magnesio que van del 0,2 al 6,2%) y tienen la mayor resistencia de las aleaciones no tratables térmicamente. Además, esta serie de aleaciones es fácilmente soldable y, por estos motivos, se utiliza para una amplia variedad de aplicaciones como construcción naval, transporte, recipientes a presión, puentes y edificios. Las aleaciones a base de magnesio a menudo se sueldan con aleaciones de relleno, que se seleccionan después de considerar el contenido de magnesio del material base y las condiciones de aplicación y servicio del componente soldado. Las aleaciones de esta serie con más de 3,0% de magnesio no se recomiendan para servicios a temperaturas elevadas superiores a 150 grados F debido a su potencial de sensibilización y susceptibilidad posterior al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Las aleaciones base con menos de aproximadamente 2,5% de magnesio a menudo se sueldan exitosamente con las aleaciones de relleno de las series 5xxx o 4xxx. La aleación base 5052 se reconoce generalmente como la aleación base con contenido máximo de magnesio que se puede soldar con una aleación de relleno de la serie 4xxx. Debido a los problemas asociados con la fusión eutéctica y las malas propiedades mecánicas asociadas a la soldadura, no se recomienda soldar material en esta serie de aleaciones, que contienen mayores cantidades de magnesio con los rellenos de la serie 4xxx. Los materiales base con alto contenido de magnesio solo se sueldan con aleaciones de relleno 5xxx, que generalmente coinciden con la composición de la aleación base.

Aleaciones de la serie 6XXX– (tratable térmicamente – con resistencia máxima a la tracción de 18 a 58 ksi) Estas son aleaciones de aluminio/magnesio-silicio (adiciones de magnesio y silicio de alrededor del 1,0%) y se encuentran ampliamente en la industria de fabricación de soldadura, y se utilizan predominantemente en forma de extrusiones e incorporados en muchos componentes estructurales. La adición de magnesio y silicio al aluminio produce un compuesto de siliciuro de magnesio, que proporciona a este material su capacidad de someterse a un tratamiento térmico en solución para mejorar su resistencia. Estas aleaciones son naturalmente sensibles a las grietas por solidificación y, por esta razón, no deben soldarse por arco de forma autógena (sin material de relleno). La adición de cantidades adecuadas de material de relleno durante el proceso de soldadura por arco es esencial para proporcionar dilución del material base, evitando así el problema del agrietamiento en caliente. Están soldados con materiales de relleno 4xxx y 5xxx, según la aplicación y los requisitos de servicio.

Aleaciones de la serie 7XXX– (tratable térmicamente – con una resistencia máxima a la tracción de 32 a 88 ksi) Estas son aleaciones de aluminio/cinc (adiciones de zinc que van del 0,8 al 12,0%) y comprenden algunas de las aleaciones de aluminio de mayor resistencia. Estas aleaciones se utilizan a menudo en aplicaciones de alto rendimiento, como aeronaves, aeroespaciales y equipos deportivos competitivos. Al igual que la serie de aleaciones 2xxx, esta serie incorpora aleaciones que se consideran candidatas inadecuadas para la soldadura por arco y otras que a menudo se sueldan con éxito. Las aleaciones comúnmente soldadas en esta serie, como la 7005, se sueldan predominantemente con aleaciones de relleno de la serie 5xxx.

Resumen- Las aleaciones de aluminio actuales, junto con sus distintos temples, conforman una amplia y versátil gama de materiales de fabricación. Para un diseño óptimo del producto y un desarrollo exitoso del procedimiento de soldadura, es importante comprender las diferencias entre las muchas aleaciones disponibles y sus diversas características de rendimiento y soldabilidad. Al desarrollar procedimientos de soldadura por arco para estas diferentes aleaciones, se debe tener en cuenta la aleación específica que se está soldando. A menudo se dice que soldar aluminio por arco no es difícil, “simplemente es diferente”. Creo que una parte importante para comprender estas diferencias es familiarizarse con las distintas aleaciones, sus características y su sistema de identificación.