Con el auge del aluminio en la industria de fabricación por soldadura y su aceptación como una excelente alternativa al acero en diversas aplicaciones, existe una creciente necesidad de que quienes desarrollan proyectos de aluminio se familiaricen con este grupo de materiales. Para comprender completamente el aluminio, es recomendable comenzar por familiarizarse con el sistema de identificación/designación del aluminio, las diversas aleaciones de aluminio disponibles y sus características.

El sistema de designación y temple de aleaciones de aluminioEn Norteamérica, la Asociación del Aluminio (AAA) Inc. es responsable de la asignación y el registro de las aleaciones de aluminio. Actualmente, existen más de 400 tipos de aluminio forjado y sus aleaciones, así como más de 200 aleaciones de aluminio en forma de piezas fundidas y lingotes, registradas ante la Asociación del Aluminio. Los límites de composición química de todas estas aleaciones registradas se encuentran en la información de la Asociación del Aluminio.Libro verde azuladotitulado “Designaciones de aleaciones internacionales y límites de composición química para aluminio forjado y aleaciones de aluminio forjado” y en suLibro rosatitulada "Designaciones y límites de composición química para aleaciones de aluminio en forma de piezas fundidas y lingotes". Estas publicaciones pueden ser de gran utilidad para el ingeniero de soldadura al desarrollar procedimientos de soldadura y cuando es importante considerar la química y su relación con la sensibilidad al agrietamiento.

Las aleaciones de aluminio se pueden clasificar en varios grupos según las características específicas del material, como su capacidad para responder al tratamiento térmico y mecánico, y el elemento de aleación principal añadido. Al considerar el sistema de numeración/identificación utilizado para las aleaciones de aluminio, se identifican las características mencionadas. Los aluminios forjados y fundidos tienen diferentes sistemas de identificación. El sistema forjado es de 4 dígitos, mientras que el de las fundiciones tiene 3 dígitos y un decimal.

Sistema de designación de aleaciones forjadasPrimero, 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, serie 1000, serie 2000, serie 3000, hasta serie 8000 (véase la tabla 1).

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

La única excepción a este sistema de numeración de aleaciones es con 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 de aluminio).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADO

Tabla 1

Designación de aleación fundidaEl sistema de designación de aleaciones fundidas se basa en una designación decimal de 3 dígitos o más 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 (véase la tabla 2).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDO

Tabla 2

El segundo y tercer dígito (xXX.x) son números arbitrarios asignados para identificar una aleación específica en la serie. El número después del punto decimal indica si la aleación es una pieza fundida (.0) o un lingote (.1 o .2). Un prefijo con una letra mayúscula indica una modificación de una aleación específica.
Ejemplo: Aleación – A356.0 la A mayúscula (Axxx.x) indica una modificación de la aleación 356.0. El número 3 (A)3xx.x) indica que pertenece a la serie de silicio más cobre y/o magnesio. El 56 in (Ax)56.0) identifica la aleación dentro de la serie 3xx.x, y .0 (Axxx.0) indica que se trata de una pieza fundida en forma final y no de un lingote.

El sistema de designación de temple del aluminio -Si consideramos las diferentes series de aleaciones de aluminio, observaremos que existen diferencias considerables en sus características y su consiguiente aplicación. Lo primero que hay que reconocer, tras comprender el sistema de identificación, es que existen dos tipos de aluminio claramente diferenciados dentro de la serie mencionada: las aleaciones de aluminio tratables térmicamente (aquellas que pueden adquirir resistencia mediante la adición de calor) y las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente. Esta distinción es especialmente importante al considerar 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 son tratables térmicamente y solo son endurecibles por deformación. Las aleaciones de aluminio forjado de las series 2xxx, 6xxx y 7xxx sí lo son, y la serie 4xxx incluye aleaciones tratables y no tratables térmicamente. Las aleaciones de fundición de las series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x y 7xx.x sí lo son. El endurecimiento por deformación no se suele aplicar a las piezas fundidas.

Las aleaciones tratables térmicamente adquieren sus propiedades mecánicas óptimas mediante un proceso de tratamiento térmico, siendo los más comunes el tratamiento térmico en solución y el envejecimiento artificial. El tratamiento térmico en solución consiste en calentar la aleación a una temperatura elevada (alrededor de 490 °C) para disolver los elementos o compuestos de aleación. A esto le sigue un temple, generalmente en agua, para producir una solución sobresaturada a temperatura ambiente. El tratamiento térmico en solución suele ir seguido del envejecimiento. El envejecimiento consiste en la precipitación de una parte de los elementos o compuestos de una solución sobresaturada para obtener las propiedades deseadas.

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

LAS DESIGNACIONES BÁSICAS DEL TEMPERAMENTO

Tabla 3

Además de la designación de temple básico, hay dos categorías de subdivisión, una que aborda el temple “H” (endurecimiento por deformación) y la otra que aborda la designación de temple “T” (tratamiento térmico).

Subdivisiones del temple H: endurecido por deformación

El primer dígito después de la H indica una operación básica:
H1– Endurecido por deformación únicamente.
H2– Endurecido por deformación y parcialmente recocido.
H3– Endurecido por deformación y estabilizado.
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– Medio duro HX6– Tres cuartos duros
HX8– HX duro completo9– Extra duro

Subdivisiones del temple T – Tratado térmicamente

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

Los dígitos adicionales indican alivio del estrés.
Ejemplos:
TX51o TXX51– El estrés se alivia con el estiramiento.
TX52o TXX52– Alivio del estrés mediante la compresión.

Aleaciones de aluminio y sus características- Si consideramos las siete series de aleaciones de aluminio forjado, 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 se conoce a menudo como la serie de aluminio puro, ya que requiere un mínimo de 99,0 % de aluminio. Son soldables. Sin embargo, debido a su estrecho rango de fusión, requieren ciertas consideraciones para obtener procedimientos de soldadura aceptables. Al considerarlas para fabricación, estas aleaciones se seleccionan principalmente por su superior resistencia a la corrosión, como en tanques y tuberías para productos químicos especializados, o por su excelente conductividad eléctrica, como en aplicaciones de barras colectoras. Estas aleaciones tienen propiedades mecánicas relativamente bajas y rara vez se consideran para aplicaciones estructurales generales. Estas aleaciones base suelen soldarse con material de aporte equivalente o con aleaciones de aporte 4xxx, según la aplicación y los requisitos de 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 (con adiciones de cobre que varían del 0,7 al 6,8 %) y son aleaciones de alta resistencia y alto rendimiento que se utilizan a menudo en aplicaciones aeroespaciales y aeronáuticas. Presentan 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, otras se sueldan por arco con mucho éxito con los procedimientos de soldadura adecuados. Estos materiales base suelen soldarse con aleaciones de relleno de la serie 2xxx de alta resistencia, diseñadas para igualar su rendimiento, pero en ocasiones pueden soldarse con rellenos de la serie 4xxx que contienen silicio o silicio y cobre, según la aplicación y los requisitos del servicio.

Aleaciones de la serie 3xxx– (No tratables térmicamente, con una resistencia máxima a la tracción de 16 a 41 ksi). Estas aleaciones de aluminio/manganeso (con adiciones de manganeso de entre el 0,05 y el 1,8 %) presentan una resistencia moderada, buena resistencia a la corrosión, buena conformabilidad y son aptas para su uso a temperaturas elevadas. Uno de sus primeros usos fue en ollas y sartenes, y actualmente son el componente principal de los intercambiadores de calor en vehículos y centrales eléctricas. Sin embargo, su resistencia moderada a menudo impide su uso en aplicaciones estructurales. Estas aleaciones base se sueldan con aleaciones de aporte de las series 1xxx, 4xxx y 5xxx, según su composición química específica y los requisitos particulares de la aplicación y el 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 aleaciones tratables térmicamente y no tratables térmicamente. El silicio, cuando se añade al aluminio, reduce su punto de fusión y mejora su fluidez cuando está fundido. Estas características son deseables para los materiales de relleno utilizados tanto para la soldadura por fusión como para la soldadura fuerte. En consecuencia, esta serie de aleaciones se encuentra predominantemente como material de relleno. El silicio, independientemente en el aluminio, no es tratable térmicamente; sin embargo, varias de estas aleaciones de silicio han sido diseñadas para tener adiciones de magnesio o cobre, lo que les proporciona la capacidad de responder favorablemente al tratamiento térmico en solución. Típicamente, estas aleaciones de relleno tratables térmicamente se utilizan solo cuando un componente soldado se va a someter a tratamientos térmicos posteriores a la soldadura.

Aleaciones de la serie 5xxx– (No tratables térmicamente, con una resistencia máxima a la tracción de 18 a 51 ksi). Estas aleaciones de aluminio/magnesio (con adiciones de magnesio que varían del 0,2 al 6,2 %) son las de mayor resistencia entre las no tratables térmicamente. Además, esta serie de aleaciones es fácilmente soldable, por lo que se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, como la construcción naval, el transporte, los recipientes a presión, los puentes y la edificación. Las aleaciones base de magnesio suelen soldarse con aleaciones de aporte, que se seleccionan teniendo en cuenta el contenido de magnesio del material base y las condiciones de aplicación y servicio del componente soldado. Las aleaciones de esta serie con más del 3,0 % de magnesio no se recomiendan para temperaturas elevadas superiores a 150 °F debido a su potencial de sensibilización y la consiguiente susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Las aleaciones base con menos de aproximadamente el 2,5 % de magnesio suelen soldarse con éxito con las aleaciones de aporte de las series 5xxx o 4xxx. La aleación base 5052 se reconoce generalmente como la aleación base con el máximo contenido de magnesio que puede soldarse con una aleación de aporte de la serie 4xxx. Debido a los problemas asociados con la fusión eutéctica y las deficientes propiedades mecánicas en estado soldado, no se recomienda soldar materiales de esta serie de aleaciones, que contienen mayores cantidades de magnesio, con los aportes de la serie 4xxx. Los materiales base con mayor contenido de magnesio solo se sueldan con aleaciones de aporte 5xxx, que generalmente coinciden con la composición de la aleación base.

Aleaciones de la serie 6XXX– (tratables térmicamente, con una resistencia máxima a la tracción de 18 a 58 ksi) Estas son las 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, se utilizan predominantemente en forma de extrusiones y se incorporan 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 para ser tratado térmicamente en solución para mejorar la resistencia. Estas aleaciones son naturalmente sensibles a las grietas de solidificación y, por esta razón, no deben soldarse con arco autógeno (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. Se sueldan con materiales de relleno 4xxx y 5xxx, dependiendo de la aplicación y los requisitos del servicio.

Aleaciones de la serie 7XXX– (tratables térmicamente, con una resistencia máxima a la tracción de 32 a 88 ksi). Estas aleaciones de aluminio/zinc (con adiciones de zinc de entre el 0,8 y el 12,0 %) se encuentran entre las de mayor resistencia. Se utilizan a menudo en aplicaciones de alto rendimiento, como la industria aeronáutica, aeroespacial y equipamiento deportivo de competición. Al igual que la serie de aleaciones 2xxx, esta serie incluye aleaciones que no se consideran aptas para la soldadura por arco, y otras que suelen soldarse con éxito. Las aleaciones de esta serie que se suelen soldar, como la 7005, se sueldan principalmente con aleaciones de aportación de la serie 5xxx.

ResumenLas aleaciones de aluminio actuales, junto con sus diversos temples, abarcan una amplia y versátil gama de materiales de fabricación. Para un diseño óptimo del producto y el desarrollo exitoso de procedimientos de soldadura, es importante comprender las diferencias entre las numerosas aleaciones disponibles y sus diversas características de rendimiento y soldabilidad. Al desarrollar procedimientos de soldadura por arco para estas diferentes aleaciones, se debe considerar la aleación específica que se va a soldar. Se suele decir que la soldadura por arco del aluminio no es difícil, "simplemente es diferente". Creo que un aspecto importante para comprender estas diferencias es familiarizarse con las distintas aleaciones, sus características y su sistema de identificación.