Con el creciente uso del aluminio en la industria de la soldadura y su aceptación como una excelente alternativa al acero en numerosas aplicaciones, quienes participan en proyectos con aluminio necesitan familiarizarse con este material. Para comprenderlo plenamente, es recomendable comenzar por conocer su sistema de identificación y designación, así como las diversas aleaciones disponibles y sus características.

Sistema de designación y temple de aleaciones de aluminio- En Norteamérica, The Aluminum Association Inc. es responsable de la asignación y el registro de aleaciones de aluminio. Actualmente, hay más de 400 aleaciones de aluminio forjado y más de 200 aleaciones de aluminio en forma de piezas fundidas y lingotes registradas en la Aluminum Association. Los límites de composición química de las aleaciones para todas estas aleaciones registradas se encuentran en el documento de la Aluminum Association.Libro turquesatitulado “Designaciones internacionales de aleaciones y límites de composición química para aluminio forjado y aleaciones de aluminio forjado” y en susLibro rosaTituladas “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 la consideración de la química y su relación con la susceptibilidad a las grietas es importante.

Las aleaciones de aluminio se pueden clasificar en varios grupos según las características del material, como su capacidad para responder a tratamientos térmicos y mecánicos, y el elemento de aleación principal que se le añade. Al considerar el sistema de numeración/identificación utilizado para las aleaciones de aluminio, se identifican las características mencionadas. El aluminio forjado y el fundido tienen sistemas de identificación diferentes. El sistema para el aluminio forjado utiliza cuatro dígitos, mientras que el de las piezas fundidas utiliza tres dígitos y un 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, la serie 1000, la serie 2000, la serie 3000, hasta la serie 8000 (véase la tabla 1).

El segundo dígito único (xXxx), si es diferente de 0, indica una modificación de la aleación específica, y el tercer y cuarto dígitos (xxXX) son números arbitrarios que se dan 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 de la aleación original 5083, y el 83 la identifica en la serie 5xxx.

La única excepción a este sistema de numeración de aleaciones se da con las aleaciones de aluminio de la serie 1xxx (aluminios puros), en cuyo caso, los dos últimos dígitos proporcionan el porcentaje mínimo de aluminio superior al 99%, es decir, aleación 13.(50)(99,50% de aluminio como mínimo).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADO

Tabla 1

Designación de aleación fundida- El sistema de designación de aleación fundida se basa en una designación de 3 dígitos más decimal xxx.x (es decir, 356.0). El primer dígito (Xxx.x) indica el elemento de aleación principal 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 (xXXLos números (.x) son números arbitrarios que identifican una aleación específica dentro de 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 en mayúscula indica una modificación de la aleación.
Ejemplo: Aleación – A356.0 la A mayúscula (Axxx.x) indica una modificación de la aleación 356.0. El número 3 (A3xx.x) indica que pertenece a la serie de silicio más cobre y/o magnesio. El 56 en (Ax56.0) identifica la aleación dentro de la serie 3xx.x, y el .0 (Axxx.0) indica que se trata de una pieza fundida con forma final y no de un lingote.

Sistema de designación de temple del aluminio -Si consideramos las distintas series de aleaciones de aluminio, observaremos diferencias considerables en sus características y, por consiguiente, en sus aplicaciones. El primer punto a tener en cuenta, tras comprender el sistema de identificación, es que dentro de las series mencionadas existen dos tipos de aluminio claramente diferenciados: las aleaciones de aluminio termotratables (aquellas que adquieren resistencia mediante la aplicación de calor) y las aleaciones de aluminio no termotratables. 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 se pueden endurecer por deformación. Las aleaciones de aluminio forjado de las series 2xxx, 6xxx y 7xxx son tratables térmicamente, y la serie 4xxx incluye aleaciones tratables y no tratables térmicamente. Las aleaciones fundidas de las series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x y 7xx.x son tratables térmicamente. El endurecimiento por deformación no se aplica generalmente a las piezas fundidas.

Las aleaciones termotratables adquieren sus propiedades mecánicas óptimas mediante un proceso de tratamiento térmico, siendo los más comunes el tratamiento térmico de solución y el envejecimiento artificial. El tratamiento térmico de solución consiste en calentar la aleación a una temperatura elevada (alrededor de 990 °F) para disolver los elementos o compuestos de aleación. A continuación, se enfría, generalmente en agua, para obtener una solución sobresaturada a temperatura ambiente. El tratamiento térmico de solución suele ir seguido de un envejecimiento. El envejecimiento consiste en la precipitación de una parte de los elementos o compuestos de la solución sobresaturada para obtener las propiedades deseadas.

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

LAS DESIGNACIONES BÁSICAS DE TEMPERAMENTO

Tabla 3

Además de la designación básica de temple, existen dos subcategorías: una que corresponde al temple "H" (endurecimiento por deformación) y otra que corresponde al temple "T" (tratamiento térmico).

Subdivisiones del temple H – Endurecido por deformación

El primer dígito después de la H indica una operación básica:
H1– Solo endurecido por tensión.
H2– Endurecido por deformación y parcialmente recocido.
H3– Endurecido y estabilizado por deformación.
H4– Endurecido por tensión y lacado o pintado.

El segundo dígito después de la H indica el grado de endurecimiento por deformación:
HX2– Quarter Hard HX4– Semiduro HX6– Tres cuartos duro
HX8– Full Hard HX9– Extra difícil

Subdivisiones de T Temper – Tratamiento térmico

T1- Envejecido de forma natural tras enfriarse después de un proceso de moldeo a alta temperatura, como la extrusión.
T2- Trabajado en frío tras enfriarse a partir de un proceso de moldeado a alta temperatura y luego envejecido de forma natural.
T3- Tratamiento térmico de solución, trabajo en frío y envejecimiento natural.
T4- Tratamiento térmico de solución y envejecimiento natural.
T5- Envejecido artificialmente tras enfriarse después de un proceso de moldeado a alta temperatura.
T6- Sometido a tratamiento térmico de solución y envejecimiento artificial.
T7- Sometido a tratamiento térmico de solución y estabilizado (sobreenvejecido).
T8- Sometido a tratamiento térmico de solución, trabajo en frío y envejecimiento artificial.
T9- Tratamiento térmico de solución, envejecimiento artificial y trabajo en frío.
T10- Se trabaja en frío después de enfriarse tras un proceso de moldeo a alta temperatura y luego se envejece artificialmente.

Los dígitos adicionales indican alivio del estrés.
Ejemplos:
TX51o TXX51– El estrés se alivia mediante estiramientos.
TX52o TXX52– El estrés se alivia mediante compresión.

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

Aleaciones de la serie 1xxx– (no tratable térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 10 a 27 ksi) esta serie se conoce a menudo como la serie de aluminio puro porque se 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. Cuando se consideran para la fabricación, estas aleaciones se seleccionan principalmente por su resistencia superior a la corrosión, como en tanques y tuberías químicas especializadas, o por su excelente conductividad eléctrica, como en aplicaciones de barras conductoras. Estas aleaciones tienen propiedades mecánicas relativamente bajas y rara vez se considerarían para aplicaciones estructurales generales. Estas aleaciones base a menudo se sueldan con material de aporte compatible o con aleaciones de aporte 4xxx, según la aplicación y los requisitos de rendimiento.

Aleaciones de la serie 2xxx– (tratable térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 27 a 62 ksi) Estas son aleaciones de aluminio/cobre (con adiciones de cobre que varían de 0,7 a 6,8 %), y son aleaciones de alta resistencia y alto rendimiento que se utilizan frecuentemente en aplicaciones aeroespaciales y aeronáuticas. Poseen una excelente resistencia en un amplio rango de temperaturas. Algunas de estas aleaciones se consideran no soldables mediante 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 con éxito mediante arco con los procedimientos de soldadura adecuados. Estos materiales base se suelen soldar con aleaciones de aporte de alta resistencia de la serie 2xxx diseñadas para igualar su rendimiento, pero en ocasiones se pueden soldar con aportes de la serie 4xxx que contienen silicio o silicio y cobre, según la aplicación y los requisitos de servicio.

Aleaciones de la serie 3xxx– (no tratable térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 16 a 41 ksi) Estas son aleaciones de aluminio/manganeso (con adiciones de manganeso que varían de 0,05 a 1,8%) y tienen una resistencia moderada, buena resistencia a la corrosión, buena conformabilidad y son adecuadas para su uso a altas temperaturas. Uno de sus primeros usos fue en ollas y sartenes, y son el componente principal en la actualidad para 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, dependiendo de su composición química específica y los requisitos particulares de aplicación y servicio.

Aleaciones de la serie 4xxx– (tratables térmicamente y no tratables térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 25 a 55 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio/silicio (con adiciones de silicio que van del 0,6 al 21,5 %) y son la única serie que contiene aleaciones tanto tratables térmicamente como no tratables térmicamente. El silicio, cuando se añade al aluminio, reduce su punto de fusión y mejora su fluidez en estado fundido. Estas características son deseables para los materiales de aporte utilizados tanto en soldadura por fusión como en soldadura fuerte. En consecuencia, esta serie de aleaciones se encuentra predominantemente como material de aporte. El silicio, por sí solo en aluminio, no es tratable térmicamente; sin embargo, varias de estas aleaciones de silicio se han diseñado con adiciones de magnesio o cobre, lo que les proporciona la capacidad de responder favorablemente al tratamiento térmico de solución. Normalmente, estas aleaciones de aporte 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 tratable térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 18 a 51 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio/magnesio (con 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 estas razones se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones como la construcción naval, el transporte, los recipientes a presión, los puentes y los edificios. Las aleaciones base de magnesio se suelen soldar 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 servicio a temperaturas elevadas superiores a 150 °F debido a su potencial de sensibilización y posterior susceptibilidad a la corrosión bajo tensión. Las aleaciones base con menos de aproximadamente el 2,5 % de magnesio se suelen soldar con éxito con las aleaciones de aporte de las series 5xxx o 4xxx. La aleación base 5052 se considera generalmente la aleación base con el máximo contenido de magnesio que se puede soldar con una aleación de aporte de la serie 4xxx. Debido a los problemas asociados con la fusión eutéctica y las consiguientes propiedades mecánicas deficientes tras la soldadura, no se recomienda soldar materiales de esta serie de aleaciones, que contienen mayores cantidades de magnesio, con aleaciones de aporte de la serie 4xxx. Los materiales base con mayor contenido de magnesio solo se sueldan con aleaciones de aporte de la serie 5xxx, que generalmente coinciden con la composición de la aleación base.

Aleaciones de la serie 6XXX– (tratable térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 18 a 58 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio/magnesio-silicio (con adiciones de magnesio y silicio de alrededor del 1,0 %) y se encuentran ampliamente en la industria de la fabricación por soldadura, utilizadas predominantemente en forma de extrusiones e incorporadas en muchos componentes estructurales. La adición de magnesio y silicio al aluminio produce un compuesto de siliciuro de magnesio, que le confiere a este material la capacidad de someterse a un tratamiento térmico de solución para mejorar su resistencia. Estas aleaciones son naturalmente sensibles al agrietamiento por solidificación y, por esta razón, no deben soldarse por arco de forma autógena (sin material de aporte). La adición de cantidades adecuadas de material de aporte 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 aporte 4xxx y 5xxx, según la aplicación y los requisitos de servicio.

Aleaciones de la serie 7XXX– (tratable térmicamente – con una resistencia a la tracción máxima de 32 a 88 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio/zinc (con 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 de competición. Al igual que la serie de aleaciones 2xxx, esta serie incorpora aleaciones que se consideran no aptas para la soldadura por arco, y otras que se sueldan con éxito mediante este método. Las aleaciones de esta serie que se sueldan comúnmente, como la 7005, se sueldan predominantemente con las aleaciones de aporte de la serie 5xxx.

ResumenLas aleaciones de aluminio actuales, con sus diversos templetes, conforman una amplia y versátil gama de materiales de fabricación. Para un diseño óptimo del producto y un desarrollo exitoso de los procedimientos de soldadura, es fundamental 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 aleaciones, se debe tener en cuenta la aleación específica que se va a soldar. Se suele decir que la soldadura por arco de aluminio no es difícil, sino que es diferente. Considero que una parte importante para comprender estas diferencias es familiarizarse con las distintas aleaciones, sus características y su sistema de identificación.