¿Por qué es crucial el tratamiento postsoldadura para las aleaciones de aluminio? Este proceso es vital para eliminar residuos, mejorar la calidad de la superficie y mejorar la integridad estructural de las uniones soldadas. Si conoce los pasos de la eliminación de residuos, el tratamiento superficial y el tratamiento térmico, aprenderá a mantener la durabilidad y el aspecto de las soldaduras de aluminio. Este artículo profundiza en cada método, ofreciendo información para lograr resultados óptimos y prevenir problemas comunes como la corrosión y la tensión. Sumérjase y domine las técnicas esenciales para el tratamiento del aluminio después de la soldadura.
Después de soldar la pieza, si se emplea soldadura con gas o varillas de soldadura con núcleo de fundente, es necesario eliminar rápidamente el fundente residual y la escoria de la soldadura y su área circundante antes de realizar la inspección visual y los ensayos no destructivos.
Este paso previene la corrosión de la soldadura y su superficie por la escoria y el fundente residual, evitando así consecuencias indeseables. Los métodos habituales para la limpieza posterior a la soldadura son los siguientes:
(1) Fregado en agua caliente entre 60℃ y 80℃;
(2) Inmersión en dicromato potásico (K2Cr2O2) o anhídrido crómico (Cr2O2) 2% a 3%;
(3) Aclarado posterior en agua caliente entre 60℃ y 80℃;
(4) Secado en estufa o al aire.
Para comprobar la eficacia de la eliminación del fundente residual, se puede dejar caer agua destilada sobre la soldadura de la pieza. A continuación, se recoge el agua destilada y se deja caer en un tubo de ensayo que contiene una solución de ácido nítrico 5%. Si aparece un precipitado blanco, indica que el fundente residual no se ha eliminado completamente.
Mediante la adecuada proceso de soldadura y las técnicas de operación correctas, la superficie de las soldaduras de aluminio y aleaciones de aluminio después de la soldadura presenta un aspecto uniforme, sin ondulaciones y liso.
El anodizado, especialmente cuando se combina con técnicas de pulido y teñido, da como resultado superficies decorativas de alta calidad. La zona afectada por el calor de la soldadura puede minimizarse, reduciendo al mínimo los cambios de color inducidos por el anodizado. Los procesos de soldadura rápida pueden reducir considerablemente la zona afectada por el calor. De ahí que la calidad del tratamiento de anodizado en las soldaduras rápidas sea buena.
Especialmente en el caso de piezas de soldadura de aleaciones que no pueden someterse a tratamiento térmico para su refuerzo en estado recocido, el contraste de color entre la base metálica y la zona afectada por el calor es mínimo tras el anodizado. Horno e inmersión soldaduraque no implican calentamiento localizado, dan un aspecto de color metálico muy uniforme.
Las aleaciones que pueden someterse a tratamiento térmico para su refuerzo, a menudo utilizadas para piezas estructurales de edificios, se anodizan con frecuencia después de la soldadura. En estas aleaciones, el calor de la soldadura forma precipitados de elementos de aleación.
Tras el anodizado, aparecerán diferencias entre la zona afectada por el calor y el costura de soldadura. Estas zonas de halo cerca de la zona de soldadura pueden minimizarse mediante una soldadura rápida o utilizando bloques de refrigeración y sujeción chapas. Estas zonas de halo, antes del anodizado y después de la soldadura, pueden eliminarse mediante un tratamiento de endurecimiento por precipitación.
En el tratamiento químico de piezas soldadas, puede haber diferencias significativas de color entre el metal de soldadura y el metal base. Esto requiere una cuidadosa selección del material de aportación. composición del metalespecialmente cuando contiene silicona, que puede afectar a la igualación del color.
Si es necesario, la soldadura puede pulirse mecánicamente. Mecánica habitual métodos de pulido incluyen el pulido, el rectificado, el chorreado abrasivo y el granallado. Pulido mecánico mejora la superficie de las piezas de aluminio mediante métodos físicos como el esmerilado, el desbarbado, el bruñido, el pulido o el chorro de arena. El objetivo es conseguir la calidad superficial deseada con el menor número de pasos posible.
Sin embargo, el aluminio y sus aleaciones son metales blandos con altos coeficientes de fricción. El sobrecalentamiento durante el proceso de rectificado puede provocar la deformación de las piezas soldadas o incluso fracturas en los límites de grano del metal base. Por lo tanto, se requiere una lubricación suficiente durante el proceso de pulido, y la presión sobre la superficie del metal debe reducirse al mínimo.
La finalidad del tratamiento térmico posterior a la soldadura es mejorar la estructura y el rendimiento de la unión soldada o eliminar tensión residual. Tratable térmicamente aleaciones de aluminio puede someterse a un tratamiento térmico posterior a la soldadura, restaurando la resistencia de la zona afectada por el calor del metal base cerca de su resistencia original.
Por lo general, el punto de fallo en la junta suele producirse dentro de la zona de fusión de la soldadura. Tras el tratamiento térmico posterior a la soldadura, la resistencia obtenida por el metal de soldadura depende principalmente del metal de aportación disperso.
1. Características del aluminio y del aluminio Soldadura de aleaciones
(1) El aluminio se oxida fácilmente en el aire y durante la soldadura, formando óxido de aluminio (Al2O3) que tiene un alto punto de fusión y es extremadamente estable, lo que dificulta su eliminación. Esto impide la fusión del material base. El elevado peso específico de la película de óxido impide que flote en la superficie, lo que provoca defectos como inclusiones de escoria, falta de fusión y penetración incompleta.
La película de óxido superficial del aluminio y la humedad que absorbe pueden provocar porosidad en el cordón de soldadura. Antes de soldar, debe realizarse una limpieza estricta de la superficie mediante métodos químicos o mecánicos para eliminar la película de óxido. Debe reforzarse la protección durante la soldadura para evitar la oxidación.
Durante la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), debe utilizarse una fuente de corriente alterna para eliminar la película de óxido mediante "limpieza catódica". En soldadura con gasSi la capa de óxido es demasiado gruesa, debe utilizarse un fundente que la elimine. En caso de soldadura de chapasSe puede aumentar el calor de soldadura. Por ejemplo, el arco de helio tiene un alto calor, por lo que el uso de helio o argón-helio protección de gas mixto, o de gas de gran diámetro. arco metálico (GMAW) con corriente continua positiva, lo que elimina la necesidad de "limpieza catódica".
(2) La conductividad térmica y el calor específico del aluminio y sus aleaciones son más del doble que los del acero al carbono y bajo acero aleado. La conductividad térmica del aluminio es decenas de veces superior a la del acero inoxidable austenítico.
Durante el proceso de soldadura, una gran cantidad de calor puede transferirse rápidamente al metal base, por lo que al soldar aluminio y sus aleaciones, además de la energía consumida en fundir el baño de metal, se desperdicia más calor en otras partes del metal. Este derroche de energía es más importante que en soldadura de acero. Para lograr una alta calidad uniones soldadas, deben utilizarse en la medida de lo posible fuentes de energía concentradas y de alta potencia. También pueden utilizarse el precalentamiento y otras medidas de proceso.
(3) El coeficiente de dilatación lineal del aluminio y sus aleaciones es aproximadamente el doble que el del acero al carbono y el acero de baja aleación. El aluminio presenta una contracción volumétrica significativa durante la solidificación, lo que provoca una deformación y una tensión considerables en la soldadura. Por lo tanto, se deben emplear medidas para evitar la deformación de la soldadura. La solidificación de un baño de soldadura de aluminio tiende a dar lugar a cavidades de contracción, porosidad, agrietamiento en caliente, y altos tensión interna.
Para evitar que se produzcan grietas calientes, la producción puede ajustar la composición del alambre de soldadura y el proceso de soldadura. En situaciones resistentes a la corrosión, alambre de soldadura de aleación de aluminio y silicio se puede utilizar para. soldar aluminio aleaciones, excluidas las aleaciones de aluminio y magnesio.
En las aleaciones de aluminio-silicio, la tendencia al agrietamiento en caliente es considerable cuando el contenido de silicio es de 0,5%. A medida que aumenta el contenido de silicio, el rango de temperatura de cristalización de la aleación disminuye, su fluidez mejora significativamente y su tasa de contracción disminuye, reduciendo en consecuencia la tendencia al agrietamiento en caliente.
Según la experiencia de producción, cuando el contenido de silicio es de 5%-6%, no se produce agrietamiento en caliente, por lo que el uso de alambre SAlSi (con un contenido de silicio de 4,5%-6%) proporciona una mayor resistencia al agrietamiento.
(4) El aluminio es muy reflectante para la luz y el calor. Durante la transición del estado sólido al líquido, no se aprecia ningún cambio de color, lo que dificulta su apreciación durante el proceso de soldadura. El aluminio de alta temperatura tiene una resistencia muy baja, lo que dificulta el soporte del baño de soldadura y lo hace propenso a quemarse.
(5) El aluminio y sus aleaciones pueden disolver una cantidad significativa de hidrógeno en estado líquido, pero casi nada en estado sólido. Durante la solidificación y el enfriamiento rápido del baño de soldadura, el hidrógeno no tiene tiempo de escapar, lo que provoca la formación de porosidad de hidrógeno.
La humedad en la atmósfera del arco, materiales de soldaduray la humedad adsorbida en la película de óxido de la superficie del material base son fuentes importantes de hidrógeno en el cordón de soldadura. Por lo tanto, es necesario un control estricto de las fuentes de hidrógeno para evitar la formación de porosidad.
(6) Los elementos de aleación tienden a evaporarse y quemarse, reduciendo el rendimiento del cordón de soldadura.
(7) Si el metal base del material de base está endurecido por deformación o tratado térmicamente por disolución, el calor de soldadura puede reducir la resistencia de la zona afectada por el calor.
(8) El aluminio, al tener una red cúbica centrada en la cara y carecer de formas alotrópicas, no experimenta transición de fase durante el calentamiento y el enfriamiento. Esto da lugar a granos gruesos en el cordón de soldadura, que no pueden refinarse mediante transiciones de fase.
Casi todos los métodos de soldadura pueden utilizarse para soldar aluminio y sus aleaciones. Sin embargo, la adaptabilidad del aluminio y sus aleaciones a los distintos métodos de soldadura varía, y cada método tiene sus propias aplicaciones.
La soldadura con gas y la soldadura por arco metálico protegido son sencillas y cómodas. La soldadura con gas puede utilizarse para reparar costuras en chapas de aluminio y piezas de fundición cuando los requisitos de calidad no son elevados. La soldadura por arco metálico protegido puede utilizarse para la reparación de aluminio fundiciones de aleación.
Inerte soldadura con gas de protección (TIG o MIG) es el método más utilizado para soldar aluminio y sus aleaciones. Las chapas de aluminio y aleaciones de aluminio pueden soldarse mediante soldadura de corriente alterna con gas inerte de tungsteno o soldadura pulsada con gas inerte de tungsteno.
Las placas de aluminio y aleaciones de aluminio pueden soldarse con helio soldadura por arco de tungstenola soldadura con gas inerte de tungsteno mezclado con argón y helio, la soldadura con gas inerte metálico y la soldadura pulsada con gas inerte metálico. Cada vez está más extendida la aplicación de la soldadura con gas inerte metálico y la soldadura pulsada con gas inerte metálico (argón o mezcla de argón y helio).
3. Materiales de soldadura
(1) Alambre de soldadura
Además de considerar el buen rendimiento del proceso de soldadura, la selección de alambres de soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio debe garantizar que la resistencia a la tracción y la plasticidad (mediante pruebas de flexión) de las juntas a tope cumplan los requisitos especificados de acuerdo con los requisitos del recipiente.
Los requisitos de tenacidad al impacto deben cumplirse para las aleaciones de aluminio-magnesio con un contenido de magnesio superior a 3%. Para los recipientes con requisitos de resistencia a la corrosión, la resistencia a la corrosión de la unión soldada debe alcanzar o aproximarse al nivel del material base. Por lo tanto, la selección del hilo de soldadura se basa principalmente en las propiedades del aluminio.
1) La pureza del alambre de soldadura de aluminio puro no suele ser inferior a la del material base;
2) El producto químico composición del aluminio es generalmente similar o cercano al del material de base;
3) El contenido de elementos resistentes a la corrosión (magnesio, manganeso, silicio, etc.) en el alambre de soldadura de aleación de aluminio no suele ser inferior al del material base;
4) Al soldar diferentes tipos de materiales de aluminio, elija el alambre de soldadura basado en el material de base más resistente a la corrosión y más fuerte;
5) Las aleaciones de aluminio de alta resistencia (aleaciones de aluminio reforzadas con tratamiento térmico) que no requieren resistencia a la corrosión pueden utilizar alambres de soldadura de diferentes composiciones, como los alambres de soldadura de aleaciones de aluminio-silicio resistentes al agrietamiento, como SAlSi-1 (tenga en cuenta que la resistencia puede ser inferior a la del material base).
El gas de protección es argón, helio o una mezcla de ambos. Para corriente alterna de alta frecuencia Soldadura TIGUtilizar más de 99,9% de argón puro. Corriente continua positiva soldadura de polaridad es adecuado para el helio.
En la soldadura MIG, se recomienda utilizar argón con helio añadido de 50% a 75% cuando el espesor de la chapa sea de 75 mm. El argón debe cumplir los requisitos de GB/T 4842-1995 "Argón puro". La presión de la botella de argón es insuficiente y no puede utilizarse cuando es inferior a 0,5 MPa.
(3) Electrodos de wolframio
Se utilizan cuatro tipos de electrodos de wolframio en soldadura por arco de argóntungsteno puro, tungsteno toriado, tungsteno cerio y tungsteno circonio. Los electrodos de tungsteno puro tienen altos puntos de fusión y ebullición, por lo que son menos propensos a la fusión, evaporación, quemadura del electrodo y contaminación de la punta.
Sin embargo, tienen una menor capacidad de emisión de electrones. Los electrodos de tungsteno toriado, fabricados añadiendo óxido de torio 1% a 2% al tungsteno puro, tienen una mayor capacidad de emisión de electrones, permiten una mayor densidad de corriente y mantienen un arco más estable. Sin embargo, el torio es ligeramente radiactivo, por lo que deben tomarse las medidas de protección adecuadas durante su uso.
Los electrodos de wolframio cerio se fabrican añadiendo de 1,8% a 2,2% de óxido de cerio (con impurezas ≤0,1%) al wolframio puro. Estos electrodos tienen una baja función de trabajo de los electrones, una alta estabilidad química, permiten una alta densidad de corriente y no tienen radiactividad. Son los electrodos más utilizados en la actualidad.
Los electrodos de tungsteno de circonio pueden evitar la contaminación del metal base por el electrodo. Sus puntas son fáciles de mantener en forma semiesférica, lo que las hace adecuadas para la soldadura AC.
(4) Flujo
El fundente utilizado en la soldadura con gas se compone de cloruros y fluoruros de elementos como el potasio, el sodio, el litio y el calcio, que pueden eliminar la película de óxido.
4. Preparación previa a la soldadura
(1) Limpieza previa a la soldadura
Antes de soldar aluminio y sus aleaciones, es crucial eliminar rigurosamente la película de óxido y la grasa de la pieza de trabajo. línea de soldadura y la superficie del hilo de soldadura.
La calidad de esta limpieza afecta directamente al proceso de soldadura y a la calidad de la unión, como la tendencia a generar porosidad de la soldadura y diversas propiedades mecánicas. Esta limpieza suele realizarse mediante métodos químicos o mecánicos.
1) Limpieza química
La limpieza química es muy eficaz y de calidad constante, por lo que resulta adecuada para limpiar alambres de soldadura y piezas de pequeño tamaño producidas en serie. La inmersión y el fregado son dos métodos habituales.
Para desengrasar la superficie se utilizan disolventes orgánicos como la acetona, la gasolina y el queroseno, seguidos de un lavado alcalino con una solución de NaOH de 5% a 10% entre 40°C y 70°C durante 3 a 7 minutos (más tiempo en el caso del aluminio puro, pero sin superar los 20 minutos) y, a continuación, se aclara con agua corriente.
A continuación, se realiza un lavado ácido con una solución de HNO3 30% a temperatura ambiente hasta 60°C durante 1 a 3 minutos, seguido de otro aclarado con agua corriente y secado con aire o a fuego lento.
2) Limpieza mecánica
La limpieza mecánica suele utilizarse cuando la pieza es grande, el ciclo de producción es largo, se trata de soldadura multicapa o cuando la pieza vuelve a contaminarse tras la limpieza química.
En primer lugar, se utilizan disolventes orgánicos como la acetona o la gasolina para desengrasar la superficie y, a continuación, se cepilla con un cepillo de alambre de cobre o acero inoxidable de 0,15 mm a 0,2 mm de diámetro hasta obtener un brillo metálico.
En general, se desaconseja utilizar muelas o papel de lija normal para evitar que queden granos de arena en la superficie metálica, que podrían entrar en el baño de soldadura durante el soldeo y provocar inclusiones de escoria u otros defectos. Como alternativa, se pueden utilizar rascadores o limas para limpiar la superficie que se va a soldar.
Después de limpiar la pieza y el hilo de soldadura, volverá a aparecer una película de óxido durante el almacenamiento, especialmente en ambientes húmedos o contaminados por vapores ácidos o básicos, donde la película de óxido crece aún más rápido.
Por lo tanto, debe reducirse al mínimo el tiempo de almacenamiento desde el final de la limpieza hasta el comienzo de la soldadura. En condiciones húmedas, la soldadura debe realizarse generalmente en las 4 horas siguientes a la limpieza. Si el tiempo de almacenamiento tras la limpieza es demasiado largo (por ejemplo, supera las 24 horas), deberá repetirse el proceso de limpieza.
(2) Placa de apoyo
El aluminio y sus aleaciones presentan una baja resistencia a altas temperaturas, y el aluminio fundido fluye con facilidad, lo que puede provocar el colapso del metal de soldadura durante el soldeo. Para garantizar una penetración completa sin colapso, a menudo se utilizan placas de apoyo para sostener el baño de soldadura y el metal adyacente.
Las placas de respaldo pueden ser de grafito, acero inoxidable, acero al carbono, placas de cobre o varillas de cobre. Se hace una ranura curva en la superficie de la placa de respaldo para asegurar la formación de la soldadura en el reverso.
Alternativamente, la soldadura por un solo lado con formación de doble cara puede realizarse sin placa de respaldo, pero esto requiere operaciones de soldadura cualificadas o la aplicación de medidas de proceso avanzadas, como un estricto control automático de retroalimentación de la energía de soldadura.
(3) Precalentamiento antes de soldar
Las piezas de aluminio finas y pequeñas no suelen requerir precalentamiento. El precalentamiento puede realizarse para espesores entre 10 mm y 15 mm, con temperaturas que oscilan entre 100℃ y 200℃ según el tipo de aleación de aluminio.
Para el calentamiento pueden utilizarse técnicas como las llamas oxiacetilénicas, los hornos eléctricos o los sopletes. El precalentamiento ayuda a minimizar la deformación de la soldadura y a reducir defectos como la porosidad.
5. Tratamiento posterior a la soldadura
(1) Limpieza posterior a la soldadura
Residual flujo de soldadura y la escoria que quedan en la soldadura y cerca de ella pueden dañar la película de pasivación de la superficie de aluminio e incluso corroer las piezas de aluminio, por lo que es necesaria una limpieza a fondo. Para piezas de forma sencilla con requisitos generales, pueden utilizarse métodos de limpieza sencillos como el aclarado con agua caliente o el cepillado con vapor.
Para piezas de aluminio de alta demanda y formas complejas, después de cepillarlas en agua caliente con un cepillo duro, deben sumergirse en una solución acuosa de ácido crómico o una solución de dicromato potásico de concentración 2-3% a aproximadamente 60℃-80℃ durante 5-10 minutos, seguido de un fregado con un cepillo duro.
A continuación, deben aclararse con agua caliente y secarse en un horno de secado o con aire caliente. También es aceptable el secado natural.
(2) Tratamiento térmico posterior a la soldadura
Por lo general, no es necesario un tratamiento térmico después de soldar recipientes de aluminio. Sin embargo, si el material de aluminio en uso muestra una sensibilidad significativa a la corrosión bajo tensión en las condiciones del medio en contacto con el recipiente, es necesario someterlo a un tratamiento térmico posterior a la soldadura para eliminar las tensiones elevadas de soldadura, reduciendo así la tensión en el recipiente por debajo del umbral de agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Este requisito debe indicarse especialmente en los documentos de diseño del recipiente antes de realizar el tratamiento térmico de alivio de tensiones tras la soldadura. Si después de la soldadura recocido se necesita tratamiento térmico, la temperatura recomendada para aluminio puro, 5052, 5086, 5154, 5454, 5A02, 5A03, 5A06, etc., es de 345℃; para 2014, 2024, 3003, 3004, 5056, 5083, 5456, 6061, 6063, 2A12, 2A24, 3A21, etc., es de 415℃; para 2017, 2A11, 6A02, etc., es de 360℃.
En función del tamaño y los requisitos de la pieza, la temperatura de recocido puede ajustarse hacia arriba o hacia abajo en 20℃-30℃, mientras que el tiempo de mantenimiento puede oscilar entre 0,5 y 2 horas.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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