Trabajo en aluminio delgado con el método TIG (GTAW)

La mayoría de los soldadores se capacitan para dominar el proceso de soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW, más conocido como proceso TIG) uniendo primero piezas de acero al carbono y luego avanzando hacia muestras de aluminio, usualmente de 3 mm de espesor. Pronto aprenden que el aluminio, con su baja temperatura de fusión, su mayor conductividad térmica y sus menores tolerancias a los contaminantes superficiales, implica retos diferentes a los de la soldadura en acero.

Cuando el trabajo requiere soldar aluminio delgado, empezando en 1.5 mm o menos, la soldadura es mucho más difícil. Simplemente no va a ser tan indulgente como cuando se trabaja con una lámina más gruesa.

Por fortuna, las destrezas motoras básicas aprendidas en la TIG de láminas de aluminio moderadamente gruesas, también son aplicables a la soldadura en material más delgado. Sólo es un tipo diferente de soldadura que, como todo, requiere práctica. Estos consejos pueden ayudar a facilitar la transición para soldadores que trabajan con aluminio delgado por primera vez.

Tomar las medidas de seguridad adecuadas

Los pasos de extracción de humo que la mayoría de los talleres de fabricación en metal toman para eliminar los humos de soldadura y cumplir los requerimientos mínimos de seguridad funcionarán para el método TIG. De hecho, el proceso TIG produce menos humos que otros procesos de arco abierto, incluyendo la soldadura por arco de metal con gas, arco de metal protegido y arco con núcleo de fundente.

Aparentemente eso parece un enorme beneficio para el soldador porque el taller puede estar cumpliendo las directrices y requerimientos fácilmente, pero el menor nivel de humos significa que los rayos ultravioleta (UV) que resultan del proceso de soldadura por arco son mucho más. Debido a eso y al hecho de que no hay sistema de escoria, la luz ultravioleta que emana del proceso TIG es más intensa que con otros procesos de soldadura al mismo nivel de amperaje.

Debido a que las chispas y la salpicadura se minimizan con la TIG, la tentación es soldar sin proteger la piel contra quemaduras del metal fundido. Sin embargo, los soldadores deben estar conscientes del riesgo de no proteger la piel expuesta contra la luz UV emitida durante el proceso de soldadura. Quemaduras y daño a la piel de larga duración, similares a los asociados con quemaduras de sol, pueden ocurrir si el soldador no toma precauciones para cubrir la piel expuesta.

Los soldadores necesitan seleccionar el tono correcto en las máscaras para el proceso y el nivel de corriente usado. Debido a que el arco asociado con la TIG es muy brillante, un soldador necesita un tono más oscuro que el que podría necesitar para otro proceso de soldadura al mismo nivel de corriente.

Se puede acceder a guías de selección del tono y otra información de seguridad importante de manera gratuita descargando ANSI Z49.1, disponible en el sitio de la American Welding Society (www.aws.org) o en los sitios web de los principales fabricantes de equipos de soldadura.

Ajustar los valores de la fuente sin miedo

La fuente de potencia de corriente continua usada para el proceso TIG también funciona bien para el proceso de soldadura con electrodos (SMAW), lo que la convierte en una máquina multiproceso. De hecho, los soldadores utilizan con frecuencia fuentes de poder para soldadura diseñadas para el proceso SMAW, para hacer algunos trabajos de TIG. Al soldar aluminio, y especialmente aluminio delgado, es importante tener una máquina que esté diseñada para el trabajo en cuestión. La soldadura de aluminio se hace usualmente con corriente alterna y cierto tipo de control remoto que permite al soldador ajustar la corriente mientras suelda, a veces muy por debajo de 10 amperes para algún material.

La regla empírica al soldar aluminio delgado es usar alrededor de 1 ampere de corriente por cada 0,025 mm. de espesor de material; eso significa alrededor de 50 amperes para aluminio de 1,25 mm. Esta regla empírica es sólo una directriz y está regida por muchos otros factores, como la longitud del arco, la velocidad de avance, la configuración de la junta, y la cantidad de metal circundante disponible para disipar calor. Dada esta variabilidad del proceso, el soldador necesitara ver el charco y ajustar según sea necesario.

Las secciones delgadas de aluminio disipan calor mucho más lento que las secciones más gruesas, y tienden a saturarse de calor mucho más rápido. Si el soldador no hace algunos ajustes para equilibrar el amperaje y la velocidad de avance, resultará en una perforación por quemadura y una penetración excesiva. Aumentar la velocidad de avance ayudará a reducir la entrada de calor, pero esto no siempre es fácil de hacer en partes intrincadas que requieren que el soldador reposicione y cambie la dirección. Muchos soldadores usan pulsado ya sea manualmente con el control remoto de mano o pie, o usando las funciones de pulsación disponibles en algunas máquinas. La pulsación permite que el metal se enfríe y se solidifique ligeramente entre cada adición de metal de aporte y ayuda al soldador a leer el pozo y hacer los ajustes necesarios a la corriente según se requiera.

Las fuentes de poder modernas para TIG con frecuencia usan tecnología de onda cuadrada de CA para soldadura en aluminio, lo cual con frecuencia lleva a la necesidad de n ajuste del control de balance. El control de balance ajusta el porcentaje de tiempo gastado en cada mitad del ciclo de CA. A la mayoría de los soldadores les gusta ajustar el balance para estar más tiempo en la mitad negativa del ciclo para la mayor parte de la soldadura de aluminio.

Las máquinas tradicionales para soldadura con rectificador transformador pueden ajustarse hasta a una parte negativa del 70%, mientras que los inversores pueden ajustarse a 85% o más de parte negativa. Esto enfoca más calor hacia el trabajo mientras que sigue brindando una remoción adecuada de óxidos de la superficie de aluminio —un resultado de la porción positiva del arco. Al soldar en secciones más delgadas a menores niveles de corriente, a los soldadores con frecuencia les gusta agregar un poco más de parte positiva al balance para ayudar con la humedad del charco y la remoción de metal. Deben agregar sólo suficiente porción positiva o limpieza para ayudar con la humedad y no más, pues esto sobrecalentará el tungsteno y ensanchará el arco.

Con práctica, los soldadores aprenderá a ajustar el balance al valor óptimo para la corriente y condiciones en cuestión. Ajustes automáticos de balance, disponibles en algunas máquinas, ajustan el balance a un valor óptimo de fábrica con base en la corriente usada.

Las fuentes de poder de inversor también pueden ofrecer un control adicional que ajusta la frecuencia de CA a niveles mayores o menores que la corriente de salida fija de 50/60 Hz usada en máquinas tradicionales de transformador. Un aumento en frecuencia, como 120 Hz o más, resultará en un cono de arco más enfocado, lo cual puede ayudar con las velocidades de viaje más rápidas, menor tamaño de soldadura y menor entrada de calor. Reducir la frecuencia de CA creará un arco más ancho y más suave con menos penetración. Hay muchas variables involucradas en estos ajustes, pero con práctica y experiencia, los soldadores pueden lograr esos ajustes óptimos.

Asegurar la pureza del gas de protección

Para soldar aluminio delgado, el gas de protección a elegir es el argón. Aún cuando el uso de una mezcla de helio más cara es benéfica para llevar más calor hacia secciones gruesas, los soldadores no hallarán beneficios al usarla en secciones delgadas. El gas argón menos caro ofrece mejores inicios de arco, estabilidad del arco y limpieza del óxido, y permite el uso de velocidades de flujo más bajas.

Sobre todo, el gas de protección alimentado al arco debe ser puro, o hasta el soldador más talentoso obtendrá malos resultados. Los soldadores necesitan verificar la etiqueta en el cilindro para asegurarse de que tienen el gas correcto así como verificar fugas en el sistema que pudieran permitir que se filtre aire hacia el sistema. Además deben verificar la velocidad de flujo correcta para la boquilla que se esté usando. Una velocidad de flujo demasiado alta podría causar turbulencia y traer aire circundante hacia la soldadura.

Elegir el electrodo correcto

Aún cuando muchos soldadores han cambiado a tungstenos aleados para soldaduras de propósitos generales, el viejo tungsteno puro de color verde sigue funcionando bien en trabajo con CA a baja corriente cuando se usan máquinas tradicionales de transformador rectificador. Si se pasa de afilado a una punta roma, el tungsteno producirá una bola pequeña en el extremo que proporciona un arco estable y enfocado a los niveles de corriente usados para soldadura de aluminio delgado.

Sin embargo, los tungstenos puros tradicionales no funcionan bien con fuentes de poder para soldadura con inversor. El uso de tungsteno aleado afilado a una punta roma funciona mejor en estas máquinas.

Aún cuando el tungsteno con óxido de torio funciona bien con polaridad de CC y CA, cuestiones de salud con el óxido de torio radioactivo han llevado al uso extendido de aleaciones alternativas de tierras raras, como el circonio, cerio y lantano. Varios fabricantes ofrecen algunos electrodos patentados de tungsteno aleado mezclado a tres partes, que brindan un excelente desempeño. En la siguiente tabla podemos ver una guía de la composición química de los electrodos de tungsteno.

Los soldadores deben consultar las tablas de selección de tungsteno para elegir el tamaño de tungsteno correcto para la corriente usada. Un tungsteno demasiado grande formará un arco inestable a corrientes bajas.

Selección del material de aporte correcto

Normalmente, cuando un soldador está aplicando el método TIG al aluminio, usará una varilla de aporte que sea de un tamaño mayor que la que usaría normalmente en el mismo espesor de acero. Por ejemplo, si el soldador usa una varilla de aporte de 1.6 mm. en acero de 1.5 mm., podría usar una varilla de aporte de 3.2 mm. en el mismo espesor de aluminio. La varilla más gruesa ayuda a enfriar el charco cuando se agrega durante el proceso de soldadura. por otro lado, si el soldador salta demasiado en el tamaño de la varilla de aporte, tendrá que usar corriente en exceso tan sólo para lograr que se funda el metal de aporte.

Los soldadores con frecuencia se ven tentados a soldar uniones de esquina y de empalme, en borde de aluminio delgado, sin la adición adecuada de metal de aporte. Algunas de las aleaciones soldadas comúnmente, como 6061 y 5052, se fracturarán o tienen tendencia a fracturarse si les falta material de aporte. Las tablas de selección de metal de aporte de las empresas de equipo y consumibles pueden ayudar a los soldadores a seleccionar la varilla de aporte correcta para las condiciones de servicio y las aleaciones que se van a soldar.

Consejos

Los soldadores deben acordarse de usar la alta conductividad térmica del aluminio a su favor al reparar agujeros en partes de aluminio delgado, como membranas de radiador y componentes de aire acondicionado. Un consejo es depositar un cordón alrededor del agujero, permaneciendo lejos del borde para permitir que el calor se transfiera en todas direcciones desde la soldadura. La corriente debe quitarse para permitir que el charco se enfríe entre adiciones de metal de aporte. Una vez que el agujero está rodeado, el soldador puede continuar agregando al interior del cordón previo hasta que el agujero se cierre. Una forma de practicar esta técnica es punzonando un agujero pequeño en la base de una lata de aluminio de gaseosa vacía y soldándola de nuevo.

Los metales de aporte 4XXX son buenos para esta aplicación si las condiciones lo permiten, pues tienen una temperatura de fusión ligeramente menor que ayuda a soldar secciones delgadas.

Los cráteres cóncavos al final de las soldaduras tienden a fracturarse en algunas aleaciones de aluminio. La corriente siempre debe quitarse al final de la soldadura y agregarse metal de aporte extra para hacer el cráter convexo.

Estas directrices pueden ayudar a los soldadores nuevos en el uso de la TIG en aluminio delgado a agarrar confianza conforme se enfrascan en el aprendizaje de esta nueva destreza. Pero al final, todo es cuestión del tiempo efectivo del arco. Mientras más soldaduras haga, mejor se hará el soldador—incluso en materiales difíciles.