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Cuando se trata de soldar uniones de aluminio, la fusión de la raíz es vital para lograr soldaduras fuertes y duraderas. Pero puede ser difícil de conseguir. La fusión de la raíz en las soldaduras de filete se logra cuando el metal de soldadura derrite por completo el metal base hasta la raíz de la unión. Sin embargo, debido a la alta tasa de conductividad térmica del aluminio, el calor del arco se transfiere a toda la pieza de metal en lugar de permanecer concentrado hacia la raíz de la unión, lo que impide la fusión de la raíz. Según la AWS D1.2/D1.2M:2014, Código de soldadura estructural: aluminio, Sección 3.6.3 (6), “La soldadura debe exhibir una fusión completa en la raíz y en el metal base mediante la prueba de macrograbado”. A pesar de sus desafíos con el aluminio, la fusión de la raíz es necesaria y alcanzable con las técnicas adecuadas.

La fusión incompleta en las soldaduras puede provocar fallas. En el caso de las soldaduras de ranura, la fusión de la raíz se puede apoyar fácilmente utilizando un ángulo incluido de 60 grados. Esto abre la soldadura mucho más que el ángulo típico de 45 grados utilizado en el acero. Pero comprobar la fusión de la raíz tanto en las soldaduras de ranura como en las de filete a simple vista es un desafío. En el caso de las soldaduras de ranura, las pruebas por rayos X y ultrasonidos son opciones. En el caso de las soldaduras de filete, la fusión de la raíz solo se puede comprobar destruyendo la pieza de soldadura mediante la realización de una prueba de macrograbado para comprobar la profundidad de la fusión y una prueba de fractura para comprobar su solidez. Trabajar deliberadamente para lograr la fusión de la raíz es más eficiente que confiar en las pruebas posteriores a la soldadura para asegurarse de que se produzca.

El camino más corto hacia la fusión de la raíz en la soldadura de aluminio es a través de técnicas que mejoren esa posibilidad. Estas son las cinco mejores prácticas para aumentar el potencial de una fusión de la raíz adecuada.

1. Eliminar el óxido

Al preparar el aluminio para soldar, el primer paso es limpiar la superficie con disolvente. El aluminio tiene una capa natural de óxido que se forma en el momento en que se expone a la atmósfera. Con un tamaño de entre 4 y 5 nanómetros, esta capa se autolimita y no crece a menos que esté expuesta a la humedad. Pero cuando el óxido de aluminio se contamina con aceites, grasa y humedad, se forma y crece óxido de aluminio hidratado. La humedad y los aceites en la superficie del aluminio pueden generar porosidad en la soldadura. Alimentada por la humedad, esta capa de oxidación puede crecer infinitamente. Eliminar la humedad y limpiar con un disolvente de acetona puede mejorar la fusión de la raíz.

El siguiente paso es eliminar el óxido de aluminio con un cepillo de alambre de acero inoxidable. Cuando la capa de óxido se vuelve más gruesa, es más difícil lograr la fusión porque es resistente a la electricidad y tiene un punto de fusión mucho más alto. El óxido de aluminio se funde a 3762 °F, tres veces la temperatura para fundir el aluminio (1221 °F). Por eso, la capa de óxido debe eliminarse antes de soldar para garantizar una buena fusión.

2. Aumente el amperaje y manténgase frente al charco

Como ocurre con cualquier metal, un amperaje más alto hace que se bombee más calor a la pieza. Esto mantiene el charco caliente y aumenta la probabilidad de fusión de la raíz en el aluminio conductor térmico. Para obtener más acceso a la raíz de la unión, es fundamental permanecer frente al charco. Caer sobre la parte superior del charco crea un colchón que absorbe la energía del arco y evita que el calor llegue a la raíz de la unión. Se necesita una velocidad de desplazamiento mucho más rápida para asegurarse de permanecer frente al charco. Otra forma de aumentar las posibilidades de fusión de la raíz es utilizar cordones de soldadura rectos al soldar. A veces, cuando se suelda con arco metálico con gas, los operadores utilizan la técnica de látigo y pausa para crear un aspecto de pila de monedas de diez centavos, pero eso también puede provocar una fusión incompleta porque el arco no está en el borde delantero del charco todo el tiempo. Los cordones de soldadura rectos son la mejor opción para la fusión de la raíz al soldar con aluminio.

3. Aumente el diámetro del alambre

Para alcanzar la fusión de raíz en el aluminio, se necesita calor desde muchos ángulos. Para ello, un diámetro de alambre mayor conlleva una mayor capacidad de densidad de corriente. Una mayor densidad de corriente significa que se obtiene más corriente a partir de una velocidad de alimentación de alambre determinada que la que se obtendría con un diámetro menor. Con un diámetro mayor, se agrega menos área de superficie de alambre, lo que disminuye la capa de óxido que se produce naturalmente en el alambre de aluminio. Por lo tanto, un diámetro de alambre mayor también ayuda a minimizar la porosidad. Para materiales más gruesos, utilizar un alambre de 0.062 pulgadas de diámetro o mayor ayudará a bombear calor y amperaje a la soldadura. Con las capacidades de pulso actuales, los operadores pueden utilizar diámetros de alambre mayores en materiales más delgados. Esto puede ayudar a simplificar el inventario y, al mismo tiempo, aumentar la posibilidad de una fusión de raíz consistente.

4. Cambie a una mezcla de gas helio-argón

Otra forma de lograr ese calor tan importante que se requiere para la fusión de raíz en las soldaduras de aluminio es cambiar a una mezcla de gas argón-helio. Aunque el helio escasea y tiene un precio elevado, es exponencialmente más eficaz para calentar el metal que el argón solo. El mayor potencial de ionización del helio y su mayor índice de conductividad térmica lo hacen ideal para soldar aluminio. El argón conduce el calor tan mal que se utiliza entre ventanas de doble y triple panel para evitar la transferencia de calor y frío del interior al exterior y viceversa. Aunque el argón es un gas estable para soldar aluminio, no es el mejor para que el calor entre en la pieza para la fusión de raíz.

5. Precalentamiento

El noventa por ciento de las fusiones incompletas se producen al principio de la soldadura de aluminio, el punto más frío de la soldadura. El metal se calienta a unos pocos centímetros de la soldadura, por lo que el calor del arco deja de alejarse del charco. Las normas de la AWS permiten el precalentamiento a 250°F para el aluminio. Una forma óptima de precalentar es con una pistola de calor. El precalentamiento con sopletes y combustible deposita agua en el aluminio como subproducto de la quema del aditivo del combustible. Esto puede dar lugar al temido óxido de aluminio hidratado, que aumenta la porosidad y reduce la probabilidad de fusión de raíz. Muchos soldadores ahora incluyen una función de arranque en caliente que eleva temporalmente la velocidad de alimentación del alambre y el voltaje al comienzo de una soldadura, aumentando las probabilidades de fusión de raíz en ese punto de la soldadura. 

Reflexiones finales

Lograr la fusión de raíz puede ser un desafío al soldar aluminio. La fusión incompleta reduce el espesor de la garganta en las soldaduras de filete y puede hacer que la soldadura falle prematuramente. La conductividad térmica única del aluminio y la capa de óxido que inhiben la fusión de raíz se pueden manipular con cinco prácticas clave: eliminar el óxido, aumentar el amperaje y permanecer frente al charco, aumentar el diámetro del alambre, cambiar a una mezcla de gas argón-helio y precalentar. Si se siguen estas prácticas recomendadas, la fusión de raíz se puede lograr de manera fácil y regular.

Sean Walkowski (sean.walkowski@hobartbrothers.com) es ingeniero de aplicaciones de aluminio en Hobart Filler Metals, Traverse City, Michigan.