Los materiales de aporte comúnmente usados en el soldeo de las

8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERÍA MECÁNICA
Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007
COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE
APORTE ER4043 Y ER5356 EN EL SOLDEO DEL ALUMINIO
EMPLEANDO EL PROCESO MIG-P
Lean Sifuentes P. P.
Pontificia Universidad Católica del Perú
[email protected]
RESUMEN
Los materiales de aporte comúnmente usados en el soldeo de diversas aleaciones de aluminio, y que son
extensamente recomendados y empleados, son el ER4043 (Al-5Si) y el ER5356 (Al-5Mg). Una creencia errónea
es que se pueden soldar exitosamente, casi todas las aleaciones de aluminio con ambos tipos de aporte, pues la
mayoría de las recomendaciones para el soldeo de las aleaciones de aluminio las indican como apropiadas. Sin
embargo, hay diferencias significativas en características de las uniones soldadas con ambos aportes, debido a
que el ER4043 contiene 5 % de Si y el ER5356 contiene 5 % de Mg.
En el presente trabajo se establecieron las diferencias significativas en características y propiedades que existe
entre uniones soldadas con ambos aportes. Las uniones obtenidas con el aporte ER4043, debido a su contenido
de Si (5%), presentan una serie de características que lo hacen muy apreciado por los soldadores debido a que
las uniones presentan mejor acabado superficial, mayor penetración, siendo más fácil su empleo durante la
operación de soldeo; sin embargo, los inconvenientes que se pueden presentar es que se puede originar
perforaciones en las planchas de aluminio de bajo espesor; además, que el cordón de soldadura presentará un
color ligeramente más oscuro. Las uniones obtenidas con el aporte ER5356 presentan más salpicaduras, y se
genera una gran cantidad de gases durante el proceso de soldeo debido al alto Mg (5%) que contiene, por lo que,
se debe tener cuidado durante su empleo; este aporte una vez depositado, es más resistente que el ER4043,
además de poderlo emplear para el soldeo de materiales más delgados. Los resultados encontrados en la presente
investigación servirán de guía para seleccionar el aporte más conveniente entre estos dos materiales.
PALABRAS CLAVE: ER4043, ER5356, MIG-P, soldadura del aluminio.
INTRODUCCIÓN
El aluminio y sus aleaciones se utilizan en construcción por su poco peso y por sus buenas características de
resistencia a la corrosión. Aun cuando normalmente su resistencia mecánica es limitada, algunas de las
aleaciones tratables térmicamente poseen propiedades mecánicas equivalentes a las de los aceros al carbono.
La soldabilidad del aluminio y, en especial, sus aleaciones tratables térmicamente, no es tan satisfactoria como la
del acero, como consecuencia de las características inherentes al metal, que hacen de su soldadura una técnica
distinta a la de los metales ferrosos. La fisuración en caliente es un problema que se presenta en la mayoría de las
aleaciones de aluminio tratables térmicamente y en algunas no tratables, a la hora de ser soldadas. Generalmente
la fisuración en caliente genera una fisura en el centro del cordón, que suele extenderse a lo largo de toda la línea
central del mismo.
La tendencia a la fisuración en caliente de cuatro series de aleaciones de aluminio, AA2XXX (Al-Cu), AA4XXX
(Al-Si), AA5XXX (Al-Mg), y AA6XXX (Al-Mg2Si), se muestra en la Figura 1.
6.0
Sensibilidad relativa de fisuración
5.0
Al-Si
Al-Mg2Si
Al-Mg
Al-Cu
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
% en peso del aleante
Figura 1: Tendencia a la fisuración en caliente
Las curvas de sensibilidad a la fisuración en caliente del aluminio, toman en cuenta la composición química y,
son una herramienta útil para entender porque se producen las fisuras durante el soldeo del aluminio.
En la Figura 1 se aprecia que con la adición de pequeñas cantidades de elementos aleantes la sensibilidad a la
fisuración se vuelve más severa, llegando a un máximo para luego descender hasta niveles relativamente bajos.
La mayoría de aleaciones de aluminio consideradas como “insoldables”, tienen su composición química en o
cerca de los picos de sensibilidad a la fisuración. Adicionalmente, la Figura 1 muestra que las aleaciones que
presentaran bajo riesgo de fisuración en caliente, son las que tienen composiciones químicas que se encuentran
lejos de los picos de sensibilidad a la fisuración. Por lo tanto, es claro que la sensibilidad a la fisuración en
caliente de una aleación de aluminio es principalmente dependiente de su composición química.
En general, el riesgo de que se produzca fisuración en caliente se puede reducir utilizando un metal de aporte
diferente al material base, resistente a la fisuración en caliente, usualmente que forme parte de las series de
aleaciones AA4XXX ó AA5XXX, generalmente el inconveniente de esta práctica es que el aporte empleado
presenta una resistencia mecánica menor que la del metal base y que no responde adecuadamente al tratamiento
térmico posterior del soldeo.
Los materiales de aporte comúnmente empleados en el soldeo de diversas aleaciones de aluminio por su
resistencia a la fisuración en caliente, y que son extensamente recomendados para el soldeo de aleaciones de
aluminio tratables y no tratables térmicamente, son el ER4043 (Al-5Si) y el ER5356 (Al-5Mg) [1 - 7]. Una
creencia errónea es que se puede soldar exitosamente, todas las aleaciones de aluminio con ambos tipos de
aporte, pues la mayoría de las recomendaciones para el soldeo de las aleaciones de aluminio las indican como
apropiadas. Sin embargo, hay diferencias significativas en características de las uniones soldadas con ambos
aportes, debido a que el ER4043 contiene 5 % de Si y el ER5356 contiene 5 % de Mg.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para la presente investigación se emplearon aleaciones de aluminio de 1,4 mm y 3,0 mm de espesor, de
denominación AA6082 (AlMgSiMn), ambas fueron suministradas por el fabricante en forma de chapa laminada
de 2 m x 1 m y con un tratamiento térmico que corresponde a un T6, con solubilización a 530 ºC y envejecido
artificialmente a 175 ºC durante 8 horas.
El proceso de soldadura empleado fue el MIG pulsado (MIG-P). Se realizaron uniones con dos tipos de juntas:
en “I” y “V”, con una y dos pasadas. Una vez confirmada que una muestra soldada poseía la calidad suficiente,
se efectuó su caracterización mecánica mediante ensayos de tracción y medidas de dureza Vickers. El objetivo
de estos últimos era determinar la variación de la dureza en una sección transversal al cordón y obtener la
extensión longitudinal de la ZAC, para las diferentes condiciones de soldeo.
Así mismo, las muestras fueron caracterizadas microestructuralmente mediante microscopía electrónica de
barrido y por análisis químico por espectometría de masas.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Materiales Base
La composición química que presentan las planchas de aleación de aluminio AA6082, de 1,4 mm y 3,0 mm de
espesor, se muestran en la Tabla 1. Los datos se obtuvieron mediante espectrometría de masas por ensayo de
chispa.
Tabla 1: Composición química de las aleaciones de aluminio AA6082 (AlMgSiMn)
Espesor (mm)
1,4
3,0
Mg
0,75
0,86
Si
0,87
0,91
Mn
0,64
0,56
Fe
0,27
0,40
Cu
0,02
0,03
Cr
0,02
0,02
Zn
0,01
0,02
Ti
0,02
0,03
Al
resto
resto
A ambos materiales base se les realizaron ensayos de tracción y de dureza, en estado de suministro. En la Tabla
2, se muestran los resultados de resistencia a la tracción medida en la dirección de laminación y de dureza
Vickers obtenida en una sección transversal a la de laminación.
Tabla 2: Propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio AA6082 (AlMgSiMn)
Espesor (mm)
1,4
3,0
σmáx (MPa)
344
341
Elongación ( % )
12
13
Dureza (HV5)
110
115
Materiales de Aporte
En la Tabla 3, se muestra la composición química de ambos materiales de aporte empleados en este estudio. Los
datos, en esta ocasión, fueron proporcionados por la empresa suministradora.
Tabla 3: Composición química de los materiales de aporte
Aporte
ER5356
ER4043
Mg
5,000
0,003
Si
0,20
4,95
Fe
0,200
0,125
Mn
0,150
0,002
Zn
0,000
0,008
Al
resto
resto
En la Tabla 4 se muestran los valores promedio de las durezas Vickers determinadas en el centro de las uniones
soldadas (zona fundida) de ambos materiales de aporte depositados. Además, se realizaron ensayos de tracción a
los alambres de aporte en estado de recepción, debido a que ambos presentaban diferentes comportamientos a la
hora de ser alimentados durante el proceso de soldeo. Se obtuvieron los valores de resistencia a la tracción y sus
correspondientes valores de alargamiento hasta la rotura, que se recogen en la Tabla 4.
De los ensayos realizados, se encuentran diferencias muy notables en ambos aportes. El aporte ER5356 posee
una resistencia mayor que el ER4043 y, es relativamente elevada para una aleación de aluminio (456 MPa),
presenta una elongación de 4,7 % y una dureza mayor que el otro aporte. Estas características son adecuadas
para poder suministrarlo sin dificultad mediante el sistema de empuje en las operaciones de soldeo, lo que se
comprueba en la práctica, debido a que raramente se han presentado problemas de atascamiento con la
alimentación de este aporte.
Tabla 4: Dureza Vickers de los materiales de aporte una vez depositados
Aporte
ER5356 (AlMg5)
ER4043 (AlSi5)
Aporte depositado
Dureza Vickers (HV5)
69
61
Estado de recepción
Elongación ( % )
σmáx (MPa)
456
4,7
173
1,3
Sin embargo, el alambre de aporte ER4043, en estado de suministro, tiene una resistencia mecánica menor de
138 MPa, que es el 38 % de la resistencia del aporte ER5356 y un alargamiento de 1,3%. Estas diferentes
propiedades generan problemas de atascamiento en la unidad de alimentación de alambre/electrodo.
INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DEL PROCESO DE SOLDEO
Variación del amperaje con la velocidad de aporte (Wfs)
La intensidad que se produce durante el proceso de soldeo no sólo está relacionada con la velocidad del material
de aporte, sino que también hay que tener en cuenta su diámetro, el tipo de gas de protección y el material base
que se está soldando. En esta parte de la investigación se empleó como constantes: el gas de protección (argón),
un valor de diámetro fijo para los dos aportes (1,2 mm) y el material base la aleación (AA6082). Por ello, la
intensidad sólo dependería de dos factores durante las operaciones de soldeo: la velocidad de aporte (Wfs), que
es variable, y la composición del material de aporte ER5356 (AlMg5) o ER4043 (AlSi5).
La Figura 2a compara las variaciones de intensidad que se produce durante el soldeo de la aleación AA6082 para
ambos tipos de aportes, en las condiciones anteriormente mencionadas. En este caso, para una misma velocidad
de aporte (Wfs), la intensidad que se alcanza al emplear como aporte el ER5356 es menor que con el aporte
ER4043, siendo la diferencia entre ambos valores mayor conforme aumenta la velocidad del aporte.
26
ER4043 (AlSi5)
ER5356 (AlMg5)
160
Voltaje ( V )
Intensidad real ( A )
200
120
80
24
22
20
40
18
3
a)
ER4043 (AlSi5)
ER5356 (AlMg5)
4
5
6
7
8
9
Velocidad de aportación (m/min)
3
b)
4
5
6
7
8
9
Velocidad de aportación (m/min)
Figura 2: Variación de la intensidad y del voltaje con la velocidad de aporte en el soldeo de la aleación AA6082
Variación del voltaje con la velocidad de aporte (Wfs)
En general, al igual que sucede con la intensidad, al aumentar la velocidad de soldeo también se incrementa el
voltaje producido. Sin embargo, aquí hay que tener también en cuenta que otro parámetro que influye es la
longitud de arco, debido a que a mayor longitud mayor será el voltaje.
La Figura 2b muestra la variación del voltaje con la variación de la alimentación del aporte, valores que deben
ser tomados como referenciales para las condiciones anteriormente mencionadas. A partir de esta figura se puede
apreciar que los voltajes producidos cuando se emplea el aporte ER4043 son mayores, para la misma velocidad
de alimentación, aumentando la diferencia respecto a los alcanzados con el ER5356 conforme lo hace la
velocidad de aporte, al igual que ocurría con los valores de intensidad.
Por lo tanto, se puede concluir que para una misma velocidad de aportación el arco es más “caliente” cuando se
emplea el aporte ER4043.
INFLUENCIA DEL APORTE EN EL ASPECTO SUPERFICIAL
Se ha podido comprobar que el arco es más estable cuando se utiliza como aporte la aleación ER4043. El
resultado de esta mayor estabilidad produce un cordón donde prácticamente no se origina salpicaduras,
contribuyendo además a su mejor acabado superficial (Figura 3b), la mayor fluidez de este tipo de aporte gracias
a su 5 % en Si, que la convierte en una aleación de moldeo hipoeutéctica.
El empleo del aporte ER5356 genera una mayor proporción de salpicaduras, y una mayor rugosidad en el cordón
de soldadura, lo que limita el acabado superficial, como se muestra en la Figura 3a. Por otro lado, este aporte
genera una gran cantidad de gases debido al relativo alto contenido de magnesio, por lo que se deben tomar las
precauciones del caso como soldar en zonas con buena ventilación, emplear un extractor de humo adecuado y, lo
más importante, el soldador debe contar con una mascarilla.
Otro aspecto que se debe tener en cuenta el es color del cordón, pues el aporte ER4043 presenta una coloración
un poco más oscura, lo cual será más acentuada (gris) si es que la unión será posteriormente sometida a un
proceso de anodizado.
Otra diferencia encontrada en relación con ambos aportes, está relacionada con un grave problema de
soldabilidad que aparece cuando se emplean aportes AlSi5. Este problema consiste en la aparición de
perforaciones (Figura 4) a través del propio cordón de soldadura y, en ocasiones, en zonas próximas a la línea de
fusión, cuyo origen se debe a que el arco es más “caliente”, al silicio que se encuentra en mayor cantidad en la
zona fundida y que disminuye la temperatura de fusión y, al sobrecalentamiento por acumulación de calor en el
material base durante el proceso de soldeo, que aumenta progresivamente conforme progresa la ejecución de la
soldadura a lo largo de la chapa.
a)
b)
Figura 3: Aspecto superficial de las uniones soldadas. a) AlMg5 y b) AlSi5
Este tipo de defecto, que sólo aparece en planchas soldadas con el aporte ER4043, puede presentar limitaciones a
la hora de aplicar este aporte en planchas delgadas donde la posibilidad de ocasionar perforaciones durante el
soldeo será mucho mayor. Además, se puede presentar en planchas más gruesas, si es que no se regulan
adecuadamente los parámetros de soldeo.
La Figura 4 muestra una unión soldada con un aporte ER4043, apreciándose la formación de dos perforaciones,
una antes de la mitad del proceso y la otra, de mayores dimensiones, al final del cordón donde la acumulación de
calor es mayor. Este fenómeno sólo se ha apreciado con el empleo de este material de aporte, debido a que el
arco es más “caliente” por su mayor amperaje y voltaje producidos, y al silicio, que disminuye la temperatura de
fusión de las aleaciones de aluminio.
INFLUENCIA SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
Los ensayos de tracción realizados en todas las uniones soldadas, se han llevado a cabo utilizando muestras
soldadas con sobreespesor (sobremonta), debido a que en la mayoría de los casos una unión soldada de este tipo
entra en servicio con sobreespesor y en muy raras ocasiones se les retira mediante mecanizado.
Uniones soldadas con el aporte ER5356
En la Tabla 5, se muestra el resumen de los valores promedios de resistencia y alargamientos que se obtienen en
los ensayos de tracción, realizados a las uniones soldadas con el aporte ER5356 (AlMg5).
A partir de estos datos se deduce que los tres tipos de uniones utilizadas producen valores muy similares de
resistencia a la tracción (67 % – 69 % de la resistencia del material base). Con respecto a la zona de rotura en las
muestras soldadas ensayadas a tracción se produce a través de la ZAC, con la diferencia en la distancia a la que
lo hacen con respecto al centro del baño fundido, siendo mayores en uniones obtenidas con una pasada, y
correspondiéndose esta zona de rotura con el punto “3” identificado en los perfiles de dureza (zona de
solubilización) (Figura 5).
a)
b)
Figura 4: Dos perforaciones en una unión con el aporte ER4043. a) Cara de la unión y b) Raíz de la unión
Tabla 5: Resultados de los ensayos de tracción en uniones soldadas con el aporte ER5356. Metal base AA6082
Junta
“I”
“V”
Pasadas
1
2
2
Resistencia Máxima
% MB
σmáx (MPa)
230 +/- 4,6
67 +/- 1,3
234 +/- 6,2
69 +/- 1,8
234 +/- 5,5
69 +/- 1,6
Elongación
(%)
% MB
1,7 +/- 0.2
13 +/- 1,5
1,4 +/- 0,2
11 +/- 1,6
1,5 +/- 0,3
12 +/- 2,4
Zona de rotura
ZAC
ZAC
ZAC
% MB: Porcentaje con respecto al material base AA6082-T6
Respecto a los alargamientos obtenidos en las uniones soldadas con una y dos pasadas de aporte, de nuevo estos
presentan valores muy similares, lográndose alcanzar hasta 1,7 % que corresponde el 13 % del alargamiento del
material base. Los bajos valores de alargamiento obtenidos se deben a que las muestras soldadas rompen a
valores de resistencia menores por zonas donde se ha producido una precipitación de equilibrio masiva, por lo
que no se logra alcanzar las deformaciones plásticas del material base AA6082 en estado T6.
Uniones soldadas con el aporte ER4043
En la Tabla 6, se recogen los resultados obtenidos en los ensayos de tracción que se realizaron en uniones
soldadas con el aporte ER4043 (AlSi5). En este caso, se empleó una junta tipo “I”, en uniones con una pasada de
aporte, y una junta tipo “V”, para uniones con dos pasadas.
Tabla 6: Resultados de los ensayos de tracción en uniones soldadas con el aporte ER4043. Metal base AA6082
Junta
Pasadas
“I”
“V”
1
2
Resistencia Máxima
% MB
σmáx (MPa)
234 +/- 2,6
69 +/- 0,8
228 +/- 3,4
67 +/- 1,0
Elongación
%
% MB
3,3 +/- 0,2
25 +/-1,5
3,0 +/- 0,3
23 +/- 2,3
Zona de rotura
ZAC
ZAC
% MB: Porcentaje con respecto al material base AA6082-T6
Los dos tipos de uniones (en “I” y en “V”) presentan valores de resistencia a la tracción similares, siendo la
media obtenida de 231 MPa, valor que es mayor que la del aporte depositado (165 MPa), ya que las uniones
rompen siempre a través de la ZAC. El motivo de que el fallo no se produzca a través del baño fundido, a pesar
de su menor resistencia nominal, es debido al sobreespesor que posee esa región y que compensa su menor
resistencia mecánica con un área transversal mayor. Así mismo, los fenómenos de dilución con el material base
favorecen un enriquecimiento en Mg del baño fundido que también contribuye al aumento de resistencia.
De nuevo, respecto a los alargamientos obtenidos en las uniones soldadas, se alcanzan valores por debajo del
obtenido con el material base (aproximadamente un 25 % de los valores de partida). El motivo de esta pérdida de
ductilidad de nuevo hay que buscarlo en los cambios microestructurales que se producen en la ZAC, zona de
localización de la rotura.
Desde el punto de vista del comportamiento mecánico, los dos tipos de aportes empleados dan resultados muy
similares, tanto en resistencia como en ductilidad. Así las resistencias promedio obtenidas con los dos tipos de
aportes en condiciones de soldeo son próximas a 231 MPa (68 % del material base).
Por tanto, se puede concluir que, en el margen de condiciones de soldeo empleadas los dos aportes ER5356 y
ER4043 dan resultados análogos, estando las resistencias de las uniones condicionadas por las modificaciones
microestructurales que se producen en el material base próximas al cordón y afectadas por el calor (y la difusión
desde el cordón). La selección de uno u otro tipo de aporte no dependerá por tanto de requerimientos mecánicos
a cargas estáticas, sino de factores relacionados con la facilidad de soldeo, aspecto superficial del cordón,
espesor del material base, color de la unión, entre otras.
Ensayo de dureza Vickers en uniones soldadas
La Figura 5 muestra uno de estos perfiles de dureza Vickers obtenido a partir de una unión soldada de aleación
de aluminio AA6082, con una pasada de aporte ER5356 (AlMg5) empleando una junta tipo “I”. Hay que hacer
notas que las curvas obtenidas empleando diferentes condiciones de soldeo (aporte ER4043 o dos pasadas)
presentaban siempre la misma tendencia (Figuras 6 y 7).
120
(5)
110
(4)
Dureza Vickers (VH5)
(5)
Baño fundido
ZAC
Material base
(2)
100
(4)
(2)
90
(3)
(3)
80
70
(1)
60
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Posición en milimetros
Figura 5: Zonas representativas de una curva de dureza obtenida de una sección transversal a la unión
A partir de esta curva se pueden diferenciar la formación de diferentes zonas que se describen a continuación:
- (1) Centro del baño fundido: es la zona de menor dureza, cuyo valor coincide con la del metal de aporte
depositado (ER5356 o ER4043).
- (2 - 1 - 2) Baño fundido: su dureza aumenta desde el centro a los extremos, debido a los procesos de difusión y
mezcla con el metal base (dilución), que se dan durante el proceso de soldeo.
- (2) Línea de fusión: zona límite entre el baño fundido y el material base.
- (2 - 5) ZAC: metal base afectado por el calor generado durante el proceso de soldeo. Su inicio se localiza en la
línea de fusión (2). La anchura depende básicamente del aporte térmico y el grado de modificación de
propiedades dependerá de las temperaturas máximas alcanzadas y el tiempo que permanece a esos valores de
temperatura en los que la microestructura de la aleación se ve afectada.
- (3) Zona de solubilización en la ZAC: corresponde a una estrecha zona dentro de la ZAC, en donde se presenta
la mayor caída en dureza hasta un 30 % de la del material base y le corresponde, por tanto, la menor
resistencia mecánica. El aporte térmico ha generado la redisolución de los precipitados, que se encontraban en
equilibrio después del envejecimiento artificial, produciendo durante el enfriamiento una precipitación de
equilibrio, perdiéndose totalmente el efecto endurecedor del tratamiento de envejecido del que parte la
aleación base. Esta zona corresponde a la de precipitación preferente de fases de equilibrio de Mg2Si y
coincide con la zona de fallo cuando las probetas soldadas eran ensayadas a tracción.
- (4) Zona de sobreenvejecimiento en la ZAC: en esta zona se aprecia una ligera disminución de la dureza del
material base (aproximadamente 8 – 10 %) como consecuencia de una fenómeno de sobreenvejecimiento, al
haber estado el material a temperaturas en el intervalo de 150 – 250 ºC.
- (5 →) Material base: no afectado por el calor aportado.
Los ensayos de dureza Vickers, realizados a las uniones después del proceso de soldeo, permitieron determinar
la anchura de la ZAC. En el caso de las uniones realizadas con una pasada de aporte ER5356 y utilizando una
junta tipo “I”, ésta tiene en promedio 15 mm de ancho, mientras que en las uniones realizadas con dos pasadas
de aporte y empleando una junta tipo “V”, es de 10 mm. Esto se muestra gráficamente en la Figura 6.
En la Tabla 7, se resumen los valores de dureza Vickers que presenta la zona fundida (material de aporte) y la
anchura de la ZAC de las uniones soldadas con ambos aportes.
Dureza Vickers (HV5)
120
1 Pasada
110
2 Pasadas
100
90
80
70
60
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Posición en milímetros
15
20
25
30
Figura 6: Dureza transversal en uniones soldadas ejecutadas con una y dos pasadas de aporte ER5356
Tabla 7: Variación de la anchura de la ZAC en uniones soldadas con el aporte ER5356 (AlMg5).
Junta
Pasadas
“I”
“V”
1
2
Zona fundida (HV5)
ER5356
ER4043
68
60
70
61
Anchura de la ZAC (mm)
ER5356
ER4043
15
15
10
10
El tamaño de la ZAC obtenidos con ambos aportes son muy similares, pues las uniones ejecutadas con una
pasada tienen una ZAC promedio de 15 mm de ancho, mientras que en las ejecutadas con dos pasadas el ancho
es de 10 mm. Además, se ha podido comprobar, que con ambos materiales de aporte, la longitud de la ZAC
disminuye al aumentar el número de pasadas y, para un mismo número de pasadas.
ANÁLISIS MICROESTRUCTURAL
Aporte ER5356: descripción de la ZAC y línea de fusión
En la Figura 8a, se observa que el crecimiento de las dendritas se inicia desde el límite de fusión y tiene una
orientación preferente siguiendo la dirección del flujo de calor. No hay penetración preferente del baño a través
de los límites de grano de la ZAC, aunque se nota un ligero crecimiento del grano en la ZAC. Además, se
observa una precipitación preferente de la fase de Mg2Si en sus límites de grano, favorecida por la difusión de
Mg desde el baño, más rico en este elemento. Hay que tener en cuenta que el Mg no reduce significativamente el
punto de fusión del aluminio.
Aporte ER4356: descripción de la ZAC y línea de fusión
La Figura 8b, a muestra que hay una mayor penetración del baño fundido a lo largo de los límites de grano de la
ZAC. Esto se debe a la difusión preferente del Si, en mayor concentración en el baño que en el material base, por
sus límites de grano, reduciendo el punto de fusión de la aleación hasta formar una película líquida que solidifica
con estructura eutéctica. La presencia de esta fase líquida intergranular origina un mayor crecimiento de grano de
la ZAC, como lo muestra la figura.
120
Dureza Vickers (HV5)
1 Pasada
110
2 Pasadas
100
90
80
70
60
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Posición en milímetros
15
20
25
30
Figura 7: Dureza transversal en uniones soldadas ejecutadas con una y dos pasadas de aporte ER4043 (AlSi5)
Zona fundida
ZAC
ZAC
Zona
fundida
a)
b)
Figura 8: a) Aporte ER5356. Zona fundida, zona de penetración y ZAC, b) Aporte ER4043. Penetración del baño
por los límites de la ZAC. Se aprecia un crecimiento de grano en la ZAC
CONCLUSIONES
Durante el soldeo se obtiene una mejor alimentación con el aporte ER5356, debido a que presenta mayor
resistencia “columnar”. Por lo tanto, cuando se emplea un aporte ER4043 se debe utilizar el aporte de mayor
diámetro posible.
En general para una misma velocidad de alimentación el aporte ER4043 produce mayor intensidad y voltaje que
el aporte ER5356, con lo cual el arco es “más caliente” cuando se emplea el aporte rico en silicio.
El aporte ER4043 produce cordones de soldadura de mejor aspecto y acabado superficial, debido a que presenta
buena fluidez. El cordón realizado con el aporte ER5356 presenta muchas salpicaduras y mayor rugosidad.
Durante el proceso de soldeo, con el aporte ER5356, se genera una gran cantidad de humo debido al magnesio
que posee; por ello, si el soldador no cuenta con una adecuada protección personal, como mascarillas, extracción
de humos y ventilación no se deberá emplear.
El cordón de una unión empleando el aporte ER4043 presenta una coloración más oscura, lo cual se hará más
acentuado (gris) si es que la unión será posteriormente anodizada.
El silicio disminuye el punto de fusión de las aleaciones de aluminio, por ello el aporte ER4043 presenta mayor
fluidez, lo que produce una mayor penetración, siendo recomendable emplearlo cuando en donde se requiera alta
penetración, como en el caso de soldeo de grandes espesores. Para bajos espesores, se debe tener cuidado al
emplear el aporte ER4043 debido a que durante el proceso de soldeo se puede producir perforaciones.
El efecto térmico del proceso de soldeo provoca sobre el material base una disminución de las propiedades
mecánicas en la ZAC, disminución de dureza y resistencia, debido a los cambios microestructurales que ocurren.
Se observan ciertas diferencias relacionadas con la difusión de los elementos de la aleación de aporte (Mg o Si)
en zonas de la ZAC cercanas a la zona fundida:
1. Con el aporte ER5356 (AlMg5), después de efectuado el soldeo, existe un ligero crecimiento de grano en la
ZAC. Además, se observa una precipitación preferente de la fase de Mg2Si en los límites de grano de la ZAC.
2. En las uniones soldadas con el aporte ER4043, existe una difusión preferente del Si, por sus límites de grano,
reduciendo el punto de fusión de la aleación hasta formar una película líquida. La presencia de esta fase
líquida intergranular origina un mayor crecimiento de grano de la ZAC.
Al margen de las condiciones de soldeo, los valores de resistencia mecánica y ductilidad obtenidos por ambos
aportes, dan resultados análogos, estando las resistencias de las uniones condicionadas por las modificaciones
microestructurales en las zonas del metal base próximas al cordón y afectadas por el calor (y la difusión desde el
cordón). La selección de uno u otro tipo de aporte no dependerá por tanto de requerimientos mecánicos a cargas
estáticas, sino de factores relacionados con la facilidad de soldeo, aspecto superficial del cordón, espesor del
material base, color de la unión, entre otras.
REFERENCIAS
1. ASM Specialty Handbook, Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, USA, 1993.
2. AWS D1.2/D1.2M:2003, Structural Welding Code–Aluminum, Fourth edition, Florida, 2003.
3. Carry, Howard B. and Helzer, Scott C, Modern Welding Technology, Sixth Edition. Pearson, Prentice Hall,
2005.
4. Hufnagel, W. Manual del Aluminio, Segunda edición. Editorial Reverte, S.A. Barcelona, 1992.
5. Larry Jeffus, Welding Principles and Applications, Fifth edition. Thomson, USA, 2004.
6. The Aluminum Association, Welding Aluminum Theory and Practice, Third Edition, USA, November 1997.
7. Welding Handbook, Materials and Applications – Part 1, Eighth Edition, American Welding Society, USA,
1996.