¿Qué tener en cuenta al soldar aluminio con TIG?

El aluminio es uno de los elementos más abundantes en la tierra y uno de los metales no ferrosos más usados. Su empleo como aleación se ha popularizado en industrias manufactureras, tales como la industria aeroespacial, automotriz, energética, del transporte y de la construcción, en gran parte porque es un material liviano pero al mismo tiempo fuerte, resistente a la corrosión, fácilmente mecanizable, buen conductor de la electricidad y con un aspecto estéticamente agradable.

Aunque el proceso TIG (o GTAW por su nomenclatura internacional) permite la soldadura de muchos metales, el que se asocia con mayor frecuencia es el aluminio, especialmente cuando se trata de placas de poco espesor, ya que la técnica TIG proporciona el control necesario para lograr un buen aspecto del cordón.

Sin embargo, el aluminio se ha ganado la reputación de ser difícil de soldar, especialmente con TIG, puesto que involucra una metodología muy diferente a la soldadura de acero y otras aleaciones, por ejemplo.

¿A qué se debe esta particular reputación?

Principalmente a que el aluminio es un material que presenta ciertas propiedades únicas que lo diferencian de otros metales y que es necesario comprender para así adoptar las técnicas de preparación de soldadura y las herramientas necesarias para abordar esas propiedades y garantizar el éxito de una soldadura de aluminio con TIG.

Características especiales del aluminio

A los efectos de lograr la técnica y los materiales necesarios para una buena soldadura TIG debemos tener en cuenta que el aluminio presenta las siguientes peculiaridades:

• El metal puro tiene un punto de fusión por debajo de 650 ºC y no presenta cambios de color antes de fundirse, tan característicos de la mayoría de los demás metales. Por esta razón, no podemos saber cuando está caliente o listo para fundirse.
• El óxido o «piel» que se forma con tanta rapidez en su superficie tiene un punto de fusión casi tres veces mayor (por encima de 1700 ºC). Este óxido también es más pesado que el aluminio y cuando se funde tiende a hundirse o quedar atrapado en el aluminio fundido.
• Para complicar aún más la situación, el punto de ebullición del aluminio puro es de aproximadamente 1600 ºC, es decir, hierve a menos temperatura de la que se derrite el óxido.

Este comportamiento evidencia claramente la importancia de eliminar la mayor cantidad posible de «piel» de óxido antes de la soldadura. Para ello existen varios métodos que examinaremos más adelante.

Sin embargo, la limpieza del aluminio antes de la soldadura no solamente apunta a desprender la capa de óxido. También es imprescindible liberar la superficie a soldar de restos de grasa, aceite y partículas sueltas que provienen generalmente de las operaciones de corte, aserrado o maquinado a las que se someten las piezas antes de soldarlas. Al igual que el óxido, estos lubricantes contienen hidrógeno y oxígeno que, si quedan en el material, originarán porosidad y escoria, dando lugar a soldaduras poco robustas con malas propiedades mecánicas y eléctricas.

Además de estas características particulares del aluminio también debemos tener en cuenta otros factores para lograr excelentes resultados en la soldadura TIG de aluminio. Algunos ya fueron expuestos en este artículo. Ahora vamos a expandir un poco más la discusión y para ello nos centraremos en una serie de aspectos fundamentales a tener en cuenta.

1. Regla de las tres “L”: Limpieza, Limpieza, Limpieza

Más arriba señalamos las razones para eliminar la capa de óxido, así como películas de hidrocarburos y demás contaminantes de la superficie a soldar.

En vista de ello, lo primero que tenemos que hacer es limpiar el metal base en seco con un paño suave y sin pelusa. A continuación, debemos atacar la capa de óxido y demás contaminantes, y a tal efecto tenemos tres alternativas.

a) Métodos mecánicos: un cepillo de acero o de alambre de latón es la herramienta usada para frotar la superficie del aluminio, tanto antes de empezar a soldar como luego, entre pasadas de soldadura.

Aunque frecuentemente se recomienda un cepillo de acero inoxidable, este puede dejar marcas en la superficie. Un cepillo de latón cumple eficientemente la misma función y tiene cerdas más suaves, que ayudan a minimizar las marcas en la superficie de la pieza. No obstante, independientemente del cepillo que elijamos, debemos asegurarnos de usarlo exclusivamente para esta tarea de limpiar el aluminio y de guardarlo en un lugar separado para no introducir contaminantes.

Tampoco olvidemos limpiar la varilla de aporte de nuestro equipo TIG. La falta de limpieza adecuada del metal base y la varilla de aporte se traducirá en una soldadura de aspecto ahumado o con un residuo negro, y el cordón de soldadura no tendrá ese aspecto brillante y estéticamente agradable que normalmente se asocia con el aluminio.

b) Métodos eléctricos: sin usamos una soldadora TIG con fuente de corriente alterna, el ciclo de soldadura con electrodo positivo proporciona un decapado en tiempo real de la superficie, que elimina el óxido en torno a la zona de soldadura. Algunas aplicaciones avanzadas efectúan una pasada con polaridad DCEP (corriente continua con electrodo positivo) de baja corriente por delante del arco de soldadura exclusivamente para limpiar la junta. Sin embargo, si deseamos obtener soldaduras de calidad, debemos tener en cuenta que la limpieza eléctrica del aluminio no suele ser suficiente, por lo que debe complementarse con métodos mecánicos o químicos.

c) Métodos químicos: algunos consideran la limpieza química como último recurso reservado para aplicaciones de calidad ultra alta. Sin embargo, inmediatamente antes de la soldadura podemos embeber un paño sin pelusa en un limpiador químico para ayudar a eliminar el óxido. En un principio se usaba acetona, pero con el tiempo su uso se fue desaconsejando por considerarse un producto inseguro para respirar, incluso por períodos cortos. En su lugar, se recomienda el uso de alcohol desnaturalizado o desengrasantes comerciales.

La siguiente tabla muestra un detalle más preciso de los métodos de limpieza mecánica y química tanto para las juntas como para la pieza completa.

Métodos comunes para limpiar superficies de aluminio para soldadura TIG

2. Elección del gas protector

En los comienzos de la soldadura TIG, el gas protector de preferencia era una mezcla de argón y helio. El helio proporciona un arco más caliente que se ioniza a mayor temperatura, ofreciendo más potencia para nuestro amperaje y un mejor control. Recién en los últimos años, las mejoras tecnológicas de los equipos de soldadura, así como de las antorchas TIG y los medidores de flujo, han posibilitado el uso de argón puro, que actualmente es el gas más usado en la soldadura TIG.

Sin embargo, en aplicaciones de aluminio grueso en las que se necesita una cantidad intensa de calor, pero nos vemos limitados por el rango de amperaje de nuestra antorcha, una mezcla de argón/helio es la mejor opción. La combinación de argón y helio puede ayudarnos a lograr la penetración deseada y estabiliza el arco al aumentar su rango de voltaje. En el comercio pueden adquirirse cilindros premezclados de 75 % argón/25 % helio, pero una desventaja es que el gas en el interior se estratifica, minimizando los beneficios de helio. Atento a ello, un mezclador de gases puede solucionar este problema, brindando la posibilidad de personalizar la mezcla para nuestra aplicación, mantener la mezcla en la antorcha y proporcionar un caudal constante.

3. Consideraciones sobre el metal de aporte

a) Elección: dado que la varilla de aporte se alea o diluye con el metal base en el charco de soldadura, las composiciones tanto de la varilla como del metal base afectan la calidad de la soldadura. Los contaminantes de la varilla de aporte suelen ser aceites u óxidos hidratados. El calor de la soldadura libera el hidrógeno de estas fuentes, provocando porosidad en la soldadura. Para evitar este inconveniente, además de efectuar una buena limpieza de la varilla, como apuntamos anteriormente, conviene adquirir varillas fabricadas bajo controles rigurosos y empacadas de manera de evitar la contaminación durante el almacenamiento.

b) Momento de añadirlo a la soldadura: cuando se establece un arco en el aluminio, lo primero que percibiremos es el decapado o acción de limpieza. En ese punto debemos proseguir con la adición de calor hasta que aparezca el charco de soldadura. Una vez que se forma el charco y alcanza el ancho deseado, podemos comenzar a añadir la varilla de aporte. Para obtener buenos resultados, conviene seguir los siguientes pasos:

i. Dejamos que se forme el charco y mantenemos la adición de calor hasta observar una forma redonda y espejada directamente debajo de la antorcha.

ii. Sumergimos la varilla de aporte en el charco y dejamos que este funda la varilla. La inmersión debe ser rápida, ya que el calor del arco puede oxidar y deformar la varilla antes de que llegue el charco de soldadura.

iii. Nunca debemos apoyar la varilla de aporte en la pieza a soldar, ya que conduce el calor rápidamente y se oxidará o deformará debido al calor transmitido por conducción desde el metal base.

iv. Tratemos de usar un ritmo constante, tratando de contar mentalmente para que nuestro cordón de soldadura muestre un patrón consistente de ondulaciones.

v. Una vez que se forma el charco, sigamos adelante con la soldadura. Si nos quedamos en el mismo lugar por mucho tiempo, el charco se ensanchará y finalmente perforará el aluminio por fusión. Por lo tanto, debemos controlar el calor, manteniendo un charco de ancho uniforme a medida que nos desplazamos por la junta. Si el charco se hace demasiado amplio, podemos disminuir el amperaje o aumentar la velocidad de desplazamiento.

4. Consideraciones sobre el electrodo de tungsteno

En un principio, el tungsteno puro y el tungsteno toriado eran las opciones preferidas para soldar aluminio con TIG. Sin embargo, este último ha sido dejado de lado debido a las propiedades radiactivas del torio.

Hoy el tungsteno con adición de tierras raras es una excelente opción para soldar aluminio u otros metales, ya que proporciona un buen cebado del arco cuando el amperaje y la tasa de quemado son bajos. Una tasa de quemado baja significa que la geometría de la punta dura más tiempo y el tungsteno no se derrite con facilidad, minimizando la contaminación de la zona de soldadura. Las aplicaciones de soldadura de alta especialización pueden requerir tungsteno zirconiado, pero es costoso e innecesario, a menos que se especifique en el procedimiento.

En la tabla que sigue detallamos los electrodos de tungsteno usados para aluminio, con su correspondiente código de colores según normas DIN.

electrodos de tungsteno usados para aluminio

Independientemente del tungsteno que seleccionemos, asegurémonos de que sea de calidad. Las técnicas de fabricación pueden afectar todo, desde el proceso de mezcla de la aleación hasta la extrusión de los electrodos. Una mala calidad de fabricación puede manifestarse por electrodos que presentan los siguientes aspectos:

• Diámetro variable
• Curvatura (especialmente en los diámetros más pequeños)
• Acabado inconsistente
• Pintura descamada, que puede contaminar la soldadura y en última instancia, inutilizar el sistema de codificación por colores.

Para preparar correctamente el electrodo que adquirimos, debemos usar una amoladora exclusiva para tungsteno con un disco de diamante para obtener una conicidad constante y un acabado consistente del electrodo. Podemos preparar un ángulo de 45 grados con una punta plana en el extremo, ya que si no eliminamos la punta aguda, esta puede quemarse fácilmente y caer en nuestra soldadura.

5. Corriente de soldadura, ¿CA o CC?

En un principio, las soldadoras con corriente alterna (CA) eran muy poco fiables, por lo tanto se usaba corriente continua (CC) en casi todas las aplicaciones, incluida la soldadura de aluminio. La mayoría usaba corriente continua con electrodo negativo (DCEN) y helio puro. Esto producía buenas soldaduras, pero la entrada de calor era difícil de controlar, requería una gran cantidad de limpieza previa y el helio era costoso. También se usó DCEP (corriente continua con electrodo positivo) y aunque producía una acción de ataque químico o limpieza, calentaba, deformaba y erosionaba seriamente el tungsteno, incluso a bajos amperajes.

Por lo tanto, la tecnología perfeccionó las máquinas con CA y con ello se lograron muchas ventajas. Hoy en día, la soldadura de aluminio con TIG se realiza con equipos de corriente alterna, ya que:

• Permiten aprovechar la propiedad de limpieza de la fuente de alimentación para eliminar la capa de óxido. La CC no ofrece las propiedades de limpieza necesarias para romper esa capa de óxido.
• Las máquinas de soldadura más modernas con controles de equilibrio de CA permiten el ajuste preciso de la corriente en función del espesor del material, la penetración de la soldadura y el área de limpieza deseada, lo que afectará el perfil del cordón y la apariencia de la soldadura.

6. Antorcha y sus accesorios

Cuando se usa una soldadora TIG con corriente alterna, la energía en forma de calor no sólo se dirige de la antorcha a la pieza de trabajo, sino que también retorna a la antorcha. Cuanto más grueso es el material o más largo es el cordón, más energía retorna y se produce un mayor calentamiento de la antorcha.

Oportunamente ya señalamos los aspectos que debemos considerar para elegir una buena antorcha TIG. Además de esos aspectos, podemos agregar los que conciernen específicamente a la soldadura de aluminio.

Una antorcha provista de difusor de gas, con copa y cuerpo número 8 (1/2 pulgada) es una buena opción para la mayoría de las aplicaciones en aluminio. El difusor de gas proporciona una mejor cobertura gaseosa, un mejor enfriamiento de la antorcha debido al material adicional (mejor transferencia de calor) en el cuerpo y un mayor flujo gaseoso sobre los componentes (mayor área de superficie para disipar el calor). Como beneficio adicional, la mejor transferencia de calor contribuye a una mayor vida útil del electrodo.

Teniendo en cuenta estos consejos y siguiendo siempre la orientación de aquellos experimentados en la materia, comprobaremos que la soldadura de aluminio con TIG resulta relativamente sencilla, aunque la práctica y la paciencia son factores que también deben adicionarse para alcanzar los resultados deseados.