Reparación de moldes de aluminio: cómo elegir el alambre de soldadura de aluminio y la tecnología de soldadura adecuados

Tecnología de soldadura de aluminio

El uso de herramientas de aluminio se está volviendo cada vez más común. Elegir el alambre de soldadura correcto y la técnica de soldadura correcta reparará efectivamente el molde.

Una vez considerado estrictamente como un material prototipo de herramienta, el aluminio se ha convertido gradualmente en una opción para la producción de moldes. Al considerar esta opción, es importante observar primero la diferencia entre el acero y el aluminio y luego determinar cómo usar la mayor conductividad térmica del aluminio sin reducir la calidad de la pieza. También es importante tener en cuenta los problemas relacionados con el mantenimiento del molde. Es relativamente fácil producir piezas de alta calidad con moldes de aluminio, pero la reparación de estos moldes puede plantear desafíos. Para garantizar la reparación exitosa de los moldes de aluminio, es necesario comprender las diferencias entre las opciones de acero y aluminio y aleaciones de aluminio, así como el conocimiento sobre los cables de soldadura y las técnicas de soldadura adecuadas.

Materiales: aluminio y acero

Las aleaciones de aluminio de alta resistencia disponibles en la actualidad son una alternativa viable al acero para herramientas. El aluminio se usa principalmente para producir prototipos debido a su bajo costo, por lo que el aluminio tiene otras ventajas, lo que lo convierte en una opción viable para producir moldes.

Primero, debido a varias características clave del material, el costo de los moldes de aluminio es solo aproximadamente la mitad del costo de los moldes de acero, y puede entregarse en aproximadamente la mitad del tiempo. Por ejemplo, aunque el acero es mucho más resistente que el aluminio, el aluminio pesa solo un tercio del aluminio, y ciertos materiales de aluminio pueden procesarse para producir una resistencia comparable al acero. Debido a que el aluminio es más blando que el acero, es más fácil de cortar. La combinación de alta resistencia y bajo peso hace que el aluminio tenga una amplia gama de usos, que pueden ser ampliamente utilizados en la industria aeroespacial, automotriz e industrial.

Otra ventaja del aluminio sobre el acero es su alta resistencia a la corrosión. Cuando el aluminio se expone al aire, se forma una capa delgada de óxido de aluminio, que mejora la resistencia a la corrosión. Además, a medida que disminuye la temperatura, el aluminio no se vuelve frágil como el acero. De hecho, puede aumentar la resistencia a la tracción y mantener la tenacidad.

Como todos sabemos, la conductividad térmica y la conductividad eléctrica del aluminio es seis veces mayor que la del acero. La conductividad térmica del aluminio juega un papel vital en la soldadura y reparación de moldes, de modo que la soldadura se curará más rápido. Esto también ayuda a lograr más&", práctica GG"; soldadura, fije mejor el metal en su lugar y simplifique el mantenimiento en el sitio. La alta conductividad térmica significa que la energía térmica aplicada a una parte del metal se transferirá rápidamente a otras partes. Esto mantiene el material estable mientras mantiene una temperatura alta. Sin embargo, para evitar el deterioro de las piezas, el aluminio debe soldarse con un calor más intenso a una velocidad más rápida, ya que el calor se disipará rápidamente.

Elección de aleación

Si elige utilizar aluminio en el próximo proyecto de moldes, es muy importante elegir la aleación de aluminio adecuada. Agregar elementos como cobre, magnesio y zinc a la matriz de aluminio produce aleaciones. Cada elemento agregado ayudará a mejorar las propiedades beneficiosas únicas del aluminio.

Hay dos categorías principales de aleaciones de aluminio: forja y fundición. Las aleaciones forjadas se moldean primero en palanquillas de acero, y luego se procesan mecánicamente mediante métodos de laminado en frío o en caliente, como laminado, forjado, extrusión y conformado, para lograr la forma deseada. La laminación se utiliza para producir láminas, láminas o placas de aluminio; la forja se usa para producir formas complejas con excelentes propiedades, y la extrusión se usa para producir tubos o varillas. La aleación de fundición se moldea directamente en la forma deseada, lo que la hace muy adecuada para la aplicación de formas complejas.

Las aleaciones forjadas y fundidas se clasifican además como tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones tratables con calor contienen elementos de aleación que aumentan la resistencia y la solubilidad del material a través del tratamiento térmico, pero la zona afectada por el calor (HAZ) generalmente no está completamente recocida, lo que afecta la resistencia de cualquier soldadura. Las aleaciones no tratables con calor se fortalecen con métodos de trabajo en frío.

Estas clasificaciones son consideraciones importantes con respecto a la soldabilidad y mantenibilidad de los moldes de aleación de aluminio. Algunos materiales son más adecuados para procesos de soldadura específicos, por lo que cuando el fabricante del molde determina el material de soldadura, también debe considerarse el método de soldadura.

Algunas aleaciones de aluminio de uso común se producen a partir de la familia de series 7000 . Estas aleaciones son atractivas para los moldeadores porque generalmente tienen una alta resistencia comparable al acero y son más duraderas que otras series. El zinc es el principal elemento de aleación en estas aleaciones de aluminio. Se usa en combinación con otros elementos (como magnesio y cobre) para ayudarlo a convertirse en una aleación fuerte a temperatura ambiente. La adición de zinc también hace que el aluminio se pueda tratar con calor, endureciendo así el precipitado, una técnica de calentamiento utilizada para aumentar el límite elástico. Mediante el endurecimiento por precipitación, las aleaciones de la serie 7000 pueden alcanzar una resistencia a la tracción de hasta 700 MPa (megapascales), la más alta de cualquier aleación de aluminio. Después de dispersar los elementos de aleación mediante laminado y forjado, el tratamiento térmico es más efectivo. La combinación de estos tres procesos establecerá las propiedades requeridas para el aluminio de alta resistencia. Aunque las aleaciones de la serie 7000 tienen buena resistencia a la fatiga y maquinabilidad, tienen una resistencia a la corrosión más pobre que otras aleaciones de aluminio, por lo que son susceptibles a agrietamiento por corrosión bajo tensión y son difíciles de soldar.

Otras opciones populares para aplicaciones de moldes de producción son las aleaciones de las series 2000, 5000 y 6000 . Al agregar cobre, aquellos en la serie 2000 pueden endurecerse por precipitación como en la serie 7000 , dándoles una resistencia similar al acero, pero las aleaciones en la serie 2000 tienen menor resistencia a la corrosión, Por lo tanto, en comparación con ellos, son más susceptibles a la corrosión por tensión. Debido a esta fragilidad en la serie 7000 , muchas aleaciones de la serie 2000 se consideran no soldables.

El magnesio se agrega a las aleaciones de la serie 5000 . El magnesio puede proporcionar una solución sólida de refuerzo y mejores propiedades de endurecimiento por deformación, por lo que tienen una alta resistencia al tratamiento sin calor en aleaciones de aluminio. Debido a estas características, las aleaciones de la serie 5000 son muy difíciles de extruir y caras. Se fabrican principalmente en láminas y placas y solo se usan ocasionalmente como piezas moldeadas.

El aluminio en la serie 6000 está aleado con magnesio y silicio para hacer una aleación resistente al calor, fuerte y fácil de extruir con buena resistencia a la corrosión. Aunque las aleaciones de la serie 6000 son una de las aleaciones de uso general de uso general, no pueden alcanzar la alta resistencia de las aleaciones de la serie 2000 y 7000 .

Estas otras series de aleaciones generalmente son producidas por la misma fábrica que fabrica las palanquillas de la serie de aleaciones de la serie 7000 , pero no están laminadas, forjadas ni tratadas térmicamente para aumentar la resistencia. En cambio, moldee estas aleaciones directamente en su forma final, para que puedan obtener sus propiedades, incluida la resistencia y la soldabilidad, de la composición de la aleación en lugar de a través del proceso de fabricación. Dado que la aleación de fundición no necesita ser laminada o forjada en forma de placa o lámina, puede usarse de manera más económica para formas complejas de productos. Sin embargo, no tendrán la misma resistencia que los productos similares laminados o forjados. Las aleaciones de fundición son una opción popular para la producción de prototipos porque cuestan aproximadamente la mitad del costo de las aleaciones de la serie 7000 . Para prototipos, las aleaciones más débiles son aceptables. Las aleaciones de la serie 2000 modificada en forma laminada o forjada también se pueden proporcionar para lograr un buen equilibrio entre la resistencia y las características de soldadura. Ambos tipos de aleaciones son fáciles de soldar según sus respectivas características.

La calidad ideal inherente a cada serie de aleaciones determinará sus aplicaciones de producción adecuadas. Debido a su alta resistencia, las aleaciones de la serie 7000 se usan comúnmente en aplicaciones de alto rendimiento como aeroespaciales, vehículos blindados y equipos deportivos. Las aleaciones de la serie 2000 de resistencia comparable se usan comúnmente en aplicaciones de aeronaves o aeroespaciales, mientras que las aleaciones de la serie 5000 tienen mayor soldabilidad y resistencia no tratable por calor, lo que las hace útiles para diversas aplicaciones estructurales como puentes, edificios, camiones, etc. Construcción naval y recipientes a presión. Las aleaciones de la serie 6000 son métodos de extrusión de aleación simples y económicos, que los hacen adecuados tanto para soldadura como para diversas formas de extrusión.

Selección de alambre de soldadura de aleación de aluminio

Las diferentes aleaciones de aluminio requieren diferentes alambres de soldadura para lograr una soldadura exitosa. Las características del alambre de soldadura deben coincidir con las características de la aleación específica que se va a soldar, y también se debe considerar la capacidad de igualación de color, resistencia e influencia en la zona afectada por el calor del alambre de soldadura. Además, el alambre de soldadura debe tener una temperatura de fusión similar a la de su material base para realizar una soldadura efectiva. Por ejemplo, una aleación de aluminio con un alto contenido de magnesio debe soldarse con una aleación de relleno que también contenga un alto contenido de magnesio. Cada tipo de alambre de soldadura tiene su propia composición química dinámica, que producirá resultados más efectivos para aleaciones de aluminio con características similares. Además de mejorar la eficiencia de la producción, también se debe reducir la distorsión de la soldadura.

El mantenimiento de moldes de producción hechos con varias aleaciones de la serie 7000 es un desafío porque su sensibilidad al agrietamiento térmico o al agrietamiento por corrosión bajo tensión les impide soldar utilizando la tecnología de soldadura por arco. Las excepciones a esta regla son 7003 y 7005 aleaciones extruidas y 7039 aleaciones de placa. Las aleaciones calificadas de la serie 7000 se pueden soldar con alambre de soldadura de aleación 5356 o 2319 , que pueden producir soldaduras no porosas de resistencia aceptable, que pueden coincidir con la integridad del aluminio aleación. 5356 se usa comúnmente en estos alambres de soldadura porque es rígido y puede proporcionar resistencia aceptable y alimentación continua, mientras que 2319 es tratable con calor y tiene alta resistencia y buena ductilidad. 5356 soldadura el alambre también tiene un relleno con 5% de contenido de magnesio, que puede reducir la sensibilidad a las grietas de soldadura. Cuanto mayor es el contenido de magnesio, menor es el riesgo de grietas.

Dos fábricas que producen aleaciones de aluminio de la serie 7000 han ayudado a desarrollar alambres de soldadura de aleación patentados diseñados para aleaciones de aluminio de la serie 7000 . Estos productos no se han utilizado ampliamente, pero todos los resultados de las primeras pruebas muestran que la coincidencia de color se ha mejorado en comparación con los 2319 y 5356 alambres de soldadura. Sin embargo, para estos nuevos cables, la zona afectada por el calor alrededor del área de reparación de la soldadura es común a todas las aleaciones tratadas con calor en todos los procesos de reparación.

El alambre de soldadura 2319 es adecuado para soldar moldes hechos de aleaciones de la serie 2000 . Las aleaciones forjadas de la serie 2000 se pueden tratar térmicamente para lograr una mayor resistencia a la tracción, que puede ser tan alta como 448 MPa. Forman aleaciones con cobre y ayudan a producir mejores características de soldadura. Las pruebas han demostrado que 2319 el alambre de soldadura tiene una excelente calidad de soldadura y coincidencia de colores. Cuando la coincidencia de colores es muy importante, se convierte en una opción popular. Las aleaciones de la serie 2000 tienen mayores propiedades de envejecimiento y templado, por lo que tienen una mayor resistencia a la fatiga térmica que las aleaciones de la serie 7000 , lo que significa que el calor generado por la soldadura no hará que disminuya la resistencia del material soldado.

Las aleaciones de la serie 6000 son aleaciones forjadas tratables térmicamente que muestran una zona afectada por el calor alrededor del área de soldadura. El alambre de soldadura adecuado para soldar aleación de aluminio de la serie 6000 es 4043, que es uno de los alambres de soldadura fáciles de manejar. Tiene un punto de fusión más bajo y una mejor fluidez, por lo que es menos sensible a las grietas de soldadura. Este alambre de soldadura es adecuado para aplicaciones críticas donde la resistencia y el color del área de soldadura coinciden. Sin embargo, si el material original se anodizará después de la reparación, el alambre de soldadura 5356 es una mejor opción y producirá una coincidencia de color más cercana, porque 4043 se volverá gris oscuro después del anodizado.

Debido a que las aleaciones fundidas proporcionan una estructura de grano más fuerte y las aleaciones forjadas tienen una mayor porosidad, es más probable que exhiban una reparabilidad de soldadura más fuerte. La elección ideal para la aleación de aluminio de la serie 5000 es el 5356 alambre de soldadura, mientras que el 2319 alambre de soldadura es adecuado para la aleación de la serie 2000 . Estos alambres de soldadura producen una excelente coincidencia de color con la aleación debido a su bajo contenido de silicio, que mantiene el efecto de mezcla de plata anodizada en lugar del negro obvio y poco atractivo. Como un producto sin tratamiento térmico, la aleación de fundición no tiene una zona afectada por el calor alrededor de la soldadura, por lo que el área de soldadura no es visible en la superficie acabada del molde.

Habilidades de reparación de moldes de aluminio

Una vez que se selecciona el alambre de soldadura apropiado, el enfoque debe cambiarse a la tecnología apropiada del molde a soldar. Este es un factor importante para la reparación exitosa de la soldadura. La tecnología adecuada implica no solo la soldadura real, sino también más tecnologías. También debe considerar las condiciones ambientales y el precalentamiento del material, lo que eliminará la condensación y mejorará su soldabilidad.

En general, la corriente alterna (CA) se utiliza para soldar aluminio, pero la corriente continua (CC) puede producir mejores resultados al reparar aleaciones de moldes. AC y DC se refieren a la polaridad de la corriente cuando fluye a través de los electrodos. Elegir el electrodo con la polaridad adecuada tendrá un impacto significativo en la resistencia y calidad de la soldadura.

Como se mencionó anteriormente, cuando el aluminio se expone al aire, se forma una capa delgada de óxido de aluminio. Si no se elimina la capa de óxido, afectará negativamente la fusión y la fluidez de la soldadura adecuada. La temperatura requerida para eliminar esta capa es mucho más alta que la temperatura requerida para fundir la base de aluminio. La corriente alterna fluye la mitad del tiempo en una dirección y la otra mitad en la otra dirección. Dado que la corriente alterna a menudo cambia la polaridad (la polaridad cambia 120 veces por segundo a una corriente de 60 Hz), la capa de óxido se elimina primero, permitiendo que el metal base se derrita y se derrita más rápidamente. Para obtener buenos resultados, se requiere una corriente igual y equilibrada en ambas direcciones.

La corriente continua solo fluye en una dirección, formando una polaridad constante. Las soldaduras de pulsos de CC producirán pulsos de arco entre altas corrientes de pico y bajas corrientes de fondo, lo que reducirá la zona afectada por el calor y el calor aplicado al material original, conservando así el rendimiento original del metal. El uso de soldaduras de pulso de CA da como resultado una mayor porosidad en el área soldada y una mala coincidencia de colores. Cuando se utiliza una corriente de soldadura demasiado baja, cuando el gas es arrastrado por la turbulencia de soldadura, puede producirse porosidad. En aluminio, la soldadura se debe realizar rápidamente para evitar que el calor penetre en el bloque madre. Si la ejecución es demasiado lenta, aumentará el riesgo de sobrecarga.

A medida que aumenta el uso de herramientas de aluminio, el costo de las piezas disminuirá, lo que a su vez hará que el uso de herramientas de aluminio sea más común. Elegir el alambre y la tecnología de soldadura adecuados facilitará los procesos potencialmente difíciles y proporcionará excelentes resultados de soldadura.