Las aleaciones de aluminio se eligen a menudo debido a su alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión , bajo costo, alta conductividad térmica y eléctrica . Hay una variedad de técnicas para unir aluminio que incluyen sujetadores mecánicos, soldadura , unión adhesiva , soldadura fuerte , soldadura y soldadura por fricción y agitación (FSW) , etc. Se utilizan varias técnicas basadas en el costo y la resistencia requerida para la unión. Además, se pueden realizar combinaciones de procesos para proporcionar medios para ensamblajes difíciles de unir y para reducir ciertas limitaciones del proceso.
Sujetadores mecánicos
Un método simple y económico para unir aluminio es usar sujetadores mecánicos (es decir, pernos y tuercas). Normalmente se perfora un agujero en el material base y se coloca un sujetador en el interior. Este tipo de carpintero requiere algún tipo de material superpuesto para realizar una junta. Se pueden utilizar remaches o pernos y tuercas de aluminio; sin embargo, las aplicaciones de alta tensión requerirían material de fijación de mayor resistencia, como el acero. Esto podría conducir a la corrosión galvánica de diferentes materiales que tienen un potencial electroquímico variable. Una corrosión significativa debilitaría el conjunto con el tiempo y posiblemente provocaría fallas. Además, diferentes materiales podrían resultar en agrietamiento por fatiga térmica debido a diferentes coeficientes de expansión térmica . A medida que el conjunto se calienta repetidamente, las tensiones pueden acumularse y agrandar el orificio de montaje. Un lugar común en el que se utilizan sujetadores mecánicos es el remachado de paneles de aluminio en el exterior de los aviones. [1]
Pegamento adhesivo
El aluminio se puede unir con una variedad de adhesivos. El aluminio puede requerir cierto nivel de preparación de la superficie y pasivación para eliminar cualquier químico no deseado de la superficie. La pasivación puede ser tan simple como frotar con alcohol o una limpieza ultrasónica. Antes de la unión, se debe realizar un ajuste en seco para confirmar el ajuste adecuado de los componentes. Los adhesivos pueden requerir calor, presión o ambos durante el curado; sin embargo, la aplicación del adhesivo debe realizarse según las instrucciones del fabricante del adhesivo. [2]
Preparación de la superficie
Para lograr una unión adhesiva adecuada, es necesaria cierta preparación de la superficie. Se realiza una limpieza superficial para eliminar las impurezas. La superficie de las piezas a unir se puede raspar con un abrasivo como papel de lija. Esto proporciona asperezas superficiales entrelazadas y aumenta el área de superficie para la unión. También puede ser necesario un tratamiento químico para aumentar la energía superficial del adherente y eliminar la capa de óxido. El óxido de aluminio se adhiere débilmente al metal de aluminio subyacente y, sin quitarlo, la junta adhesiva se debilita drásticamente. Las capas de óxidos pueden separarse del sustrato metálico y es un principio clave para la teoría de fallas adhesivas, capa límite débil de Bikerman. Una forma de fortalecer la capa de óxido y evitar que el óxido falle en el sustrato es anodizar el material. La anodización crea una fuerte capa de óxido hexagonal con un área de superficie adicional para la unión adhesiva.
Tipo de adhesivos
La selección del adhesivo se puede dictar en función del costo, la resistencia y la ductilidad necesaria. Los aficionados suelen utilizar cianoacrilato (superpegamento), epoxi o JB Weld . La silicona también se puede usar en una aplicación en la que se necesita impermeabilización.
Soldadura
La mayoría de las aleaciones de aluminio se pueden unir soldando juntas; sin embargo, cierto aluminio de calidad aeronáutica y otras aleaciones especiales no se pueden soldar utilizando métodos convencionales. El aluminio se suelda comúnmente con soldadura de arco metálico con gas (GMAW) y soldadura con arco de tungsteno con gas (GTAW). Debido a la capa de óxido de aluminio, se necesita una polaridad positiva para romper la superficie para asegurar una soldadura adecuada. La corriente alterna (CA) también se usa para permitir los beneficios de una polaridad negativa que proporciona penetración y suficiente polaridad positiva para una soldadura libre de contención. Para obtener más detalles sobre los parámetros de soldadura, los códigos de soldadura de aluminio estructural se pueden encontrar en AWS D1.2. [3] La soldadura de aluminio típicamente crea una región ablandada en el metal de soldadura y la zona afectada por el calor. Es posible que se necesiten tratamientos térmicos adicionales para obtener un material aceptable para una aplicación. [4] La soldadura industrial también se encuentra comúnmente en la unión de aluminio: la soldadura por fricción , la soldadura por láser y la soldadura por ultrasonidos son algunos de los muchos procesos utilizados.
Soldadura fuerte y soldaduras
El aluminio se puede soldar o soldar a casi cualquier material, incluido hormigón, cerámica o madera. La soldadura fuerte y la soldadura fuerte se pueden aplicar manualmente o mediante una técnica automatizada. La soldadura fuerte manual de aluminio puede resultar difícil debido a que no se observa ningún cambio de color antes de la fusión. De manera similar a otras técnicas, el óxido fuerte de aluminio puede evitar una unión adecuada. Se pueden usar ácidos y bases fuertes para debilitar el óxido o se pueden usar fundentes agresivos. Las aleaciones de soldadura fuerte para aluminio deben tener una temperatura de fusión relativamente baja, por debajo de la temperatura de fusión del aluminio (660 ° C). Además, las aleaciones de aluminio con alto contenido de magnesio pueden "envenenar" los fundentes y reducir la temperatura de fusión, lo que puede provocar una unión débil. En algunos casos, las piezas de aluminio pueden revestirse con un material diferente y soldarse con una técnica y un material de relleno más comunes. Las juntas soldadas requieren la superposición de piezas. La cantidad de superposición puede afectar en gran medida la fuerza de la articulación. [5]
Soldadura por fricción-agitación
La soldadura por fricción y agitación es un proceso de unión de estado sólido que utiliza una herramienta no consumible para unir dos piezas de trabajo enfrentadas sin derretir el material de la pieza de trabajo. [6] [7] El calor se genera por la fricción entre la herramienta giratoria y el material de la pieza de trabajo, lo que conduce a una región ablandada cerca de la herramienta FSW . Mientras la herramienta se atraviesa a lo largo de la línea de unión, entremezcla mecánicamente las dos piezas de metal y forja el metal caliente y ablandado mediante la presión mecánica, que se aplica con la herramienta, de manera muy similar a unir arcilla o masa. [7] Se usó principalmente en aluminio forjado o extruido y particularmente para estructuras que necesitan una resistencia de soldadura muy alta.
Referencias
- ^ Bonenberger, Paul R. (2005). El primer manual de Snap-Fit . 6915 Valley Avenue, Cincinnati, Ohio 45244-3029, EE. UU .: Hanser Gardner Publications, Inc. ISBN 1-56990-388-3.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ Pocius, Alphonsus V. (2012). Tecnología de Adhesión y Adhesivos: Introducción . 6915 Valley Avenue, Cincinnati, Ohio 45244-3029, EE. UU .: Hanser Publications. ISBN 978-3-446-43177-5.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ Sociedad, American Welding. "AWS D1.2, Código de soldadura estructural - Aluminio: Certificación: American Welding Society" . www.aws.org . Consultado el 3 de abril de 2018 .
- ^ Lippold, John C. (2015). Metalurgia y soldabilidad de la soldadura . Nueva Jersey: John Wiley & Sons Inc. ISBN 978-1-118-23070-1.
- ^ Comité C3 sobre soldadura fuerte y soldadura fuerte de la American Welding Society (AWS) (2011). MANUAL DE BRAZING, 5ª EDICIÓN . 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126: Sociedad Estadounidense de Soldadura. ISBN 978-0-87171-046-8.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ Li, Kun; Jarrar, Firas; Sheikh-Ahmad, Jamal; Ozturk, Fahrettin (2017). "Uso de la formulación acoplada de Eulerian Lagrangian para el modelado preciso del proceso de soldadura por fricción y agitación" . Ingeniería de Procesos . 207 : 574–579. doi : 10.1016 / j.proeng.2017.10.1023 .
- ^ a b "Proceso de soldadura y sus parámetros - Soldadura por fricción y agitación" . www.fswelding.com . Consultado el 22 de abril de 2017 .