Unión de aluminio

Las aleaciones de aluminio se utilizan frecuentemente debido a su alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión , bajo costo y alta conductividad térmica y eléctrica . Existen diversas técnicas para unir aluminio , como fijaciones mecánicas, soldadura , adhesivos , soldadura fuerte , soldadura blanda y soldadura por fricción-agitación (FSW) , entre otras. Se emplean distintas técnicas según el costo y la resistencia requerida para la unión. Además, se pueden combinar procesos para facilitar la unión de componentes difíciles y reducir ciertas limitaciones del proceso.

Un método sencillo y económico para unir aluminio es mediante fijaciones mecánicas (es decir, pernos y tuercas). Normalmente, se perfora un orificio en el material base y se coloca una fijación en su interior. Este tipo de unión requiere algún tipo de material superpuesto para que se forme la junta. Se pueden usar remaches de aluminio o pernos y tuercas; sin embargo, las aplicaciones de alta tensión requerirían un material de fijación de mayor resistencia, como el acero. Esto podría provocar corrosión galvánica en los diferentes materiales, que tienen un potencial electroquímico variable. Una corrosión significativa debilitaría el conjunto con el tiempo y posiblemente provocaría su fallo. Además, los diferentes materiales podrían provocar fisuras por fatiga térmica debido a los distintos coeficientes de dilatación térmica . A medida que el conjunto se calienta repetidamente, las tensiones pueden acumularse y agrandar el orificio de montaje. Un uso común de fijaciones mecánicas es el remachado de paneles de aluminio en exteriores de aviones. ^{[ 1 ]}

El aluminio se puede unir con diversos adhesivos. Es posible que se requiera cierta preparación de la superficie y pasivación para eliminar cualquier residuo químico. La pasivación puede ser tan sencilla como usar alcohol isopropílico o realizar una limpieza ultrasónica. Antes de la unión, una prueba de ajuste en seco permite confirmar el correcto encaje de los componentes. Los adhesivos pueden requerir calor, presión o ambos durante el curado. ^{[ 2 ]}

Preparación de la superficie

Para lograr una correcta adhesión, es necesaria cierta preparación de la superficie. Se realiza una limpieza para eliminar impurezas. La superficie de las piezas a unir puede ser rugosa con un abrasivo como papel de lija, lo que proporciona asperezas superficiales entrelazadas y aumenta la superficie de adhesión. 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 aluminio subyacente; sin la eliminación del óxido, la unión adhesiva se debilita considerablemente. Las capas de óxido pueden separarse del sustrato metálico; un principio clave en la teoría de fallas adhesivas es la capa límite débil de Bikerman. Una forma de fortalecer la capa de óxido y prevenir la unión óxido-sustrato es anodizar el material, creando una capa de óxido hexagonal resistente con una superficie adicional para la unión adhesiva.

La mayoría de las aleaciones de aluminio se pueden unir mediante soldadura; sin embargo, ciertas aleaciones de aluminio de grado aeronáutico y otras aleaciones especiales no se pueden soldar con métodos convencionales. El aluminio se suele soldar mediante soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). Debido a la capa de óxido del aluminio, se necesita una polaridad positiva para romper la superficie y asegurar una soldadura adecuada. También se utiliza corriente alterna (CA) para aprovechar las ventajas de una polaridad negativa que proporciona penetración y suficiente polaridad positiva para una soldadura sin contención. Para obtener más detalles sobre los parámetros de soldadura y los códigos de soldadura de aluminio estructural, consulte la norma AWS D1.2. ^{[ 3 ]}

La soldadura de aluminio suele crear una zona ablandada en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor. Es posible que se requieran tratamientos térmicos adicionales para obtener un material adecuado para una aplicación específica. ^{[ 4 ]} La soldadura industrial también se utiliza comúnmente para unir aluminio: la soldadura por fricción-agitación , la soldadura láser y la soldadura ultrasónica son algunos de los muchos procesos empleados.

El aluminio se puede soldar mediante soldadura fuerte o blanda a casi cualquier material, incluyendo hormigón, cerámica o madera. La soldadura fuerte y blanda se puede realizar manualmente o mediante una técnica automatizada. La soldadura fuerte manual de aluminio puede ser difícil, ya que no se observa ningún cambio de color antes de la fusión. Al igual que con otras técnicas, el fuerte óxido del aluminio puede impedir una unión adecuada. Se pueden utilizar ácidos y bases fuertes para debilitar el óxido, o bien fundentes agresivos . Las aleaciones de soldadura fuerte para aluminio deben fundirse por debajo de la temperatura de fusión del aluminio, que es de 660 °C. 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 se pueden revestir con un material diferente y soldar mediante soldadura fuerte con una técnica y un material de relleno más comunes. Las uniones soldadas mediante soldadura fuerte requieren la superposición de las piezas; la cantidad de superposición puede afectar considerablemente la resistencia de la unión. ^{[ 5 ]} 

La soldadura por fricción-agitación (FSW) es un proceso de unión en estado sólido que utiliza una herramienta no consumible para unir dos piezas enfrentadas sin fundir el material de la pieza. ^{[ 6 ] [ 7 ]} El calor se genera por la fricción entre la herramienta giratoria y el material de la pieza, lo que produce una región ablandada cerca de la herramienta FSW. A medida que la herramienta se desplaza a lo largo de la línea de unión, mezcla mecánicamente las dos piezas de metal y forja el metal caliente y ablandado mediante la presión mecánica aplicada por la herramienta, de forma similar a como se une la arcilla o la masa. ^{[ 7 ]} Se utilizó principalmente en aluminio forjado o extruido, particularmente para estructuras que requieren una resistencia de soldadura muy alta.

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