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aluminio
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EL ALUMINIO
JUAN MANUEL PENAGOS MARTINEZ
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJECENTRO DE MATERIALES Y ENSAYOS
TECNICO PROFESIONAL EN FABRICACION DE CONSTRUCCIONES SOLDADASGTAW (TIG)
BOGOTA D.C.2008
EL ALUMINIO
JUAN MANUEL PENAGOS MARTINEZ
Consulta
Presentado a:Ing. OSCAR ELIAS NAVARRO TELLEZ
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJECENTRO DE MATERIALES Y ENSAYOS
TECNICO PROFESIONAL EN FABRICACION DE CONSTRUCCIONES SOLDADASGTAW (TIG)
BOGOTA D.C.2008
Características físicasMaterial metálico
no ferroso de color blanco plateado.
Posee una baja densidad, 2.7 g/cm
3 en estado puro.
Buenas propiedades eléctricas y de conducción de calor.
Es un material muy dúctil, y en aleación presenta buenas propiedades mecánicas.
Propiedades químicasPROPIEDAD VALOR
Número atómico 13
Estado de oxidación 3
Electronegatividad 1.5
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
Radio atómico 1.43 Armstrong
Masa atómica 26.98 g/mol
Punto de fusión 660°C
Punto de ebullición 2450°C
Descubridor Hans Cristian Oersted en 1825
Proceso de obtención del aluminioEl aluminio se obtiene de un mineral
llamado bauxita (compuesto de óxidos hidratados de aluminio).
Mediante el proceso Bayer se hace reaccionar la bauxita con hidróxido sódico caliente y posteriormente se le precipita y calcina para obtener alúmina (Al2O3).
La alúmina es llevada a una cuba electrolítica donde los terminales de carbono provocan la disociación del aluminio puro de la alúmina.
El aluminio puro se deposita en el fondo de la cuba, de donde se retira periódicamente.
Producción de aluminio
Cuba electrolítica
Esquema del proceso.
Aleaciones de aluminioSi el aluminio es
aleado con otros elementos y se le realiza un conformado o tratamiento térmico, su resistencia aumenta considerablemente para tener aplicación útil en elementos de ingeniería.
Elementos aleantesELEMENTO PROPIEDAD
Cromo (Cr)En aleación con aluminio y otros elementos incrementa la
resistencia mecánica.
Cobre (Cu)Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la
resistencia a la corrosión.
Hierro (Fe)En cantidades controladas aumenta las propiedades
mecánicas.
Magnesio (Mg) Aumenta la resistencia tras el conformado en frío.
Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas.
Silicio (Si)Combinándolo con magnesio incrementa las propiedades
mecánicas.
Titanio (Ti) Incrementa propiedades mecánicas.
Zinc (Zn) Reduce la resistencia a la corrosión.
Clasificación de aleaciones de aluminio.Las aleaciones de aluminio pueden tener dos fines
distintos: para forja o conformado y para fundición.La norma UNE clasifica las aleaciones como de
moldeo o forja (L – 200), de fundición (L – 300) y de alta fusión (L – 400), mientras que la Asociación del Aluminio las clasifica de acuerdo al elemento aleante; fundición con la forma XXX.X y forja como XXXX, donde cada cifra designa un tipo de aleación y las dos últimas cifras designan la cantidad de elemento aleante principal.
Aleaciones de conformado (forja)SERIE CLASE DE ALEACION
1XXX Aluminio al 99% de pureza mínimo.
2XXX Aluminio aleado con cobre principalmente.
3XXX Aluminio aleado con manganeso principalmente.
4XXX Aluminio aleado con silicio principalmente.
5XXX Aluminio aleado con magnesio principalmente.
6XXX Aluminio aleado con silicio o con silicio – magnesio.
7XXX Aluminio aleado con zinc o con zinc – magnesio.
8XXX Otro tipo de aleaciones, por ejemplo aluminio - litio.
Aleaciones de fundiciónSERIE CLASE DE ALEACION
1XX.X Aluminio al 99% de pureza mínimo.
2XX.X Aluminio aleado con cobre.
3XX.X Aluminio aleado con silicio y cobre o silicio y magnesio.
4XX.X Aluminio aleado con silicio.
5XX.X Aluminio aleado con magnesio.
6XX.X Serie sin usar.
7XX.X Aluminio aleado con zinc.
8XX.X Aluminio aleado con estaño.
9XX.X Aleaciones sin especificar (el fabricante debe hacerlo).
Tratamientos térmicos de las aleaciones de aluminio.Las aleaciones de
aluminio deben ser tratadas térmicamente y forjadas para aumentar sus propiedades mecánicas.
Pueden ser tratadas térmicamente las aleaciones para forja de la serie 2000, 6000 y 7000.
El tipo de tratamiento térmico y acabado dados a la aleación se especifican en una nomenclatura adicional que consta de una letra y uno o dos números, que significan el tratamiento, el endurecimiento dado y el nivel de endurecimiento.
T6 - 2014
TIPOS DE TRATAMIENTO TERMICO
NOMENCLATURA TRATAMIENTO
F La aleación se encuentra tal y como se obtuvo.
OLa aleación se ha recocido y recristalizado para
máxima ductilidad.
H La aleación se ha endurecido por deformación.
TLa aleación se ha tratado térmicamente para producir
endurecimientos estables.
TIPOS DE TRATAMIENTO TERMICO DE ENDURECIMIENTO
NOMENCLATURA TRATAMIENTO
H1 Sólo endurecimiento por deformación.
H2 Endurecimiento por deformación y recocido parcial.
H3Endurecimiento por deformación y estabilizado
térmico.
TIPOS DE TRATAMIENTO DE ENDURECIMIENTO ESTABLE
NOMENCLATURA TRATAMIENTO
T1 Envejecimiento natural.
T3Tratamiento térmico en solución, trabajado en frío y
envejecido natural.
T4 Tratamiento térmico en solución y envejecido natural.
T5Envejecido desde el proceso de modelado en caliente y
envejecido.
T6 Tratamiento térmico en solución y envejecido artificial.
T7 Tratamiento térmico en solución y estabilizado.
T8Tratamiento térmico en solución, trabajo en frío y
envejecimiento artificial.
NIVELES DE ENDURECIMIENTO
NOMENCLATURA NIVEL DE ENDURECIMIENTO
2 Un cuarto
4 Medio
6 Tres cuartos
8 Endurecimiento total
Soldabilidad del aluminioEl principal problema para
la soldadura del aluminio reside en la capa de óxido superficial, ya que esta funde a temperatura más elevada que el metal propiamente dicho.
Esta capa de óxido debe ser retirada en el procedimiento para soldar el metal de manera correcta.
Soldadura GTAW del aluminio
El proceso GTAW se adecua a la soldadura de aluminio en espesores que pueden ir desde los 0,7 hasta los 10 mm., aunque no hay un límite máximo de espesor de soldadura.
El proceso utiliza corriente alterna y, de estar disponible, alta frecuencia continua. Se puede usar argón, argón – helio o helio; esto lo determina el espesor del material base.
La onda de corriente alterna rompe la capa de óxido superficial y derrite efectivamente el metal.
Las partes a unir deben prepararse de manera que en la junta de la soldadura no haya espaciamiento; esto evitará el descontrol del charco de soldadura y la deformación de las piezas por el calor.
En espesores superiores a 5 mm. debe realizarse un biselado en la pieza para permitir una correcta fusión en la raíz de la junta.
Para lámina muy delgada es preferible utilizar una plantilla de respaldo para evitar distorsiones y separaciones de la junta.
Si es posible soldar espesores delgados con TIG de pulsos se tiene una ventaja, ya que el aporte de calor es menor y por tanto el riesgo de distorsión es menor.
Soldadura GMAW del aluminio
El proceso GMAW se puede utilizar para soldar aluminio en espesores desde 3 mm. en adelante, teniendo un desempeño óptimo aunque no de la calidad de la soldadura GTAW; sin embargo, la velocidad de avance es mucho mayor.
Este proceso utiliza corriente continua con polaridad inversa y se usa siempre argón como gas protector. En este proceso debe usarse siempre material de aporte, a diferencia del GTAW en el que es opcional su uso.
El paso de iones desde el aluminio hacia el electrodo rompe la capa superficial y derrite el material de aporte, que conforma el cordón de soldadura.
Materiales de aporte
AWS COMPOSICION APLICACION
ER - 1100
Cu: 0.05 – 0.2%Mn: 0.05%
Si – Fe: 0.8%Zn: 0.1%Al: 99%
Usos generales en industria de alimentos, lácteos, refrigeración, unión, relleno y reparación de
planchas y piezas. Aleaciones 1060, 1350, 3003, 1100, entre otras
ER – 4043
Cu: 0.05%Mn: 0.05%Fe: 0.8%Ti: 0.2%
Mg: 0.05%Si: 4.5 – 6%
Zn: 0.1%Otros: 0.15%
Aluminio: Resto
Culatas y cárter de aluminio, envases y coladores químicos. Este material de aporte se adecúa a las aleaciones en las que no se conoce con certeza la
composición química de la misma. Aleaciones 2014, 3003, 6061, 4042, 4043, entre otras
AWS COMPOSICION APLICACIONES
ER – 5356
Cu: 0.1%Mg: 4.5 – 5%
Mn: 0.05 – 0.02%Cr: 0.05 – 0.02%
Si – Fe: 0.5%Zn: 0.1%
Ti: 0.06 – 0.2%Otros: 0.15%
Aluminio: Resto
Este material de aporte es el de mayor adaptación a la aplicación con mezcla de argón
y helio. Su resistencia la hace apta para ser aplicada en la reparación de estanques.
Aleaciones 5083, 5086, 5486, 5454, 5356, entre otras.
Limpieza antes de la soldadura.El aluminio debe ser
limpiado minuciosamente antes de ser soldado, para que la calidad y la facilidad del procedimiento se vea mejorada.
La limpieza puede realizarse por medios mecánicos, químicos o una combinación de ambos métodos.
La limpieza química puede realizarse mediante un desengrasado con percloroetileno y un limpiado superficial con alcohol o con acetona (preferible). El desengrasado es opcional aunque preferiblemente debe realizarse. Luego de realizado el desengrasado y la limpieza debe retirarse completamente los excedentes de elementos químicos.
La limpieza mecánica puede realizarse con cepillo de acero inoxidable manual o rotatorio, lima o lija. El cepillo de acero inoxidable debe ser exclusivo para piezas de aluminio, esto con el fin de evitar inclusiones de óxidos o elementos extraños
El material de aporte también debe ser limpiado exhaustivamente.
Soldadura por fricción
La soldadura por fricción se basa en la forja de dos piezas mediante una pieza giratoria que pasa por encima de la junta. Esto aunado a altas temperaturas logra la fusión del material y la realización de la soldadura. No usa gas de protección ni aporte.
Pueden soldarse piezas desde 2 hasta 30 mm., consiguiendo gran calidad en la junta.
Aplicaciones del aluminioEl aluminio tiene un
gran campo de acción gracias a sus propiedades mecánicas, de resistencia a la corrosión, eléctricas, térmicas, de toxicidad y estéticas.
El aluminio es usado en la industria alimenticia, láctea, aeronáutica, automotriz, ingeniería civil, naval, militar, construcción de maquinaria, industria química, transmisión de electricidad, reflexión de luz, electrónica, etc. Es posible verlo en envases, máquinas, barcos, aviones, automóviles y muchos productos más.
USO DE ALEACIONES DE ALUMINIO
ELEMENTO ALEACIONES USO
Puro 1199, 1188, 1100Conexiones eléctricas, tanques para
químicos, metalización.
Cobre (Cu) 2014, 2219, 2024Tanques, transbordadores espaciales,
aviones.
Manganeso (Mn) 3004, 3003 Calderería, muebles, equipo médico.
Magnesio (Mg) 5056, 5356, 5183Estructural, hidráulica, carrocerías,
tanques contenedores.
Zinc (Zn) 7039, 7046, 7005Partes automotrices, artículos deportivos,
parachoques.
Silicio (Si) 4047, 4043, 4653 Electrodos, brazing, fundición.
Magnesio (Mg)Silicio (Si)
6013, 6061, 6063Extrusiones, chasis, intercambiadores de
calor, calderas
Perfiles de aluminio
Tubería de aluminio
Papel de aluminio
Envase de aluminio
Aluminio para reciclaje
El aluminio puede ser fácilmente reciclado.
Referencias bibliográficas e infográficas
Materials Handbook. McGraw – HillManufactura: Ingenieria y tecnología.es.wikipedia.org/wiki/Aluminio www.lenntech.com/espanol/tabla-peiodica/al.htm
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJECENTRO DE MATERIALES Y ENSAYOSTECNICO PROFESIONAL EN FABRICACION DE CONSTRUCCIONES SOLDADASMODULO DE FORMACION: GTAW (TIG)BOGOTA D.C.2008
Dirección y revisión:
Ing. OSCAR ELIAS NAVARRO TELLEZ
Aprendiz: Juan Manuel Penagos Martínez
Número de orden: 40691
