Cable ER4043: especificaciones, aplicaciones y parámetros de soldadura

Qué es el cable ER4043 y por qué es importante el contenido de silicio

La designación ER4043 sigue el sistema de clasificación de electrodos/varillas de AWS: "E" indica electrodo, "R" indica varilla (funciona como ambos), "4043" lo ubica en la familia de aleaciones de aluminio y silicio de la serie 4000. El alto contenido de silicio (hasta un 6%) determina principalmente el comportamiento del alambre durante la soldadura de tres maneras:

Primero, el silicio reduce el punto de fusión del relleno de aluminio, mejorando la fluidez y la acción humectante en el baño de soldadura. Un baño de soldadura 4043 fluye más fácilmente en los espacios de las juntas y en las geometrías de ranuras irregulares que un relleno con bajo contenido de silicio, razón por la cual se prefiere el ER4043 para soldaduras fuera de posición y para juntas con ajuste variable. En segundo lugar, el silicio reduce el rango de solidificación del metal de soldadura: la ventana de temperatura entre liquidus y solidus se reduce, lo que reduce la sensibilidad al agrietamiento en caliente (agrietamiento por solidificación). Esta es la razón principal por la que ER4043 se utiliza en aleaciones de la serie 6xxx como 6061, 6063 y 6082, que a su vez son susceptibles a agrietarse en caliente cuando se sueldan con rellenos que amplían en lugar de reducir el rango de solidificación. En tercer lugar, el contenido de silicio produce una superficie del cordón de soldadura ligeramente más oscura y teñida de gris, que es una característica conocida: las soldaduras 4043 anodizadas parecen más oscuras que el metal base, lo cual es relevante en aplicaciones arquitectónicas y decorativas donde la apariencia de la soldadura después del anodizado es importante.

ER4043 Composición química y propiedades mecánicas

Las siguientes tablas presentan los límites químicos especificados por AWS A5.10 y las propiedades mecánicas depositadas para el cable ER4043. Estos son los valores con los que se deben verificar los resultados de las pruebas de certificación al calificar a un nuevo proveedor.

Compatibilidad con metales base: qué aleaciones ER4043 sueldan mejor

ER4043 no es universalmente compatible con todas las aleaciones de aluminio. Su alto contenido de silicio lo hace excelente para algunas familias de aleaciones e inadecuado o restringido para otras. El siguiente desglose cubre las familias de metales base más comunes que se encuentran en trabajos de fabricación y reparación:

• Serie 6xxx (6061, 6063, 6082, 6005): La aplicación principal de ER4043. Estas aleaciones contienen magnesio y silicio como elementos de refuerzo, y su rango de solidificación es muy similar al del relleno 4043. La resistencia al agrietamiento en caliente en 6061-T6 soldado con ER4043 es significativamente mejor que con ER5356. El tratamiento térmico posterior a la soldadura de 6061 uniones soldadas con ER4043 es posible y permite la recuperación parcial de la resistencia T6; la zona de soldadura puede alcanzar aproximadamente 60–70% de la resistencia de la base metálica Después del tratamiento de solución y envejecimiento.
• Serie 3xxx (3003, 3004): Buena compatibilidad. ER4043 suelda 3003 y 3004 sin grietas en caliente, y la soldadura resultante tiene una resistencia a la corrosión aceptable para aplicaciones típicas 3xxx (ductos HVAC, intercambiadores de calor, utensilios de cocina). La resistencia es adecuada para servicio no estructural.
• Serie 1xxx (1100, 1050, 1070): Compatible y utilizado para aluminio 1100, donde ER4043 proporciona mejor fluidez y resistencia de soldadura ligeramente mayor que un relleno 1xxx puro. Se utiliza en equipos de procesamiento de productos químicos y alimentos donde la resistencia a la corrosión del metal base es el factor de diseño.
• Serie 2xxx (2024, 2014, 2219): Uso restringido: ER4043 se puede usar en 2219 con cuidado, pero la mayoría de las aleaciones 2xxx se consideran no vendibles o requieren una selección de relleno específico. No lo utilice en 2024 sin consultar a un ingeniero de soldadura.
• Serie 5xxx (5052, 5083, 5086, 5456): No recomendado. Cuando se deposita ER4043 sobre aleaciones 5xxx que contiene más del 3 % de magnesio (5083, 5086, 5456), el metal de soldadura resultante contiene un exceso de Mg2Si, que precipita en los límites de los granos y reduce gravemente la ductilidad y la resistencia a la corrosión. Utilice ER5356 o ER5183 para trabajos estructurales 5xxx.
• Serie 7xxx (7005, 7039): Limitado y específico de la aplicación. ER4043 se usa a veces en aleaciones soldables 7xxx, pero la composición baja en magnesio significa que la zona de soldadura no puede responder al endurecimiento posterior a la soldadura con tanta eficacia como los rellenos con alto contenido de magnesio. Consultar la hoja de datos de la aleación.

ER4043 vs ER5356: elección del cable adecuado para su aplicación

Los dos alambres de soldadura de aluminio más comunes son ER4043 y ER5356, y la selección entre ellos es una de las decisiones más frecuentemente mal manejadas en la fabricación de aluminio. No son intercambiables y la elección correcta tiene efectos significativos sobre el agrietamiento, la resistencia y el desempeño en servicio.

La regla de decisión práctica: use ER4043 al soldar aleaciones 6xxx donde el riesgo de agrietamiento es la principal preocupación, donde la soldadura experimentará un servicio de temperatura elevada o donde se planifica un tratamiento térmico posterior a la soldadura. Utilice ER5356 cuando el metal base sea una aleación estructural 5xxx, cuando se requiera la máxima resistencia depositada o cuando la coincidencia de color posterior a la anodización sea importante por razones estéticas.

Parámetros de soldadura MIG para alambre ER4043

El alambre ER4043 está disponible en diámetros de carrete MIG estándar de 0,030 pulg. (0,8 mm), 0,035 pulg. (0,9 mm), 0,047 pulg. (1,2 milímetros) y 1/16 pulg. (1,6 milímetros). La selección del diámetro del alambre depende del espesor de la base metálica y del rango de amperaje de la máquina de soldar. Los siguientes parámetros son puntos de partida para soldar en posición plana y horizontal sobre base metálica 6061-T6 limpio:

Requisitos clave del proceso que diferencian de la soldadura MIG de acero y que deben observarse con ER4043:

• Utilice gas de protección 100% argón: Sin CO2 ni gases mezclados: el CO2 oxida el aluminio violentamente y produce una soldadura contaminada. Argón puro a un caudal de 35 a 50 pies cúbicos por hora (17 a 24 l/min) es estándar para la mayoría de las aplicaciones MIG. Para volúmenes de juntas más grandes o condiciones exteriores con mucho viento, aumente a 55–60 CFH.
• Utilice un revestimiento MIG de teflón o nailon: La superficie suave y de baja fricción del alambre ER4043 hace que forme nidos de pájaros y se atasque en revestimientos de acero estándar. Es obligatorio un revestimiento de teflón apto para alambre de aluminio para una alimentación confiable del alambre, particularmente para tramos de alambre de más de 8 pies (2,4 m). Reemplace la punta de contacto con frecuencia: el aluminio es más blando que el acero y desgasta el óvalo del orificio de la punta más rápido.
• Ángulo de empuje, no arrastre: El MIG de aluminio debe ejecutarse con una técnica de empuje (golpe de derecha): la pistola se inclina entre 10 y 15 grados en la dirección de avance. Un ángulo de arrastre (de revés) atrapa el gas protector argón detrás del baño de soldadura, provocando porosidad e inclusiones de oxidación en el cordón.
• Prelimpieza agresiva: El óxido de aluminio se forma inmediatamente en cualquier superficie expuesta y tiene un punto de fusión de 2.072ºC — muy por encima del punto de fusión del metal base (660°C). Cepille la unión con un cepillo de alambre (especializado solo para aluminio, nunca acero al carbono), luego limpie con acetona inmediatamente antes de soldar. No toque la superficie limpia con las manos desnudas.
• Precalentar para secciones gruesas: En base metálica con un espesor superior a 6 mm, precaliente hasta 100–150 °C (212–302 °F) para reducir el gradiente térmico y prevenir la porosidad causada por la rápida solidificación de la zona de soldadura exterior antes de que la piscina se haya desgasificada por completo. No exceda los 180 °C en alejaciones 6xxx en condición T6; el envejecimiento excesivo comienza por encima de esta temperatura y reduce la respuesta al tratamiento térmico.

Soldadura TIG con varilla ER4043: técnica y tamaños de varilla

Como clasificación "ER" (electrodo/varilla), cable ER4043 También se suministra como varillas cortadas TIG, normalmente en Longitudes de 36 pulgadas (914 mm) en diámetros de 1/16 pulg., 3/32 pulg. y 1/8 pulg. (1,6, 2,4 y 3,2 mm). Se prefiere la soldadura TIG con ER4043 para trabajos de precisión, reparación de secciones delgadas y aplicaciones que requieren la mejor apariencia de soldadura posible y un aporte mínimo de calor.

• Utilice corriente CA: El TIG de aluminio requiere CA (corriente alterna) para proporcionar una acción de limpieza catódica en la capa de óxido de aluminio. El semiciclo positivo expulsa el óxido de la superficie; el semiciclo negativo calienta el tungsteno. ONU 60–75 % del equilibrio EN (electrodo negativo) es óptimo para la mayoría de las aplicaciones: más EN produce un arco más estrecho y más caliente con mejor penetración; más EP aumenta la limpieza del óxido a gastos de la vida útil del tungsteno.
• Utilice un electrodo de tungsteno puro o de tungsteno circonio: El tungsteno puro (banda verde) forma un extremo esférico durante la soldadura con CA que es estable y preferible a los electrodos ceriados o toriados, que están diseñados para aplicaciones de CC. El tungsteno circonio (banda blanca) transporta una corriente más alta que el tungsteno puro y se prefiere para aplicaciones de CA de mayor amperaje. Muele el electrodo hasta obtener una punta desafilada antes de formar la bola; No lo utilices primero con CC.
• Diámetro de la varilla en relación con el metal base: Como guía aproximada, el diámetro de la varilla debe coincidir o ser un tamaño inferior al espesor de la base metálica hasta aproximadamente 4 mm. Para base metálica de 2 mm, es adecuada una varilla de 1,6 mm (1/16 de pulgada); para base metálica de 4 a 6 mm, 3/32 pulg. (2,4 mm); para 6 a 10 mm, 1/8 pulg. (3,2 milímetros). Las varillas de mayor diámetro utilizadas en materiales delgados enfrían el baño de soldadura y provocan una falta de fusión.
• Inicio de alta frecuencia y sin rayos: Utilice siempre un inicio de arco de alta frecuencia (HF); nunca realice un inicio táctil ni un inicio rayado en TIG de aluminio. El arranque por rayado contamina el electrodo con óxido de aluminio, que luego transfiere inclusiones de tungsteno a la soldadura. El inicio HF inicia el arco en una distancia definida sin contacto del electrodo.

Almacenamiento, manipulación y prevención de la porosidad del alambre ER4043

La porosidad (huecos de gas atrapados en la soldadura solidificada) es el defecto de calidad más común en la soldadura de aluminio, y la condición del alambre ER4043 es un factor contribuyente principal. El óxido de aluminio y el hidróxido de aluminio hidratado en la superficie del alambre son las principales fuentes de porosidad; Ambos se pueden prevenir con un almacenamiento y manipulación correctos:

• Almacenar en envases sellados hasta su uso: El cable ER4043 y la varilla absorben la humedad del aire húmedo a las pocas horas de abrir el paquete. Un carrete de alambre dejado en la máquina MIG en un taller húmedo durante la noche puede desarrollar suficiente hidróxido en la superficie para causar porosidad visible en la soldadura del día siguiente. Guarde los carretes abiertos en una bolsa sellada con una bolsa desecante. Regrese las varillas TIG cortadas a su tubo sellado original. Un horno de varillas calentadas (60°C / 140°F) es la mejor solución de almacenamiento a largo plazo en ambientes húmedos.
• Inspeccione la superficie del cable antes de usarlo: El nuevo cable ER4043 debe tener un acabado superficial brillante, ligeramente plateado metálico. El alambre que parece blanco opaco, tiene polvo blanco visible en la superficie o tiene picaduras visibles debe rechazarse; la capa de óxido/hidróxido de la superficie ya está desarrollada y causará porosidad independientemente del esfuerzo de limpieza en la base metálica.
• No utilice alambres o varillas que hayan estado mojados: La humedad absorbida por la capa de hidróxido de aluminio en la superficie del alambre se descompone en hidrógeno atómico durante la soldadura. El hidrógeno tiene una solubilidad extremadamente alta en aluminio líquido, pero una solubilidad casi nula en aluminio sólido: el gas precipita en forma de poros durante la solidificación. Incluso una breve exposición a la lluvia o la condensación en una varilla TIG la hace inadecuada para la soldadura de producción sin volver a secarla.
• Radio de curvatura mínima para manipulación de cables: ER4043 se resiste al doblarlo: el alambre de aluminio blando se retuerce irreversiblemente si se dobla a una radio menor que aproximadamente 10 veces su diámetro . El alambre torcido provoca una alimentación de alambre inconsistente, una longitud de arco errática y una deposición variable en la soldadura MIG. Nunca fuerce el desenrollado de un carrete tirando del cable en ángulo; alimento desde un portacarretes correctamente montado que permita la rotación libre.