Automatización de soldadura de magnesio con robots

La soldadura de magnesio se realiza para fabricación primaria o reparación.

Propiedades

Las aleaciones de magnesio con una densidad de alrededor de 1,74 g por centímetro cúbico (0,063 lb por pulgada cúbica), cuando están en forma fundida aleados con aluminio, manganeso, tierras raras, torio, zinc o circonio, muestran una alta relación resistencia/peso, lo que los convierte en materiales de elección cuando la reducción de peso es importante o cuando es imperativo reducir las fuerzas de inercia (para piezas de máquinas que se mueven rápidamente). El magnesio es aproximadamente el 20% del peso del acero y el 67% del peso del aluminio. Las piezas fundidas de magnesio exhiben una notable capacidad de amortiguación.

• El magnesio puro se derrite a 650 grados Celsius (1202 grados Fahrenheit).
• La contracción de líquido a sólido es de 3,9 a 4,2 % y de líquido a temperatura de fusión a sólido a temperatura ambiente es de 9,7 %.
• El magnesio se utiliza como elemento de aleación en la producción de ciertas aleaciones de aluminio.
• En las fundiciones de hierro fundido que producen hierro fundido nodular, se usa magnesio para hacer que las partículas de grafito sean nodulares. También se utiliza para la protección catódica de otros metales contra la corrosión.

Seguridad

Las precauciones de seguridad deben ser entendidas y seguidas. El magnesio se oxida fácilmente. Si se enciende cuando está en forma de virutas o polvos maquinados, arde intensamente. El mecanizado debe realizarse en condiciones controladas, con agentes extintores a mano.

Especificaciones

• Las aleaciones de fundición están cubiertas por las especificaciones ASTM B80, B94 y B199.
• Aleaciones forjadas según ASTM B90, B107 y B217.
• Los metales de aporte para la soldadura de aleaciones de magnesio se especifican en
• Especificación AWS A5.19 para varillas y electrodos de soldadura de aleación de magnesio
• ASTM B 448 Especificación para varillas de soldadura y electrodos desnudos de aleación de magnesio
• SAE AMS 4397 Alambre de magnesio, soldadura.

Características

La soldadura de aleaciones de magnesio requiere cantidades más bajas de calor para fundirse que otros materiales. Sin embargo, son susceptibles a la distorsión debido a la alta conductividad térmica y al coeficiente de expansión térmica. Se deben tomar las precauciones adecuadas.

Elementos de aleación

Debido a que el magnesio es demasiado débil mecánicamente para ser utilizado tal cual, debe ser aleado con otros elementos que le confieran propiedades mejoradas. El grupo de aleaciones Mg-Al-Zn contiene aluminio, manganeso y zinc, que son los elementos de aleación más comunes para aplicaciones a temperatura ambiente. Los elementos de aleación Torio, Cerio y Zirconio (sin Aluminio) se utilizan para temperatura elevada, formando el grupo Mg-Zn-Zr.

Un aumento en el contenido de aleación reduce el punto de fusión, aumenta el rango de fusión y aumenta la tendencia a agrietarse en la soldadura. El alto contenido de aleación necesita menos calor para fundirse y limita el crecimiento del grano, lo que muestra una mayor eficiencia de soldadura de magnesio.

• El aluminio es el ingrediente más efectivo para brindar mejores resultados. En porcentajes del 2 al 10%, con adiciones menores de zinc y manganeso, aumenta la resistencia y la dureza, a expensas de una menor ductilidad. Las aleaciones de magnesio que contienen más del 1,5 % de Al son susceptibles a la corrosión bajo tensión y deben aliviarse después de la soldadura.
• El zinc combinado con aluminio ayuda a superar los efectos corrosivos dañinos de las impurezas de hierro y níquel que pueden estar presentes en las aleaciones de magnesio. Cuanto mayor sea el contenido de Zn (más del 1 %), mayor será la fragilidad en caliente, lo que provocará el agrietamiento de la soldadura.
• El manganeso mejora el límite elástico (ligeramente) y la resistencia al agua salada de las aleaciones de magnesio. Un punto de fusión más alto requiere una mayor entrada de calor para derretirse. El crecimiento de grano adyacente a la soldadura reduce la resistencia.
• Se puede agregar torio o cerio para mejorar la resistencia a temperaturas de 260 a 370 grados Celsius (500 a 700 grados Fahrenheit). El circonio en pequeñas cantidades es un refinador de grano que mejora la soldabilidad.
• A veces se agrega berilio para reducir la tendencia del magnesio a quemarse mientras se derrite. No se ha observado ningún efecto adverso sobre la soldadura. Puede ser beneficioso, en una aleación de soldadura fuerte, para reducir el peligro de ignición durante la soldadura fuerte en el horno.
• El calcio se agrega en pequeñas cantidades para reducir la oxidación, pero puede aumentar el riesgo de agrietamiento de la soldadura.

Procesos

La soldadura de magnesio se realiza generalmente con procesos de arco utilizando corriente continua con polaridad inversa (electrodo positivo). Las aleaciones forjadas suelen ser más soldables que ciertas aleaciones fundidas.

Modos de transferencia de metal para soldadura por arco metálico con gas, magnesio (GMAW) o gas inerte metálico (MIG)

• Modo de cortocircuito:el relleno toca el trabajo muchas veces por segundo y extingue el arco, el metal se suministra como una secuencia de gotas.
• Modo de arco pulsado:una fuente de alimentación proporciona una corriente modulada. El arco es ininterrumpido y el metal se transfiere de forma intermedia.
• Modo de transferencia por pulverización:el metal se transfiere con una pulverización de gotas.
• El gas de protección más utilizado suele ser el argón, mientras que las mezclas con helio son aceptables.

Arco de tungsteno con gas para soldadura de magnesio (GTAW), también conocido como gas inerte de tungsteno (TIG)

• Se utilizan máquinas de corriente alterna o fuentes de alimentación de corriente continua con polaridad inversa (electrodo positivo), con corriente de alta frecuencia superpuesta.
• For thin sheets both are suitable, for heavier sheets alternating current is preferred as it provides deeper penetration.
• Direct current straight polarity (electrode negative) is not preferred because it lacks the cathodic cleaning action.

Electron Beam welding magnesium has been used for repairing expensive casting on alloys containing less than 1% Zinc. The relative weldability of the different magnesium alloys is similar to that displayed for the more common arc processes.

The conditions have to be strictly monitored because of the danger of developing voids and porosity due to the low boiling point of Magnesium and the still lower one of Zinc. A slightly defocused beam may help to obtain sound welds.

Laser Beam is a preferred method for welding magnesium because of its low heat input, elevated speed and limited deformation. However this method has a tendency of developing porosity.

Resistance welding magnesium for either spots or seams is performed on wrought alloys like sheets and extrusions, essentially with equipment and conditions similar to those used for aluminum.

Repairing Castings:One of the most common Welding magnesium applications is repairing castings either as cast or after service. Preparation is important and should exclude contamination from extraneous materials. Generous bevels should be prepared to allow for full penetration.

Preheating:The need for preheating when welding magnesium is dictated by the degree of joint restraint and by metal thickness:for thick walls and a short welding bead, it may not be required. Preheating should be performed in a furnace with a protective atmosphere for reducing oxidation. One of the recommended procedures to minimize weld cracking is to weld from the center towards the sides (one half after the other). Thermal shocks should be avoided.