Soldadura de acero inoxidable

La soldadura de acero inoxidable requiere atención adicional a las propiedades del material, el control del calor y la limpieza para evitar defectos como distorsión, agrietamiento y sensibilización. Durante la soldadura, las temperaturas del acero inoxidable adyacente a la soldadura alcanzan niveles en los que se producen transformaciones microestructurales, por lo que la soldadura TIG es la técnica más común debido a su precisión y adecuación a las características del acero inoxidable.

 

Descripción

 

El acero inoxidable se clasifica en diferentes tipos según su microestructura y composición, que influyen en sus propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y soldabilidad. Los tipos principales son aceros inoxidables austeníticos, ferríticos, martensíticos, dúplex y de endurecimiento por precipitación-y cada tipo tiene consideraciones de soldadura específicas y técnicas de soldadura adecuadas debido a las diferencias en la conductividad térmica, la expansión térmica y la susceptibilidad a defectos como agrietamiento o sensibilización.

 

 

Tipos de acero inoxidable y técnicas de soldadura

 

Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro-que contienen 15 % o más de cromo junto con cierto porcentaje de níquel, lo que puede proporcionar extraordinarias propiedades de resistencia a la corrosión-. El contenido de cromo se puede ajustar junto con otros elementos de aleación para cumplir con los requisitos de fabricación o uso final específicos, y a continuación se muestra una descripción general de los tipos de acero inoxidable más comunes.

 

• √Acero inoxidable austenítico

Alto contenido de cromo (16-26%) y níquel (6-22%), a menudo con molibdeno (p. ej., 304, 316). No es magnético, tiene una excelente resistencia a la corrosión y buena formabilidad, y es propenso a la sensibilización (precipitación de carburo) si se expone a 450-850 grados durante períodos prolongados, lo que provoca corrosión intergranular. Además, tiene una alta expansión térmica y una baja conductividad térmica, lo que aumenta el riesgo de distorsión. Los grados populares son 304, 304L (bajo en carbono), 316, 316L (bajo en carbono), 321 (estabilizado con titanio). Debido a su buena propiedad de resistencia a la corrosión, se utilizan ampliamente en equipos de procesamiento de alimentos, tanques de productos químicos, tuberías, construcción, infraestructura, telecomunicaciones e industrias médicas.

Técnicas de soldadura adecuadas

1. 1. La soldadura TIG (GTAW) es altamente recomendada para secciones delgadas y aplicaciones críticas debido al control preciso del calor, lo que minimiza la sensibilización y la distorsión. Utilice gas protector argón o argón-helio.
2. 2. La soldadura MIG/MAG (GMAW) es más adecuada para secciones más gruesas y una producción más rápida, ya que utiliza una mezcla tri-de gas (argón, helio, CO2) para estabilizar el arco y puede reducir las salpicaduras.
3. 3. La soldadura con electrodo revestido (SMAW) se utiliza normalmente para reparaciones en el campo o aplicaciones no-críticas con electrodos de bajo-carbono (por ejemplo, E308L para 304L).

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• √Acero inoxidable ferrítico

Alto contenido de cromo (10,5-30%), bajo contenido de níquel y bajo contenido de carbono (p. ej., 430), es magnético, tiene una resistencia moderada a la corrosión y un costo más bajo que los grados austeníticos. Mientras tanto, es menos propenso a la sensibilización, pero susceptible al crecimiento del grano y a la fragilización a altas temperaturas, y tiene una expansión térmica menor que los grados austeníticos, lo que reduce el riesgo de distorsión. Los grados comunes son 409, 430, 439 y este tipo de metal ferrítico se ha utilizado ampliamente para sistemas de escape de automóviles, electrodomésticos de cocina y equipos industriales.

Técnicas de soldadura adecuadas:

1. 1. La soldadura TIG (GTAW) es adecuada para secciones delgadas y soldaduras de alta-calidad, lo que puede proporcionar un buen control sobre el aporte de calor para evitar el crecimiento del grano.
2. 2. Soldadura MIG/MAG (GMAW) eficaz para materiales más gruesos y soldadura más rápida. Utilice gas protector a base de argón-con bajo contenido de CO2 para evitar una oxidación excesiva.
3. 3. Soldadura con electrodo revestido (SMAW) aceptable para aplicaciones no-críticas con electrodos adecuados (p. ej., E430).

 

• √Acero inoxidable martensítico

Alto contenido de cromo (11,5-18%), carbono moderado y bajo contenido de níquel (por ejemplo, 410), y es magnético, de alta resistencia y dureza, pero menor resistencia a la corrosión en comparación con otros tipos. Por lo tanto, es susceptible al agrietamiento inducido por hidrógeno-y requiere precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar la fragilidad. Tiene alta conductividad térmica y menor expansión térmica. Los grados comunes son 410, 420, 440 y se usan ampliamente para instrumentos quirúrgicos y palas de turbinas.

Técnicas de soldadura adecuadas:

1. 1. Soldadura TIG (GTAW), adecuada para precisión y control del aporte de calor mediante el uso de gas protector argón.
2. 2. Soldadura con electrodo revestido (SMAW), ampliamente utilizada para reparaciones o secciones más gruesas con electrodos compatibles (por ejemplo, E410).
3. 3. Soldadura MIG/MAG (GMAW), menos común pero se puede utilizar para materiales más gruesos con parámetros controlados.

 

• √Acero inoxidable dúplex

Mezcla equilibrada de austenita y ferrita con alto contenido de cromo (20-30%), molibdeno y nitrógeno (p. ej., 2205), que combina alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes con cloruro. Mientras tanto, es susceptible a la formación de fase sigma (intermetálica frágil) si se suelda incorrectamente a altas temperaturas. Tiene expansión térmica y conductividad moderadas. Los grados comunes son 2205, 2507, etc., y se utilizan ampliamente en oleoductos y gasoductos, procesamiento químico y entornos marinos.

Técnicas de soldadura adecuadas:

1. 1. Soldadura TIG (GTAW), ideal para soldaduras de alta-calidad con aporte de calor controlado para evitar la formación de fase sigma mediante el uso de argón o argón-nitrógeno como gas protector.
2. 2. Soldadura MIG/MAG (GMAW), adecuada para secciones más gruesas con gas de protección adecuado (mezcla de argón-helio con bajo CO2).
3. 3. Soldadura con electrodo revestido (SMAW) para soldadura en campo con electrodos dúplex-específicos (p. ej., E2209).

 

• √Precipitación-Endurecimiento del acero inoxidable

Contiene elementos de aleación como aluminio, cobre o niobio para fortalecer mediante tratamiento térmico (por ejemplo, 17-4 PH), y tiene alta resistencia y resistencia moderada a la corrosión, lo que requiere soldadura controlada para evitar el sobre-envejecimiento o la pérdida de propiedades mecánicas. Los grados populares son 17-4 PH, 15-5 PH y se usan ampliamente para componentes aeroespaciales, reactores nucleares y sujetadores de alta resistencia.

Técnicas de soldadura adecuadas:

1. 1. Soldadura TIG (GTAW) para precisión y mínimo aporte de calor para preservar las propiedades mecánicas.
2. 2. Soldadura MIG/MAG (GMAW), adecuada para secciones de mayor espesor con parámetros controlados.

 

 

Consideraciones para soldar acero inoxidable

 

El acero inoxidable tiene una alta conductividad térmica y una baja expansión térmica, lo que conlleva un mayor riesgo de distorsión y deformación durante la soldadura. Además, es propenso a la sensibilización (pérdida de resistencia a la corrosión) si se expone a altas temperaturas durante demasiado tiempo, especialmente en grados austeníticos como 304 y 316. Para evitar estos defectos de soldadura, el soldador debe considerar los siguientes aspectos:

 

• √Limpieza previa-

Limpie la junta de soldadura de contaminantes como pinturas, aceite, grasa, imprimaciones, compuestos de corte y otros hidrocarburos. Estos contaminantes pueden introducir carbón en la soldadura, afectar la resistencia a la corrosión y debilitar la unión. Una nota muy importante es que el soldador debe utilizar un cepillo de acero inoxidable específico para limpiar la junta y asegurarse de no utilizar un cepillo utilizado anteriormente en acero al carbono porque podría contaminar la pieza de trabajo de acero inoxidable.

• √Selección de relleno

La elección del material de aportación adecuado en función del ámbito de trabajo, deberá coincidir con la calidad del acero inoxidable, consiguiendo casi las mismas propiedades.

• √Diseño de juntas soldadas

El diseño de la junta soldada complementa la estructura de la soldadura, la técnica de soldadura y el material, y es uno de los principales factores que determinarán la resistencia y calidad de las soldaduras. Por lo tanto, es fundamental comprender las fuerzas aplicadas a las soldaduras e integrarlas en el diseño de la junta evitará fallas estructurales.

• √Selección de grado

Selección de grados, los diferentes grados (p. ej., austenítico, ferrítico, martensítico, dúplex) se comportan de manera diferente, los grados con bajo contenido de carbono (-) (p. ej., 304L, 316L) pueden minimizar el riesgo de precipitación de carburo y corrosión intergranular.

• √Control de entrada de calor

Control del aporte de calor, el calor excesivo puede causar crecimiento del grano, distorsión y pérdida de resistencia a la corrosión, y es aconsejable utilizar un aporte de calor bajo y evitar la exposición prolongada a altas temperaturas. En general, la corriente de soldadura debe ser aproximadamente un 20% menor que la del acero al carbono para evitar la corrosión.

• √Gas protector

Gas de protección, la elección del gas de protección en procesos como la soldadura MIG y TIG es crucial para proteger el baño de soldadura de la contaminación. La composición correcta del gas de protección reducirá el riesgo de defectos de soldadura y mejorará el resultado general de la soldadura.

 

Por lo tanto, para realizar una soldadura sólida, un soldador experimentado debe tener en cuenta un parámetro integral que incluye el grado del acero inoxidable, la técnica de soldadura, el aporte de calor, el gas de protección, el suministro de energía, el ángulo de la antorcha, la velocidad de desplazamiento y la tasa de deposición. Sólo utilizando eficazmente estos parámetros de soldadura, el soldador puede lograr soldaduras de alta y consistente calidad.

 

Defectos y Prevenciones

 

Los defectos de soldadura más comunes en acero inoxidable incluyen grietas, porosidad, inclusiones de escoria, falta de fusión, penetración incompleta, socavaciones, salpicaduras y distorsión, junto con contaminación por partículas de hierro, tintes térmicos y deterioro de la soldadura. Estos defectos reducen las propiedades mecánicas de la soldadura y la resistencia a la corrosión y pueden deberse a una limpieza inadecuada, ajustes incorrectos de electrodos/gas, entrada excesiva de calor o baja conductividad térmica.

 

• √Pandeo

El acero inoxidable tiene baja conductividad térmica y alta expansión térmica, lo que lo hace susceptible a deformaciones. El aporte excesivo de calor durante la soldadura o un cambio rápido en la temperatura somete al metal a tensión, lo que provoca una distorsión a medida que se enfría. La solución más común es reducir el aporte de calor evitando al mismo tiempo una mala calidad de la soldadura debido a una fusión incompleta entre las piezas de trabajo, y otra solución es crear un disipador de calor sujetando cobre o latón detrás o al lado de la costura de soldadura, absorbiendo el calor innecesario.

 

• √Agrietamiento

El agrietamiento puede ocurrir durante o después de la soldadura y puede verse influenciado por un alto estrés térmico o velocidades de enfriamiento inadecuadas.

Hay dos tipos principales de craqueo: craqueo en caliente y craqueo en frío. El agrietamiento en caliente ocurre durante la solidificación del proceso de soldadura debido a una cantidad excesiva de impurezas como azufre o fósforo en la soldadura, que pueden reducir el punto de fusión de ciertas áreas, provocando que se formen grietas a medida que el metal se solidifica. A menudo ocurre en zonas de alta-temperatura de la soldadura. El agrietamiento en frío ocurre después de que la soldadura se ha enfriado durante un tiempo que oscila entre unas pocas horas y unos pocos días, y a menudo es causado por la tensión residual que queda en el metal después de la soldadura o por el hidrógeno que se absorbe en la soldadura. Para evitar grietas, es aconsejable utilizar los materiales de relleno adecuados y controlar la velocidad de enfriamiento con mucho cuidado; mientras tanto, precalentar el material base podría ser una buena forma de reducir el estrés térmico antes de soldar.

 

• √Porosidad

Es un defecto en el que quedan bolsas de gas atrapadas en las soldaduras, lo que genera pequeños huecos o cavidades y, a menudo, es causado por contaminantes como suciedad, aceite y óxido, que pueden introducir gases en la soldadura. Luego, estos gases quedan atrapados en el baño de soldadura fundida, formando vacíos a medida que el metal se enfría. El uso de un gas protector inadecuado también puede provocar porosidad. La humedad del material base o de los rellenos puede vaporizarse durante la soldadura, creando burbujas de gas en la soldadura. Por lo tanto, es importante mantener el material base y las varillas de relleno limpios y secos, y utilizar el gas protector correcto para mantener un flujo constante durante todo el proceso de soldadura.

 

• √Pobre fusión

Una mala fusión ocurre cuando el metal de soldadura no se fusiona adecuadamente con el material base y crea puntos débiles en la unión donde los dos materiales no están completamente unidos. Esto puede reducir seriamente la resistencia general de la soldadura y aumenta el riesgo de falla. Este defecto suele ser causado por calor insuficiente, ángulo de soldadura incorrecto o velocidad de desplazamiento rápida.

 

• √Salpicaduras de soldadura

Son pequeñas gotas de metal fundido que son expulsadas del baño de soldadura durante la soldadura y realmente no debilitan la soldadura. Sin embargo, sí afectan la apariencia, lo que puede dar lugar a trabajos posteriores al tratamiento innecesarios. Las salpicaduras a menudo son causadas por ajustes de corriente elevados que pueden producir salpicaduras excesivas cuando el metal fundido es expulsado violentamente del baño de soldadura. La longitud de arco incorrecta y el gas de protección inadecuado también pueden causar salpicaduras durante la soldadura de acero inoxidable. Por lo tanto, es importante reducir las salpicaduras, ajustar la configuración actual y mantener un arco estable mientras se utiliza el gas de protección correcto con un flujo constante a lo largo de toda la soldadura.

 

 

La soldadura de acero inoxidable exige atención a muchos parámetros, como las propiedades del material, el gas de protección, los rellenos, el aporte de calor y la limpieza, para evitar defectos como distorsión, agrietamiento y sensibilización. Los soldadores experimentados de Fabmann siguen las mejores prácticas para configurar la máquina con el voltaje y el amperaje correctos y saben cómo soldar con la velocidad de desplazamiento correcta según el espesor del material de acero inoxidable y el tipo de acero inoxidable para lograr soldaduras de alta calidad-resistentes a la corrosión. Fabmann suministra soportes personalizados de acero inoxidable de alta calidad para la industria de la energía solar, piezas de maquinaria ycubiertas de ventilaciónpara el sector de la construcción de viviendas.