martes, 2 de febrero de 2010

Soldadura de aceros inoxidables

Los aceros inoxidables ó, más precisamente, los aceros de resistencia a la corrosión son una familia de aleaciones a base hierro, y poseen una excelente resistencia a la corrosión. Estos aceros no se oxidan y se oponen firmemente a ataques de una gran cantidad de líquidos, gases y productos químicos. Muchos de los aceros inoxidables tienen una buena resistencia y ductilidad a bajas temperaturas.
La mayoría de ellos presentan buenas propiedades de resistencia y expansión a altas temperaturas. Todos los aceros inoxidables contienen hierro como elemento base y cromo en cantidades que oscilan alrededor del 11% al 30%.
El cromo proporciona la resistencia a la corrosión para los aceros inoxidables. Hay alrededor de 15 tipos de aceros inoxidables al cromo.
El níquel se añade a algunos aceros inoxidables, que son conocidos como aceros inoxidables al cromo-níquel. La adición de níquel reduce la conductividad térmica y reduce la conductividad eléctrica. Los aceros de cromo-níquel pertenecen a la serie 300 AISI / SAE de aceros inoxidables.
Ellos no son magnéticos y tienen una estructura austenítica. Estos aceros inoxidables contienen pequeñas cantidades de carbono que tiene tendencia a formar carburos de cromo, que no son resistentes a la corrosión. El carbono no es deseable particularmente en aleaciones del grupo 18% de Cromo, 8% de níquel.
El manganeso se añade a algunas aleaciones de cromo y níquel. Normalmente estos aceros contienen un poco menos de níquel, ya que las aleaciones cromo-níquel-manganeso fueron desarrolladas originalmente para la conservación de níquel. En estas aleaciones, una pequeña porción de níquel se sustituye por el manganeso, generalmente en proporción de dos a uno. Los aceros inoxidable al cromo-níquel-manganeso pertenecen a la serie 200 AISI / SAE. Estos aceros tienen una microestructura austenítica y no son magnéticos.
El molibdeno es también incluido en algunas aleaciones de acero inoxidable. El molibdeno es agregado para mejorar la resistencia a la fluencia del acero a temperaturas elevadas. Así mismo, aumentará la resistencia a la corrosión en diversas aplicaciones, y mejorará la resistencia a la corrosión por picadura.
Los aceros inoxidables se pueden soldar utilizando diferentes tipos de procedimientos tales como: la soldadura de arco metálico (SMAW), la soldadura de tungsteno y gas de protección (TIG), y la soldadura de arco metálico con gas (GMAW).
Estos aceros son un poco más difíciles de soldar que los aceros al carbono convencionales. Las propiedades físicas de acero inoxidable son diferentes del acero al carbono y ésto hace que la soldadura se tome de manera diferente.
Estas diferencias son las siguientes:
• Baja temperatura de fusión,
• Bajo coeficiente de conductividad térmica,
• Alto coeficiente de expansión térmica,
• Mayor resistencia eléctrica.

Las propiedades no son las mismas para todos los aceros inoxidables, pero son las mismas para los que tienen la misma microestructura. En este sentido, los aceros inoxidables de clase metalúrgica similar tienen las características de soldadura similares y se agrupan de acuerdo a la estructura metalúrgica con respecto a la soldadura.

Aceros inoxidables tipo austeníticos. Aceros de manganeso no son endurecidos por tratamiento térmico y son magnéticos en estado recocido. Pueden llegar a ser ligeramente magnéticos cuando son trabajados en frío o soldados. Esto ayuda a identificar esta clase de aceros inoxidables. Todos los aceros inoxidables austeníticos son soldables con la mayoría de los procesos de soldadura, con la excepción del tipo 303, que contiene azufre, y el 303Se, que contiene selenio para mejorar la maquinabilidad.

Los aceros inoxidables austeníticos tienen alrededor de 45% más coeficiente de expansión térmica, mayor resistencia eléctrica, y conductividad térmica menor que los aceros al carbono convencionales. Se recomienda una alta velocidad de soldadura, así se puede reducir la entrada de calor, y tratar de evitar la precipitación de carburos, y minimizar la distorsión.
El punto de fusión de los aceros inoxidables austeníticos es ligeramente inferior al punto de fusión de los aceros al carbono convencionales. Debido a la temperatura de fusión más baja y a la menor conductividad térmica, la corriente de soldadura es generalmente más baja. La alta expansión térmica dicta las precauciones especiales que deben adoptarse con respecto a la deformación y la distorsión.

Aceros inoxidables ferríticos. Los aceros inoxidables ferríticos no son endurecidos por tratamiento térmico y son magnéticos. Todos los aceros inoxidables tipos ferríticos se consideran soldables con la mayoría de los procesos de soldadura, excepto para el grado 430F, que contiene alto contenido de azufre para el mecanizado. El coeficiente de expansión térmica es inferior a los tipos austeníticos y es casí el mismo como los aceros al carbono. Los procesos de soldadura que tienden a aumentar la adición de carbono no son recomendables, estos incluyen el proceso de oxi-gas combustible, el proceso carbon arc, y la soldadura de arco metálico con gas CO2 protector.
Carburos de cromo muestran las tendencias hacía el endurecimiento con estructura de tipo martensítica en los límites de grano en la zona de la soldadura. Esto reduce la ductilidad, tenacidad y resistencia a la corrosión en la soldadura. Para secciones gruesas, un precalentamiento de 200°C es beneficioso. Para restaurar la resistencia a la corrosión y mejorar la ductilidad después de la soldadura un recocido a 760-820°C, seguido de un enfriamiento en agua o aire, es recomendable. El tamaño de grano grande seguirá existiendo, sin embargo, la dureza y la tenacidad pueden ser alteradas. La tenacidad se puede mejorar sólo por el trabajo en frio de la soldadura.
Si el tratamiento térmico después de la soldadura no es possible, y las demandas de servicio y resistencia al impacto son necesarias, un aporte de acero inoxidable austenítico debe ser utilizado. De lo contrario, el metal de aporte seleccionado debe coincidir con el metal de base.
Aceros inoxidables martensíticos. Los aceros inoxidables martensíticos son endurecidos por tratamiento térmico y son magnéticos. Los de bajo contenido de carbono hacen que se puedan soldar sin precauciones especiales. Los tipos con más de 0,15% de carbono tienden a ser endurecidos al aire y, por tanto, se requiere de precalentamiento y postcalentamiento de soldaduras. Un rango de temperatura de precalentamiento de 230-290°C se recomienda. Un postcalentamiento se debe seguir inmediatamente a la aplicación de la soldadura y debe estar en el rango de 650-760°C, seguido de un enfriamiento lento.
Si un precalentamiento y postcalentamiento no es posible, un relleno de acero inoxidable austenítico debe ser utilizado. El acero tipo 416Se para mecanizado no debe ser soldado. Los procesos de soldadura que tienden a aumentar la recolección de carbono no son recomendables. Aumentar el contenido de carbono genera mayor sensibilidad a las grietas en el área de soldadura.

Metales de aporte
La selección de la aleación de metal de aporte para la soldadura de los aceros inoxidables se basa en la composición del acero inoxidable. El metal de aporte de diversas aleaciones están normalmente disponibles como electrodos cubiertos, y desnudos como alambres sólidos. Recientemente electrodos tipo “alambres con núcleo fundente” se han desarrollado para la soldadura de aceros inoxidables.
Las aleaciónes de aporte para la soldadura de los diversos aceros inoxidable son: Cr-Ni-Mn (AISI N º 308), Cr-Ni-austenítico (AISI N º 309, 310, 316, 317, 347), Cr-martensíticos (AISI N º 410, 430); Cr-ferríticos (AISI N º 410, 430, 309, 502). Es posible soldar diferentes metales de base inoxidable con la misma aleación de metal de aporte.

Los procedimientos de soldadura

Para la soldadura SMAW, hay dos tipos básicos de electrodos. Estos son el recubierto a base de de cal indicada por el sufijo 15 y el tipo de titanio designado por el sufijo 16. Los electrodos a base de cal se utilizan sólo con corriente continua electrodo positivo (polaridad inversa). El electrodo revestido tipo titanio sufijo 16 puede utilizarse con corriente alterna y corriente directa con electrodo positivo. Son del tipo de bajo hidrógeno y ambos se usan en todas las posiciones. Sin embargo, el tipo 16 es más suave, y presenta más atractivo al soldar, y funciona mejor en la posición plana. El ancho de la costura debe limitarse a dos veces y media el diámetro del electrodo.
Los electrodos recubiertos deben ser almacenados en un cuarto seco a temperatura controlada. Los electrodos, de bajo hidrógeno, son susceptibles a la absorción de humedad. Una vez que la caja se ha abierto, los electrodos deben guardarse en un lugar seco hasta su uso.
Soldadura por arco de tungsteno y gas de protección. Se utiliza ampliamente para secciones más delgadas de acero inoxidable. El tungsteno 2% se recomienda y el electrodo debe poseer buena conicidad. El argón se utiliza normalmente como gas de protección, sin embargo, mezclas de helio- argón,a veces se utilizan para aplicaciones automáticas.
Soldadura de arco metálico y gas de protección. Se usa ampliamente para materiales más gruesos, ya que es un proceso más rápido de soldadura. El modo de transferencia spray se utiliza para la soldadura en posición plana y esto requiere la utilización de argón para la protección con el 2% ó 5% de oxígeno ó mezclas especiales. El oxígeno ayuda a producir mejor acción humectante en los bordes de la soldadura. La transferencia a corto círcuito también puede utilizarse en materiales delgados. En esté caso se emplea la protección de CO2 ó la mezcla 25% de CO2, más un 75% de argón. La mezcla de argón-oxígeno también puede utilizarse con electrodos de pequeño diámetro. Con alambres de bajo contenido de carbono, y CO2 como protección la cantidad de carbono en la pieza aumentará ligeramente, por lo tanto se debe tener presente la vida útil de la soldadura y la resistencia a la corrosión, de tal manera que el gas CO2 o la mezcla CO2-argón no deben ser empleados.
Consideraciones generales
Los electrodos para el soldeo de los aceros inoxidables son siempre revestidos en los procesos de arco. El revestimiento protege el baño de fusión de la contaminación por el aire, evitando la oxidación del cromo y produciéndose soldaduras sanas y resistentes a la corrosion. Además actúa como agente estabilizador, ayudando a mantener el arco y permitiendo un transporte uniforme del metal de aportación hacía el baño de fusión.
La escoria procedente de la fusión del revestimiento del electrodo se deposita sobre la superficie del cordon y debe limpiarse posteriormente, antes del deposito de nuevas pasadas. Para obtener buenas soldaduras el alma de electrodo debe ser de contenido en carbono lo más bajo posible. También es conveniente que el revestimiento esté libre de elementos indeseables.
Para todas las operaciones de soldadura, el área de soldadura se debe limpiar y estar libre de todo material extraño, aceite, pintura, suciedad, etc. El arco de soldadura debe ser tan corto como sea posible, cuando se utiliza cualquiera de los procesos de arco.