jueves, 1 de abril de 2010

Soldabilidad de las fundiciones

Como preambulo cabe señalar que las fundiciones o hierros fundidos o las conocidas aleaciones “cast iron” generalmente son asociadas a fundiciones grises, pero en realidad identifican a un grupo grande de aleaciones ferrosas. El color de una superficie fracturada puede ser usado para identificarla de manera global, así, un color blanco identifica a una fundición blanca debido a su carburo e impurezas, y el hierro fundido gris tiene una variedad de composiciones, pero por lo general es tal que la estructura de la matriz es principalmente perlita con copos de grafito dispersos.

El Hierro (Fe) representa más del 95% en peso del material de la aleación, mientras que el principal elemento de aleación es el carbono (C), seguido del silicio (Si).

La cantidad de carbono en la fundición de hierro es de 2,1 a 4% en peso. Los hierros fundidos contienen cantidades apreciables de silicio, normalmente de 1 a 3% en peso, y por consiguiente, estas aleaciones se les debe considerar aleaciones ternarias de Fe-C-Si.

El hierro fundido tiende a ser frágil, con excepción de los hierros fundidos maleables. Gracias a su bajo punto de fusión, buena fluidez, colado, excelente maquinabilidad, resistencia a la deformación y resistencia al desgaste, las fundiciones de hierro se han convertido en un material de ingeniería con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo tuberías, máquinas y partes de la industria automotriz, como cabezas de cilindros, bloques de cilindros, y los housing de cajas de cambios, housing de bombas, tambores de freno, entre otras. Es resistente a la destrucción y debilitamiento por corrosion.

También hay hierros fundidos aleados que contienen cantidades pequeñas de cromo, níquel, molibdeno, cobre, u otros elementos constituyentes para así, agregar propiedades específicas. Estas suelen proporcionar mayor resistencia mecánica.

Otra aleación de importancia es el hierro fundido austenítico que se modifica por la adición de níquel y otros elementos para reducir la temperatura de transformación para que la estructura sea austenítica a temperatura ambiente, esta aleación posee un alto grado de resistencia a la corrosión.

Otra clase de hierro fundido se llama hierro maleable. Esto se hace dando la fundición blanca un tratamiento térmico de recocido para cambiar la estructura del carbono en el hierro. De este modo, la estructura se cambia a perlítica o ferrítica, lo que aumenta su ductilidad.

Hay otras dos clases de hierro fundido que son más dúctiles que la fundición gris. Estas son conocidas como el hierro nodular y fundición dúctil. Éstos se fabrican mediante la adición de magnesio o aluminio que, o bien se atan el carbono en un estado combinado o le dará al carbono libre o nodular una forma esférica en lugar de la escama normal en la fundición gris. Esta estructura proporciona un mayor grado de ductilidad o maleabilidad de la fundición.

La fundición gris tiene una capacidad muy baja para doblar y baja ductibilidad. La ductilidad es baja debido a la presencia de los copos de grafito que actúan como discontinuidades.

En la mayoría de los procesos de soldadura el ciclo de calentamiento y enfriamiento crea la expansión y contracción de la aleación, lo que crea tensiones de tracción durante el período de contracción. Por esta razón, la fundición gris es difícil de soldar sin precauciones especiales. Por otra parte, el hierro fundido dúctil como el hierro maleable, hierro dúctil y hierro nodular pueden ser exitosamente soldadas. Para obtener los mejores resultados, estos tipos de fundiciones de hierro, deberán estar soldadas en estado recocido.

Con esta pequeña introducción explicare de manera concisa y específica, los electrodos a usar en el proceso por arco y las varillas a usar en el proceso de soldaura por oxi-combustible.
 
Soldadura por arco con electrodo revestido
 
En la preparación de la pieza de fundición para la soldadura es necesario eliminar todos los materiales extraños de la superficie, y limpiar completamente el área de la soldadura, esto significa quitar pintura, grasa, aceite y otros materiales indeseables de la zona de soldadura. Es conveniente calentar el área de soldadura por un corto tiempo para eliminar el gas atrapado en el defecto(s) o la zona de soldadura del metal base.

Se recomienda biselar la zona afectada en V, con un ángulo entre 60-90° se debe utilizar soldaduras de penetración completa para que la grieta o defecto se elimine completamente, dado que el defecto puede volver a aparecer en condiciones de servicio.

El precalentamiento es conveniente para la soldadura con cualquiera de los procesos de soldadura. Esto puede ser reducido cuando se utiliza material de aporte muy dúctil. El Precalentamiento reducirá el gradiente térmico entre la soldadura y el resto de la pieza. Las temperaturas de precalentamiento están relacionadas con el proceso de soldadura, el tipo de metal de relleno, la masa y la complejidad de la fundición.
 
El proceso SMAW puede ser utilizado para la soldadura de hierro fundido. Hay cuatro tipos de metales de aportación que se pueden utilizar:

*Electrodos revestidos de hierro fundido,
*Electrodo revestido con aleación base de cobre,
*Electrodos revestidos a base de níquel y
*Electrodos recubiertos de acero suave.
 
Existen razones para emplear cada uno de los electrodos específicos de la siguiente manera: la maquinabilidad del depósito, la fuerza del depósito, y la ductilidad de la soldadura final y la disponibilidad de equipos.
 
* Cuando la soldadura por arco se hace con electrodos revestidos de hierro fundido, es necesario precalentar entre 120 ° y 425 °C, dependiendo del tamaño y la complejidad de la fundición y la necesidad de mecanizar el depósito y las áreas adyacentes. En general, es mejor utilizar electrodos de diámetro pequeño y ajustar la longitud de arco, y si es posible la soldadura se debe hacer en la posición plana.

* Hay dos tipos de electrodos a base de cobre, la aleación de estaño-cobre (ECuSn-A y C) y la aleación aluminio-cobre (ECuAl-A2). Las aleaciones de zinc cobre no se pueden utilizar para electrodos de soldadura de arco debido a la temperatura de fusión baja del zinc. El zinc se volatiliza en el arco y hará que exista porosidad en soldadura aplicada. Los electrodos de cobre-estaño producen una soldadura con buena ductilidad.

Los electrodos (ECuSn-A, ECuSn-C), ofrecen depósitos fuertes y de dureza. Por lo que se emplean para el recargue de las fundiciones.
La diferencia está en el contenido de estaño, el electrodo ECuSn-A contiene un 5% y el ECuSn-C un 8%.
Cuando se utilizan los electrodos a base de cobre, un precalentamiento entre 120-200°C se recomienda, también usar diámetros pequeños y bajas corrientes. El enfriamiento lento se recomienda después de la soldadura.

Los electrodos (ECuAl-A2) son a base cobre y aluminio y tiene un punto de fusión relativamente bajo, así como una gran velocidad de aportación a bajas intensidades. Esto permite una soldadura rápida y reduce la deformación y la posibilidad de formación de fundición blanca en la zona de la soldadura. La resistencia a la tracción y la carga de fluencia de estos depósitos son casi el doble de los obtenidos con electrodos a base de cobre y estaño.

* Hay tres tipos de electrodos de níquel usado para soldar hierro fundido. El ENiFe-CI contiene aproximadamente 50% de níquel, el ENiCI contiene aproximadamente el 85% de níquel y el tipo ENiCu contiene níquel y cobre. El electrodo ENiFeCI es más barato y proporciona resultados aproximadamente iguales al electrodo de alto níquel. Estos electrodos pueden ser utilizados sin precalentamiento, sin embargo se sugiere su almacenamiento a 40 °.Los depósitos de níquel y níquel-hierro son extremadamente dúctiles y no se vuelven frágiles con presencia de carbono. La dureza de la zona afectada por el calor puede reducirse al mínimo mediante la reducción de la penetración en el metal base. El electrodo tipo de níquel-cobre se presenta en dos grados, el ENiCu-A con 55% de níquel y 40% de cobre y el ENiCu-B con el 65% de níquel y 30% de cobre. Cualquiera de estos electrodos se puede utilizar de la misma manera como el electrodo de níquel o el electrodo de Ni-hierro con aproximadamente la misma técnica y los resultados.
 
Los depósitos de Níquel-hierro son especialmente diseñados para unión y reparación de piezas de fundición con alto porcentaje de fósforo, fundición nodular y esferoidal, sin necesidad de precalentamiento. El depósito tiene una alta resistencia, es de excelente apariencia libre de grietas y porosidad, incluso sobre superficies contaminadas.

Al igual que todas las soldaduras de hierro fundido, se recomiendan los cordones cortos a fin de no calentar excesivamente la pieza. No se recomienda el martillado.

* El electrodo de acero suave (AWS E St) no se recomienda para soldar hierro fundido si el depósito se debe mecanizar. Este electrodo a base de hierro se emplea para muchos tipos de hierro fundido utilizados en la industria.

El deposito de la soldadura es muy duro y no mecanizable, es especial para fundición sucia, podrida o quemada, en fundición con un alto contenido de fósforo o azufre. Además, el depósito de acero suave tendrá una reducción del nivel de ductilidad, como resultado de mayor contenido de carbono.
 
Soldadura autógena

El proceso de gas combustible-oxígeno es a menudo usado para la soldadura de hierro fundido. La llama debe ser neutra. Hay dos tipos de metales de relleno que están disponibles: Las barras de hierro fundido (RCI y A y B) y las barras de zinc-cobre (RCuZn-B y C).

Las soldaduras realizadas con las varillas de hierro fundido adecuadas serán tan fuertes como el metal base. La clasificación RCI se utiliza para la fundición gris ordinaria. La varilla RCI-A tiene pequeñas cantidades de la aleación y se utiliza para la aleación de hierro fundido de alta resistencia y la RCI-B se utiliza para la soldadura de hierro fundido nodular y maleable.

El procedimiento de soldadura debe ser óptimo y se debe preparar bien la junta, y tener presente el precalentamiento, y postcalentamiento.

Las barras de zinc-cobre producen soldaduras de bronce. Hay dos clasificaciones: RCuZn-B, y RCuZn C- El bronce depositado tiene ductilidad relativamente alta.

Se recomienda emplear la varilla que trae el fundente extruido en ella como revestimiento, de lo contrario emplear desoxidante, así se mantendrá el baño de fusión limpio y fluido, de lo contario se formaran óxidos de difícil fusión que dificultan la operación y provocan inclusiones y sopladuras.

Recuerde emplear el metal de aporte adecuado y procurar que las piezas se enfríen lentamente, de lo contrario se puede formar una fundición blanca en la zona del cordón, con lo que éste quedará duro, frágil y de muy difícil mecanización.

Para más información de las varillas puede consultar la norma AWS A5.8-89
 
Espero con esta sinopsis que elabore haber resuelto algunas inquietudes que generalmente se presentan al trabajar con estas aleaciones.

1 comentario:

  1. Estimados, tengo una consulta técnica para hacer.
    Que electrodo debo utilizar para soldar el material 23MnNiCrMo52?
    Desde ya agradezco la respuesta.
    Saldos cordiales.

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