El acero inoxidable no es necesariamente difícil de trabajar, pero su soldadura requiere especial atención al detalle. No disipa el calor como el acero dulce o el aluminio y puede perder resistencia a la corrosión si se calienta demasiado. Las buenas prácticas ayudan a mantener su resistencia a la corrosión. Imagen: Miller Electric
La resistencia a la corrosión del acero inoxidable lo convierte en una opción atractiva para numerosas aplicaciones críticas en tuberías, como las de alimentos y bebidas de alta pureza, farmacéutica, recipientes a presión y petroquímica. Sin embargo, este material no disipa el calor como el acero dulce o el aluminio, y una soldadura inadecuada puede reducir su resistencia a la corrosión. Aplicar demasiado calor y utilizar un material de aporte incorrecto son dos de las causas principales.
Seguir algunas de las mejores prácticas de soldadura de acero inoxidable puede ayudar a mejorar los resultados y garantizar que se mantenga la resistencia a la corrosión del metal. Además, optimizar el proceso de soldadura puede aumentar la productividad sin sacrificar la calidad.
Al soldar acero inoxidable, la elección del material de aporte es fundamental para controlar el contenido de carbono. Los materiales de aporte utilizados para soldar tuberías de acero inoxidable deben mejorar el rendimiento de la soldadura y ser adecuados para la aplicación.
Busque metales de aporte con la designación "L", como el ER308L, ya que ofrecen un menor contenido máximo de carbono, lo que ayuda a mantener la resistencia a la corrosión en aleaciones de acero inoxidable con bajo contenido de carbono. Soldar un metal base con bajo contenido de carbono con metales de aporte estándar aumenta el contenido de carbono de la junta soldada, incrementando el riesgo de corrosión. Evite los metales de aporte marcados con la "H", ya que ofrecen un mayor contenido de carbono y están diseñados para aplicaciones que requieren mayor resistencia a temperaturas elevadas.
Al soldar acero inoxidable, es importante seleccionar un metal de aporte con bajos niveles de impurezas (también conocidas como elementos traza). Estas impurezas son elementos residuales presentes en las materias primas utilizadas para fabricar los metales de aporte, como el antimonio, el arsénico, el fósforo y el azufre. Pueden afectar significativamente la resistencia a la corrosión del material.
Debido a la alta sensibilidad del acero inoxidable al calor, la preparación de la junta y el correcto ensamblaje son fundamentales para controlar la temperatura y mantener las propiedades del material. Las holguras entre las piezas o un ajuste irregular obligan a que el soplete permanezca más tiempo en un mismo lugar, y se necesita más material de aporte para rellenar dichas holguras. Esto puede provocar una acumulación de calor en la zona afectada, lo que puede causar el sobrecalentamiento de la pieza. Un ajuste deficiente también puede dificultar la unión de las piezas y la obtención de la penetración de soldadura necesaria. Asegúrese de que las piezas coincidan lo mejor posible con el acero inoxidable.
La pureza de este material también es fundamental. Cantidades mínimas de contaminantes o suciedad en las uniones soldadas pueden provocar defectos que reducen la resistencia y la corrosión del producto final. Para limpiar el sustrato antes de soldar, utilice un cepillo especial de acero inoxidable que no se haya usado en acero al carbono ni en aluminio.
En el acero inoxidable, la sensibilización es la principal causa de pérdida de resistencia a la corrosión. Esto puede ocurrir cuando la temperatura de soldadura y la velocidad de enfriamiento fluctúan demasiado, lo que provoca un cambio en la microestructura del material.
Esta soldadura externa en tubería de acero inoxidable, soldada con GMAW y deposición controlada de metal (RMD) sin retrolavado de raíz, es similar en apariencia y calidad a las soldaduras GTAW con retrolavado.
Un componente clave de la resistencia a la corrosión del acero inoxidable es el óxido de cromo. Sin embargo, si el contenido de carbono en la soldadura es demasiado alto, se forma carburo de cromo. Este se une al cromo e impide la formación del óxido de cromo deseado, que es lo que confiere al acero inoxidable su resistencia a la corrosión. Si no hay suficiente óxido de cromo, el material no tendrá las propiedades deseadas y se producirá corrosión.
La prevención de la sensibilización depende de la selección del material de aporte y del control del aporte térmico. Como se mencionó anteriormente, es importante seleccionar un material de aporte con bajo contenido de carbono al soldar acero inoxidable. Sin embargo, en ocasiones se requiere carbono para proporcionar resistencia en ciertas aplicaciones. El control de la temperatura es especialmente importante cuando no se pueden utilizar materiales de aporte con bajo contenido de carbono.
Minimice el tiempo que la soldadura y la zona afectada por el calor permanecen a temperaturas elevadas, generalmente entre 950 y 1500 grados Fahrenheit (500 y 800 grados Celsius). Cuanto menos tiempo permanezca la soldadura en este rango, menos calor generará. Siempre verifique y observe la temperatura entre pasadas durante el proceso de soldadura.
Otra opción es utilizar metales de aportación con componentes de aleación como titanio y niobio para evitar la formación de carburo de cromo. Dado que estos componentes también afectan a la resistencia y la tenacidad, estos metales de aportación no pueden utilizarse en todas las aplicaciones.
La soldadura por arco de tungsteno con electrodo revestido (GTAW) es un método tradicional para soldar tuberías de acero inoxidable. Generalmente, requiere un lavado con argón para prevenir la oxidación en la parte inferior de la soldadura. Sin embargo, el uso de procesos de soldadura por hilo en tuberías de acero inoxidable es cada vez más común. En estos casos, es importante comprender cómo los diferentes gases de protección afectan la resistencia a la corrosión del material.
Para soldar acero inoxidable mediante soldadura por arco con gas (GMAW), tradicionalmente se utilizaban argón y dióxido de carbono, una mezcla de argón y oxígeno, o una mezcla de tres gases (helio, argón y dióxido de carbono). Por lo general, estas mezclas contienen principalmente argón o helio y menos del 5 % de dióxido de carbono, ya que este último introduce carbono en el baño de fusión y aumenta el riesgo de sensibilización. No se recomienda el uso de argón puro para la soldadura GMAW en acero inoxidable.
El alambre tubular para acero inoxidable está diseñado para funcionar con una mezcla tradicional de 75 % de argón y 25 % de dióxido de carbono. El fundente contiene ingredientes diseñados para evitar la contaminación de la soldadura por el carbono del gas de protección.
Con la evolución de los procesos GMAW, se simplificó la soldadura de tubos y tuberías de acero inoxidable. Si bien algunas aplicaciones aún pueden requerir el proceso GTAW, los procesos avanzados de procesamiento de alambre ofrecen una calidad similar y una mayor productividad en muchas aplicaciones de acero inoxidable.
Las soldaduras de acero inoxidable en el diámetro interior (ID) realizadas con GMAW RMD son similares en calidad y apariencia a las soldaduras correspondientes en el diámetro exterior (OD).
En algunas aplicaciones de acero inoxidable austenítico, una pasada de raíz mediante un proceso GMAW de cortocircuito modificado, como la deposición controlada de metal (RMD) de Miller, elimina el reflujo. Tras la pasada de raíz RMD, se puede realizar soldadura GMAW pulsada o soldadura por arco con núcleo fundente para rellenar y cerrar la tubería, lo que supone un ahorro de tiempo y dinero en comparación con la soldadura GTAW con reflujo, especialmente en tuberías de gran diámetro.
RMD utiliza una transferencia de metal por cortocircuito controlada con precisión para producir un arco y un baño de soldadura silenciosos y estables. Esto reduce la probabilidad de arranque en frío o falta de fusión, disminuye las salpicaduras y mejora la calidad de la pasada de raíz de la tubería. La transferencia de metal controlada con precisión también garantiza una deposición uniforme de las gotas y facilita el control del baño de soldadura, lo que permite controlar el aporte térmico y la velocidad de soldadura.
Los procesos no tradicionales pueden mejorar la productividad de la soldadura. Al utilizar RMD, la velocidad de soldadura puede variar de 6 a 12 pulgadas/min. Dado que este proceso mejora la productividad sin calentar adicionalmente las piezas, ayuda a mantener las propiedades y la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La reducción del aporte térmico del proceso también contribuye a controlar la deformación del sustrato.
Este proceso GMAW pulsado ofrece arcos más cortos, conos de arco más estrechos y menor aporte térmico que la transferencia por pulverización pulsada convencional. Al ser un proceso cerrado, se eliminan prácticamente la deriva del arco y las fluctuaciones en la distancia entre la punta y la pieza. Esto simplifica la gestión del baño de fusión, tanto con soldadura in situ como sin ella. Finalmente, la combinación de GMAW pulsado para el relleno y el rodillo superior con RMD para el rodillo de raíz permite realizar un procedimiento de soldadura con un solo hilo y un solo gas, reduciendo el tiempo de cambio de proceso.
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