Cómo soldar hierro fundido

Es posible soldar hierro fundido en casa, bajo ciertas condiciones

La soldadura interna efectiva de piezas de hierro fundido puede ahorrar tiempo y dinero, pero existen desafíos. La falla de la soldadura a menudo puede provocar grietas u otros daños. Si hay partes críticas involucradas, puede ser conveniente buscar la mano de obra de una instalación de soldadura con soldadores experimentados para garantizar un resultado exitoso.

Si la soldadura se realiza internamente, es fundamental investigar los pasos necesarios para producir una pieza soldada de manera eficaz. Se deben tomar cuatro pasos clave antes de comenzar:

1. Identificar la aleación
2. Limpie bien el yeso
3. Seleccione una temperatura de precalentamiento
4. Seleccione una técnica de soldadura adecuada

Identificar la aleación

Las fundiciones son una familia de aleaciones de hierro y carbono. Su alto contenido de carbono (generalmente del 2 al 4%) le da al hierro fundido su dureza característica. Sin embargo, esa dureza viene a expensas de la ductilidad. Es menos maleable en comparación con el acero o el hierro forjado. Los ciclos de calentamiento y enfriamiento durante la soldadura provocan expansión y contracción en el metal, lo que induce tensión de tracción. Los hierros fundidos no se estiran ni se deforman cuando se calientan o tensionan, sino que se agrietan, lo que los hace extremadamente difíciles de soldar. Esta característica se puede mejorar añadiendo diferentes aleaciones.

Algunas aleaciones de hierro fundido son más fáciles de soldar que otras:

• Hierro fundido gris
  El hierro fundido gris es la forma más común de hierro fundido. El carbono se precipita en escamas de grafito durante la fabricación en una microestructura cristalina de perlita o ferrita. Es más dúctil y soldable que el hierro fundido blanco. Sin embargo, todavía representa un desafío para los posibles soldadores, ya que las escamas de grafito dentro del hierro fundido gris pueden ingresar al baño de soldadura y causar la fragilización del metal de soldadura.

• Hierro fundido blanco
  El hierro fundido blanco retiene el carbono como carburo de hierro sin precipitarlo como grafito. La microestructura cristalina de cementita es muy dura y quebradiza. El hierro fundido blanco generalmente se considera no soldable.
• Dúctil, nodular o maleable hierro
  Todos estos hierros fundidos son menos frágiles debido a las diferencias microestructurales debidas a la fabricación. Los tres tienen microestructuras de carbono esferoidal creadas por sus procesos de fabricación únicos.

La mejor manera de determinar si tiene hierro blanco o gris es verificar la especificación original. El análisis espectroquímico puede proporcionar esta especificación después del hecho. Cuando estas formas precisas no son posibles, hay algunas formas de verificar en la tienda.

El hierro gris mostrará gris a lo largo de un punto de fractura, debido al grafito en su microestructura. El hierro blanco es más blanco a lo largo de una fractura debido a la cementita. Desafortunadamente, la prueba de fractura solo es útil si el soldador sabe que el material es gris o blanco. Estas son formas más antiguas y tradicionales de hierro fundido. También son más comunes en ciertas clases de bienes. Sin embargo, el hierro dúctil, relativamente nuevo, también es bastante blanco a lo largo de la fractura y es mucho más soldable.

La prueba de chispa también puede ser utilizada por un metalúrgico experimentado para tratar de determinar el tipo de hierro.

Limpiar la fundición

Independientemente de la aleación, todas las piezas fundidas deben prepararse adecuadamente antes de la soldadura. Al preparar la fundición para la soldadura, es fundamental eliminar todos los materiales de la superficie. La fundición debe estar completamente limpia en el área de la soldadura. Quite la pintura, la grasa, el aceite y otros materiales extraños de la zona de soldadura. Lo mejor es aplicar calor con cuidado y lentamente en el área de soldadura durante un tiempo breve para eliminar el gas atrapado en la zona de soldadura del metal base.

Una técnica simple para probar la preparación de la superficie de hierro fundido es depositar un pase de soldadura sobre el metal; será poroso si hay impurezas presentes. Esta pasada se puede esmerilar y repetir el proceso unas cuantas veces hasta que desaparezca la porosidad.

Precalentamiento

Todos los hierros fundidos son vulnerables al agrietamiento bajo tensión. El control del calor es el factor más importante para evitar grietas.

Una soldadura de hierro fundido requiere tres pasos:

• Precalentamiento
• Poca entrada de calor
• Enfriamiento lento

La razón principal para el control del calor es la expansión térmica. Cuando el metal se calienta, se expande. No se genera tensión cuando un objeto entero se calienta y se expande al mismo ritmo, pero la tensión se acumula cuando el calor se localiza en una pequeña zona afectada por el calor (HZ).

El calentamiento localizado provoca una expansión restringida:el HZ está contenido por el metal más frío que lo rodea. El grado de tensión resultante depende del gradiente térmico entre el HZ y el cuerpo de fundición. En el acero y otros metales dúctiles, la tensión generada por la expansión y contracción restringida se alivia mediante el estiramiento. Desafortunadamente, esto puede causar grietas durante el período de contracción ya que los hierros fundidos tienen una ductilidad relativamente baja. El precalentamiento disminuye el gradiente térmico entre el cuerpo de fundición y el HZ, minimizando así la tensión de tracción causada por la soldadura. En general, los métodos de soldadura a mayor temperatura requieren un precalentamiento a mayor temperatura. Cuando no es posible un precalentamiento adecuado, la mejor estrategia es minimizar la entrada de calor:seleccione un proceso de soldadura de baja temperatura y varillas o alambres de soldadura de bajo punto de fusión.

La velocidad de enfriamiento es otro factor que tiene un impacto directo en las tensiones inducidas en la soldadura. El enfriamiento rápido provoca la contracción, lo que crea soldaduras quebradizas y que se agrietan fácilmente. Por el contrario, el bajo enfriamiento reduce el estrés por endurecimiento y contracción.

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Precalentamiento antes de soldar

Todos los hierros fundidos son vulnerables al agrietamiento bajo tensión, pero esto se puede prevenir con precalentamiento. Mire el video para ver cómo se aplica calor al metal antes de soldarlo.

Técnica de soldadura

Las técnicas de soldadura deben elegirse en función de su idoneidad para la aleación de hierro fundido que se está soldando. Los procesos de soldadura más comunes son soldadura con varilla, oxiacetileno y soldadura fuerte.

Soldadura con electrodos

La soldadura con electrodo revestido, también conocida como soldadura por arco de metal blindado o MMA, utiliza un electrodo consumible cubierto con un fundente. Se pueden usar diferentes tipos de electrodos según la aplicación, la coincidencia de color requerida y la cantidad de mecanizado que se debe realizar después de la soldadura.

Hay tres tipos principales de relleno que funcionan bien para la soldadura con varilla de hierro fundido:

• Electrodos cubiertos de hierro fundido
• Electrodos de aleación de cobre
• Electrodos de aleación de níquel

Los electrodos de aleación de níquel son los más populares para la soldadura de hierro fundido. Según New Hampshire Materials Laboratory Inc., la soldadura de níquel-hierro es más fuerte con un coeficiente de expansión térmica más bajo, lo que reduce las tensiones de soldadura y mejora la resistencia al agrietamiento.

Un arco eléctrico entre el electrodo y el área de soldadura derrite los metales y provoca la fusión. El arco debe dirigirse al baño de soldadura, en lugar de al metal base, ya que esto minimizará la dilución. Se recomienda utilizar la configuración de corriente más baja aprobada por el fabricante para minimizar el estrés por calor. Precaliente las piezas a por lo menos 250°F antes de soldar con electrodos de hierro fundido o cobre. Los electrodos de níquel se pueden usar sin precalentamiento.

Soldadura oxiacetilénica

La soldadura con oxiacetileno también utiliza electrodos, pero en lugar de un arco generado por corriente, un soplete de oxiacetileno proporciona la energía para soldar. Los electrodos de hierro fundido y los electrodos de zinc y cobre son adecuados para la soldadura oxiacetilénica de hierro fundido.

Se debe tener cuidado de no oxidar el hierro fundido durante la soldadura con acetileno, ya que esto provoca la pérdida de silicio y la formación de hierro blanco en la soldadura. La varilla de soldadura se debe derretir en el baño de soldadura fundido, en lugar de directamente por la llama, para minimizar los gradientes de temperatura.

Soldadura fuerte

La soldadura fuerte es un método común para unir piezas de hierro fundido debido al impacto mínimo en el metal base. Una varilla de soldadura proporciona el relleno que se adhiere a la superficie de hierro fundido. Debido al punto de fusión más bajo del relleno en comparación con el hierro fundido, el relleno no se diluye con el hierro fundido sino que se adhiere a la superficie.

La limpieza de la superficie es fundamental para esta técnica de soldadura, ya que la unión depende de la calidad del relleno que humedece la superficie del metal base. Según Machine Design, es común usar fundente para evitar la formación de óxidos durante la soldadura fuerte. Es un líquido que favorece la humectación, lo que permite que la masilla fluya sobre las piezas metálicas a unir. También limpia las partes de óxidos para que el relleno se adhiera más fuertemente a las partes metálicas. Además, los fundentes se utilizan en la soldadura para limpiar las superficies metálicas.

Acabado

El agrietamiento generalmente ocurre durante la fase de contracción térmica:la tensión de tracción se acumula a medida que la soldadura se enfría y se contrae. Si la tensión alcanza un punto crítico, la soldadura se agrieta.

Las posibilidades de agrietamiento pueden disminuirse aplicando un esfuerzo de compresión para oponerse al esfuerzo de tracción durante el enfriamiento. Los soldadores utilizan una técnica llamada granallado (golpes moderados con un martillo de bola) para obtener un cordón de soldadura deformable mientras la soldadura aún está blanda. El granallado reduce el riesgo de agrietamiento en la soldadura y HZ, pero solo debe intentarse cuando se trabaja con metal de soldadura relativamente dúctil.

El paso final de la soldadura es el control de enfriamiento. Este proceso utiliza materiales aislantes para ralentizar el enfriamiento tanto como sea posible, o aplica calor periódicamente a la soldadura para ralentizar el proceso de enfriamiento natural.

Soldadura interna

Si bien contratar soldadura de hierro fundido a un profesional puede garantizar una soldadura de calidad, es posible completar una reparación de soldadura internamente con una preparación cuidadosa. Siga los pasos para identificar su aleación, preparar el material y elegir la técnica de soldadura más adecuada.

Fuentes

• Material total. "Soldadura de hierro fundido y otros hierros".
• Laboratorio de materiales de New Hampshire. "Consejos para soldar hierro fundido".
• El Instituto de Soldadura. "Soldabilidad de materiales:Hierros fundidos".