Cómo soldar acero inoxidable

Introducción al acero inoxidable

Antes de tratar con la soldadura de acero inoxidable, se debe ofrecer una descripción general del material. Los aceros inoxidables representan una clase de materiales a base de hierro que tienen cierta resistencia a la oxidación y corrosión en algunos ambientes, debido a la presencia de cromo en su composición. El cromo ayuda a producir una capa resistente e impermeable de óxido de cromo en la superficie del material, que protege la superficie del óxido y la corrosión. Se debe tener en cuenta que la expresión "acero inoxidable" representa una gran clase de materiales diferentes. No es un término técnico que identifique ningún metal específico y no se puede utilizar con fines prácticos como comprar.

Tres Clases

Las tres clases más generales de aceros inoxidables, austenítico, ferrítico y martensítico, se indican por referencia a su estructura metalúrgica. Más específicamente, utilizan un identificador que se refiere a la apariencia de su microestructura, como se ve bajo el microscopio o por difracción de rayos X. Estas microestructuras pueden estar presentes en ciertos aceros, por lo que se utilizan para indicar la estructura predominante en el acero inoxidable. Las propiedades de cada clase pueden afectar el proceso de soldadura de diferentes maneras, por lo que es importante identificar con anticipación qué tipo se está utilizando.

1. austenítico

Al soldar acero inoxidable, los aceros inoxidables austeníticos se consideran los más fáciles de soldar de las tres clases. Se conocen como la "serie 300", que se refiere a una clasificación estándar originada por el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) y la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE). Una subclase importante, conocida como "18/8", tiene elementos de aleación que son 18 por ciento de cromo y ocho por ciento de níquel.

Las principales características de los aceros inoxidables austeníticos son las siguientes:

• No magnético o solo ligeramente magnético
• No es atacado por una solución al 10 por ciento de ácido nítrico (HNO3) en alcohol
• No se endurece con ningún tratamiento térmico
• Endurecimiento por deformación:bastante dúctil y fácilmente deformable por trabajo mecánico que aumenta tanto la dureza como la resistencia
• Soldadura fácil, con las precauciones necesarias
• Conductividad térmica entre un tercio y la mitad de la de otros aceros
• Coeficiente de expansión térmica en un 30-40 %, incluso un 50 % en ocasiones

Al soldar aceros inoxidables, las dos últimas características afectan el resultado de varias maneras, produciendo una distorsión mayor que la que se encuentra en otros aceros.

No todos los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 tienen la misma soldabilidad. La adición de azufre o selenio para mejorar la maquinabilidad (como en el Tipo 303) da como resultado un agrietamiento en caliente severo de la soldadura, lo que hace que este material en particular sea "no soldable".

Tenga cuidado al soldar aceros inoxidables austeníticos. Las características de resistencia a la corrosión de estos aceros inoxidables pueden verse afectadas negativamente por el proceso de sensibilización, que ocurre a intervalos de temperatura de 600 a 900 Celsius (1100 a 1650 Fahrenheit). Esto promueve la acumulación de carburos de cromo en los límites de grano y la pérdida paralela de cromo anticorrosivo del metal base.

El rango de temperatura anterior ocurre naturalmente, no en la zona de soldadura donde la temperatura es más alta y dura poco tiempo, sino en las dos tiras de metal a cada lado del cordón de soldadura. Esta es la Zona Afectada por el Calor (ZAT) donde se producen los efectos nocivos.

En una junta sensibilizada, el cromo, que es el principal ingrediente "inoxidable", queda secuestrado o fuera de juego y localmente no disponible para la acción protectora. Si no se aborda correctamente, la soldadura de aceros inoxidables 18/8 puede provocar la pérdida de su propiedad protectora a lo largo de las trayectorias sensibilizadas, y el material soldado se vuelve propenso al ataque intergranular en un entorno corrosivo.

Hay tres estrategias que se pueden emplear para reducir los efectos adversos del proceso de sensibilización en los aceros inoxidables de la serie 300. Una es usar una versión muy baja en carbono (es decir, 304L donde L significa bajo en carbono) donde no hay mucho carbono disponible para fabricar carburos de cromo.

Otra estrategia es usar un tipo diferente de metal base que incluya titanio (tipo 321) o columbio (tipo 347), que formarán carburos de titanio o columbio, lo que hará que el carbono no esté disponible para el cromo durante el proceso de sensibilización. Esto deja al cromo libre para realizar sus tareas anticorrosivas.

Nota :El metal de aporte para este material, si se requiere, siempre debe ser columbio. ¿Por qué? Porque el titanio es reactivo y no se recupera fácilmente durante la deposición. Esto significa que no estaría disponible cuando más se necesita. Columbium sin embargo no es reactivo. Permanecerá en su lugar durante el proceso de fusión, y cuando el material se caliente al rango de temperatura de sensibilización, hará el trabajo de producir carburos de columbio, salvando el día.

La tercera estrategia es realizar un tratamiento térmico de solución a temperatura elevada (1050 Celsius o 1900 Fahrenheit), que repararía la susceptibilidad a la corrosión. Esta estrategia pone una solución sólida de carburos de cromo, que se originaron durante el proceso de sensibilización de soldadura del acero inoxidable 18/8 regular. Este proceso, sin embargo, enfrenta problemas como la formación de óxido pesado si no se realiza en vacío u otra atmósfera protectora, libre de contaminantes. Los tipos 309 y 310, que se usan para aplicaciones de temperatura elevada, y el tipo 316 o mejor, el tipo 316L, que se usa para mejorar la resistencia a la corrosión, generalmente no son propensos a la sensibilización y se usan con alambres de relleno de composición similar.

2. Ferrítico

La segunda clase de acero inoxidable se llama acero inoxidable ferrítico. Este acero es ferromagnético, pero no se puede endurecer mediante tratamiento térmico. Este es un tipo común de acero inoxidable utilizado en los componentes de escape de automóviles. Una cantidad limitada de estructura ferrítica, cuando está presente en una estructura principalmente austenítica, se considera beneficiosa porque reduce las posibilidades de agrietamiento en caliente. La soldadura de aceros ferríticos inoxidables se puede realizar fácilmente mediante procesos de soldadura por arco, ya sea con metal de aporte ferrítico o austenítico. Es posible que se necesite un tratamiento térmico posterior a la soldadura para mejorar las propiedades.

3. martensítico

Los aceros inoxidables martensíticos son magnéticos y pueden endurecerse por completo mediante tratamiento térmico. No se recomienda soldar acero inoxidable de este tipo, aunque es factible con técnicas especiales. La soldadura puede producir grietas, especialmente si el contenido de carbono no es suficientemente bajo. Pueden ser necesarios tratamientos de precalentamiento y poscalentamiento.

Una última clase

Para completar la descripción general del acero inoxidable para soldadura, se debe mencionar una cuarta clase de materiales que no se enumeran anteriormente:los aceros inoxidables endurecibles por precipitación (PH), que son bastante fáciles de soldar. Sin embargo, se deben seguir instrucciones precisas sobre los tratamientos térmicos para desarrollar las propiedades requeridas.

Procesos de soldadura para acero inoxidable

Hay muchos tipos diferentes de soldadura que se pueden usar al soldar acero inoxidable. Todos tienen sus ventajas y desventajas, y todos requieren instrucciones específicas para garantizar una soldadura fuerte y adecuada en todo momento.

Soldadura por fricción

La soldadura por fricción de aceros inoxidables casi no presenta problemas, a excepción de los tipos de acero inoxidable de corte libre que no deben soldarse en absoluto. Se utiliza para soldar acero inoxidable no solo a otras piezas de trabajo de acero inoxidable, sino también a diferentes metales como cobre y aluminio. Siempre se debe tener en cuenta el tipo y la condición del material antes de soldar, así como los efectos del calor cerca de la unión. Algunos elementos como el azufre o el selenio pueden comprometer la solidez final de las uniones soldadas.

Soldadura por resistencia

La soldadura por resistencia se puede utilizar en la mayoría de los aceros inoxidables. El acero austenítico de la serie 300 de la serie 300 puede usar fácilmente soldadura por resistencia, al igual que los aceros ferríticos. Sin embargo, los aceros inoxidables martensíticos pueden presentar un problema porque el resultado de la soldadura es quebradizo, si no se suaviza adecuadamente mediante un tratamiento de templado posterior a la soldadura.

El proceso de soldadura por resistencia se utiliza actualmente en acero inoxidable con adaptaciones para lidiar con las diferencias en la resistencia eléctrica y la baja conductividad térmica, así como con un alto coeficiente de expansión térmica, mayor temperatura de fusión y alta resistencia a temperaturas elevadas. La fuerza del electrodo es más elevada, mientras que el tiempo y la corriente son menores para los aceros con bajo contenido de carbono.

Todos los aceros inoxidables no solo deben limpiarse de suciedad, aceite, grasa o pintura antes del proceso de soldadura por resistencia (o cualquier proceso de soldadura), sino que también deben limpiarse de la capa de óxido de cromo que se forma naturalmente. Esto debe eliminarse con un cepillo de alambre de acero inoxidable.

Soldadura por arco

La soldadura por arco se puede usar cuando se suelda acero inoxidable, siempre que se use el fundente adecuado. Esto hace que el proceso sea mucho menos viable para la soldadura TIG, a menos que no haya otra opción disponible. La soldadura TIG de acero inoxidable requiere eliminar todo rastro de fundente residual en la pieza después del proceso de soldadura, lo que alarga la operación y aumenta los costes. La soldadura por arco se usa comúnmente, prestando mucha atención a la clase y la condición del material que se está soldando, además de vigilar la sensibilización y las deformaciones.

Se pueden emplear todos los tipos de procesos de arco para soldar aceros inoxidables con la debida atención a la forma, las dimensiones y la preparación de la unión. En particular, la soldadura por arco de metal blindado (SMAW) se usa ampliamente debido a su flexibilidad. Cabe señalar que los electrodos vienen en dos tipos según la composición de la cubierta, lo que puede influir en la elección de la corriente empleada.

Hay muchos metales de aporte que se pueden usar durante el proceso de arco. La clasificación de los metales de aporte de acero inoxidable se puede encontrar en la especificación AWS A5.9/A5.9M:2006 de la American Welding Society para varillas y electrodos de soldadura de acero inoxidable desnudo.

Soldadura por haz de electrones

La soldadura por haz de electrones (EBW) de aceros inoxidables se realiza fácilmente con buenos resultados, incluso en soldaduras muy profundas. La relación de profundidad a ancho notablemente alta permite que EBW se una a configuraciones que no son posibles con otros medios. Dado que la entrada de calor es baja y la zona afectada por el calor tiene una extensión limitada, a menudo no hay daños notables en las propiedades mecánicas, por lo que no se requiere un tratamiento térmico adicional.

Soldadura por láser

La soldadura láser también se puede utilizar cuando se sueldan aceros inoxidables, siempre que se tomen precauciones en la placa para aislar la soldadura del aire y limitar las propiedades de daño obtenidas durante el tratamiento térmico.

Al final, la soldadura de acero inoxidable no es un proceso complicado en absoluto. Solo se necesita atención a los detalles cuando se trata de materiales de piezas de trabajo, metales de aporte y el tipo de soldadura que se utiliza. Si todo eso está a la par, puede soldar con éxito sus piezas de acero inoxidable.

Comuníquese con RobotWorx

¿Está interesado en aprender más sobre la soldadura de acero inoxidable o los robots que pueden realizar este tipo de soldadura? ¡Entonces debería llamar a RobotWorx! RobotWorx proporciona soluciones de varias empresas de robótica, incluidas Fanuc, Motoman, KUKA, Universal Robots y ABB. Contamos con una variedad de robots que pueden satisfacer sus necesidades de soldadura de acero inoxidable. Para obtener más información, comuníquese con RobotWorx en línea o al 877-762-6881.