Dominando la Soldadura de Acero Inoxidable: Técnicas y Consejos

Introducción al Acero Inoxidable

Antes de abordar la soldadura de acero inoxidable, se debe ofrecer una descripción general del material. Los aceros inoxidables representan una clase de materiales base de hierro que tienen cierta resistencia al óxido y corrosión en algunos entornos, 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 enorme clase de diferentes materiales. No es un término técnico que identifique un metal específico y no puede usarse para propósitos prácticos como la compra.

Tres Clases

Las tres clases más generales de aceros inoxidables – Austenítico, Ferrítico y Martensítico – se indican por referencia a su estructura metalúrgica. Más específicamente, usan un identificador que se refiere a la apariencia de su microestructura, vista bajo el microscopio o por difracción de rayos X. Estas microestructuras pueden estar presentes en ciertos aceros, por lo que se usan 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 qué tipo se está usando con antelación.

1. Austenítico

Al soldar acero inoxidable, los aceros inoxidables austeníticos se consideran los más fácilmente soldables 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 cromo y ocho por ciento níquel.

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

• No magnéticos o solo ligeramente magnéticos
• No atacados por una solución al 10 por ciento de ácido nítrico (HNO3) en alcohol
• No se endurecen por ningún tratamiento térmico
• Endurecimiento por deformación - Bastante dúctiles y fácilmente deformables por trabajo mecánico, lo que aumenta tanto la dureza como la resistencia
• Fácilmente soldables, con las precauciones necesarias
• Conductividad térmica entre un tercio y la mitad que la de otros aceros
• Coeficiente de expansión térmica 30-40 por ciento, incluso 50% a veces

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

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

Tenga cuidado al soldar aceros inoxidables austeníticos. Las características resistentes a la corrosión de estos aceros inoxidables pueden verse afectadas negativamente por el proceso de sensibilización, que ocurre en intervalos de temperatura de 600 a 900 Celsius (1100 a 1650 Fahrenheit). Esto promueve la reunión 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 solo un corto tiempo, sino en las dos tiras de metal a cada lado del cordón de soldadura. Esta es la Zona Afectada por el Calor (ZAC) donde tienen lugar los efectos dañinos.

En una junta sensibilizada, el cromo, que es el principal ingrediente "inoxidable", se secuestra o saca de juego y localmente no está disponible para la acción protectora. Si no se aborda correctamente, soldar aceros inoxidables 18/8 puede causar la pérdida de su propiedad protectora a lo largo de caminos sensibilizados, y el material soldado se vuelve propenso a ataque intergranular en un ambiente corrosivo.

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

Otra estrategia es usar un metal base diferente que incluya titanio (tipo 321) o columbio (tipo 347), que formarán carburos de titanio o columbio, haciendo que el carbono no esté disponible para el cromo durante el proceso de sensibilización. Esto deja el 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. El columbio, sin embargo, no es reactivo. Se mantendrá 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 en una solución sólida de carburos de cromo, que se originaron durante el proceso de sensibilización de soldadura de acero inoxidable 18/8 regular. Este proceso, sin embargo, lidia con problemas como formación de óxido pesado si no se realiza en vacío u otra atmósfera protectora, libre de contaminantes. Tipo 309 y 310, usados para aplicaciones de temperatura elevada, y tipo 316 o mejor 316L usado para resistencia a la corrosión mejorada, generalmente no son propensos a sensibilización y se usan con alambres de aporte de composición similar.

2. Ferrítico

La segunda clase de acero inoxidable se llama acero inoxidable ferrítico. Este acero es ferromagnético, pero no puede endurecerse por tratamiento térmico. Este es un tipo común de acero inoxidable usado en componentes de escape de automóviles. Una cantidad limitada de estructura ferrítica, cuando está presente en una estructura mayormente austenítica, se considera beneficiosa en que reduce las posibilidades de agrietamiento en caliente. La soldadura de aceros ferríticos inoxidables puede realizarse fácilmente usando procesos de soldadura por arco, ya sea con metal de aporte ferrítico o austenítico. Puede necesitarse un tratamiento térmico posterior a la soldadura para mejorar propiedades.

3. Martensítico

Los aceros inoxidables martensíticos son magnéticos y totalmente capaces de endurecerse a través de tratamiento térmico. La soldadura de acero inoxidable de este tipo no se recomienda, aunque es factible con técnicas especiales. La soldadura puede producir grietas, especialmente si el contenido de carbono no es lo suficientemente bajo. Pueden ser necesarios precalentamiento y tratamientos térmicos posteriores.

Una Clase Final

Para completar la visión general de soldadura de acero inoxidable, se debe mencionar una cuarta clase de materiales no listados arriba – aceros inoxidables endurecibles por precipitación (PH), que son bastante fácilmente soldables. Sin embargo, se deben seguir instrucciones precisas concernientes a 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 asegurar una soldadura adecuada y fuerte cada vez.

Soldadura por Fricción

La soldadura por fricción de aceros inoxidables presenta casi ningún problema, excepto para los tipos de acero inoxidable de libre corte que no deben soldarse en absoluto. Se usa 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 estar consciente del tipo y condición del material antes de soldar, así como de los efectos del calor cerca de la junta. Algunos elementos como azufre o selenio pueden comprometer la solidez final de las juntas soldadas.

Soldadura por Resistencia

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

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

Soldadura por Arco

La soldadura por arco puede usarse al soldar acero inoxidable, siempre y cuando se use el fundente adecuado. Esto hace que el proceso sea mucho menos viable para soldadura TIG, a menos que no haya otra opción disponible. La soldadura TIG de acero inoxidable requiere eliminar todos los rastros de fundente residual en la pieza después del proceso de soldadura, lo que alarga la operación y aumenta costos. La soldadura por arco se usa comúnmente, prestando mucha atención a la clase y condición del material siendo soldado, así como manteniendo un ojo en la sensibilización y deformaciones.

Todos los tipos de procesos de arco pueden emplearse para soldar aceros inoxidables con la debida atención a la forma, dimensiones y preparación de la junta. En particular, la Soldadura por Arco Metálico Protegido (SMAW) se usa ampliamente debido a su flexibilidad. Debe notarse que los electrodos vienen en dos tipos concernientes a la composición de la cubierta, lo que puede influir en la elección de la corriente empleada.

Hay muchos metales de aporte que pueden usarse durante el proceso de arco. La clasificación para metales de aporte de acero inoxidable puede encontrarse en la Especificación AWS A5.9/A5.9M:2006 de la Sociedad Americana de Soldadura – Especificación para Electrodos y Varillas de Soldadura de Acero Inoxidable Desnudos.

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 profundidad-ancho notablemente alta permite a EBW unir configuraciones no posibles con otros medios. Con la entrada de calor siendo baja y la zona afectada por el calor teniendo extensión limitada, a menudo no hay daño notable a las propiedades mecánicas para que se requiera tratamiento térmico adicional.

Soldadura Láser

La soldadura láser también puede usarse al soldar aceros inoxidables, siempre y cuando haya precauciones para aislar la soldadura del aire y limitar las propiedades de daño obtenidas durante el tratamiento de calentamiento.

Al final, la soldadura de acero inoxidable no es un proceso complicado en absoluto. Solo requiere atención al detalle cuando se trata de materiales de pieza de trabajo, metales de aporte, y el tipo de soldadura siendo usado. Si todo eso está a la par, puede tener éxito soldando sus piezas de acero inoxidable.

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