Automatización avanzada de soldadura de níquel con robótica

Aleaciones base Níquel y Cobalto:

Las aleaciones base Níquel y Cobalto son dos materiales de soldadura resistentes al calor que a menudo se agrupan porque se usan para propósitos similares. Desde resistencia al calor hasta resistencia a la corrosión, las aleaciones base Níquel y Cobalto, también conocidas como superaleaciones, son las más importantes de la clase resistente al calor.

Las aleaciones resistentes al calor son metales desarrollados para soportar condiciones severas prevalentes en servicio a temperaturas elevadas donde otros materiales más comunes fallarían.

¿Qué características se requieren incluso cuando no se sueldan materiales resistentes al calor?

• Resistencia a oxidación y formación de escamas, propiedades mecánicas adecuadas y resistencia a alta temperatura, tanto para tiempo corto (resistencia a tracción en caliente) como extendido (resistencia a fluencia).
• Estabilidad con el tiempo. Las condiciones severas de servicio que afectan estos materiales pueden inducir cambios en estructura y propiedades, con formación adicional de grietas.
• Ductilidad y resistencia al ataque intergranular a alta temperatura (IGA) también son importantes. La soldadura de aleaciones resistentes al calor no debe degradar estas propiedades.

Aleaciones base Hierro

Las aplicaciones resistentes al calor no se consideran aceros porque su comportamiento es similar a otros tipos de materiales. Su composición es compleja e incluye porcentajes importantes de níquel y cromo, con otros elementos añadidos para proporcionar propiedades especiales.

Aleaciones base Níquel o Cobalto

Otros materiales resistentes al calor incluyen aleaciones cuyo metal base es níquel o cobalto, mientras que su composición se modifica con la adición de otros elementos diferentes para propósitos especiales.

Aleando metales base como arriba con varios elementos se producen diferentes clases de materiales. Aquellos que derivan sus propiedades exclusivamente de su composición y no son susceptibles a mejora por tratamiento térmico se designan como endurecidos por solución sólida. La soldadura de materiales resistentes al calor de este tipo se realiza fácilmente. Típico base de hierro de este tipo se llama N-155 (o Multimet). Típicas base Níquel son Inconel 600 y Hastelloy X. Típicas base Cobalto son L-605 (o HS-25) y S-816.

Otras clases, llamadas endurecibles por solución y precipitación (o envejecimiento), responden a tratamiento térmico debido a reacciones sutiles que modifican su microestructura, ocurriendo durante calentamiento y enfriamiento. Típicas bases de hierro de este tipo son A-286 e Incoloy 901. Típica base Níquel es Waspaloy.

Una clase diferente de materiales, con un gran conjunto de propiedades en común con los discutidos arriba, se llaman aleaciones resistentes a la corrosión, diseñadas para resistir ataque de químicos agresivos, con o sin influencia de calor superpuesto.

Cuando se consideran como metales base, Níquel y cobalto tienen un conjunto de propiedades interesantes que los hacen útiles para aplicaciones a temperatura elevada debido a su resistencia al calor, especialmente para turbinas de gas, accesorios de horno, sistemas de procesamiento químico en caliente, y también para aplicaciones resistentes a la corrosión.

Soldadura de aleaciones resistentes al calor

Como regla general, la soldadura de materiales resistentes al calor debe realizarse en su condición más dúctil, a menudo designada como condición recocida o tratada en solución.
El níquel es un elemento metálico dúctil usado para alear aceros y aceros inoxidables, y como tal modifica las propiedades de las aleaciones involucradas. Como metal base se usa por su notable resistencia al calor y corrosión. En particular puede desarrollar resistencia elevada a tensión bajo calor, tanto en forma fundida como forjada, cuando se alea y trata según necesidad.

Los materiales base níquel se seleccionan por su resistencia a la corrosión y propiedades a temperatura elevada, con tratamientos térmicos adecuados. Aunque cubiertos por especificaciones, se conocen mayormente por nombres comerciales. Aleaciones endurecidas por Solución Sólida se sueldan fácilmente en condición recocida. Aleaciones endurecibles por precipitación en forma forjada se sueldan en condición tratada en solución, seguida de tratamiento térmico según requerido. De los nombres de aleaciones forjadas soldables podemos listar algunos: Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

El cobalto también es un metal dúctil. Se usa como elemento de aleación principal para una amplia selección de materiales de propósito especial. Como metal base, aleado con otros elementos, su propiedad principal es la capacidad de resistir oxidación y formación de escamas a temperatura elevada, aunque desarrolla solo resistencia limitada a alta temperatura.

Los materiales base cobalto tienen composiciones algo diferentes dependiendo si están en forma de fundición o forjada. Algunas de las aleaciones de fundición se conocen por los siguientes nombres: HS 21, X 40 (Stellite 31), G 34, Mar M 509, y FSX 414.

Aleaciones Forjadas Comunes Incluyen: S 816, L605 (HS 25), HS 188, Mar M 918, y G 32 B. Todas tienen alrededor de 20% Cromo y algunos elementos formadores de carburo como Niobio, Tantalio, Zirconio, Vanadio. Contenido de carbono 0.25-1.0% para aleaciones de fundición y 0.05-0.4% para aleaciones forjadas.

Soldadura

Todos los principales procesos de soldadura son aplicables, excluyendo posiblemente el método oxiacetilénico que no se recomienda porque el uso de fundentes introduce complicaciones no presentes con otras técnicas.

Soldadura por fricción puede usarse para soldar materiales resistentes al calor. Para aquellos que ganan propiedades a través de endurecimiento por solución y precipitación, se debe ser consciente de la influencia del calor de soldadura en las propiedades en la vecindad inmediata de la junta. Si el resultado de resistencia reducida no es objetable, no hay otras consideraciones limitantes.

Soldadura por resistencia, tanto punto como costura, se usa ampliamente para soldar aleaciones resistentes al calor. En particular, muchos elementos de chapa resistentes al calor, como revestidos de combustor, soportes de llama y muchos otros elementos de motores de turbina de gas modernos y otras partes de máquinas de trabajo en caliente se sueldan por punto y costura como procedimientos de producción o reparación, muy similar a como se hace con aceros inoxidables más actuales.

Debe notarse que en muchos casos, la soldadura por arco de aleaciones resistentes al calor puede producir agrietamiento, especialmente en aquellas endurecidas por solución y precipitación, durante soldadura o durante tratamiento térmico: por eso mucha atención debe ponerse para evitar agrietamiento desarrollando procedimientos adecuados. Todos los procesos de soldadura por arco pueden usarse, pero algunos son más adecuados que otros dependiendo del espesor de los materiales.

Soldadura por Arco de Tungsteno con Gas (GTAW) de aleaciones resistentes al calor es mejor para secciones delgadas. Es buena práctica tener fijaciones sosteniendo los elementos equipados con una barra de respaldo de cobre con pequeños orificios que se apoyan en una ranura a través de la cual se proporciona un fino chorro de argón.

Las composiciones de metal de aporte para soldar aleaciones resistentes al calor deben ser compatibles con la del metal base y de tal ductilidad que proporcionen máxima libertad de agrietamiento al considerar la relación de dilución de aporte a metal base.

Antes de soldar aleaciones resistentes al calor endurecibles por precipitación, deben aliviarse de todas las tensiones de conformado o doblado por un proceso de recocido adecuado, posiblemente en horno de vacío o atmósfera controlada para prevenir oxidación. Si es necesario, re-solución y precipitación (envejecimiento) debe seguir inmediatamente a la soldadura. La Soldadura por Arco Metálico Protegido se usa a veces para aleaciones resistentes al calor endurecidas por solución sólida, pero no se usa para las endurecidas por solución y precipitación.

Control de defectos

De los defectos probables en este tipo de soldadura de aleaciones resistentes al calor, la porosidad se controla con limpieza adecuada antes de soldar y eliminación de contaminación superficial. Limpiar la pieza y el metal de aporte antes de soldar aleaciones resistentes al calor es crítico. Grietas de cualquier tipo, en la soldadura o en el metal base, nunca se admiten. El diseño de junta debe evitar concentración de tensiones y tensiones multi-axiales. Alto aporte de calor produciendo grandes tensiones de contracción residual también puede ser causa de grietas.

La soldadura de alta energía de aleaciones resistentes al calor presenta varios niveles de soldabilidad dependiendo de la medida de restricción que las partes sufren durante soldadura. Incluso aleaciones de fundición de níquel, que normalmente exhiben muy baja soldabilidad, pueden ser soldadas por haz de electrones para aplicaciones no exigentes.

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