Dominando la Soldadura de Hierro Fundido: Guía Profesional para Éxito Interno

La soldadura de hierro fundido en casa es posible —bajo ciertas condiciones

La soldadura efectiva en casa de piezas de hierro fundido puede ahorrar tiempo y dinero, pero hay desafíos. El fallo en la soldadura a menudo resulta en agrietamiento u otros daños. Si las piezas críticas están involucradas, puede ser sabio buscar la mano de obra de una instalación de soldadura con soldadores experimentados para asegurar un resultado exitoso.

Si la soldadura se realiza en casa, es crucial investigar los pasos requeridos para producir efectivamente una pieza soldada. Cuatro pasos clave deben tomarse antes de comenzar:

1. Identificar la aleación
2. Limpiar la fundición a fondo
3. Seleccionar una temperatura de precalentamiento
4. Seleccionar una técnica de soldadura apropiada

Identificar la aleación

Los hierros fundidos son una familia de aleaciones hierro-carbono. Su alto contenido de carbono (usualmente 2–4%) 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 hierro forjado. Los ciclos de calentamiento y enfriamiento durante la soldadura causan expansión y contracción en el metal, induciendo tensión de tracción. Los hierros fundidos no se estiran ni deforman cuando se calientan o tensionan —en su lugar, se agrietan— lo que los hace extremadamente difíciles de soldar. Esta característica puede mejorarse 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 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, aún plantea un reto para los soldadores prospectivos ya que las escamas de grafito dentro del hierro fundido gris pueden entrar en el baño de soldadura causando 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 frágil. El hierro fundido blanco generalmente se considera insoldable.
• Hierro dúctil, nodular o maleable
  Estos hierros fundidos son todos menos frágiles debido a diferencias microestructurales por fabricación. Los tres tienen microestructuras de carbono esferoidales 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 el taller.

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. Estos son formas más antiguas y tradicionales de hierro fundido. También son más comunes en ciertas clases de bienes. Sin embargo, el hierro dúctil, un recién llegado relativo, también es bastante blanco a lo largo de la fractura, y es mucho más soldable.

La prueba de chispas también puede ser usada por un metalúrgico experimentado para intentar determinar el tipo de hierro.

Limpiar la fundición

Independientemente de la aleación, todas las fundiciones deben prepararse adecuadamente antes de soldar. Mientras se prepara la fundición para soldar, es crucial remover todos los materiales superficiales. La fundición debe estar completamente limpia en la zona de la soldadura. Remueva pintura, grasa, aceite y otro material extraño de la zona de soldadura. Es mejor aplicar calor cuidadosa y lentamente a la zona de soldadura por un corto tiempo para remover gas atrapado de 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 en el metal —será poroso si hay impurezas presentes. Este pase puede lijarse, y el proceso repetirse unas cuantas veces hasta que la porosidad desaparezca.

Precalentamiento

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

Una soldadura de hierro fundido requiere tres pasos:

• Precalentamiento
• Bajo aporte de calor
• Enfriamiento lento

La razón principal para el control del calor es la expansión térmica. Cuando el metal se calienta, se expande. No hay tensión cuando un objeto entero se calienta y expande a la misma tasa, pero la tensión se acumulará cuando el calor se localiza en una pequeña zona afectada por el calor (ZAC).

El calentamiento localizado causa expansión restringida —la ZAC está contenida por el metal más frío alrededor de ella. El grado de tensión resultante depende del gradiente térmico entre la ZAC y el cuerpo de la fundición. En acero y otros metales dúctiles, la tensión acumulada por expansión y contracción restringida se alivia estirándose. Desafortunadamente, esto puede causar agrietamiento durante el período de contracción ya que los hierros fundidos tienen ductilidad relativamente pobre. El precalentamiento disminuye el gradiente térmico entre el cuerpo de la fundición y la ZAC, minimizando así la tensión de tracción causada por la soldadura. En general, métodos de soldadura a temperatura más alta requieren un precalentamiento a temperatura más alta. Cuando el precalentamiento adecuado no es posible, la mejor estrategia es minimizar el aporte de calor —seleccionar un proceso de soldadura a baja temperatura, y varillas o alambres de soldadura de bajo punto de fusión.

La tasa de enfriamiento es otro factor que tiene un impacto directo en las tensiones inducidas en la soldadura. El enfriamiento rápido causa contracción, lo que crea soldaduras frágiles y fácilmente agrietadas. Contrariamente, el enfriamiento lento reduce el endurecimiento y la tensión de contracción.

https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/pre-heat-welding.mov

Precalentamiento antes de soldar

Todos los hierros fundidos son vulnerables a agrietarse bajo tensión, pero esto puede prevenirse con precalentamiento. Vea el video para ver cómo se aplica calor al metal antes de soldar.

Técnica de soldadura

Las técnicas de soldadura deben elegirse basándose en su idoneidad para la aleación de hierro fundido que se suelda. Los procesos de soldadura más comunes son electrodo revestido (stick), oxiacetileno y soldadura fuerte (braze).

Soldadura con electrodo revestido (Stick welding)

La soldadura con electrodo revestido, también conocida como soldadura por arco metálico protegido o MMA, hace uso de un electrodo consumible cubierto con fundente. Diferentes tipos de electrodo pueden usarse dependiendo de la aplicación, la coincidencia de color requerida y la cantidad de mecanizado por hacer después de soldar.

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

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

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

Un arco eléctrico entre el electrodo y la zona de soldadura funde los metales y causa fusión. El arco debe dirigirse al baño de soldadura, en lugar del metal base, ya que esto minimizará la dilución. Se recomienda usar el ajuste de corriente más bajo aprobado por el fabricante para minimizar tensión térmica. Precaliente piezas a al menos 121 °C (250 °F) antes de soldaduras con electrodos de hierro fundido o cobre. Los electrodos de níquel pueden usarse sin precalentamiento.

Soldadura oxiacetilénica

La soldadura oxiacetilénica también hace uso de electrodos, pero en lugar de un arco generado por corriente, una antorcha oxiacetilénica proporciona la energía para soldar. Electrodos de hierro fundido y electrodos de cobre-zinc son ambos adecuados para soldadura oxiacetilénica de hierro fundido.

Debe tenerse cuidado de no oxidar el hierro fundido durante la soldadura con acetileno, ya que esto causa pérdida de silicio y formación de hierro blanco en la soldadura. La varilla de soldadura debe fundirse en el baño de soldadura fundido, en lugar de directamente por la llama, para minimizar gradientes de temperatura.

Soldadura fuerte (Braze welding)

La soldadura fuerte es un método común para unir piezas de hierro fundido debido al impacto mínimo en el metal base mismo. Una varilla de soldadura proporciona el relleno que se adhiere a la superficie del hierro fundido. Debido al punto de fusión más bajo del relleno comparado 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 crítica para esta técnica de soldadura ya que la unión depende de la calidad del humedecimiento del relleno en la superficie del metal base. Según Machine Design, usar fundente para prevenir la formación de óxidos durante el brasado es común. Es un líquido que promueve el humedecimiento, lo que permite que el relleno fluya sobre las partes metálicas a unir. También limpia las partes de óxidos para que el relleno se una más firmemente a las partes metálicas. Además, los fundentes se usan en soldadura para limpiar superficies metálicas.

Acabado

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

Las posibilidades de agrietamiento pueden disminuirse aplicando una tensión de compresión para oponerse a la tensión de tracción durante el enfriamiento. Los soldadores usan una técnica llamada martillado (golpes moderados con un martillo de bola) en un cordón de soldadura deformable mientras la soldadura aún está blanda. El martillado disminuye el riesgo de agrietamiento en la soldadura y ZAC, pero solo debe intentarse cuando se trabaja con metal de soldadura relativamente dúctil.

El paso final de la soldadura es control de enfriamiento. Este proceso usa materiales aislantes para ralentizar el enfriamiento lo máximo posible, o aplica calor periódico a la soldadura para ralentizar el proceso natural de enfriamiento.

Soldadura en casa

Aunque contratar la soldadura de hierro fundido a un profesional puede garantizar una soldadura de calidad, es posible completar una reparación por soldadura en casa con preparación cuidadosa. Siga los pasos de identificar su aleación, preparar el material y elegir la técnica de soldadura más apropiada.

Fuentes

• Total Materia. "Soldadura de hierro fundido y otros hierros."
• New Hampshire Materials Laboratory. "Consejos sobre soldadura de hierro fundido."
• The Welding Institute. "Soldabilidad de materiales: Hierros fundidos."