Dominando la soldadura de aleaciones de níquel: Técnicas y consejos expertos

Las aleaciones de níquel se eligen por su excelente versatilidad, resistencia a la corrosión y comportamiento a altas temperaturas. Por ello, son la opción preferida en entornos extremos: turbinas de aviones y vapor, centrales nucleares, industrias petroquímica y química.

Dado su uso en condiciones severas, las zonas soldadas deben presentar propiedades consistentes; solo así el producto final soportará el entorno. Además, la soldadura debe ser de alta calidad y con mínimos defectos, pues cualquier imperfección afecta el rendimiento.

¿Qué son las aleaciones de níquel?

Se definen como aleaciones cuyo elemento principal es el níquel. Históricamente se exigía > 50 % Ni; hoy las aleaciones comerciales suelen tener mayor contenido. Ejemplos:

• Inconel 718: 19Cr 3Mo 0,9Ti 5,1Cb 0,5Al 18Fe bal. Ni
• Hastelloy X: 22Cr 1,5Co 9Mo 0,6W 18,5Fe bal. Ni

Soldadura de níquel

La soldadura de níquel emplea diversas aleaciones y procesos de arco: electrodo revestido (SMAW), MIG, TIG. Con electrodo revestido se obtiene soldadura más resistente que el metal base. En MIG, gas protector 50 % He / 50 % Ar.

Todos los procesos convencionales son aptos, excepto forja y oxiacetilénico. La dilatación térmica del níquel es menor que la del acero inoxidable; el control de distorsión es similar al acero al carbono.

Los aleaciones forjadas se sueldan en condiciones parecidas a los aceros inoxidables austeníticos. Las fundidas, especialmente con alto silicio, presentan dificultades.

Procesos más usados para aleaciones no endurecibles por envejecimiento (reforzadas por solución sólida): GTAW (TIG), GMAW (MIG), SMAW. SAW y electroescoria (ESW) tienen aplicación limitada, al igual que plasma (PAW). Para aleaciones endurecibles por precipitación (PH), GTAW es preferido, aunque también se usan GMAW y SMAW.

Las aleaciones de níquel se sueldan normalmente en estado de solución sólida. Las PH deben recocerse antes si han sufrido operaciones que introduzcan tensiones residuales altas.

Problemas comunes al soldar aleaciones de níquel

El más grave es la fisuración en caliente: en la línea de fusión, ZAC o metal de aporte (más frecuente en la línea de fusión).

Causas principales: azufre en la aleación o superficie; también bismuto, plomo, fósforo y boro. Prevención: ZAC y metal de aporte totalmente libres de aceite, grasa, suciedad y contaminantes. Exceso de azufre en metal de aporte o base también causa problemas.

Preparación: desengrasado + cepillado a fondo con cepillo de acero inoxidable o mecánico. Usar disolvente específico para aleaciones de níquel y soldar dentro de las 8 horas tras la limpieza para evitar recontaminación.

Tratamiento térmico solo en horno eléctrico o con combustible libre de azufre, en vacío o atmósfera inerte.

Si el material ya estuvo en servicio o se repara, mecanizar/desbastar para eliminar contaminantes atrapados en la zona de reparación.

La porosidad es otro problema, sobre todo por oxígeno/hidrógeno que causan contaminación superficial y atrapamiento de aire en el baño. Contracción: purga y protección de gas eficientes en cara y raíz, mangueras en perfecto estado, zona sellada contra corrientes de aire.

Preparación de la soldadura para aleaciones de níquel

Esencial. Lo más importante: acceso suficiente para la antorcha y penetración completa si se requiere.

Mejor diseño de junta a tope: cuadrada, pero limitada por espesor (penetración). Por eso se usa preparación en U o V, ángulo 30°–40° a 10 mm, para permitir penetración y pases de relleno.

Gas: añadir hasta 10 % H₂ al gas inerte mejora la fluidez del baño.

No se requiere precalentamiento salvo para eliminar condensación. Temperatura máxima entre pases: 250 °C (algunas aleaciones solo 100 °C).

Puede requerirse rectificado post-soldadura para eliminar capa de óxido adherente que no sale con cepillado.

Tratamiento post-soldadura

No se necesita tratamiento térmico ni químico para mantener/restaurar resistencia a la corrosión, aunque un recocido de solución completa puede mejorarla.

Tratamiento térmico puede ser necesario por especificación: alivio de tensiones en estructuras fabricadas para evitar endurecimiento por envejecimiento o agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) en vapor de ácido fluorhídrico o sosa cáustica. Si la soldadura induce tensiones residuales moderadas/altas, las aleaciones PH requieren recocido de alivio tras soldar y antes del envejecimiento.

Níquel y sus aleaciones son sensibles a fragilización por plomo, azufre, fósforo y otros elementos de bajo punto de fusión. Estos pueden estar en grasas, aceites, pinturas, tintas, lubricantes, fluidos de corte, suciedad de taller, productos de proceso.

Las piezas deben estar completamente limpias antes de calentar o soldar. Suciedad, aceite, grasa: desengrase al vapor o frotar con acetona u otro disolvente no tóxico.

Pintura y materiales no solubles en desengrasantes: cloruro de metileno, limpiadores alcalinos, compuestos propietarios. Si el limpiador alcalino contiene carbonato sódico, eliminarlo antes de soldar (rociado/cepillado con agua caliente). Tinta marcadora: alcohol.

Material de proceso incrustado: desbaste, granallado, frotado con HCl 10 % + lavado abundante. Óxidos: eliminar de la zona de soldadura (diferencia de puntos de fusión óxido/metal base). Métodos: desbaste, mecanizado, granallado, decapado.

Aleaciones de níquel, fundidas y forjadas, reforzadas por solución sólida o endurecibles por precipitación, pueden soldarse por GTAW. Se recomienda aporte de metal. Corriente continua electrodo negativo (DCEN) para manual y automático.

Gas protector

Argón, helio o mezcla de ambos. Adiciones de O₂, CO₂ o N₂ al argón suelen causar porosidad o erosión del electrodo. Argón con pequeñas cantidades de H₂ (típico 5 %) puede usarse y ayuda a evitar porosidad en níquel puro y reduce formación de óxidos.

Soldadura de aleaciones de níquel fundidas

Se unen por GTAW, GMAW, SMAW. Para óptimos resultados, recocer de solución antes de soldar para aliviar tensiones de fundición y homogeneizar estructura.

Martillado ligero del metal solidificado tras el primer pase alivia tensiones y reduce grietas en la unión metal de aporte/metal fundido. Martillado en pases posteriores tiene poco o ningún beneficio. Alivio de tensiones post-soldadura también es deseable.