Entendiendo la Porosidad en Soldadura: Causas, Detección y Técnicas de Prevención

¿Qué es la porosidad en soldadura?

La porosidad en soldadura es un defecto de soldadura causado por la absorción de gases de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno atrapados en el baño de soldadura fundido y liberados durante la solidificación, lo que causa bolsas o poros en la superficie o dentro del cordón. La porosidad puede ocurrir en la superficie de una soldadura o dentro del cordón de soldadura.

La absorción de nitrógeno y oxígeno en el baño de soldadura suele deberse a una mala protección de gas. La porosidad puede ser aleatoria: orientada al azar, distancias desiguales. También puede ser aislada: espaciada a una pulgada de todos los lados.

La porosidad es la presencia de cavidades en el metal de soldadura causadas por la congelación de gas liberado del baño de soldadura a medida que se solidifica. La porosidad puede tomar varias formas:

• Porosidad distribuida – Poros distribuidos a lo largo de la soldadura.
• Poros que rompen la superficie – Poros que rompen la superficie.
• Gusano (Wormhole) – Poros alargados que aparecen semejando un patrón de espina de pescado en la radiografía
• Tubería de cráter (Crater Pipes) – Una cavidad de contracción al final de la pasada de soldadura causada por contracción durante la solidificación.

Causas y prevención de defectos en soldadura

1. Porosidad distribuida y poros superficiales

La porosidad distribuida normalmente se encuentra como poros finos a lo largo del cordón de soldadura. Los poros que rompen la superficie usualmente indican una gran cantidad de porosidad distribuida. Es causada por la absorción de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno en el baño de soldadura fundido que luego se libera en la solidificación quedando atrapado en el metal de soldadura.

La absorción de nitrógeno y oxígeno en el baño de soldadura usualmente se origina por mala protección de gas. Tan solo 1% de atrapamiento de aire en el gas de protección causará porosidad distribuida y mayor a 1.5% resulta en porosidad superficial grave. Fugas en la línea de gas, tasa de flujo de gas demasiado alta, corrientes de aire, y turbulencia excesiva en el baño de soldadura son causas frecuentes de porosidad.

El hidrógeno puede originarse de varias fuentes incluyendo humedad de electrodos, fundentes o superficie de la pieza de trabajo inadecuadamente secados. Grasa y aceite en la superficie de la pieza de trabajo o alambre de aporte también son fuentes comunes de hidrógeno.

Recubrimientos superficiales como pinturas de imprimación y tratamientos superficiales como recubrimientos de zinc pueden generar cantidades copiosas de humo durante la soldadura. El riesgo de atrapar el gas evolucionado será mayor en juntas en T que en juntas a tope, especialmente al soldar en ángulo en ambos lados.

Mención especial debe hacerse de las llamadas imprimaciones soldables (bajo zinc). No debería ser necesario remover las imprimaciones pero si el espesor de la imprimación excede la recomendación del fabricante, es probable que resulte porosidad, especialmente al usar procesos de soldadura distintos a MMA.

Cómo prevenir la porosidad distribuida y poros superficiales?

La fuente de gas debe ser identificada y eliminada de la siguiente manera:

Atrapamiento de aire

• Sele cualquier fuga de aire
• Evite turbulencia en el baño de soldadura
• Use aporte con nivel adecuado de desoxidantes
• Reduzca tasa de flujo de gas excesivamente alta
• Evite corrientes de aire

Hidrógeno

• Seque el electrodo y el fundente
• Limpie y desengrase la superficie de la pieza de trabajo

Recubrimientos superficiales

• Limpie los bordes de la junta inmediatamente antes de soldar
• Verifique que la imprimación soldable esté por debajo del espesor máximo recomendado

2. Gusanos (Wormholes)

Característicamente, los gusanos son poros alargados que producen una apariencia de espina de pescado en la radiografía. Los gusanos son indicativos de una gran cantidad de gas formándose que luego queda atrapado en el metal de soldadura solidificándose.

Gas excesivo se formará por contaminación superficial grave o recubrimientos de pintura o imprimación muy gruesos. El atrapamiento es más probable en grietas como el hueco debajo del miembro vertical de una junta T horizontal-vertical que se suelda en ángulo en ambos lados.

Al soldar juntas en T en placas imprimadas es esencial que el espesor del recubrimiento en el borde del miembro vertical no esté por encima del máximo recomendado por el fabricante, típicamente 20µm, por exceso de pulverización.

Cómo prevenir los gusanos?

Eliminar el gas y las cavidades previene los gusanos.

Generación de gas

• Limpie las superficies de la pieza de trabajo en y adyacentes a la ubicación donde se hará la soldadura
• Remueva cualquier contaminación superficial, en particular aceite, grasa, óxido y residuos de operaciones END
• Remueva cualquier recubrimiento superficial del área de la junta para exponer material brillante
• Verifique que el espesor de la imprimación esté por debajo del máximo del fabricante

Geometría de la junta

• Evite una geometría de junta que cree una cavidad

3. Tubería de cráter (Crater pipe)

Una tubería de cráter se forma durante la solidificación final del baño de soldadura y a menudo está asociada con algo de porosidad de gas.

Esta imperfección resulta de la contracción en la solidificación del baño de soldadura. Consecuentemente, condiciones que exageran el cambio de volumen líquido a sólido promoverán su formación. Extinguir el arco de soldadura resultará en la solidificación rápida del baño de soldadura.

En soldadura TIG, técnicas autógenas, o detener el alambre de soldadura entrando en el baño de soldadura antes de extinguir el arco de soldadura, afectará la formación del cráter y puede promover imperfección de tubería.

Cómo prevenir las tuberías de cráter?

La imperfección de tubería de cráter puede prevenirse controlando la tasa a la que se extingue el arco de soldadura o por la técnica del soldador manipulando el arco de soldadura y el alambre de soldadura

Eliminación de la parada

• Use lengüeta de salida (run-off tag) para permitir que el arco de soldadura se extinga fuera de la junta soldada
• Rectifique el cráter de parada de la pasada de soldadura antes de continuar con el siguiente electrodo o depositar la siguiente pasada de soldadura

Técnica del soldador

• Reduzca progresivamente la corriente de soldadura para reducir el tamaño del baño de soldadura (use funciones de pendiente descendente o relleno de cráter)
• Añada aporte (TIG) para compensar la contracción del baño de soldadura

Cómo reparar la porosidad en soldaduras?

Incluso con todas las diferentes formas de prevenir la porosidad, siempre habrá una pequeña posibilidad de que aparezca en sus soldaduras. Afortunadamente, la porosidad puede repararse bajo ciertas circunstancias.

Primero necesita detectar la presencia de porosidad usando ya sea una técnica de inspección por penetrante o partícula magnética, como radiografía o inspección ultrasónica (para imperfecciones subsuperficiales). Los poros pequeños, especialmente en secciones gruesas, son difíciles de detectar.

La porosidad en sí no puede repararse exactamente. Más bien, puede reparar la soldadura removiendo el picado localizado, o rectificándola. Esto solo si la porosidad está contenida, sin embargo. Si es generalizada, necesita remover toda la soldadura, preparar la junta de nuevo, y soldar de acuerdo al procedimiento de soldadura.

¿Cuánta porosidad es aceptable en una soldadura?

No hay una respuesta general cierta y verdadera a esta pregunta, ya que depende de su código de construcción de soldadura. Dicho esto, la Sociedad Americana de Soldadura establece lo siguiente: los diámetros de porosidad visible deben ser 3/8 pulgadas (o 9.4mm) o menos, en cualquier pulgada lineal de la soldadura, y ser 3.4 pulgadas (o 19mm) en una longitud de 12 pulgadas de la soldadura.

Cuando haya duda, necesita verificar su código de construcción de soldadura y rehacer la soldadura.