Consejos para soldadura de acero inoxidable

La soldadura eléctrica de aceros inoxidables resistentes al calor y a la corrosión

La creciente demanda de la industria y especialmente de la industria química por aceros con altas propiedades mecánicas y físicas bajo condiciones de corrosión y altas temperaturas, originó el desarrollo de los aceros inoxidables.

Los aceros inoxidables son aleaciones con base de fierro que contienen un mínimo de 11% de cromo (exceptuando los de la clase 500 como 502, 505, etc.), repartido

uniformemente a través de la aleación.

La característica sobresaliente de los aceros inoxidables es su capacidad para formar fácilmente una película de óxido de cromo la que actúa como protección constante contra la corrosión. Esta capa de óxido es muy delgada; sin embargo es bastante estable y de gran adherencia. Si se rompe o destruye se forma de nuevo instantáneamente y continúa su acción protectora. Al incrementar el contenido de cromo en el acero se aumenta la resistencia a la corrosión ya que la película protectora es enriquecida proporcionalmente.

Bajo condiciones de exposición a altas temperaturas (entre 650 y 700ºC) la película se vuelve más gruesa formando un sello compacto e impenetrable con las propiedades de

alta resistencia al calor que se requieren.

El cromo también produce notables efectos físicos. Aceros conteniendo cantidades de cromo en exceso desarrollan fragilidad como resultado del crecimiento de grano después de exposiciones a altas temperaturas. Por esta razón los aceros al cromo (que algunos no consideran entre los inoxidables), imponen ciertas limitaciones para soldarse. Todos los aceros inoxidables al cromo son magnéticos bajo cualquier condición (p. ej.: tipos 410, 430, 502).

Las adiciones de níquel en aceros inoxidables son siempre complementarias al cromo. Sin embargo, estas adiciones afectan profundamente los aceros resultantes. La resistencia a la corrosión se aumenta notablemente ya que la película protectora conteniendo cromo y níquel es mucho más resistente a la corrosión que en el caso de los

aceros inoxidables al cromo cuyas películas superficiales contienen únicamente cromo.

Lo fundamental para la mayoría de los tipos de corrosión a los cuales están sujetos los aceros inoxidables es el hecho de que las sales halógenas, principalmente cloruros, penetran fácilmente la película pasiva y permiten que se presenten ataques corrosivos. Adiciones del 2 al 4% de molibdeno aumentan la resistencia a los ácidos no oxidantes,

particularmente al ácido sulfúrico de baja concentración.

Las adiciones de níquel también imparten otras importantes propiedades físicas a los aceros inoxidables.

Si la aleación contiene suficientes cantidades de níquel, el acero inoxidable resulta antimagnético, no es templable por tratamiento térmico y es muy tenaz y dúctil. Retiene su alto grado de ductilidad en aplicaciones a altas temperaturas y posee excelente

soldabilidad.

Estas valiosas propiedades, combinadas con su sobresaliente resistencia a la corrosión, hacen que los aceros inoxidables al cromo-níquel sean útiles para una amplia variedad de

aplicaciones.

Hay algunos otros elementos que están siempre presentes en pequeñas cantidades (trazas) o que se agregan para algún propósito específico. Entre estos mencionamos principalmente manganeso, silicio, cobre y aluminio, que agregados en cantidades suficientes, introducen modificaciones en las principales características de un acero inoxidable. Un elemento que no hemos mencionado todavía es el carbono, el cual es muy importante. Mientras que el carbono aumenta la resistencia mecánica del acero inoxidable y permite, en el caso de los tipos al cromo, que se templen por medio de un tratamiento térmico, reduce la ductilidad, resistencia a la corrosión y tenacidad, especialmente a bajas

temperaturas.

Ya que el carbono tiene una mayor afinidad con el cromo de la que tiene con el hierro, los dos se combinan fácilmente y su presencia es bastante notoria cuando se suelda porque en la soldadura necesariamente se emplean altas temperaturas. A medida que el acero se enfría pasa a través de un rango de sensibilización el cual se localiza entre 480 y 815ºC. La sensibilización es causada por la precipitación del carbono que normalmente se encuentra disuelto hacia los límites de los granos en forma de carburo de cromo.

Esta precipitación de carburos causa a su vez una reducción del cromo en los límites de grano. Ya que los carburos de cromo son aleaciones inestables, producen una estructura frágil indeseable, de baja resistencia mecánica y que es destruida con relativa facilidad por el calor o la corrosión. En efecto, una excesiva reducción local del contenido de cromo

puede originar corrosión intercristalina y eventualmente la desintegración del metal.

Para muchas aplicaciones, el efecto del carbono es tan importante que se requieren

medidas de protección especiales para asegurar soldaduras satisfactorias.

Como una regla, existen tres posibilidades a seguir:

1. Usar electrodos con extra bajo contenido de carbono, como por ejemplo el electrodo UTP 6820 MoLc.

2. Calentar la unión soldada a 1000ºC, temperatura a la cual el carbono se disuelve, y después enfriar rápidamente en agua. De esta manera no habrá tiempo suficiente para que se formen nuevos carburos de cromo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, este procedimiento es impracticable debido al tipo, forma o diseño de la pieza a soldar.

3. Usar soldaduras resistentes a la sensibilización.

Elementos como el columbio, tantalio y titanio tienen una gran afinidad con el carbono. Estos metales forman carburos inofensivos antes de que el cromo pueda unirse con el carbono. Además, estos carburos están distribuidos uniformemente en el acero y evitan la formación de los carburos perjudiciales en los límites de grano, ya que vuelven al material estable en relación a los carburos, independientemente de tratamientos térmicos. Estos elementos se conocen como "estabilizadores” y los aceros inoxidables así tratados se conocen como aceros “estabilizados”. Ya que los elementos estabilizadores no afectan la fabricación, trabajo o propiedades físicas resuelven uno de los más serios problemas en la aplicación de aceros inoxidables. Debido a esto los grados estabilizados se han vuelto indispensables en un gran número de aplicaciones. Aunque estos elementos estabilizadores pueden ser agregados en el núcleo, (el titanio no puede transferirse a través del arco) también pueden estar contenidos en el revestimiento. Los electrodos UTP 6820 MoLc tienen bajo contenido de carbono y están estabilizados además con columbio y tantalio asegurando de esta manera buenos resultados en donde fisuras y corrosión

intergranular deben evitarse.

Para soldar aceros resistentes a altas temperaturas, UTP ha desarrollado el electrodo UTP 68H para soldar en toda posición aceros inoxidables del tipo 25/20. El depósito resiste temperaturas constantes hasta de 1200ºC. El mismo electrodo deposita una aleación que conserva su estructura auténtica aun al soldar aceros no aleados, a pesar de

la dilución con el metal base.

Los aceros inoxidables austeníticos (no magnéticos) se caracterizan por las siguientes propiedades físicas adicionales que afectan los procedimientos para soldarlos:

1. El coeficiente de expansión es 50% mayor que el de acero al bajo carbono, por lo que deberá tomarse en cuenta la mayor dilatación térmica aumentando ligeramente la abertura entre las partes por soldar, punteando para evitar alabeos y usar guías y abrazaderas siempre que sean posibles.

2. La conductibilidad térmica es la mitad de la del acero al bajo carbono y este factor (debido a la disipación de calor más lenta) contribuye a causar distorsión al crear

esfuerzos desiguales.

Finalmente, los aceros inoxidables austeníticos no son templables y no responden a

tratamientos térmicos.

Los aceros inoxidables al cromo se dividen en 2 tipos, martensíticos (tratables térmicamente), y ferríticos, siendo el factor decisivo la proporción de cromo a carbono. Debido a su balance de aleación, los tipos martensíticos tienden a endurecerse y fragilizarse después de ser soldados. A menos que se tomen las debidas precauciones,

estos aceros pueden fracturarse.

Es recomendable precalentar a aproximadamente 250ºC y evitar sobrecalentamientos durante la soldadura. En muchos casos se recomienda un poscalentamiento a

aproximadamente 600 - 650ºC.

El coeficiente de dilatación de aceros inoxidables tanto martensíticos como ferríticos es inferior al del acero al bajo carbono. El alabeo en la soldadura es, por lo tanto, correspondientemente menor.

La conductibilidad térmica, dependiendo del contenido de cromo en la aleación, varía de

la mitad a la tercera parte de la del acero al bajo carbono.

Entre la línea de productos UTP se cuenta con electrodos para soldar aceros inoxidables al cromo, tales como el UTP64Ti para soldar acero inoxidable del tipo AISI 502, UTP 66 para soldar AISI 410 y UTP 6601 para soldar AISI 430.

En muchos casos, cuando no es posible dar los tratamientos térmicos, los tipos al cromo se sueldan con un electrodo austenítico, UTP 68H, debido a que sus depósitos no se endurecen, obteniéndose una junta elástica. Algunas veces la unión es hecha con un electrodo austenítico y las capas superiores se sueldan con un tipo al cromo similar al metal base.

Antes de hacer una recomendación, es absolutamente necesario determinar el uso final que se dará a la soldadura terminada, particularmente en aplicaciones donde el efecto del níquel en el metal depositado pueda ser objetable desde el punto de vista de posibles ataques de corrosión.