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CIENCIA APLICADA AL DESARROLLO DE PROYECTOS

PROYECTO FINAL

SOLDEO POR ARCO CON ELECTRODOREVESTIDO

TEMA 9 APLICACIONES DEl

PROCEDIMIEN TO A DISTINTOS MATERIALES

JOSÉ ANTONIO HERNÁNDEZ MAGALLÓN

TEMA 9 Aplicación del procedimiento a distintos materiales

2 Soldeo por arco con electrodo revestido

� ÍNDICE

� ÍNDICE .........................................................2 � INTRODUCCIÓN ................................................................................ 4

9.1. Soldadura del acero inoxidable ......................................................... 5

9.1.1. Clasificación metalúrgica de los aceros inoxidables ................... 6

9.1.2. Corrosión en los aceros inoxidables .......................................... 11

9.1.3. Soldabilidad del acero inoxidable .............................................. 15

9.1.3.1. Comparación de las propiedades físicas del acero al carbono y el acero inoxidable .............................................................. 15

9.1.3.2. Precalentamiento y tratamientos térmicos post- soldadura 18

9.1.3.3. Preparación y diseño de los bordes ..................................... 19

9.1.4. Limpieza y manipulación del acero inoxidable .......................... 22

9.1.4.1. Manipulación y almacenamiento del acero inoxidable ....... 23

9.1.4.2. Limpieza del acero inoxidable ............................................ 27

9.2. Soldadura del aluminio .................................................................... 30

9.2.1. Clasificación del aluminio .......................................................... 31

9.2.1.1. Clasificación según composición química............................ 31

9.2.1.2. Clasificación según pureza ................................................... 32

9.2.1.3. Clasificación según el tipo de elaboración o forma de suministro .............................................................................................. 33

9.2.1.4. Clasificación según la capacidad de endurecimiento ........ 34

9.2.2. Corrosión en el aluminio ............................................................ 35

9.2.3. Soldabilidad del aluminio ........................................................... 35



9.2.3.1. Comparación de las propiedades físicas del acero al carbono y el aluminio ............................................................................ 37

9.2.3.2. Técnica de soldadura del aluminio ...................................... 38

9.3. Soldadura de las fundiciones ........................................................... 44

9.3.1. Propiedades de las fundiciones .................................................. 45

9.3.2. Clasificación de las fundiciones ................................................. 46

9.3.2.1. Fundición blanca .................................................................. 46

9.3.2.2. Fundición gris ...................................................................... 47

9.3.2.3. Fundición maleable .............................................................. 48

9.3.2.4. Fundición nodular o de grafito esferoidal ........................... 48

9.3.2.5. Fundiciones de grafito compacto ......................................... 49

9.3.2.6. Fundiciones aleadas o especiales ......................................... 50

9.3.3. Técnica de la soldadura de fundiciones...................................... 50

9.3.3.1. Preparación de las piezas..................................................... 51

9.3.3.2. Soldadura en frío o soldadura en caliente............................ 52

9.3.3.3. Métodos especiales de soldadura de fundiciones ................ 55

� Resumen .............................................................................................. 60



� Introducción

En esta unidad estudiaremos la aplicación del proceso de soldadura sobre diferentes materiales, concretamente sobre el acero inoxidable, el aluminio y las fundiciones.

Aprenderemos a clasificar el acero inoxidable, el aluminio y las fundiciones.

Estudiaremos los tipos de corrosión que pueden afectar al acero inoxidable y al aluminio.

En la soldadura del acero inoxidable y en la del aluminio, realizaremos una comparación de sus propiedades físicas con las del acero ordinario para estudiar las diferencias que existen entre ellos.

Estudiaremos los tratamientos térmicos que deben aplicarse tanto al acero inoxidable como al aluminio.

También trataremos la preparación de las piezas y el diseño de los bordes de soldadura para cada tipo de material.

Estudiaremos las técnicas de limpieza y cómo afecta la manipulación y el almacenamiento a los aceros inoxidables y al aluminio.

Por supuesto, estudiaremos las técnicas de soldadura empleadas para cada tipo de material. Además en las fundiciones aprenderemos tres métodos especiales de soldadura.



Soldadura del acero inoxidable1 9.1.

Riesgo,G.(2016). Manual del soldador (pp 483-506) CESOL

Los aceros inoxidables, como todos los aceros, son una aleación de hierro y carbono. Además, para que pueda ser considerado como inoxidable, debe estar compuesto como mínimo por 11% de cromo, que es el elemento que le confiere sus propiedades antioxidantes.

Es un metal ampliamente usado en la industria química, farmacéutica, alimenticia y con fines arquitectónicos, entre otros.

Existe gran variedad de aceros inoxidables en el mercado, conseguidos por las distintas combinaciones posibles de aleantes: hierro, carbono y cromo, también otros como el níquel, molibdeno, vanadio, niobio, titanio, etc., mediante las cuales se logran distintas propiedades.

Como su nombre indica, la propiedad predominante de dicho acero es su resistencia a la corrosión en ambientes agresivos, aunque también su empleo se debe a sus buenas características mecánicas a altas o bajas temperaturas y a su apariencia (fines arquitectónicos) o a su no-toxicidad (industria alimenticia).

Puede resultar paradójico a las personas desconocedoras de este fenómeno; pero el acero inoxidable, como otros metales resistentes a la corrosión (aluminio, bronce, etc.), está protegido de los fenómenos corrosivos por su propia oxidación.

El cromo en presencia de oxígeno se oxida creando una película, conocida como película de pasivación, que envuelve a la pieza, protegiéndola del ataque corrosivo.

La película de pasivación es suficientemente densa, continua, resistente y adherente como para proteger al metal de la corrosión en condiciones realmente adversas. Además, presenta otra propiedad de considerable importancia, es autorreparable, es decir, si existe una agresión de origen mecánico desprendiéndola del metal (arañazo, abrasión, fragmentación, etc.), la película vuelve a generarse en presencia de oxígeno, volviendo a quedar protegido.

En condiciones relativamente normales, el comportamiento de dicha película es el adecuado para mantener las propiedades anticorrosivas, pero el proceso de soldadura no es un método que podamos considerar como dentro de la normalidad, por lo que dicha película se ve comprometida, además de la aparición de otros fenómenos adversos.

1 http://www.infrasur.com.mx/uploads/manuales/soldadura/manual_electrodos/aceros_inox.pdf



No afectar a las propiedades del acero inoxidable será nuestra prioridad ante la ejecución del soldeo, evidentemente también el producir una soldadura de calidad.

9.1.1. Clasificación metalúrgica de los aceros inoxidables2

Podemos consultar normas y códigos técnicos según los cuales se puede clasificar el acero. Los fabricantes y asociaciones ofrecen distintas clasificaciones, según las propiedades de la aleación o según la aplicación a la que está destinado cada material. Existe un criterio bajo el que se pueden clasificar todos los aceros inoxidables, independientemente de la codificación o la norma que haya adoptado el fabricante; además es la clasificación que mejor nos informa de la soldabilidad de dicho material.

Consiste en designar al acero inoxidable según el punto de vista metalúrgico, atendiendo al tipo de microestructura (estructura cristalina de los átomos) que presenta el material en servicio.

Existen tres grandes grupos de aceros inoxidables, conocidos como:

• Martensíticos.

• Ferríticos.

• Austeníticos.

La ingeniería de materiales ha conseguido mediante combinaciones de aleantes y tratamientos térmicos nuevas estructuras y aleaciones. No es común encontrarlos en aplicaciones convencionales, no obstante, consideramos importante que el alumno los conozca. Son los grupos de inoxidables conocidos como:

• Dúplex austenítico - ferrítico.

• Endurecibles por precipitación de matriz martensítica, semiaustenítica o austenítica.

Aceros inoxidables martensíticos

Como su nombre indica, es un acero que presenta martensita en su estructura interna. Es la microestructura que presentan los aceros templados, por esto se conocen como inoxidables autotemplables, ya que es templable en aire o aceite si se enfría desde su fase austenítica.

2 https://mipsa.com.mx/dotnetnuke/Sabias-que/Clasificacion-del-acero-inoxidable http://www.acerinox.com/es/productos/tipos-de-acero-00001/



Son un tipo de acero que presenta características aceptables ante la corrosión. Destacan y son usados por la dureza y tenacidad que presentan, aunque tienen una débil elasticidad. Son magnéticos.

Estos aceros contienen entre un 11,5% y un 18% de cromo, como principal elemento de aleación.

Según la clasificación del AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero) son aceros inoxidables martensíticos los designados por los códigos: 410, 416, 420, 431, 501 y 502.

Su campo de aplicación es aquél donde las piezas deban de trabajar sometidas a corrosión y requieran cierta dureza: aletas para turbinas, válvulas, cuchillería, instrumental quirúrgico, etc.

La soldadura de estos metales es un proceso complejo, requiere precalentamiento y mantenimiento de la temperatura entre pasadas, además es necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura para devolver al metal sus propiedades iniciales. El control de la temperatura debe ser preciso, ya que cualquier variación en los procesos anteriores puede afectar muy negativamente al conjunto soldado.

Si soldáramos sin precalentamiento este tipo de metal, las contracciones del enfriamiento agrietarían el cordón y las zonas adyacentes (por falta de elasticidad), además de afectar drásticamente su resistencia a la corrosión, ya que el gradiente de temperatura ocasionado por el soldeo logra compuestos distintos en las zonas adyacentes al cordón.

Para soldar este tipo de acero conviene seguir todas las precauciones necesarias para la soldadura de inoxidable en cuanto a limpieza y preparación de la junta de soldadura, además debemos atender otros consejos que se enumeran a continuación:

• Debe emplearse inoxidable austenítico como material de aportación. De esta forma se logran depósitos más dúctiles, evitando de este modo la aparición de grietas (esto es debido a la alta fragilidad que presenta la martensita).

• Es conveniente precalentar las zonas adyacentes a la soldadura entre 300 y 350ºC y mantener esta temperatura entre pasadas, así evitamos gradientes de temperatura muy pronunciados y deformaciones localizadas excesivas.



• Una vez enfriada la pieza es conveniente un calentamiento a temperatura comprendida entre 600 y 700ºC. Este tratamiento se conoce como revenido, gracias al cual se mejoran las propiedades anticorrosivas de la zona soldada y se alivian tensiones térmicas.

Aceros inoxidables ferríticos

En los aceros inoxidables ferríticos el principal microconstituyente es la ferrita.

Tienen entre el 17 y el 27% de cromo y son magnéticos.

Según la clasificación del AISI son aceros inoxidables ferríticos los designados por los códigos: 405, 430, 442, 446.

Estos aceros no son endurecibles por tratamiento térmico, pero sufren modificación de sus propiedades mecánicas al trabajarlos en frío.

Son muy deformables en frío (comportamiento dúctil de la ferrita), por esto se usan mucho para estampados y embuticiones profundas, como recipientes en la industria alimenticia y química, también en el sector de la automoción y con fines arquitectónicos.

Para la soldadura de este tipo de acero inoxidable debemos seguir las siguientes indicaciones:

• Después de la soldadura, calentar las piezas entre 700 y 850ºC y seguidamente un enfriamiento rápido. De esta forma se consigue aminorar el tamaño del grano. Este tipo de inoxidable es muy propenso al crecimiento de grano por efecto del calor de soldadura.

• Debemos controlar que el aporte térmico durante la soldadura sea mínimo, pues si se mantiene durante mucho tiempo una zona por encima de 470ºC, debido al alto contenido en cromo, el material se transforma en duro y frágil por la precipitación de constituyentes fragilizantes.

Aceros inoxidables austeníticos



Estos aceros se presentan en dos grandes grupos de aleación: austeníticos al cromo-níquel y al cromo-níquel-manganeso. La suma del contenido de cromo y níquel debe resultar al menos el 23% de la aleación. El carbono estará presente en proporción comprendida entre el 0.02% y el 0.2%. El níquel estará entre el 6 y el 20%, siendo éste el elemento más importante de la aleación, ya que se forma la austenita, en fase sólida, por la presencia de níquel.

Según la clasificación del AISI, al tipo 3XX pertenecen las aleaciones cromo-níquel y al tipo 2XX pertenecen las aleaciones cromo-níquel-manganeso.

Su microconstituyente principal es la austenita, siendo el acero inoxidable que mejor soldabilidad presenta. Resiste mejor los efectos corrosivos que los inoxidables ferríticos o martensíticos debido a su alta concentración de cromo y níquel.

Tiene un coeficiente de dilatación térmica 50% mayor que los inoxidables ferríticos o martensíticos.

No son endurecibles por tratamiento térmico y no son magnéticos. Son muy resistentes al impacto y no se mecanizan fácilmente.

Presentan un problema asociado a los calentamientos originados por la soldadura. Debido a su alto contenido de aleantes, con el incremento de temperatura, en las zonas cercanas al cordón, se produce precipitación de carburos, disminuyendo la concentración de aleantes y por lo tanto, facilitando la corrosión intergranular (corrosión que se produce en los límites de los granos del metal).



Para minimizar estos efectos es necesario seguir las siguientes consideraciones durante el soldeo:

• Se soldará siempre sin precalentamiento y realizando el menor aporte de calor posible.

Emplear aceros austeníticos de bajo contenido en carbono (esto evitará la aparición excesiva de carburos) y estabilizados con titanio y niobio.

• Son especialmente sensibles a la corrosión por picado, por lo que prestaremos especial atención a producir el mejor acabado posible en la superficie de la soldadura, para no propiciar este tipo de corrosión (la corrosión por picado es un tipo de ataque corrosivo que se produce cuando la superficie del metal presenta pequeños agujeros o grietas).

Dúplex austenítico-ferrítico

Como su nombre indica son inoxidables que presentan en su microestructura un 50% de ferrita y otro 50% de austenita aproximadamente.

Tienen unas características excelentes, muy buena ductilidad y tenacidad, ofreciendo una gran resistencia mecánica.

Son muy resistentes a la corrosión generalizada y localizada, excelente resistencia a la corrosión bajo tensión.

Presentan características intermedias en cuanto a la soldabilidad y son parcialmente magnéticos.

Endurecibles por precipitación de matriz martensítica, semiaustenítica o austenítica

Son inoxidables a los que se han añadido propiedades al acero matriz (martensítica, semiaustenítica o austenítica) mediante la adición de aleantes que, más tarde, son transformados mediante tratamientos, formando precipitados de carburo.



Presentan unos constituyentes conocidos como precipitados, los cuales son endurecedores del acero, y son característicos de cada tipo de matriz, siendo principalmente carburos del tipo níquel-aluminio o níquel-titanio

Son aceros desarrollados para conseguir alta resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas.

Principalmente empleados en la industria aeroespacial y aeronáutica, por lo que no es común encontrarlos en aplicaciones soldadas convencionales.

9.1.2. Corrosión en los aceros inoxidables3

La capacidad del acero inoxidable para no degradarse en ambientes corrosivos está asociada a la eficacia de la película de pasivación. Siempre que se comprometa la integridad de la película de pasivación, estaremos posibilitando la aparición del fenómeno corrosivo sobre el acero inoxidable.

El mejor comportamiento del material se obtiene mediante superficies lisas, pulidas y bien aireadas, además de mantener inalteradas la composición química o su microestructura.

Si alteramos cualquiera de estas características, estamos afectando negativamente a las propiedades inoxidables del metal.

La soldadura y sus procesos afines (picado, cepillado, preparación de bordes, etc.) son procesos muy agresivos. El metal sufre muchas transformaciones y las superficies colindantes siempre se ven afectadas.

Bajo estas circunstancias es evidente que vamos a posibilitar la aparición de superficies oxidadas, por lo que deberemos extremar las precauciones durante el soldeo y las tareas afines para no originar ningún foco corrosivo.

3 http://materias.fi.uba.ar/6303/TPN3.pdf



Conocer cuáles son los métodos de corrosión localizada del acero inoxidable es el objetivo de este punto, ya que conocerlos es la mejor forma de evitarlos.

Las principales formas de corrosión local son las siguientes:

• Corrosión por picado.

• Corrosión por rendijas.

• Corrosión intergranular (sensitización).

• Corrosión bajo tensión.

• Corrosión galvánica.

• Corrosión por contacto.

Corrosión por picado

La corrosión por picado es un tipo de ataque corrosivo que se produce en pequeños agujeros o cavidades existentes sobre la superficie del metal.

Tiene dos fases:

• Fase de incubación: es el periodo de iniciación de la corrosión.

• Fase de propagación: una vez superado el periodo de incubación, la propagación es muy rápida y causa fallos graves en las piezas, ya que tiene un efecto similar a una perforación.

Es un tipo de corrosión muy difícil de detectar, ya que la propia corrosión oculta el orificio donde se está originando. Por esto y por las consecuencias graves que produce, es considerada como la corrosión más peligrosa.

La soldadura y procesos afines causan muchos efectos que pueden originar este tipo de corrosión, los más importantes son:

• Inclusiones de escoria superficial.

• Golpes de picado mal dirigidos al eliminar la escoria.

• Efecto erosivo del arco eléctrico cuando se dirige fuera de la zona de soldadura (por golpe de arco o por mal encendido del electrodo).

• Agresión que producen algunas proyecciones de metal fundido al ser eliminadas.



Debemos hacer lo posible por minimizar su aparición, prestando especial atención a proceder con la técnica adecuada en todo momento (antes, durante y después del soldeo).En caso de que aparezcan posibles focos, reparar el efecto indeseado, mediante lijado y pulido de la superficie. Si la oquedad no se puede eliminar por estos métodos, se debe recargar con soldadura y luego recuperar la superficie (desbarbado, lijado y pulido).

Corrosión por rendijas

Como su nombre indica, la corrosión por rendijas es un tipo de corrosión que aparece en espacios confinados, como rendijas, regatas o acanaladuras (Fig. 9.1 y 9.2).

Figura 9.1. SOLDADURA INCORRECTA. Planchuela de refuer zo en depósito de acero inoxidable. Aunque la soldadura tiene la resistencia suficiente es un foco potencial de corrosión por rendijas.

Figura 9.2. SOLDADURA CORRECTA. La planchuela est á soldada en todo su perímetro para

evitar la aparición de corrosión por rendijas.

El fundamento de este tipo de acción corrosiva se debe a que la rendija crea una distribución heterogénea de gases en torno a la rendija, produciendo un efecto que acelera la velocidad de corrosión. No profundizamos en el estudio químico del fenómeno ya que está fuera del alcance de este temario.

Los principales defectos de soldadura que logra este tipo de corrosión son los siguientes:

• Falta de fusión de raíz.



• Espacios confinados entre cordón y metal base, por sección del cordón inadecuada, mal diseño de las pasadas o mal diseño de la unión.

• Malos diseños de unión entre piezas. Dos piezas pueden estar en contacto y no soldadas en toda su longitud.

Corrosión intergranular (sensitización o sensibilización)

La corrosión intergranular es un ataque corrosivo que se localiza en los límites de grano y zonas adyacentes.

Los límites de grano, en condiciones normales, son sólo ligeramente más reactivos que las zonas granulares, pero estas condiciones pueden verse alteradas por efecto de la temperatura.

A temperaturas comprendidas entre 400 y 800ºC el cromo se precipita en forma de carburos, dejando los límites de grano con menor concentración de cromo y, por lo tanto, más débiles ante el ataque corrosivo.

La pérdida de resistencia a la corrosión es mayor cuanto más carburos haya precipitados, pudiendo llegar a conseguir un material que se disgrega fácilmente, cuando la corrosión está avanzada.

La realización de soldaduras y tratamientos térmicos son las principales causas para la precipitación de carburos y por tanto el primer foco de corrosión intergranular. Deberemos de tener en cuenta que la soldadura tiene asociado este fenómeno, por lo que siempre trataremos de minimizar el aporte térmico para reducir en la medida de lo posible su aparición.

Corrosión bajo tensión

Este tipo de corrosión se produce por un efecto combinado de un ambiente corrosivo basado en la presencia de cloruros (agua de mar, o soluciones de sosa cáustica) y la existencia de tensiones sobre el metal.

No es un tipo de corrosión común, ya que produce un deterioro verdaderamente rápido, por lo que su aparición debe estar bajo control en todo momento.

Las tensiones que promueven este tipo de corrosión suelen estar causadas por las tensiones térmicas originadas durante la soldadura o los tratamientos térmicos mal diseñados.

Corrosión galvánica

La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales distintos están en contacto en presencia de un electrolito.



En los procesos de soldadura su aparición está ligada a las inclusiones metálicas en la superficie del metal o a contactos con otros metales durante tiempo prolongado.

La corrosión por contacto es un tipo de corrosión galvánica, donde se considera que el contacto entre metales está causado por inclusiones de acero al carbono, cobre u otro metal en el acero inoxidable.

La acción corrosiva puede perdurar incluso tras la eliminación de las partículas contaminantes, ya que queda una celda activa (perdura la contaminación después de una limpieza inadecuada).

Se debe realizar una limpieza efectiva (mediante ácido o abrasión) y asegurarse que se ha descontaminado el metal y no quedan residuos activos.

9.1.3. Soldabilidad del acero inoxidable

A lo largo de los puntos siguientes, trataremos las consideraciones más importantes a tener en cuenta durante la soldadura de este grupo de metales.

En primer lugar, estudiaremos cómo las diferencias en las propiedades físicas de estos metales afectan a la soldadura. Posteriormente, veremos cómo realizar tratamientos térmicos pre y post- soldadura para producir uniones de con la mejor calidad posible.

Finalmente, veremos cómo hacer el diseño de los bordes para que favorezca el control y manejo del baño de fusión, ya que se comporta de forma distinta a como lo hacen los aceros al carbono.

9.1.3.1. Comparación de las propiedades físicas del acero al carbono y el acero inoxidable

Estudiaremos el comportamiento durante la soldadura del acero inoxidable mediante la comparación de sus propiedades físicas con las propiedades del acero al carbono, por ser éste el metal más comúnmente soldado.



Hemos escogido el acero inoxidable austenítico por ser el inoxidable más usado en las aplicaciones soldadas. Consultar las diferencias entre éste y los otros tipos en el apartado correspondiente, para precisar según material, aunque su comportamiento es muy similar entre sí.

Las diferencias más importantes se encuentran en las siguientes propiedades físicas:

• Punto de fusión.

• Respuesta magnética.

• Conductividad térmica.

• Dilatación.

• Viscosidad en fase líquida.

Punto de fusión

El punto de fusión aproximado de los aceros al carbono es de 1540ºC, mientras que los aceros inoxidables austeníticos funden a unos 1400ºC.

Esto implica que el calor necesario para fundir el inoxidable es menor y, por tanto, tendremos soldaduras más rápidas con la misma corriente o soldaduras a la misma velocidad con menor corriente.

Respuesta magnética

Los inoxidables austeníticos no son magnéticos, mientras que los ferríticos y los martensíticos sí lo son.

Esto nos puede ser útil para diferenciarlos entre sí mediante el uso de un imán. Si el imán sufre atracción por el metal, no es austenítico, por lo que debemos considerar si es soldable o no lo es, mediante los métodos que disponemos, es decir, si disponemos de los medios necesarios para tener el proceso bajo control y si disponemos también de un proceso suficientemente estudiado como para garantizar que vamos a producir un conjunto soldado con las propiedades requeridas después del proceso de soldadura.

No debemos adoptar medidas para prevenir el soplo del arco cuando se trate de aceros inoxidables austeníticos.

Conductividad térmica

El acero inoxidable austenítico conduce más lentamente el calor que el acero al carbono (aproximadamente un 40% inferior), por lo que el calor aportado durante la soldadura



permanece concentrado durante más tiempo, produciendo gradientes de temperatura más pronunciados que en el caso de la soldadura de aceros al carbono.

Esta variación de gradientes significa tener deformaciones mayores.

También, la difusión más lenta del calor a través de la pieza hace que el calor permanezca más tiempo concentrado en la zona afectada por la soldadura, dando origen a una mayor precipitación de carburos en esta área y debilitando la resistencia a la corrosión.

Dilatación

La dilatación del inoxidable austenítico es el 50% mayor que la dilatación de un acero ordinario. Además su velocidad de dilatación y contracción es mucho mayor, por lo que debemos tener controlados dichos efectos, mediante el uso de sistemas de fijación adaptados al acero inoxidable.

Es aconsejable otorgar a la pieza soldada los grados de libertad necesarios para que no quede el material sometido a tensiones.

Disminuir la cantidad de calor aportado, realizando más pasadas con menos material aportado, es también muy buena práctica en caso de soldaduras de gran espesor.

Viscosidad en fase líquida

El acero inoxidable, debido a los elementos de aleación, tiene un comportamiento mucho más viscoso.

Conseguir el avance y oscilación del baño es más difícil, usaremos una longitud de arco tan corta como podamos para poder dirigir más cómodamente el baño de fusión. La viscosidad también afecta a la agitación del baño, facilitando la aparición de inclusiones de escoria, por lo que prestaremos especial atención a no realizar movimientos bruscos con el electrodo.



La penetración y fusión del baño también se ven afectados por este efecto de dificultad de movimiento. Se debe contar con bordes menos estrechos y profundos, además de una separación y profundidad de tacón adecuadas al comportamiento de este tipo de material.

9.1.3.2. Precalentamiento y tratamientos térmicos post- soldadura

No es común encontrarse con la necesidad de realizar tratamientos térmicos, precalentamientos o mantenimientos de temperatura entre pasadas cuando se está soldando acero inoxidable austenítico, pues éste presenta un buen comportamiento ante los trastornos térmicos y mecánicos que origina el proceso de soldadura.

Sin embargo, pueden darse situaciones que hacen necesario el uso del tratamiento térmico. Estas razones se agrupan según la causa que origina el tratamiento térmico:

• Razones mecánicas (tensiones residuales).

• Razones químicas.

• En el punto 9.1.3 estudiamos los tipos de corrosión del acero inoxidable.

Vimos un caso particular de corrosión que ocurría cuando el inoxidable se encontraba en un medio corrosivo con alta concentración de cloruros, donde se producía una corrosión acelerada si la pieza se encontraba tensionada.

Si el conjunto soldado con el que estamos trabajando es susceptible de este tipo de corrosión, es una garantía de resistencia a la corrosión eliminar las tensiones térmicas que origina la soldadura (distensionado del material).

Para realizar el distensionado, se calentará la pieza a una temperatura entre200 y 400 ºC, manteniéndola el tiempo necesario para que se homogenice la temperatura en toda la pieza, continuando con un enfriamiento suave al aire.

Es de carácter prudente, consultar cual es la temperatura mínima de precipitación de carburos, del acero que estemos soldando. El tratamiento de distensionado siempre se hará por debajo de dicha temperatura.

• Precisamente este problema, la precipitación de carburos, es la primera razón química por la que las piezas de inoxidable deben ser tratadas térmicamente.

Este tratamiento consiste en elevar la temperatura de la pieza entre 1000 y 1100ºC, seguido de un enfriamiento brusco en agua.



La temperatura alcanzada es suficiente para la disolución de los carburos y su recombinación con el acero, devolviendo las propiedades anticorrosivas al límite de grano.

Evidentemente esta práctica no es posible en todos los casos, en piezas de gran tamaño no es factible ni un calentamiento de esta magnitud, ni tampoco un enfriamiento controlado.

Cuando no sea posible el tratamiento de disolución de carburos precipitados, se pueden adoptar otras medidas, como reducir el aporte térmico o bien cambiar a otro tipo de acero inoxidable, de bajo contenido en carbono, o acero inoxidable estabilizado con niobio o titanio.

9.1.3.3. Preparación y diseño de los bordes4

En este punto estudiaremos los métodos de preparación de los bordes y su diseño. De su correcta elección y ejecución depende la calidad final de la soldadura, así como la resistencia a la corrosión, por lo que debemos prestar especial atención a este punto.

No se recoge exhaustivamente toda la información posible referente al diseño y a los métodos de preparación de los bordes. Está fuera del alcance de este manual. Sirva de orientación al alumno en su práctica con acero inoxidable.

Preparación de los bordes

Se pueden seguir los mismos métodos para la preparación de juntas de acero inoxidable, a los utilizados para la preparación de acero ordinario.

Sólo existe la excepción en el empleo del oxicorte, donde la producción de óxidos de cromo, altamente refractarios, impide un corte preciso, produce bordes muy rugosos y mal acabados, con alta concentración de óxidos contaminantes, por lo que su uso está plenamente desaconsejado.

Para el uso de los demás métodos, aconsejamos seguir unas precauciones en el uso de inoxidables, derivadas, mayormente, de la contaminación por hierro, contenidas en la siguiente tabla:

4 Riesgo,G.(2016). Manual del soldador (pp 69-82) CESOL



MÉTODO CAPACIDAD COMENTARIO

Corte por guillotina.

Chapas, espesores finos hasta 10 mm.

Es un corte recto, por lo que cuando se produce una soldadura con penetración

incompleta, debemos realizar la preparación de bordes para eliminar la posibilidad de

corrosión por rendijas.

Posible contaminación por hierro a causa de la bancada y los elementos de fijación de la

guillotina.

Corte por aserrado (cinta o tronzadora).

Corte de perfiles. Amplio rango de tamaños.

Limpiar lubricantes de corte antes de la soldadura.

Las sierras deben ser utilizadas sólo para aceros inoxidables. Evitar cualquier

contaminación por hierro (presencia de virutas de acero a causa de cortes anteriores).

Corte por arco de

plasma.

Amplio rango de espesores.

Amolar las superficies cortadas para sanear los óxidos presentes en los bordes del corte.

Usar los discos de amolado exclusivamente para acero inoxidable.

Corte láser.

Espesores finos y medios.

Amolar las superficies cortadas para sanear el metal (óxidos).

Corte por arco de

grafito.

Usado para acanalar.

Alisar las superficies y descontaminar mediante amoladora (mismas consideraciones

de amolado).

Corte por chorro de agua.

Amplio rango de espesores.

Limpiar los restos de abrasivo.

Mecanizado (torno o fresa).

Permite preparar los bordes de muchas formas posibles.

Limpiar lubricantes de corte antes de la

soldadura.

Amolado.

Limpieza y biselado de bordes.

No usar discos empleados con aceros ordinarios.

Limpiar los bordes después de amolar con trapos para evitar la presencia de polvo

originado por el desgaste del disco.

Chaflanadora. Preparación de bordes. Alisar las superficies mediante amoladora.

Figura 9.3. Métodos de preparación de bordes de l acero inoxidable.

Diseño de los bordes

El diseño de los bordes para soldadura de acero inoxidable tiene una geometría similar a la preparación de bordes para soldadura de acero al carbono. Las diferencias geométricas están motivadas por el efecto del baño de fusión. El baño de fusión del acero inoxidable es menos fluido que el del acero ordinario, por lo que la penetración no



es tan buena y se maneja con menos facilidad. Para compensar este efecto se deben realizar chaflanes y separaciones de raíz más amplios.

A continuación se presentan los diseños más típicos en la preparación de bordes para la soldadura de aceros inoxidables:



Figura 9.4. Preparación de bordes para la soldad ura de acero inoxidable.

9.1.4. Limpieza y manipulación del acero inoxidable

La variación de propiedades físicas en el acero inoxidable tiene una incidencia ineludible sobre la práctica de la soldadura. Bajo ninguna circunstancia podemos obviar las correcciones que debemos hacer sobre la técnica de soldadura, no obstante, adoptar estas medidas no es suficiente para ejecutar correctamente los trabajos sobre el acero inoxidable.

Para conseguir soldaduras de calidad, es indispensable seguir celosamente las indicaciones que se dan a continuación, agrupadas de la siguiente manera:

• Manipulación y almacenamiento del acero inoxidable.

• Limpieza del acero inoxidable.



9.1.4.1. Manipulación y almacenamiento del acero inoxidable

De la correcta manipulación y almacenamiento del acero inoxidable, depende directamente el estado superficial del acero inoxidable.

Dañar la película de pasivación debe ser nuestra primera preocupación, sabiendo que se daña por agresión mecánica o por presencia de contaminantes. Los principales cuatro agentes que pueden reducir la resistencia a la corrosión del inoxidable son los siguientes:

• Contaminación superficial.

• Incrustaciones de hierro.

• Daño mecánico.

Contaminación superficial

Los procesos de fabricación habitualmente tienen lugar en ambientes sucios y polvorientos. No es difícil que el material quede contaminado durante el periodo de almacenaje, durante su manipulación o incluso por los propios medios de conservación y suministro.

Entre los agentes contaminantes más comunes se encuentran:

• Polvo y suciedad.

• Aceite y grasa.

• Residuos de adhesivos y embalaje.

• Marcas de pintura, rotuladores y tiza.

Cualquier contaminante sobre la superficie del inoxidable, especialmente los contaminantes orgánicos (grasas y aceites), favorecen la aparición de corrosión por rendijas, por lo que su descontaminación es indispensable para que el material no se deteriore en servicio.

No sólo es importante la limpieza antes de la puesta en servicio, también es fundamental que no exista ningún tipo de contaminante antes de tratar las superficies con decapantes o ácidos, ya que la presencia de contaminantes puede afectar negativamente a la acción de dicho decapante o ácido.

Es esencial una correcta inspección del material antes de su puesta en servicio o de someterlo a trabajos o tratamientos. Se recomiendan dos métodos que ayudan a la identificación de contaminantes:



• Método del trapo.

• Película de agua.

La prueba del trapo consiste en pasar un trapo de algodón o un papel limpio sobre la superficie, si el trapo se atasca o deja hilos sobre la superficie, quiere decir que existe aceite, grasa o residuos de adhesivos.

Es conveniente observar la superficie del trapo para detectar contaminantes que no quedan adheridos a la superficie, como polvo y marcas de tiza.

La prueba del agua es una inspección más precisa y minuciosa. Recomendamos su práctica siempre que sea posible.

Se realiza dejando caer una fina película de agua por la superficie colocada en forma vertical, aplicada con manguera. En las zonas contaminadas por materia orgánica, la película de agua se rompe, permitiendo la detección de contaminantes.

Los aceites y grasas deben ser limpiados hasta que la película de agua deje de romperse.

La limpieza de estos contaminantes no es difícil, ya que no requiere de medios agresivos, como la desoxidación superficial. Aconsejamos seguir los siguientes consejos para la correcta descontaminación:

• Polvo y suciedad: normalmente se pueden eliminar por lavado con agua o limpiadores alcalinos. Sin embargo, los depósitos bien incrustados pueden requerir de agua a alta presión o limpieza con vapor.

• Aceite y grasa: la materia orgánica, tal como el aceite, grasa, incluso la marca de los dedos, se pueden eliminar con solventes adecuados o con lavados con sustancias alcalinas.

• Marcas de pintura, rotulador y tiza: los efectos que producen estos contaminantes son similares a los del aceite y la grasa. Se necesita una limpieza con cepillo (no metálico), bien con agua o con algún producto alcalino. También se puede utilizar agua a presión o vapor.

• Residuos de adhesivos y cintas de embalaje: los residuos de cintas o papeles protectores a menudo permanecen sobre las superficies aún cuando han sido eliminados. Si las partículas de adhesivo están todavía blandas, se pueden eliminar mediante disolventes universales. Sin embargo, cuando estas partículas han sido sometidas a la acción de la luz y/o el aire, se endurecen fuertemente, tanto que la limpieza con disolvente es insuficiente, por lo que es necesaria una limpieza mecánica con un abrasivo fino especial para inoxidable.



No se deben usar disolventes o productos de limpieza clorados (lejías). Los restos de cloruros pueden permanecer después de la limpieza y facilitar cualquiera de los procesos de corrosión.

Incrustaciones de hierro

De entre todos los contaminantes que pueden afectar al acero inoxidable (polvo, líquidos, grasas, etc.), la contaminación por partículas de hierro, produce los efectos más indeseables y a la vez comunes, ya que en la práctica totalidad de talleres donde se trabaja con inoxidable, también se trabaja con aceros ordinarios (evidentemente las partículas no son de hierro, sino de acero).

No es una contaminación exclusiva de la zona de soldadura; es una contaminación de toda la superficie del metal.

Las partículas de hierro incrustadas deben ser eliminadas, bien porque pueden ser un foco para la corrosión, bien porque el acero inoxidable se usa para los procesos en los que la materia a trabajar no se puede contaminar.

Si no es descontaminado adecuadamente, el ataque corrosivo puede prosperar, comprometiendo la funcionalidad de la pieza.

La contaminación por hierro a menudo está ocasionada por las operaciones de soldeo o conformado, incluso durante su manipulación y transporte.

Idóneamente los trabajos sobre acero inoxidable se deberían de realizar en talleres independientes o aislados, destinados sólo a trabajar con inoxidable. Ésta sería la mejor forma de evitar contaminación por hierro.

Para evitar o minimizar los efectos de la contaminación por hierro, recomendamos seguir los siguientes consejos:

• No permitir el contacto del acero inoxidable con elementos de acero ordinario y otros metales.

• No usar herramientas que hayan sido usadas para trabajar acero ordinario, especialmente en el caso de los discos abrasivos y cepillos.

• Usar cepillos de púas de acero inoxidable para eliminar la escoria.

• Usar piquetas de acero inoxidable para eliminar la escoria.

• No dejar las piezas accesibles al paso, impedir que les lleguen proyecciones de chispas del desbarbado o viruta de mecanizado de acero ordinario.



• Almacenar las piezas, especialmente chapas, en lugares limpios y bien ventilados. Si el almacenaje se hace dentro del taller deben almacenarse de canto.

Ante la posible contaminación por hierro se debe proceder de la siguiente manera:

• Detección del hierro.

• Eliminación del hierro.

• En fases de corrosión relativamente avanzada, es fácilmente detectable. Los metales contaminados presentan marcas de herrumbre, resultado de la acción del hierro.

Si queremos anticiparnos a este fenómeno, podemos usar dos técnicas para la detección:

o Mojar con agua limpia y dejar escurrir. Tras 24 horas si se inspecciona la superficie, aparecerán pequeñas marcas de óxido donde esté contaminado.

o Si se quiere realizar una prueba más exhaustiva, se recomienda el uso de la prueba del ferroxilo.

o Consiste en aplicar, mediante un difusor, una mezcla de agua destilada (94%), ácido nítrico 67% de pureza (3%) y ferrocianuro de potasio puro (3%).

o En unos minutos, la solución revelará la contaminación por la aparición de manchas azules, más intensas cuanto mayor sea la partícula contaminante.

o Tras la inspección, la solución debe ser eliminada con agua abundante.

• Tenemos dos métodos para poder eliminar la contaminación por hierro: a través de eliminación por ataque químico y por abrasión mecánica.

o El ataque químico es conocido como decapado: consiste en la aplicación superficial de un baño ácido con ácido nítrico o fluorhídrico. Este ácido acelera el proceso corrosivo, eliminando una capa superficial de acero inoxidable de 0.025mm aproximadamente.

o Es sólo una eliminación superficial, si las partículas están muy incrustadas no será suficiente.



o La abrasión mecánica es un método que permite la descontaminación de manera más profunda, aunque también es un método más caro y no es posible en todos los casos.

o Consiste en proyectar sobre la superficie un abrasivo (arenas de grano fino), impulsado con aire comprimido, este método se conoce como blastinado o arenado.

Daños mecánicos

Cuando una superficie se encuentra dañada mecánicamente, posibilita la aparición de corrosión por rendijas, además de crear una apariencia no deseada de la pieza, por lo que debemos evitar su aparición y en caso de que ya se hayan producido debemos reparar los daños.

Las principales causas de daños mecánicos son las siguientes:

• Marcas de ganchos, sirgas, grapas u otros medios de elevación o manipulación.

• Marcas de sostenes y utillajes de posicionamiento.

• Golpes con objetos metálicos.

• Rayas y arañazos profundos.

• Marcas de amoladora.

• Marcas de plegado.

• Marcas de curvado.

Para eliminar los daños mecánicos se procede de la siguiente manera:

• Recargar la superficie mediante soldadura en caso de que exista una reducción aparente de espesor de la pieza.

• Realizar un amolado con un disco de grano fino y limpio, sobre la superficie afectada.

• Pulir la superficie con abrasivo de grano fino.

9.1.4.2. Limpieza del acero inoxidable

La limpieza es un requisito indispensable para el correcto servicio de las piezas de inoxidable y también de todas las máquinas o equipamientos industriales.

En este punto no vamos a tratar la limpieza dentro del ámbito de la higiene industrial.



En este punto veremos cómo eliminar la presencia de cualquier agente contaminante que perjudique las propiedades mecánicas y anticorrosivas de los aceros inoxidables.

Veremos que las condiciones de limpieza se extreman en dos situaciones claves:

• Limpieza previa a la soldadura. De esta forma garantizaremos que la soldadura no se contamina.

• • Limpieza posterior a la soldadura. Veremos las precauciones que hay que seguir para garantizar las propiedades anticorrosivas después del soldeo.

Limpieza previa a la soldadura

La limpieza previa al soldeo es indispensable para producir soldaduras sin defectos. No nos referimos a la limpieza de los elementos contaminantes que pueden existir en el inoxidable y que hemos tratado anteriormente, sino a la limpieza de la película de pasivación.

La película de pasivación produce dos efectos perniciosos para la soldadura, por lo cual debe ser eliminada antes del soldeo. Siendo éstos:

• El punto de fusión de la película de pasivación es mayor al del acero inoxidable, por lo que impide que el metal aportado no funda correctamente los bordes, imposibilitando la unión íntima del metal.

• También su presencia en el baño de fusión es considerada como inclusión de escoria.

Es evidente que al limpiar la película de pasivación, se eliminará cualquier resto de suciedad, aceites, fluidos de corte, etc.

Existen dos métodos para eliminar el óxido del acero inoxidable:

• Medios mecánicos.

• Agentes químicos.

Como medios mecánicos se pueden emplear:

• Cepillado mediante cepillos de púas metálicas. Las púas deben ser de acero inoxidable, deben estar exentas de aceite o suciedad y no deben utilizarse para cepillar otros metales.

• Arenado o blastinado. Se debe garantizar que los métodos abrasivos no están contaminados con partículas de otros metales.



• Mecanizado. Las herramientas deben ser las adecuadas para mecanizar inoxidable. Deben eliminarse adecuadamente los fluidos de corte.

El agente químico que se usa principalmente para eliminar la película de pasivación es el ácido nítrico al 10 ó 20 % de pureza, o bien una solución de ácido nítrico al 10% con 2% de ácido fluorhídrico.

Se deja actuar el tiempo indicado por el producto y seguidamente se limpia con agua.

Limpieza post-fabricación

Una vez terminados los trabajos de soldadura, debemos reacondicionar la superficie del acero inoxidable, de esta forma queda protegido contra la corrosión. A este proceso se le denomina pasivado.

En ocasiones es necesario un decapado o un pulido mecánico antes del pasivado, ya que pueden quedar manchas, decoloraciones u otros defectos superficiales después de la soldadura.

El pasivado se realiza por inmersión o por rociado con algunas de las soluciones ácidas que se indican a continuación en la tabla de la (Fig. 9.5). Después del mantenimiento al agente químico establecido se debe limpiar la superficie con agua fría.

Composición de la disolución % en volumen Temperatura ºC Duración del baño (1) min

Ácido nítrico (15-25%)+ ácido fluorhídrico (1-4%) 20-60 5-30

Ácido nítrico (6-15%)+ ácido fluorhídrico (0,5-1,5%) 20-60 10

Inmersión en ácido sulfúrico (8-11%)

Enjuague en agua

Inmersión en solución 6-15% de ácido nítrico + 0,5- 15% ácido fluorhídrico

65-85

20-60

5-30

10

(1) Se debe adoptar el tiempo mínimo de inmersión en el baño para evitar un exceso de decapado. Se



Figura 9.5. Métodos de pasivación.

Soldadura del aluminio 9.2.

Riesgo,G.(2016). Manual del soldador (pp 509-526) CESOL

maxal_guide_for_aluminum_wldg_6-11_doc EXCE.pdf Actualmente es indispensable considerar al aluminio dentro del estudio de los procesos de soldadura, ya que es el segundo metal más empleado industrialmente, (sólo el acero tiene más aplicación dentro de la industria).

Es utilizado por la industria del transporte aéreo, terrestre e incluso marítimo. La industria química y alimenticia también aprovecha sus propiedades, principalmente como envases, ya que no genera productos tóxicos. También es muy usado en construcción, para cerramientos y carpintería metálica, por su capacidad de generar perfiles complejos.

Comúnmente, con el nombre de aluminio no sólo se designa a este material, sino todas las aleaciones con base de aluminio. De hecho, es mucho más probable que estemos ante una aleación de aluminio que ante aluminio puro, ya que el aluminio puro tiene menos aplicaciones industriales.

Aunque los elementos de aleación se agregan al aluminio para mejorar alguna de sus propiedades, especialmente las mecánicas, las aleaciones heredan las propiedades del aluminio por ser éste el elemento mayoritario.

Se caracterizan por presentar un color claro, casi blanquecino. Es un metal considerado ligero, (su densidad es aproximadamente la tercera parte de la densidad del acero), presenta una excelente conductividad eléctrica y térmica.

El aluminio es altamente reactivo ya que genera rápidamente una película de óxido en presencia de oxígeno, conocida como alúmina, que lo protege adecuadamente del fenómeno corrosivo, de igual forma que sucede con los aceros inoxidables.

Además, el aluminio presenta unas propiedades tecnológicas excelentes. Esto permite conformar productos de diversa índole, que sólo pueden conseguirse empleando este material.



Es un material que presenta buena colabilidad, es decir, permite conseguir piezas con geometrías difíciles por fundición. Es muy maleable y dúctil, por lo que también presenta muy buenas propiedades para distintos trabajos por conformación en frío y en caliente.

Tiene una excelente maquinabilidad, por lo que se pueden reducir los tiempos y gastos de mecanizado, logrando calidades excelentes.

Permite también trabajarlo por extrusión, pudiéndose formar perfiles con secciones complejas que no se pueden lograr por ningún otro procedimiento.

9.2.1. Clasificación del aluminio

Existen diversas normas y códigos técnicos que clasifican al aluminio de diferentes formas, normalmente vinculadas a regiones o países.

Está fuera del alcance de este manual abordar este tema de manera detallada y precisa. Sin embargo, es necesario conocer qué tipos de aluminio podemos encontrar y cómo pueden estar clasificados. De esta forma podremos saber si el aluminio con el que estemos trabajando pertenece a los aluminios soldables o no soldables.

Las clasificaciones más significativas son:

• Clasificación según composición química.

• Clasificación según pureza.

• Clasificación según el tipo de elaboración o forma de suministro.

• Clasificación según la capacidad de endurecimiento.

9.2.1.1. Clasificación según composición química

Esta designación está basada en las abreviaturas de los elementos químicos más significantes de la aleación que se aúnan formando un "nombre" (Fig. 9.6).



Las abreviaturas utilizadas son las siguientes.

Al = Aluminio Fe = Hierro Sn = Estaño

B = Boro Mg = Magnesio Ti = Titanio

Be = Berilio Mn = Manganeso V = Vanadio

Bi = Bismuto Na = Sodio Zn = Cinc

Cr = Cromo Ni = Níquel Zr = Circonio

Cu = Cobre Pb = Plomo Si = Silicio

Figura 9.6. Abreviaturas de los elementos quími cos.

Se ordenan de mayor a menor importancia, de izquierda a derecha. Pueden albergar números intercalados entre las letras, que especifican el tanto por ciento en masa del elemento de aleación. Por ejemplo: AlSi12, aleación de aluminio con silicio al 12%. Para diferenciar entre aluminios de distintas purezas en la aleación se sigue el siguiente criterio:

Aluminio puro: al símbolo Al se le añade un número que indica el contenido en tanto por ciento en masa. Por ejemplo: Al99, 5.

Aluminio metalúrgico: detrás de la designación Al y porcentaje de aluminio en masa, le sigue la letra H para diferenciarlo del aluminio puro. Por ejemplo: Al99, 5H.

Aluminio purísimo: de igual forma que el aluminio metalúrgico, a la notación se le añade la letra R. Por ejemplo Al 99,99R.

9.2.1.2. Clasificación según pureza

Se distinguen las siguientes purezas de aluminios:

Aluminio metalúrgico: es el aluminio obtenido industrialmente, mediante electrólisis de metal fundido u otros procesos. Sirve como material base para otros procesos. Se sirve en grana, granulado y en algunos casos en lingotes.

Aluminio purísimo: es aluminio con pureza comprendida entre el 99.99% y 99.98%. Se obtiene mediante procesos de refinamiento de aluminios metalúrgicos.

Aluminio puro: es un aluminio de segunda fusión, se obtiene de la recuperación de aluminios suficientemente puros.

Aluminio secundario: es aluminio obtenido en las fundiciones a partir de chatarras y otras fuentes de aluminio elaborado. Sirve como metal base a otros aluminios. Se suministra en bloques.



9.2.1.3. Clasificación según el tipo de elaboración o forma de suministro

Este tipo de clasificación, diferencia el suministro de material de aluminio según el tipo de proceso productivo al que esté destinado. Se distinguen dos grandes grupos:

• Materiales para laminación y forja.

• Materiales para fundición.

Materiales para laminación y forja

Los materiales para laminación y forja son aquellos fabricados por procesos de conformación plástica, tales como: laminación, extrusión, estirado, forja, etc.

Pertenecen a este grupo:

• Aluminio purísimo.

• Aluminio puro.

• Las aleaciones de aluminio: AlMn, AlMg y AlMgMn, AlMgLi, AlCuMg, AlCuSiMn, AlZnMg, AlZnMgCu, AlPb y AlLi.

Se suministran en tamaños apropiados para cada tipo de demanda, partiendo de colada continua.

A la designación abreviada de cada tipo de material, se le añade unas letras antepuestas como indicador de un uso específico.

Las letras antepuestas son las siguientes:

• E- = para conductores eléctricos.

• S- = para material de aportación en soldaduras por fusión.

• L- = para soldadura.

• Sd- = para alambre destinado a metalizar a la llama.

• LSd- = para alambre destinado a metalizar al arco eléctrico.

Ejemplos de suministro de alguno de los anteriores: E-AlMgSi0,5, L-AlSi12, S- AlMg5.

Materiales para fundición



Los materiales para fundición se destinan a procesos de moldeo, tales como en arena, en coquilla o a presión. De este modo se obtienen las piezas fundidas o moldeadas.

Los materiales que pertenecen a este grupo son los siguientes:

• Las aleaciones de aluminio: AlSi, AlSiMg, AlSiCu, AlMg, AlCuTi, AlZnMg.

Los materiales para fundición se suelen suministrar en lingotes.

También llevan letras antepuestas que indican el tipo de proceso al que están destinados. Son las siguientes:

• G- = para fundición en arena.

• GK- = para fundición en coquilla.

• GD- = para fundición a presión.

• GZ- = para fundición centrifugada.

Ejemplos correspondientes a esta designación serían: G-AlSi12, GK- AlSi6Cu4, GD-AlMg9.

9.2.1.4. Clasificación según la capacidad de endurecimiento

Ésta es un tipo de clasificación muy importante para los procesos de fabricación, así como para su uso.

Se distinguen dos grupos:

• Materiales no endurecibles.

• Materiales endurecibles.

Materiales no endurecibles

Los materiales no endurecibles son los que no puede aumentar su resistencia mecánica mediante tratamiento térmico. Sólo se pueden endurecer por deformación en frío.

Pertenecen a este grupo:

• Aluminio purísimo.

• Aluminio puro.

• Las aleaciones: AlMg, AlMn, AlMgMn y AlFeSi.



Estos materiales sufren una pérdida de resistencia mecánica a causa del calor originado por la soldadura. Sólo se podría recuperar su resistencia mecánica inicial deformándolos nuevamente. Esto es imposible en la práctica totalidad de los casos, por este motivo se deben considerar seriamente los efectos de soldadura antes de comenzar con el soldeo.

Materiales endurecibles

Los materiales endurecibles son aquellos que pueden aumentar su resistencia mecánica mediante tratamiento térmico.

Son endurecibles los siguientes grupos de aleación: AlCuMg, AlMgSi, AlZnMg, AlZnMgCu, AlSiMg, AlCuTi, AlCuTiMg.

Estos materiales también son endurecibles por deformación en frío.

9.2.2. Corrosión en el aluminio

De la misma forma que el acero inoxidable estaba protegido de la corrosión por una capa de óxido denominada película de pasivación, queda protegido el aluminio.

Todo el contenido del punto: "9.1.3 Corrosión en los aceros inoxidables", puede considerarse para el caso del aluminio.

La corrosión en el aluminio no es de tanta importancia como en el caso de los aceros inoxidables ya que la aplicación industrial del aluminio está asociada a su baja densidad o a sus propiedades tecnológicas. El poder anticorrosivo del aluminio es un añadido a sus ventajas, pero no es la propiedad que determina su uso.

Es importante garantizar la protección anticorrosiva del aluminio, aunque no trabaja en ambientes tan agresivos como el acero inoxidable, por lo que su eficacia no es un factor crítico. Debemos considerar que una corrosión avanzada puede comprometer la resistencia mecánica del aluminio.

9.2.3. Soldabilidad del aluminio

El aluminio y las aleaciones a base de aluminio son soldables mediante los procesos de soldadura por fusión, incluido el procedimiento por electrodo revestido.

Trataremos en este punto las particularidades que presenta este material y cómo se debe proceder ante la soldadura con electrodo.

Existen electrodos revestidos para la soldadura de cualquier grupo de aleación en base de aluminio o aluminio puro, no obstante, se recomienda el uso de los procesos TIG o MIG en caso de ser posible, ya que la soldadura ejecutada presenta mejores características en todos los sentidos.



La soldadura de aluminio mediante electrodo revestido es recomendable para las reparaciones de piezas de fundición. Las soldaduras con electrodo de aluminio presentan sopladuras en forma de pequeños poros, producidas por la inevitable gasificación de los fundentes. No obstante, las piezas de aluminio fundido presentan gases atrapados en su constitución, entonces puede despreciarse el efecto de los poros sobre la soldadura, considerándose como apta.

Como hemos dicho, todos los aluminios se pueden unir por fusión mediante todos los procesos de soldeo, pero algunos de ellos presentan tan malas características después de ser soldados que pasan a ser considerados como no soldables.

Estas diferencias en la aptitud que presentan ante el soldeo se producen por cambios metalúrgicos y cambios de componentes de aleación por efecto del calor. Dichas modificaciones afectan principalmente a la resistencia mecánica y a la aparición de grietas irreparables. También existen faltas de calidad asociadas a la práctica del proceso, por ejemplo, los cordones hechos con electrodo revestido presentan una alta porosidad, por lo que sólo son útiles cuando dicho defecto no comprometa la validez de la soldadura.

La diferencia final entre soldables y no soldables está causada por el contenido de componentes en aleación y cómo han sido trabajados. En función de esto, diferenciamos entre:

No soldables:

• Los materiales endurecibles, a excepción de las aleaciones tipo AlMgSi y

o AlZnMg.

• Aleaciones de AlCu para laminación y forja de alta resistencia tipo AlCuMg y

o AlZnMgCu.

Soldables:

• Los materiales no endurecibles.

• Las aleaciones de fundición.



Las aleaciones endurecibles de los tipos AlMgSi y AlZnMg.

9.2.3.1. Comparación de las propiedades físicas del acero al carbono y el aluminio

Una buena manera de anticiparse a las variaciones de comportamiento del aluminio durante el soldeo, consiste en comparar sus propiedades físicas con un material de referencia: el acero al carbono.

Las propiedades físicas que afectan al proceso de soldadura son las siguientes:

• Punto de fusión.

• Dilatación.

• Conductividad térmica.

• Monocromatismo.

• Respuesta magnética.

Punto de fusión

El aluminio tiene un punto de fusión mucho menor al punto de fusión del acero. El aluminio funde alrededor de 650 ºC y el acero en torno a 1375 ºC.

Esto significa que la fusión del electrodo y el metal base es mucho más rápida, ya que el calor que produce el arco eléctrico es el mismo, independientemente del tipo de metal que estemos soldando.

Deberemos mantener una velocidad de avance mucho mayor, sincronizada con la rápida fusión del electrodo. Se recomienda un movimiento pendular con el electrodo, aprovechando el movimiento de avance para adelantar el baño y el retroceso para recargarlo.

Existe otra particularidad relativa a los puntos de fusión: mientras los óxidos del acero funden prácticamente a la misma temperatura que el acero, los óxidos del aluminio funden en torno a 2000 ºC. Por lo que, en caso que no contemos con los medios



necesarios para descomponer los óxidos, tendremos dichos óxidos en fase sólida en el baño fundido perjudicando la soldadura gravemente.

Conductividad térmica

El coeficiente de conductividad térmica del aluminio es seis veces la del acero, por lo que la fuente de calor tiene que ser mucho más intensa y concentrada.

Considerar su efecto es especialmente importante en la soldadura de espesores gruesos, donde la conductividad térmica puede producir defectos por falta de fusión ya que el calor se pierde rápidamente.

Deberemos de realizar precalentamientos mediante soplete cuando dicha problemática lo haga necesario.

Dilatación

El coeficiente de dilatación térmica del aluminio es aproximadamente dos veces el del acero. Además, el efecto de la conductividad térmica logra que la zona afectada térmicamente sea mucho mayor, por lo que es más material el que se dilata.

Esto puede producir distorsiones inaceptables, haciendo muy compleja la soldadura por fusión.

Cuanto menor sea el aporte térmico, mejores resultados se obtendrán. Es recomendable usar los electrodos que mejor se ajusten al espesor a soldar (menor diámetro).

Monocromatismo

La soldadura de aluminio tiene un problema añadido: mientras que el acero tiene un cambio de color cuando varía su temperatura que nos permite intuir el estado del acero, el aluminio no.

El comportamiento del aluminio bajo los efectos del arco eléctrico queda sujeto a la experiencia e intuición del soldador.

Respuesta magnética

Los aluminios no son magnéticos, por lo que no debemos adoptar medidas para prevenir el soplo del arco.

9.2.3.2. Técnica de soldadura del aluminio

En este punto vamos a estudiar las modificaciones que debemos hacer sobre la técnica de soldeo de acero ordinario para adaptarla a la soldadura de aluminio.



Todas estas consideraciones están basadas en las diferentes propiedades físicas de ambos materiales y su influencia en el proceso de soldadura.

En primer lugar debemos considerar las limitaciones del proceso:

• No es recomendable la soldadura de espesores inferiores a 4 mm.

• No es posible la soldadura bajo techo.

• No se recomienda la soldadura vertical.

• Se recomienda el uso de barras de respaldo para lograr una buena penetración de raíz.

Debemos considerar que la soldadura de aluminio es una soldadura rápida, de difícil ejecución. El bajo punto de fusión del aluminio hace que el electrodo se consuma rápidamente. Es necesaria más destreza manual para lograr una técnica correcta a mayor velocidad.

Debemos mantener un arco corto para poder manipular bien el baño de fusión, aunque se recomienda el encendido del electrodo con arco largo para compensar las pérdidas térmicas por conducción al inicio de la soldadura.

Además de esto, hay que tener en cuenta una serie de factores durante la preparación de la soldadura. Los trataremos cada uno de manera individual por su importancia. Éstos son:

• Influencia del óxido sobre la soldadura.

• Limpieza previa al soldeo.

• Punteado.

• Precalentamiento.

• Preparación y diseño de los bordes.

Influencia del óxido sobre la soldadura

El aluminio es muy reactivo; esto quiere decir que se oxida rápidamente. Implica que aun existiendo una limpieza previa, existirá óxido de aluminio, conocido como alúmina, sobre el aluminio que vayamos a soldar. Es obvio que la película de alúmina será mucho menor si existe una limpieza previa, ya que necesita tiempo para generarse.

La alúmina tiene un punto de fusión relativamente alto (2000ºC), mientras que el punto de fusión del aluminio ronda los 650ºC. Esto implica que, durante el soldeo, el aluminio



fundido quede rodeado por alúmina en estado sólido, ya que el calor aportado por el soldeo no funde la alúmina totalmente.

La alúmina se comporta como una "piel" del baño fundido. Sus principales efectos son la falta de fusión y el movimiento poco fluido del baño.

Los defectos de fusión tienen origen en el comportamiento refractario de la alúmina. Durante el soldeo, se consigue que el baño de fusión llegue a juntarse con los bordes del metal base, pero sin que llegue a existir una unión íntima a causa de la presencia de la película refractaria de alúmina.

Puede suceder que la agitación del baño rompa la película de alúmina en pequeñas escamas, pudiéndose originar una unión satisfactoria en los bordes, pero la película de alúmina, aunque fragmentada, estaría contaminando el cordón afectando gravemente a la resistencia mecánica y causando muy mala apariencia.

Contamos con el efecto de dos agentes para la eliminación efectiva del óxido de aluminio:

• El arco eléctrico.

• La presencia de fundentes en el revestimiento.

• En la soldadura de aluminio, todos los electrodos están diseñados para soldarse con polaridad inversa (electrodo al positivo). De este modo los electrones del arco eléctrico son emitidos violentamente desde la pieza hacia la punta del electrodo. Esto tiene un efecto erosivo que elimina la capa de alúmina, transformándola en pequeñas partículas.

• También se cuenta con la vía química. El revestimiento del electrodo incluye fundentes, en su mayoría cloruros y fluoruros, que disuelven el óxido y lo transforman en una escoria muy fluida y de baja densidad, antes de la solidificación del cordón, la alúmina pasa a formar parte de las escorias.

En caso de que la alúmina persista, es aconsejable embadurnar los bordes con fundente específico para aluminio inmediatamente después de la limpieza o cepillado y antes del soldeo.

Limpieza previa al soldeo

Tanto los bordes de soldadura como las zonas adyacentes (unos 15 mm a cada lado de la soldadura), deben estar libres de cualquier contaminante, especialmente grasas y aceites de mecanizado. Deben estar totalmente secos.

Inmediatamente previo a la operación al soldeo, se debe eliminar la capa de alúmina sobre esta zona. Existen dos métodos para la desoxidación del aluminio:



• Mecánicamente (gratado).

• Químicamente.

El principal método mecánico para eliminar el óxido es el cepillado, con cepillo de púas metálico. Es el mismo tipo de cepillo que el usado para eliminar la escoria del cordón. Debemos tener en cuenta que el cepillo debe estar perfectamente desengrasado y libre de contaminantes, las púas deben ser de acero inoxidable o de acero al Zr-Ni.

Existen otros métodos mecánicos para la desoxidación, como el rasqueteado, limado o lijado, aunque recomendamos el cepillado.

Químicamente se puede eliminar el óxido empleando decapantes o disolventes. Se aplican mediante un trapo empapado y se dejan actuar durante el tiempo establecido. Después, las superficies deben quedar perfectamente secas.

Es necesario seguir todos los consejos tratados en el punto de manipulación y almacenamiento del acero inoxidable para conseguir piezas y soldaduras de calidad. Se pueden aplicar al aluminio sin excepción. Prestaremos especial atención a no producir daños mecánicos sobre el material. El aluminio tiene menor tenacidad que el acero, por lo que no es difícil dañar el material durante su manipulación o almacenamiento.

Punteado

Durante la fase de preparación de la soldadura, debemos evaluar cómo va a comportarse el material por efecto del calor.

Recordamos que la dilatación del aluminio es dos veces mayor a la del acero y su conductividad térmica es seis veces mayor a la del acero. Esto significa una zona mayor afectada térmicamente y unas deformaciones mucho mayores.

No debemos fijar fuertemente las piezas, esto originaría fuertes tensiones sobre la pieza, dando lugar a la aparición de grietas. La pieza debe tener cierta libertad para dilatarse.

Sin embargo, debemos mantener la posición relativa entre las piezas, de tal manera que no sufran distorsiones durante la soldadura que afecten a la geometría final de la pieza.

El punteado es efectivo para mantener la posición de las piezas permitiendo cierta dilatación.

Se recomienda puntear cada 100 ó 150 mm, partiendo desde el centro y dirigiéndose hacia los extremos dando puntos de manera alterna (Fig. 9.7).



Figura 9.7. Punteado de pieza de aluminio.

Los puntos deben ser de unos 6 mm, haciéndose mayores para mayores espesores.

Es necesario precalentamiento para el punteado de piezas con espesores mayores a 10 mm.

Precalentamiento

Si manteniendo los parámetros de soldeo correctos no se consigue una penetración adecuada, quiere decir que el poder calorífico del arco eléctrico no es suficiente. La alta conductividad térmica del aluminio consigue que la temperatura de los bordes no sea la necesaria para producir una fusión efectiva.

Esta situación se soluciona realizando precalentamientos.

El precalentamiento debe hacerse con soplete. El soplete debe de estar carburado con llama reductora. De esta forma se consigue que la capa de alúmina no engrose por efecto del calor y la presencia de oxígeno, ya que esto dificulta la fusión en los bordes.



Debemos tener en cuenta la influencia de la temperatura y el tiempo de mantenimiento sobre las características de la aleación, especialmente en las aleaciones endurecibles, tipos AlMgSi y AlZnMg, también en las aleaciones con elevados contenidos en magnesio, tipos AlMn4.5Mn y AlMg5. El fabricante o distribuidor del aluminio informará de los cambios de propiedades del metal a ciertos intervalos de temperaturas.

Las aleaciones de aluminio puro permiten precalentamientos a temperaturas elevadas (400ºC) y durante tiempo prolongado, aunque se debe de controlar la formación de grano grueso por recristalización.

Las aleaciones no endurecibles pueden precalentarse hasta 250ºC sin afectar a las propiedades del material. Para otras aleaciones, puede consultarse la siguiente tabla como marco de referencia:

ALEACIÓN

ESPESOR,

MILÍMETROS

TEMP. MÁXIMA DE

PRECALENTAMIENTO, ºC

TIEMPO MÁXIMO DE MANTENIMIENTO DEL

PRECALENTAMIENTO, MINUTOS

AlMgSi0,5

AlMgSi1

AlMgSi0,7

Mayor o igual a 5

180

220

220

250

60

30

20

10

AlZn4,5Mg1

Mayor o igual a 4

140

160

30

20

AlMg4,5Mn

AlMg3

Mayor o igual a 5

De 150 a 200

10

Figura 9.8. Precalentamiento de las aleaciones e n función del espesor, la temperatura y el tiempo.

Es necesario el control de la temperatura a la que se encuentra la pieza durante el precalentamiento. Si el calentamiento está fuera de control, podemos producir daños graves al material. Prestaremos especial atención al rango de temperaturas, pues un calentamiento excesivo o un mantenimiento excesivamente largo, puede hacer inservible la pieza.

El control se realizará mediante termómetros de contacto o pirómetros de radiación (con un campo de medida ajustado a nuestro rango de temperaturas), o mediante lápices cromáticos que presentan cambios de color a temperaturas específicas.

Preparación y diseño de los bordes

Se pueden seguir los mismos métodos para la preparación de los bordes especificados para el acero inoxidable. También debemos seguir los consejos en cuanto al acabado y limpieza de los bordes para no contaminar la soldadura.



De igual forma que el acero inoxidable, tampoco se puede cortar el aluminio mediante soplete oxiacetilénico. En este caso, la temperatura proporcionada por la llama es insuficiente para causar la ignición del aluminio en atmósfera de oxígeno puro, por lo que su corte es imposible mediante este método.

El corte láser sufre un detrimento en el grosor que puede cortar. Está capacitado para corte de espesores finos, pero para espesores gruesos es necesaria una potencia que ningún equipo de corte láser tiene.

Esto puede parecer extraño, pues el láser es un corte térmico y el aluminio tiene un punto de fusión muy por debajo del acero. Sucede que el incremento térmico del aluminio en el punto enfocado con el láser, alcanza rápidamente la temperatura de fusión del aluminio, entonces una pequeña gota en estado fundido funciona como un pequeño espejo y por lo tanto, el haz laser se refleja, haciendo que el calor que aporta el haz se pierda imposibilitando el corte.

Las características técnicas de la soldadura de aluminio, como la rápida fusión del electrodo o la fuerte dilatación, hacen que el diseño de la junta esté vinculado al espesor del material y, a su vez, para conseguir los mejores resultados, se debe escoger el electrodo de mayor diámetro posible para no realizar soldaduras multipasada.

A continuación puedes usar la siguiente tabla, donde se recogen todos estos datos. Puedes usarla de manera orientativa:

ESPESOR DEL MATERIAL,

MILÍMETROS

PREPARACIÓN DE

LA JUNTA

DIÁMETRO DEL ALMA DEL

ELECTRODO,

MILIMETROS

RANGO DE

INTENSIDAD, AMPERIOS

3

Bordes rectos, junta a tope, 2 mm separación.

3,25

80 a 110

4

Bordes rectos, junta a tope, 3 mm separación.

4,0

100 a 150

5 a 6

Bordes rectos, junta a tope 3 o 4 mm de

separación.

5,0

130 a 180

7 a 8

Bordes biselados, junta en V a 90°.

5,0

140 a 200

Figura 9.9. Relación de características técnica s para el diseño de la junta de soldadura

Soldadura de las fundiciones5 9.3.Hasta ahora, hemos visto diferentes tipos de materiales: aceros al carbono, aceros inoxidables, aluminios, etc. Los productores de estos materiales proveen de preformas 5 Fabricación de Hierro, Aceros y Fundiciones. José Apraiz Barreiro. 1964.



(principalmente chapas, perfiles y barrones) para que mediante distintos procesos tecnológicos, especialmente el corte y la soldadura además de muchas otras formas como el plegado, el curvado o el mecanizado, se obtengan los productos finales.

La posibilidad de poder generar distintos productos está asociada a que dichos materiales puedan ser unidos mediante soldaduras, por lo que su producción se realiza atendiendo a la propia soldabilidad del material en casi todos los casos.

Éste no es el caso de las fundiciones. Los productos fabricados con fundición de acero se obtienen colando el metal fundido en un molde de metal o arena, donde el material adopta su forma. Posteriormente se enfría y solidifica, extrayéndose del molde con la forma final. Suelen terminarse con algún otro tipo de proceso tecnológico, especialmente el mecanizado (de esta forma se logra la precisión requerida en algunas partes de la pieza) y posterior pintado.

De esto podemos deducir que la soldadura de fundiciones es un proceso poco habitual y nunca se producen piezas de fundición mediante procesos de soldadura.

La soldadura de fundiciones es compleja y queda reservada en la totalidad de los casos a reparaciones, bien sea por rotura de la pieza o por desgaste.

9.3.1. Propiedades de las fundiciones

Las fundiciones son productos a base de hierro y carbono, con un contenido de carbono muy superior al de los aceros (el carbono se encuentra entre el 2 y el 6,67%). Se incluyen otros elementos en la aleación para dotarlas de diferentes propiedades, principalmente silicio (su contenido será siempre menor al 4,5%) y manganeso (contenido inferior al 1,5%). Además suelen formar parte de la aleación pequeños porcentajes de azufre y fósforo que están presentes como impurezas.

En estado fundido presentan muy buena fluidez, por lo que se pueden formar piezas de geometría compleja, tanto en tamaños grandes como en pequeños, ya que adoptan la forma del molde con mucha facilidad. Gracias a esta propiedad las fundiciones gozan de gran aplicación tecnológica y se desarrollan multitud de piezas mediante fundición.

También tienen otras propiedades que las hace muy apropiadas para distintas aplicaciones, tales como: presentar un alto poder de amortiguación de vibraciones, muy buena resistencia a la compresión, gran facilidad de mecanización y buena resistencia al desgaste y a la corrosión.

Estas propiedades son debidas a la presencia de carbono en forma de grafito, aunque su presencia también produce otros efectos indeseados, principalmente la débil tenacidad y resistencia a la tracción (aunque en algunos casos se logran resistencias muy elevadas hasta 120Kg/mm2, mientras que los aceros de construcción rara vez superan los 60



Kg/mm2), además no se pueden deformar plásticamente ni en frío ni en caliente. Todos estos efectos están causados porque el grafito actúa como nucleador de grietas, facilitando la rotura del material.

9.3.2. Clasificación de las fundiciones

Históricamente, las fundiciones se clasificaban atendiendo al color que presentaban en su fractura. Únicamente se distinguían dos tipos de fundiciones: fundición blanca y fundición gris.

Actualmente se han desarrollado nuevas fundiciones y, gracias a las técnicas metalográficas (técnicas de observación microscópica de metales), se puede hacer una clasificación más precisa y detallada. Existen seis tipos de fundiciones:

• Fundición blanca.

• Fundición gris.

• Fundición maleable.

• Fundición nodular o de grafito esferoidal.

• Fundiciones de grafito compacto

• Fundiciones aleadas o especiales.

9.3.2.1. Fundición blanca

Reciben este nombre a causa del color que presentan en la fractura, presentando una estructura de grano fino y color blanco plateado.

Es la única fundición en la que el carbono no forma grafito, por esto son aparentemente blancas, en comparación con el resto de fundiciones. El carbono está presente en forma de cementita (carbono combinado con hierro, Fe3C). Esto se logra sometiendo a la fundición a un enfriamiento rápido.



Este tipo de fundiciones son duras y frágiles, con poca tenacidad, tienen elevada resistencia a la compresión y mantienen su dureza hasta temperaturas elevadas. Se trabajan difícilmente por mecanización, por lo que se deben trabajar con herramientas especiales, de gran resistencia al desgaste.

No tienen mucha aplicación industrial, aunque debido a su gran resistencia al desgaste son muy útiles para elementos de máquinas que están sometidos a una fuerte abrasión, tales como cilindros de laminar, ruedas de molino o matrices de embutición.

Se produce cierta cantidad de fundición blanca ya que es la materia prima para la obtención de fundiciones maleables, aunque están siendo desplazadas de su uso por las fundiciones de grafito esferoidal o nodular.

Es un tipo de fundición que puede soldarse, aunque la soldadura presenta unas características muy bajas, debido a que la temperatura producida por el soldeo descompone la cementita y el carbono liberado se agrupa formando grafito, cambiando las propiedades mecánicas en la zona afectada por el calor.

9.3.2.2. Fundición gris

También esta fundición recibe su nombre a causa del aspecto que presenta su fractura, aparentando una superficie porosa y de color gris oscuro.

La fundición gris se obtiene cuando existe un alto contenido en silicio en la aleación (entre 1 y 3%) y se produce con un enfriamiento lento. Una fundición con contenido similar de silicio y carbono, sometida a un enfriamiento rápido, acabaría siendo una fundición blanca.

El silicio actúa como elemento grafitizante, es decir que, junto con un enfriamiento lento, consigue que el carbono se agrupe formando láminas de grafito, proporcionando las características propias de este tipo de fundición.

Son frágiles y de débil resistencia mecánica (aunque se pueden mejorar aplicando tratamientos térmicos), aunque por otra parte presentan un fácil mecanizado (causado por las discontinuidades que crean las láminas de grafito, que también lubrican el corte) y muy buena colabilidad (facilidad para obtener piezas moldeadas de geometrías complejas). También presentan muy buenas propiedades anticorrosivas y gran capacidad de amortiguación de vibraciones.

A causa de estas propiedades, las fundiciones grises son ampliamente usadas en multitud de aplicaciones, tales como: bancadas de máquinas y motores, bloques de cilindros, culatas y carters, bañeras, estufas, etc. Otra de sus ventajas es que son las fundiciones más económicas.



Las fundiciones grises presentan buena soldabilidad, siempre que se realicen las soldaduras con pre y/o postcalentamientos. El objetivo es aliviar las tensiones térmicas y que el enfriamiento sea lo suficientemente lento como para no producir fundición blanca en la zona afectada por el calor de la soldadura. También deberemos de evaluar si la fundición ha sido endurecida, ya que el ciclo térmico del soldeo puede cambiar las propiedades del metal.

9.3.2.3. Fundición maleable

Con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias (fundición blanca y fundición gris), se buscaron métodos para mejorar dichas propiedades, mediante cambio en la composición química o mediante tratamientos térmicos.

Las primeras fundiciones desarrolladas con este objetivo fueron las fundiciones maleables. Se consiguen sometiendo a una fundición blanca a un tratamiento térmico conocido como maleabilización, en la que se calienta la pieza a temperaturas entre 800 y 1000ºC y se mantiene con esta temperatura durante mucho tiempo (hasta 20 horas). Después del mantenimiento en el horno, sigue un enfriamiento muy lento, que puede durar varios días.

Con esto se consigue que el carbono combinado en forma de cementita se descomponga y se agrupe formando grafito, adoptando una forma semejante a la de un nódulo explosionado. Las propiedades características de la fundición se mantienen y se mejoran las propiedades mecánicas, especialmente la resistencia al impacto.

Actualmente están cayendo en desuso, siendo sustituidas por las fundiciones de grafito esferoidal, debido a que presentan mejores propiedades y son más económicas.

9.3.2.4. Fundición nodular o de grafito esferoidal

La fundición de grafito esferoidal o nodular es similar a la fundición gris en cuanto a composición. La diferencia entre ellas es que el grafito forma pequeñas esferas o nódulos en lugar de láminas. Esto se consigue mediante la adición de cerio y/o magnesio.

Gracias a que las láminas de grafito ya no actúan como concentrador de tensiones, las fundiciones nodulares presentan una resistencia mecánica muy superior a la de las fundiciones grises, junto con una buena ductilidad.

Las características mecánicas de este tipo de fundiciones son muy similares a las de los aceros. Por este motivo su producción ha sufrido un gran aumento en los últimos años.



Las fundiciones de grafito esferoidal son comúnmente modificadas mediante tratamiento térmico para mejorar sus propiedades mecánicas, por lo que debemos prestar atención al resultado obtenido después de la soldadura, ya que el calor generado afecta a los tratamientos térmicos. No obstante, se consideran fundiciones con una buena soldabilidad, con unas características similares a las fundiciones grises.

9.3.2.5. Fundiciones de grafito compacto

Podemos decir que la fundición de grafito compacto es una fundición en la que el carbono se encuentra en forma de grafito con una morfología intermedia entre la formada por la fundición laminar y la nodular. Esto se logra añadiendo a la fundición agentes esferoidantes (cerio o magnesio) y también antiesferoidantes (titanio).

Presenta, por tanto, unas propiedades mecánicas intermedias entre las fundiciones grises y las nodulares.

Las ventajas sobre las fundiciones grises son:

• Mayor resistencia a la tracción con el mismo carbono

• Mucha mayor ductilidad y tenacidad.

• Menor oxidación.

Las ventajas sobre las fundiciones nodulares son:

• Mayor conductividad térmica.

• Mayor capacidad de absorber vibraciones.

• Mejor maquinabilidad.

• Mejor colabilidad.

Presentan una soldabilidad semejante a las fundiciones grises y, en nuestro beneficio, rara vez son tratadas mediante tratamientos térmicos.



9.3.2.6. Fundiciones aleadas o especiales

Pertenecen a este grupo de fundiciones aquellas que presentan gran cantidad de elementos de aleación en su composición química. Por esto, presentan grandes cambios en sus propiedades.

Los elementos más utilizados para alear son Mn, P, S, Si, Ni, Cr, Mo y Cu. También se usan proporciones elevadas (entre el 14 y el 17%) de silicio para favorecer la grafitización.

Según las propiedades logradas mediante los elementos de aleación, se agrupan de la siguiente manera:

• Fundiciones especiales de alta dureza y resistencia a la abrasión.

• Fundiciones especiales de alta resistencia a la temperatura.

• Fundiciones de alta resistencia a la corrosión.

La soldadura de este tipo de fundiciones suele ser compleja. Es recomendable contar con información al respecto por parte del fabricante; si no se cuenta con información al respecto, se desaconseja totalmente su soldadura.

9.3.3. Técnica de la soldadura de fundiciones

Si se sigue la técnica adecuada se puede soldar con éxito cualquier tipo de fundición. En muchas ocasiones se ha considerado que algunas fundiciones no son soldables. Esto es debido a que las condiciones bajo las que se debe realizar el soldeo son difíciles de lograr. Un claro ejemplo lo tenemos en la soldadura de las fundiciones blancas, en las que la temperatura del soldeo hace descomponerse el carbono que se encuentra formando carburo de hierro (cementita) y durante el enfriamiento el carbono forma otros compuestos cambiando las propiedades de la pieza. También es muy común el efecto contrario en las fundiciones grises, cuando el enfriamiento de la soldadura es excesivamente rápido, el carbono no dispone del tiempo suficiente para agruparse formando láminas y se produce fundición blanca.

Todas las fundiciones requieren de unas condiciones de soldadura particulares, especialmente aquellas que hayan sufrido algún tipo de tratamiento térmico después de su moldeo, o bien para su proceso productivo se controlen las velocidades de enfriamiento.

A lo largo de este punto estudiaremos las técnicas que permiten desarrollar la soldadura de fundiciones con éxito.



9.3.3.1. Preparación de las piezas

Para proceder de manera correcta con la soldadura de piezas de fundición, debemos iniciar la soldadura con la preparación correcta de dichas piezas. Como en la soldadura de otros materiales, la preparación consiste en garantizar la limpieza de la unión y que los bordes tengan la forma adecuada para el espesor de la pieza.

La junta de soldadura y las zonas adyacentes deben estar libres de pintura, grasa, aceites, restos de adhesivos, polvo suciedad u otro agente contaminante, como en todas las soldaduras. Además, en la soldadura de piezas de fundición se deben esmerilar los bordes de la junta a soldar y su proximidad para eliminar la capa superficial conocida como costra de fundición.

Esta costra está causada por el contacto directo entre la fundición y el molde de arena, contaminando el material superficialmente (contaminación inferior a 1 mm de profundidad). Si no se elimina convenientemente, puede interferir en la correcta fusión de los bordes, también puede contaminar el cordón de soldadura por las impurezas que contiene.

Los bordes deben estar preparados con la forma apropiada para que la unión soldada tenga la resistencia requerida. El tipo de preparación de los bordes está condicionado por el espesor de la pieza (Fig. 9.10):

• Para piezas con espesores hasta 4 ó 5 mm no es necesario achaflanar los bordes (aunque debe eliminarse correctamente la costra de fundición).

• Piezas con espesores entre 5 y 10 mm, se deben preparar los bordes en

V a 60°, dejando un talón de 1,5 mm.

• Para espesores superiores a 10 mm es conveniente la preparación de los bordes en X a 60°, con un talón comprendido entre 1,5 a 2,5 mm.

• La separación entre los bordes será proporcional al diámetro y tipo de electrodo (a mayor diámetro mayor separación de los bordes). También deberemos de ajustar dicha separación según los resultados de la penetración de la soldadura (una penetración insuficiente puede corregirse separando los bordes a más distancia).



Figura 9.1 O. Preparación de los bordes de piezas de fundició n.

9.3.3.2. Soldadura en frío o soldadura en caliente

Según a la temperatura que se encuentra la pieza en el comienzo de la soldadura, se pueden distinguir dos técnicas para la soldadura de fundiciones:

• Soldadura en frío: es la soldadura que se realiza cuando las piezas se encuentran a la temperatura ambiente.

• Soldadura en caliente: es la soldadura que se realiza con las piezas sometidas a precalentamiento.

Mediante la soldadura en caliente se obtienen las mejores calidades, por lo que se debe considerar la soldadura en frío como un método auxiliar, que sólo debe usarse en los casos en los que la soldadura en caliente no sea factible.

Sucede que las tensiones térmicas originadas durante el soldeo (dilatación- contracción), junto con el efecto nucleador de grietas que produce el grafito, hacen que la fundición se agriete fácilmente, produciendo un material quebradizo después del soldeo.



Gracias al precalentamiento y postcalentamiento estos efectos se aminoran proporcionando soldaduras de calidad.

El factor más importante que debemos considerar al soldar fundiciones es la temperatura que alcanzará la pieza durante el soldeo y su velocidad de enfriamiento posterior. Si la temperatura que alcanza la zona adyacente a la soldadura sobrepasa los 721ºC, el carbono combinado con el hierro conocido como cementita (Fe3C) se disolverá y con el enfriamiento brusco, dicha zona quedará con una estructura dura y frágil (por la formación de martensita).

Por esta razón es de suma importancia un enfriamiento lento, que permita que el carbono disuelto en el hierro (austenita) se transforme en carbono libre, ferrita y perlita, las cuales constituyen estructuras más tenaces o con menor tendencia al agrietamiento.

Método de la soldadura en caliente de fundiciones

Para ejecutar la soldadura en caliente correctamente recomendamos seguir las siguientes instrucciones:

• Precalentar la pieza en un horno o mediante soplete a temperatura entre 350ºC y 450ºC.

• Soldar rápidamente, manteniendo como mínima la temperatura de precalentamiento entre las pasadas, calentando con soplete cuando sea necesario. Se deben usar pirómetros o lápices térmicos para controlar la temperatura.

• Soldar con cordones continuos, sin necesidad de martillear.

• Enfriar lentamente en el mismo horno o cubriendo la soldadura con cal, ceniza, fibra de vidrio, etc., para obtener un enfriamiento uniforme y aliviar tensiones. También se puede enfriar lentamente con ayuda del soplete.

Método de la soldadura en frío de fundiciones

Para ejecutar la soldadura en frío correctamente recomendamos seguir las siguientes instrucciones:

• Siempre que sea posible soldar en posición plana. Soldar en caliente fuera de posición plana resulta difícil o imposible debido a que el material fluye



excesivamente. Sin embargo, la soldadura en frío permite la soldadura en todas las posiciones, aunque se recomienda, siempre que sea posible, la soldadura en posición plana.

• Usar el menor diámetro posible de electrodo, con la menor intensidad de corriente que permita un arco estable.

• Soldar con cordones cortos, sin movimiento oscilatorio, con el objetivo de no calentar mucho el material.

• Realizar cordones alternados o de paso de peregrino.

• Martillear cada cordón inmediatamente después de realizado para aliviar tensiones. El martilleado hace que el material del depósito se expanda por efecto del golpe, oponiéndose a los efectos de la contracción por el enfriamiento, minimizando sus efectos (Fig. 9.11).

Figura 9.11. Martilleado del cordón para aliviar tensiones térmicas .

• Controlar la temperatura entre pasadas, utilizando pirómetros o lápices térmicos de manera que la temperatura esté por debajo de 200ºC antes de depositar el siguiente cordón. También puede usarse la mano para controlar el calentamiento de la pieza, si la mano puede tocarla sin quemarse puede continuarse con la soldadura (no tocar el cordón pues está muy caliente y puede quemarnos, tocaremos en las zonas adyacentes al cordón, separadas entre 5 y 10cm).

• Cuando se trate de fisuras, soldar lo último los taladros (ver punto 9.3.4.3.2).



• Aplicar el último cordón de soldadura al centro de la unión, persiguiendo que el metal de aporte del último cordón no entre en contacto con la pieza. De esta forma se consigue un efecto térmico conocido como recocido.

• Procurar enfriamiento lento, cubriendo la pieza con cal seca, ceniza, fibra de vidrio, etc.

9.3.3.3. Métodos especiales de soldadura de fundiciones

La soldadura de fundiciones es un tipo de soldadura muy particular y poco común. En consecuencia, se han desarrollado técnicas de soldeo especiales para solucionar de la mejor forma posible estas situaciones.

En este punto veremos las técnicas especiales de soldadura de fundiciones de uso más extendido.

Soldadura con ayuda de pernos

Siempre que desconozcamos la soldabilidad de la fundición debemos probar la resistencia de la unión soldada (este problema se dará en pocas situaciones, ya que la producción actual de fundiciones consta del 9O% de fundición gris y ésta presenta buena soldabilidad).

Se puede realizar una prueba sencilla para evaluar la resistencia de la unión. Para esto debemos realizar un cordón recto, de unos 25 mm de longitud, con el electrodo y el material base que queramos evaluar. Una vez enfriada la soldadura golpearlo mediante martillo y cincel. Si el cordón no se separa o se separa con un trozo de metal base, consideraremos la unión como apta. Si el cordón de electrodo se desprende, la pieza no es soldable.

Si la pieza no es soldable, sería recomendable probar con otro tipo de electrodo.

En el caso de que no podamos realizar ningún cambio y el material no presente una buena soldabilidad o bien queramos proporcionar a la soldadura una resistencia adicional, podemos realizar una soldadura con ayuda de pernos.

La soldadura con ayuda de pernos es recomendable cuando el espesor de la pieza es mayor a 35 mm o cuando la pieza está sometida a grandes esfuerzos. Sin embargo, no es recomendable su uso en piezas con espesores inferiores a 3O mm, debido a que se debilita la pieza por la acción del taladro de los pernos.

La técnica a seguir para realizar este tipo de soldadura es la siguiente:

• Achaflanar los bordes de la unión.



• Taladrar y roscar agujeros con una profundidad entre 6 y 1O mm de diámetro, con orientación perpendicular a las superficies de los bordes achaflanados de las piezas. La distancia entre los centros de las roscas debe estar comprendida entre 3 y 6 veces el diámetro de los pernos (Fig. 9.12).

• Introducir los pernos en los agujeros roscados. Estos pernos deben tener una longitud de 1O a 15 mm y una vez alojados a los correspondientes agujeros, deben sobresalir entre 5 y 1O mm.

• Depositar cordones alrededor de cada perno para unirlos a la pieza de fundición. Limpiar la escoria y depositar cordones hasta rellenar la junta convenientemente.

Figura 9.12. Posición de los taladros en soldadur a con ayuda de pernos.

Soldadura de grietas

La aparición de grietas en las piezas de fundición es una avería muy común. Está causada por las fuertes solicitaciones mecánicas y vibraciones a las que están sometidas las piezas.

Si la grieta no se detecta con suficiente rapidez y no se repara adecuadamente, puede propagarse y producir la rotura total de la pieza.

Para reparar la pieza obteniendo los mejores resultados recomendamos seguir la siguiente técnica:

• Detectar la longitud de la grieta de manera precisa. El método más exhaustivo de detección de grietas se logra mediante el ensayo de líquidos penetrantes. Puede hacerse el ensayo con benceno y tiza cuando no tengamos líquidos penetrantes.



• Una vez determinada la longitud de la grieta, hacer dos taladros de 3 mm de diámetro, situados a unos 3 mm de los extremos de la grieta (Fig. 9.13). De esta forma se evita que la grieta siga propagándose. Aunque la pieza no se encuentre en funcionamiento, las tensiones térmicas originadas por el soldeo pueden propagar la grieta.

Figura 9.13. Taladrado de pieza agrietada .

• Limpiar los bordes de óxidos, pinturas, aceites, costra de fundición, etc.

• Preparar los bordes de la grieta en forma de V. Para piezas de espesor mayor a 5 mm, preparar los bordes con una profundidad de entre 3 y 5 mm. Para piezas de espesor menor a 5 mm, la profundidad de los bordes debe ser inferior a la mitad del espesor de la pieza.

• Para ejecutar el soldeo debemos seguir la siguiente secuencia:

o Comenzar con una posición adelantada a unos 10 mm de uno de los extremos y soldar en dirección del agujero taladrado. Cuando se alcance el agujero, rellenarlo y seguir soldando hasta que se rebase ligeramente, deteniendo la soldadura a poca distancia del agujero.

o Repetir el mismo proceso desde el extremo opuesto.

o Una vez soldadas las puntas de la grieta, completar la soldadura de la grieta con pequeños cordones alternados entre un extremo y el opuesto. Los cordones serán de longitud entre 25 y 40mm para piezas de espesor inferior a 5mm y de entre 50 y 75 mm para piezas de mayor espesor (Fig. 9.14).



Figura 9.14. Secuencia de cordones para la soldadura de grietas.

Soldadura sin fusión

Para aquellas soldaduras en las que la fundición sea especialmente sensible a los efectos térmicos, se han desarrollado electrodos que permiten la soldadura sin fusión del metal base, reduciendo el calor aportado considerablemente.

Esto es posible gracias a que los electrodos tienen un punto de fusión relativamente bajo y que la aleación del metal aportado permite la soldadura de los materiales sin que el metal base forme parte del baño de fusión, produciéndose la unión entre metales por un fenómeno químico conocido como difusión.

• Técnica de soldeo para la soldadura sin fusión:

Para obtener los mejores resultados con este tipo de soldadura, recomendamos seguir las siguientes pautas:

o Los bordes de soldadura deben estar preparados con chaflanes muy abiertos (más de 100°).

o La superficie debe estar perfectamente limpia y libre de costra de fundición.

o Se debe precalentar la pieza a una temperatura entre 150 y 225°C.

o Usar la menor intensidad de corriente posible.

o Trabajar con velocidades de deposición rápidas.



o Realizar cordones rectos, con poca agitación en el baño.

o Cubrir la soldadura con cualquier aislante para producir un enfriamiento lento.



� Resumen

• Los aceros inoxidables son una aleación de hierro y carbono como todos los aceros, además, para que sean considerados como inoxidables deben contener como mínimo un 11% de cromo, elemento químico que le proporciona sus propiedades antioxidantes por efecto de la película de pasivación.

Según la microestructura del acero, distinguimos varios tipos de inoxidables: martensíticos, ferríticos, austeníticos, dúplex austenítico-ferrítico y endurecibles por precipitación de matriz martensítica, semiaustenítica o austenítica.

La corrosión en los aceros inoxidables suele estar asociada a la alteración de la película de pasivación. Los métodos de corrosión localizada del acero inoxidable son: por picado, por rendijas, intergranular, bajo tensión, galvánica y por contacto. Durante el soldeo debemos tener la precaución de no afectar negativamente la función de la película de pasivación, no originar ningún posible foco de los distintos métodos de corrosión ni producir alteraciones termoquímicas que cambien las propiedades del metal base.

El comportamiento de los aceros inoxidables durante la soldadura ha sido estudiado mediante la comparación de las propiedades físicas de los inoxidables austeníticos y las del acero al carbono, las diferencias más importantes son el punto de fusión, la respuesta magnética, la conductividad térmica, la dilatación y la viscosidad en la fase líquida.

Los aceros inoxidables austeníticos tienen buen comportamiento frente a los cambios térmicos y mecánicos, por lo que no es necesario realizar tratamientos térmicos, precalentamientos o mantenimientos de temperatura entre pasadas durante la soldadura. Puede suceder que por razones químicas o mecánicas (tensiones residuales) se tenga que aplicar algún tipo de tratamiento térmico como el distensionado.

En cuanto a la preparación de los bordes del acero inoxidable, se pueden seguir los mismos métodos que para los del acero ordinario, a excepción del oxicorte cuyo uso está desaconsejado debido a la alta concentración de óxidos contaminantes. Igualmente, hay que prestar especial atención a la contaminación por hierro.

Las diferencias geométricas en el diseño de los bordes están causadas por el efecto del baño de fusión, ya que el del acero inoxidable es menos fluido que el del acero ordinario, por lo que se realizan chaflanes y separaciones de raíz más amplios.



Durante la manipulación y almacenamiento del acero inoxidable se puede dañar la película de pasivación, bien por agresión mecánica o bien por presencia de sustancias contaminantes, las cuales hay que eliminar.

Se debe llevar a cabo una limpieza exhaustiva de las piezas, de la película de pasivación, antes y después de la soldadura, mediante métodos mecánicos o con agentes químicos.

• El aluminio es un metal ligero, que tiene muy buena conductividad eléctrica y térmica, excelentes propiedades tecnológicas, así como buena colabilidad y maquinabilidad. Es muy maleable y dúctil. También es muy reactivo, por lo que en presencia de oxígeno se oxida formando una película que lo protege de la corrosión denominada alúmina.

La corrosión en el aluminio no es tan importante como en el acero inoxidable debido a que se utiliza por su baja densidad o por sus propiedades tecnológicas. Aunque hay que tenerla en cuenta, ya que una corrosión avanzada puede comprometer la resistencia mecánica del aluminio.

Se clasifica según: su composición química, su pureza, el tipo de elaboración o forma de suministro en materiales para laminación y forja o para fundición, y según la capacidad de endurecimiento.

El aluminio y sus aleaciones son soldables mediante los procesos de soldadura por fusión. Se recomienda la soldadura de aluminio con electrodo revestido para la reparación de piezas de fundición. Se producen variaciones metalúrgicas y cambios en los componentes de la aleación por efecto del calor, afectando a la resistencia mecánica y a la aparición de grietas irreparables. Se diferencia entre soldables y no soldables por el contenido de aleantes y por cómo han sido trabajados.

El comportamiento del aluminio durante la soldadura se ha estudiado mediante la comparación de sus propiedades físicas con las del acero al carbono, las diferencias más importantes son el punto de fusión, la respuesta magnética, la conductividad térmica, la dilatación y el monocromatismo.

La técnica de soldadura del aluminio tiene una serie de limitaciones que se deben tener presentes a la hora de llevarla a cabo. También hay que tener en cuenta una serie de factores durante la preparación de la soldadura tales como: la influencia del óxido de alúmina sobre la soldadura, la limpieza previa al soldeo, el punteado, el precalentamiento y la preparación y el diseño de los bordes.

• La soldadura de fundiciones es un proceso poco habitual y complejo. Se utiliza para reparaciones, ya sea por rotura de la pieza o por desgaste.



Las fundiciones están formadas por hierro, carbono, silicio, manganeso y también en pequeños porcentajes por azufre y fósforo en forma de impurezas. El carbono en forma de grafito le proporciona una serie de propiedades, pero también produce efectos indeseados. Existen seis tipos de fundiciones: blanca, gris, maleable, nodular o de grafito esferoidal, de grafito compacto y fundiciones aleadas o especiales.

La preparación de las piezas consiste en garantizar la limpieza de la unión, eliminando la costra de fundición, y en que los bordes de la junta a soldar tengan la forma adecuada para el espesor de la pieza.

Existen dos métodos para realizar la soldadura de fundiciones dependiendo de la temperatura a la que se encuentra la pieza al comienzo del soldeo, se distingue entre soldadura en frío cuando las piezas se encuentran a temperatura ambiente y soldadura en caliente cuando las piezas se someten a un precalentamiento.

Como la soldadura de fundiciones es muy particular y poco común, se han desarrollado una serie de técnicas de soldeo especiales, las más conocidas son: la soldadura con ayuda de pernos, la soldadura de grietas y la soldadura sin fusión.

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