Problemas en la soldadura de metales diferentes

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Problemas en la soldadura de metales diferentes. Existen algunos problemas inherentes a la soldadura de metales diferentes que dificultan su desarrollo. Por ejemplo, la composición y las propiedades de la zona de unión entre los metales diferentes son un problema. La mayoría de las roturas en las estructuras soldadas con metales diferentes ocurren en dicha zona de unión. Debido a las diferencias en las características de cristalización de las uniones en las zonas cercanas a la zona de unión, es fácil que se forme una capa de transición con propiedades deficientes y composición variable. Además, debido a la exposición prolongada a altas temperaturas, la capa de difusión en esta zona se ampliará, lo que a su vez aumentará aún más la heterogeneidad del metal. Además, al soldar metales diferentes, o después del proceso de soldadura y tras someterlos a tratamientos térmicos o a operaciones a altas temperaturas, se observa con frecuencia que el carbono presente en el lado del metal de baja aleación “migra” a través de los bordes de la unión hacia el área del metal de alta aleación. Esto provoca la formación de capas de descarbonización en el lado del material base de baja aleación, y de capas de carbonatación en el lado del área de soldadura de alta aleación. Las barreras y obstáculos que impiden el uso y desarrollo de estructuras hechas de metales diferentes se manifiestan principalmente en los siguientes aspectos: 1. A temperatura ambiente, las propiedades mecánicas de las zonas de unión entre metales diferentes (como la resistencia a la tracción, al impacto y a la flexión) suelen ser superiores a las del material base sobre el cual se realiza la soldadura. Sin embargo, a altas temperaturas o después de un funcionamiento prolongado a dichas temperaturas, las propiedades de las zonas de unión son inferiores a las del material base. 2. Entre la soldadura de óxido y el material base de tipo perlítico existe una zona de transición al martensita. Esta zona tiene una tenacidad reducida; se trata de una capa frágil y de alta dureza. Es también la zona más vulnerable que puede causar la destrucción de las estructuras soldadas. Esto disminuye la fiabilidad del uso de dichas estructuras. 3. El tratamiento térmico posterior a la soldadura, o el funcionamiento a altas temperaturas, puede causar la migración del carbono, lo que a su vez genera capas de enriquecimiento en carbono y capas de empobrecimiento en carbono a cada lado de la línea de unión. Se considera en general que la capa de descarbonización, debido a la disminución del carbono, provoca cambios significativos en la estructura y las propiedades de esa zona (generalmente un empeoramiento), lo que hace que dicha zona sea propensa a sufrir fallos prematuros durante su funcionamiento. En muchas tuberías de alta temperatura en servicio o en fase de pruebas, los puntos de fallo se concentran en la capa de descarburación. 4. La degradación está relacionada con condiciones como el tiempo, la temperatura y las tensiones alternas. 5. El tratamiento térmico posterior a la soldadura no puede eliminar la distribución de las tensiones residuales en la zona de unión. 6. Desigualdad en la composición química. Al soldar metales diferentes, debido a las diferencias significativas en los componentes químicos del metal de los lados de la soldadura y del propio material de soldadura, tanto el material base como el material de soldadura se derriten y se mezclan entre sí. El grado de homogeneización de esta mezcla varía según el proceso de soldadura. Además, en diferentes partes de la unión soldada, el grado de homogeneización también difiere mucho, lo que provoca una falta de uniformidad en los componentes químicos de la unión soldada. 7. Desigualdad en la estructura microestructural. Debido a la discontinuidad en la composición química de las uniones soldadas, tras someterse a ciclos térmicos de soldadura, se forman estructuras diferentes en las distintas zonas de la unión soldada; con frecuencia, en algunas zonas se desarrollan estructuras extremadamente complejas. 8. Descontinuidad en el rendimiento. Las diferencias en la composición química y en la estructura microestructural de las uniones soldadas generan diferencias en sus propiedades mecánicas. Existen grandes diferencias en la resistencia, dureza, plasticidad, tenacidad, propiedades de impacto, fluencia a altas temperaturas y resistencia a la fatiga en las distintas zonas de la unión soldada. Esta marcada heterogeneidad hace que las diferentes zonas de la unión soldada presenten comportamientos muy distintos bajo las mismas condiciones; surgen zonas debilitadas y zonas reforzadas. Especialmente en condiciones de alta temperatura, las uniones soldadas entre metales diferentes suelen sufrir fallos prematuros durante su vida útil. II. Características de la soldadura de metales diferentes con diferentes métodos de soldadura. La mayoría de los métodos de soldadura pueden utilizarse para unir metales diferentes. Sin embargo, al elegir el método de soldadura y establecer las medidas técnicas necesarias, es necesario tener en cuenta las características propias de la soldadura de metales diferentes. Dependiendo de los requisitos del material base y de la unión soldada, los métodos de soldadura por fusión, soldadura por presión y otros métodos de soldadura se utilizan en la soldadura de metales diferentes. Sin embargo, cada uno de ellos tiene sus ventajas y desventajas. 1. Soldadura por fusión: El método de soldadura por fusión es el más utilizado en la unión de metales diferentes. Los métodos comunes de soldadura por fusión incluyen la soldadura por arco con electrodo, la soldadura subterránea, la soldadura por arco con protección gaseosa, la soldadura con escoria eléctrica, la soldadura por arco de plasma, la soldadura por haz de electrones y la soldadura láser. Para reducir la dilución, disminuir la relación de fusión o controlar la cantidad de material metálico que se funde, por lo general se pueden utilizar métodos como la soldadura por haz de electrones, la soldadura láser o la soldadura por arco de plasma, los cuales cuentan con una alta densidad de energía del fuente de calor. Para reducir la profundidad de soldadura, se pueden emplear medidas técnicas como el arco indirecto, el alambre de soldadura que se mueve, los electrodos en forma de banda y el uso de alambres de soldadura que no están conectados a la corriente eléctrica. Pero, de cualquier manera, siempre que se trate de soldadura por fusión, parte del material base se funde y se mezcla con la soldadura, lo que provoca una dilución. Además, también se forman compuestos intermetálicos, colectros, entre otros. Para reducir estos efectos negativos, es necesario controlar y acortar el tiempo que el metal permanece en estado líquido o sólido a altas temperaturas. Sin embargo, a pesar de las constantes mejoras y perfeccionamientos en los métodos y procedimientos de soldadura por fusión, sigue siendo difícil resolver todos los problemas que surgen al soldar metales diferentes. Esto se debe a la gran variedad de tipos de metales, a las diversas exigencias en cuanto a sus propiedades, y a las diferentes formas en que pueden unirse. En muchos casos, es necesario recurrir a métodos de soldadura por compresión u otros métodos para solucionar los problemas relacionados con la unión de metales diferentes. 2. Soldadura por presión: La mayoría de los métodos de soldadura por presión consisten en calentar el metal a soldar hasta que alcance un estado plástico, o incluso sin calentarlo, utilizando como principio fundamental la aplicación de una cierta presión. En comparación con la soldadura por fusión, la soldadura por compresión presenta ciertas ventajas al unir metales diferentes. Siempre y cuando la forma de unión lo permita y la calidad de la soldadura sea satisfactoria, utilizar la soldadura por compresión suele ser una opción razonable. Durante el soldado por presión, las superficies de unión entre metales diferentes pueden fundirse o no. Pero, debido a la presión ejercida, incluso si hay metal fundido en las superficies, este será expulsado por la presión (como en el caso del soldado por chispa y el soldado por fricción). Solo en algunos casos se mantiene el metal fundido después del proceso de soldadura por presión (como en el caso del soldado por puntos). La soldadura por presión, al no requerir calentamiento o utilizar temperaturas bajas para el mismo, puede reducir o evitar los efectos negativos de los ciclos térmicos en las propiedades metálicas del material base, evitando así la formación de compuestos intermetálicos frágiles. Algunas formas de soldadura por presión incluso pueden expulsar los compuestos intermetálicos que se han formado desde el interior de la unión. Además, durante la soldadura por prensado tampoco existe el problema de cambios en las propiedades metálicas de la soldadura debido a la dilución. Sin embargo, la mayoría de los métodos de soldadura por presión tienen ciertos requisitos en cuanto al tipo de unión que se utiliza; por ejemplo, en la soldadura por puntos, la soldadura por costura y la soldadura por ultrasonidos es necesario utilizar uniones en solapamiento ； Durante la soldadura por fricción, al menos uno de los piezas debe tener una sección transversal en forma de cuerpo rotativo ； La soldadura por explosión solo es adecuada para conexiones en áreas grandes, etc. Los equipos de soldadura por presión aún no están ampliamente difundidos. Sin duda, todo esto limita el alcance de aplicación de la soldadura por presión. 3. Otros métodos: Además de la soldadura por fusión y la soldadura por presión, existen otros métodos que pueden utilizarse para soldar metales diferentes entre sí. Por ejemplo, la soldadura por brasado es un método de unión entre metales diferentes, donde se utiliza un material de aporte para unirlos. Sin embargo, lo que se discute aquí son métodos de soldadura por brasado más especiales. Existe un método llamado soldadura por fusión —soldadura con brida—, en el cual, en las uniones de metales diferentes, se realiza la soldadura por fusión en el lado del material con punto de fusión más bajo, mientras que en el lado del material con punto de fusión más alto se utiliza la soldadura con brida. Además, por lo general se utiliza como soldador el mismo metal que constituye la matriz de bajo punto de fusión. Por lo tanto, entre el soldador y la matriz de bajo punto de fusión se produce un proceso de soldadura por fusión de metales del mismo tipo, sin que existan dificultades especiales. Entre el soldador y la materia base de alto punto de fusión tiene lugar el proceso de soldadura por soldadura fuerte; la materia base no se funde ni cristaliza, lo que permite evitar muchos problemas relacionados con las propiedades de soldabilidad. No obstante, es necesario que el soldador pueda humedecer adecuadamente la materia base. Otro método se denomina soldadura eutéctica o soldadura por difusión eutéctica. Se trata de calentar las superficies de contacto entre metales diferentes a una temperatura determinada, de modo que los dos metales formen un cristalito de bajo punto de fusión en esa zona de contacto. Este cristalito, al estar a dicha temperatura, se encuentra en estado líquido; en esencia, se trata de un método de soldadura sin la necesidad de usar soldadura adicional. Por supuesto, esto requiere que se forme un cocrusto de bajo punto de fusión entre los dos metales. En la soldadura por difusión de metales diferentes, se añade un material intermedio. Bajo una presión muy baja, este material se calienta hasta fundirse, o bien entra en contacto con los metales que se van a soldar, formando así un cristalito de bajo punto de fusión. La capa líquida que se forma, tras un cierto tiempo de mantenimiento a esa temperatura, permite que todo el material intermedio se difunda en el material base y se homogeneice. De esta manera, se obtiene una unión entre metales diferentes sin que quede material intermedio. En estos métodos, durante el proceso de soldadura se produce una pequeña cantidad de metal líquido. Por lo tanto, también se les conoce como soldadura por transición en fase líquida. Su característica común es que no existe estructura de fundición en la unión. III. Consideraciones para soldar metales diferentes entre sí
1. Se deben tener en cuenta las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los materiales a soldar.
(1) Según el principio de igualdad de resistencia, se debe elegir un electrodo que cumpla con las propiedades mecánicas del material base. O bien, se puede utilizar un electrodo que no tenga la misma resistencia, pero que sea adecuado para la soldadura, teniendo en cuenta la estructura de la unión para satisfacer los requisitos de igualdad de resistencia e igualdad de rigidez. (2) Hacer que los componentes de la aleación sean compatibles o estén cercanos a los del material base. (3) Cuando la materia base contiene altos niveles de impurezas dañinas como el C, el S y el P, se deben utilizar electrodos con buenas propiedades de resistencia a las grietas y a las porosidades. Se recomienda utilizar electrodos de tipo titanato de calcio. Si aún no se puede resolver, se pueden utilizar electrodos de sodio con bajo contenido de hidrógeno. 2. Se deben considerar las condiciones de funcionamiento y el rendimiento del material soldado. (1) Cuando se somete al efecto de cargas dinámicas e impactos, además de garantizar la resistencia, también son necesarias altas propiedades de tenacidad ante impactos y de alargamiento. Por lo tanto, es recomendable utilizar electrodos de tipo bajo en hidrógeno, tipo titanocálcico o tipo óxido de hierro. (2) En los casos en que haya contacto con medios corrosivos, es necesario seleccionar las varillas de acero inoxidable adecuadas, teniendo en cuenta el tipo y concentración del medio, la temperatura de operación, así como si se trata de corrosión general o de corrosión intergranular. (3) Al trabajar en condiciones de desgaste, se debe distinguir si se trata de desgaste normal o por impacto, y si el desgaste ocurre a temperatura ambiente o a altas temperaturas. (4) Al trabajar en condiciones de temperatura extremas, se deben utilizar electrodos que garanticen propiedades mecánicas adecuadas tanto a bajas como a altas temperaturas. 3. Se debe tener en cuenta el grado de complejidad en la forma del conjunto de piezas a soldar, su rigidez, las condiciones en las que se preparan las zonas de soldadura y la ubicación de dichas uniones. (1) En las piezas soldadas de forma compleja o con gran espesor, el metal de la soldadura sufre grandes tensiones de contracción durante el enfriamiento, lo que facilita la aparición de grietas. Por lo tanto, es necesario utilizar electrodos con buenas propiedades resistentes a las grietas, como electrodos de bajo contenido en hidrógeno, electrodos de alta tenacidad o electrodos a base de óxido de hierro. (2) En los componentes soldables que no pueden voltearse debido a restricciones, es necesario utilizar electrodos que permitan la soldadura en todas las posiciones. (3) En las piezas soldadas cuyas zonas de soldadura son difíciles de limpiar, se deben utilizar electrodos ácidos con alto poder oxidante, que no sean sensibles a la escoria ni a las impurezas grasosas, para evitar defectos como los orificios. 4. Tener en cuenta el equipo disponible en el lugar de soldadura. En aquellos lugares donde no hay soldadores de corriente continua, no es adecuado utilizar electrodos que requieran una fuente de corriente continua; en su lugar, se deben utilizar electrodos que funcionen con fuentes de corriente alterna o continua. Algunos aceros (como los aceros resistentes al calor de tipo perlítico) requieren que se eliminen las tensiones térmicas después del soldado, pero cuando las condiciones del equipo (o las limitaciones propias de su estructura) impiden realizar un tratamiento térmico. Se debe utilizar un electrodo de metal distinto al material base (como el acero inoxidable austenítico), lo que evita la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura. 5. Se debe considerar la posibilidad de mejorar los procesos de soldadura y proteger la salud de los trabajadores. En aquellos casos en que tanto las varillas de soldadura ácidas como las alcalinas pueden satisfacer los requisitos, se debe preferir el uso de varillas de soldadura ácidas. 6. Se debe tener en cuenta la productividad laboral y la racionalidad económica. Cuando las prestaciones son similares, es preferible utilizar electrodos ácidos de menor precio, en lugar de electrodos alcalinos. Entre los electrodos ácidos, aquellos con recubrimiento de tipo titanio o titanocalcio son los más caros. Dada la situación de los recursos minerales en nuestro país, sería conveniente promover ampliamente el uso de electrodos con recubrimiento de tipo ferrotitánico.