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Soldabilidad Miguel Ignacio Ruiz Vilasuso La soldabilidad es la aptitud que tiene un metal o aleación para formar uniones soldadas. No obstante, este término denota un grupo extremadamente complejo de propiedades tecnológicas y es también función del proceso. Veamos algunos requerimientos para producir una buena unión y los problemas que pueden aparecer, referidos a soldaduras de cualquier geometría y origen: En el caso de la soldadura por fusión, la temperatura de fusión, el calor específico y el calor latente de fusión determinan la cantidad de calor que es necesario añadir. Una alta conductividad térmica permitirá una mayor rapidez de entrada de calor y un enfriamiento más rápido. La adición insuficiente de calor causa falta de fusión y, en secciones gruesas, penetración incompleta. La entrada de calor excesiva puede originar quemado (agujereado del material). Los contaminantes superficiales, incluyendo óxidos, aceites, suciedad, pintura, provocan falta de enlace o conducen a porosidad por gas. Las reacciones indeseables con contaminantes superficiales o con la atmósfera se evitan sellando la zona de fusión con vacío, atmósfera inerte o escoria. Los gases liberados durante la soldadura pueden producir porosidad, que debilita la unión. Particularmente peligroso es el hidrógeno que se origina de la humedad atmosférica o de un fundente húmedo. Cuando se combina en forma molecular, causa porosidad en las aleaciones de aluminio. En la forma atómica se difunde en las puntas de las grietas y provoca fragilidad por hidrógeno del metal. Las grietas de solidificación aparecen bajo la influencia de esfuerzos en la soldadura cuando un líquido de bajo punto de fusión es expulsado durante la solidificación dendrítica. Las grietas de licuación a lo largo de las fronteras de grano se deben a la segregación de estado sólido de elementos de bajo punto de fusión. La contracción por solidificación junto con la concentración sólida impone esfuerzos internos de tensión en la estructura y pueden originar distorsión y agrietamiento. El problema se puede aliviar con un material que aporte menos aleado y más dúctil que reduzca la fragilidad térmica. Las transformaciones metalúrgicas son de gran importancia, especialmente cuando provocan la formación de fases frágiles como la martensita. Entonces, es esencial precalentar el metal base. El espesor de las partes que se van a unir y el diseño de la unión tienen una gran influencia sobre el calentamiento y enfriamiento, y por tanto sobre la soldabilidad. No se puede generalizar sobre la soldabilidad de los materiales como pudiera hacerse con otras propiedades. Sin embargo se pueden formular algunas directrices. Materiales ferrosos: Aceros al carbono. Se sueldan fácilmente cuanto menor porcentaje de carbono haya; la formación de martensita es un riesgo en los aceros con alto contenido en carbono. La martensita no sólo es dura y frágil, sino que su formación procede con un incremento de volumen que impone esfuerzos adicionales en la estructura. El precalentamiento y, si es posible, el postcalentamiento son necesarios cuando la formación de martensita o bainita son inevitables. Alternativamente, la estructura puede calentarse dentro del rango austenítico, enfriarse por encima de la temperatura Ms y soldarse antes de que comience la transformación. Debe enfriarse rápidamente para obtener una martensita templada. El carbono equivalente de una acero es la medida de su tendencia potencial a figurarse durante la soldadura. El valor del carbono equivalente se calcula aplicando la fórmula que ampara los elementos que componen químicamente el acero con sus ponderados coeficientes de influencia en el agrietamiento durante la soldadura en relación al C. Es una forma de estimar la soldabilidad de los aceros al carbono. Aceros inoxidables. Siempre contienen cromo, que forma una película extremadamente densa de Cr2O3. Se debe evitar su formación. Los aceros austeníticos (que contienen Cr y Ni) son también soldables, aunque los carburos de cromo formados reducen el nivel de cromo total en el acero y éste queda sin protección contra la corrosión. Para evitar esto, el contenido de carbono debe ser muy bajo, o debe estabilizarse el acero (Ti, Mo o Nb agregado para formar carburos estables), o la estructura debe calentarse por encima de los 1000 ºC después de la soldadura y luego enfriarse rápidamente para retener el carbono redisuelto y el cromo en disolución (o utilizar aceros inoxidables con muy bajo contenido en carbono para evitar la formación de carburos). Hierro fundido. La soldabilidad de los hierros fundidos varía en gran medida, pero muchos de ellos se sueldan, especialmente mediante soldadura por arco. Frecuentemente se emplea un metal de aporte al alto níquel para estabilizar el grafito. El precalentamiento y el enfriamiento lento también son útiles. Materiales no ferrosos: Materiales de bajo punto de fusión. El estaño y el plomo se sueldan fácilmente, a condición de que la entrada de calor se mantenga suficientemente baja para evitar el sobrecalentamiento. El zinc es uno de los materiales más difíciles de soldar, porque se oxida fácilmente y también se vaporiza a baja temperatura (906 ºC). Aluminio y magnesio. La mayoría de sus aleaciones se sueldan fácilmente, particularmente con una envolvente de gas inerte. De otra manera, la película de óxido debe ser removida con un fundente poderoso, que a su vez puede requerir eliminarse después de la soldadura para evitar la corrosión. La humedad (H2O) se debe evitar, ya que reacciona y produce un óxido que vuelve frágil la unión al causar porosidad. La alta conductividad térmica y el elevado calor específico, aunque con un bajo punto de fusión de estas aleaciones, requieren de una entrada de calor y de precauciones adecuadas contra el sobrecalentamiento. Debido a las dificultades encontradas con los materiales endurecidos por precipitación, las aleaciones a menudo son tratadas térmicamente después de la soldadura o, si esto no es posible, se utiliza un material de aporte diferente (con frecuencia Al-Si para aleaciones de aluminio). Aleaciones con base de cobre. El cobre desoxidado se suelda de manera sencilla, especialmente si el material de aporte contiene fósforo para proporcionar una desoxidación instantánea. El cobre ETP no se puede soldar en presencia de hidrógeno porque su contenido en oxígeno (en forma de Cu2O) (~0.15%) reacciona con el hidrógeno y con el CO para formar agua y CO2, que hacen frágil la unión. En la soldadura del cobre existe otro problema: el cobre ETP convenientemente tratado tiene el Cu2O en forma de glóbulos que no representan en principio ningún problema en condiciones normales. Sin embargo al soldar esta estructura desaparece al fundirse el cobre ETP, y al solidificar de nuevo la estructura que se obtiene es la del eutéctico Cu2O-Cu que da malas propiedades mecánicas. Los latones se pueden soldar pero las pérdidas de zinc son inevitables; por lo tanto, o el metal de aporte se enriquece en zinc, o se agrega Al o Si para formar un óxido que reduzca la evaporación. Los bronces de aluminio no representan problema, aunque el óxido formado se debe desalojar, igual que con el aluminio puro. Níquel. Este metal y sus aleaciones de solución sólida se sueldan fácilmente. Todas las aleaciones de níquel son muy sensibles incluso a la cantidad más pequeña de azufre, que forma un eutéctico de bajo punto de fusión y provoca agrietamiento por calor. Titanio y zirconio. Las aleaciones también son soldables, pero una atmósfera inerte es esencial para evitar la oxidación; por lo tanto, a menudo se encierran en cámaras de soldadura de atmósfera inerte o se sueldan con un haz de electrones. En la soldadura del titanio el principal defecto suele ser, como en el aluminio, la presencia de porosidad debida a los gases que se forman durante la soldadura, sobre todo hidrógeno. Aleaciones de metal refractario. El W, el Mo y el Nb se pueden soldar, aunque la volatilidad de los óxidos hace obligatorio el uso de técnicas especiales (por ejemplo, soldadura por haz de electrones). BIBLIOGRAFÍA “Procesos de manufactura”, John A. Schey (McGraw Hill) 2001