Consideraciones para Trabajar Acero Inoxidable - Revista Metal ...

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PROCESOS
Foto: www.m2welding.com
Consideraciones para Trabajar
Acero Inoxidable
Parte II: Soldadura
Metal Actual
La producción
mundial de
AI en 2010,
cerró en 30,7
millones de
toneladas.
Los inoxidables
reaccionan de
manera diferente a la
temperatura y si se les
aplica demasiado calor,
se pueden deformar o
sufrir distorsión a medida
que se enfría. Además,
son más delicados que el
acero al carbono por lo
que cualquier error en la
soldadura es evidente.
El siguiente artículo retoma el tema planteado en la anterior
edición de Metal Actual, en el que se describen algunas
pautas y recomendaciones útiles para seleccionar,
maquinar y conformar acero inoxidable; en esta oportunidad
se aborda la soldadura del material.
Entre los especialistas y profesionales metalmecánicos
existe un viejo adagio que reza: “soldar es bueno, pero
no soldar es mejor”; es decir, preferiblemente se suelda
cuando no hay más opción, de lo contrario conviene
elegir otro método de conformación que no altere las
propiedades de los materiales. Dicha sentencia, aunque
se cumple para todos los metales, es particularmente
pertinente al trabajar acero inoxidable (AI). Lo cual, no
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quiere decir que los inoxidables no
se puedan soldar, simplemente que,
por las características intrínsecas de
éstos, el proceso de soldeo debe ser
diferente al del acero al carbono y al
de los aceros de baja aleación.
Al soldar inoxidables hay que tener
especial cuidado para que, ni
la estructura, ni la composición del
cordón de soldadura y de la zona
afectada por el calor, cambien sustancialmente,
ya que el punto de
fusión de dichos materiales es más
bajo, por lo cual se requiere menos
calor para llegar al mismo; además,
su resistencia eléctrica es mayor que
la del acero al carbono y por esto los
procesos de soldadura necesitan menor
intensidad de corriente.
Para obtener óptimos resultados es
necesario tener en cuenta estas diferencias,
elegir cuidadosamente los
parámetros, los métodos de soldadora,
metales de aporte y consumibles
correctos, todo ello con base en
el tipo de inoxidable a soldar y el uso
final que se le dará a la pieza.
Materiales
Hay tres clases comunes de aceros
inoxidables: austeníticos (serie AISI
300); martensíticos (serie AISI 400) y
ferríticos (serie AISI 400), estas clasificaciones
se refieren principalmente
a la microestructura de dichos materiales.
La estructura austenítica tiene
alta resistencia a la tensión, al impacto
y al mismo tiempo es dúctil, la martensítica
es dura y frágil, en cambio la
ferrítica es blanda y dúctil. También
están los aceros inoxidables endurecibles
por precipitación y los dúplex,
dos tipos que no son tan comunes.
La soldabilidad de los inoxidables
fluctúa desde excelente para los
austeníticos –sobre todo los de bajo
carbono– hasta deficiente para los
martensíticos. (Ver tabla 1).
• Serie AISI 300
Los AI de las series 200 y 300 presentan
una microestructura austenítica,
lo que les hace extremadamente dúctiles
y tenaces, incluso después de la
soldadura, por ello no requieren de
ningún otro tipo de tratamiento posterior
a la misma, especialmente si se
van a utilizar en ambientes normales,
que no son excesivamente corrosivos;
ahora bien, si se van a utilizar en ambientes
muy agresivos es conveniente
recocer la estructura soldada.
En este tipo de aceros la conductividad
térmica es menor, –del 40 al 50
por ciento, a la de los aceros al carbono–
consecuentemente los aceros
inoxidables disipan el calor más lentamente
que los aceros ordinarios
y, por tanto, tardan más en enfriar.
Este fenómeno debe tenerse en
cuenta cuando se sueldan espesores
finos, pues al ser menor la conductividad
aumenta el peligro de perforar
la lámina.
El mayor inconveniente que presenta
la soldadura de los AI austeníticos
es la precipitación de carburos como
consecuencia de las altas temperaturas
que pueden producirse en las
zonas cercanas al cordón, por lo que
el material se fragiliza y queda sensibilizado
a la corrosión intergranular.
Para evitar esta precipitación hay
que soldar las piezas sin precalentamiento
y con el menor aporte de
calor posible. Otra posibilidad es
emplear aceros austeníticos con porcentaje
de carbono menor a 0.03 por
ciento o aceros inoxidables austeníticos
estabilizados con titanio, niobio
o tantalio.
Los AI al cromo-níquel, de las series
200-300, tienen un coeficiente de dilatación1
de 50 a 60 por ciento mayor
que el de los aceros al carbono;
en este sentido, requieren una mayor
consideración en el control de
las dilataciones.
Tabla 1. Tipos de aceros inoxidables y características de soldadura
Aceros al cromo níquel – no templables
AISI ESTRUCTURA PROPIEDADES DE LA SOLDADURA
201 Austenítica Muy buenas. Soldaduras tenaces.
202 Austenítica Muy buenas. Soldaduras tenaces.
301 Austenítica Muy buenas. Soldaduras tenaces.
302 Austenítica Muy buenas. Soldaduras tenaces
303 Austenítica No es recomendable la soldadura por fusión.
304 Austenítica Buenas. Soldaduras Tenaces.
305 Austenítica Buenas. Soldaduras Tenaces.
310 Austenítica Buenas. Soldaduras Tenaces.
316 Austenítica Muy buenas. Soldaduras tenaces
321 Austenítica Muy buenas. Soldaduras tenaces
347 Austenítica Buenas. Soldaduras Tenaces.
Aceros al cromo – no templables
405 Ferrítica Buenas. Soldaduras razonablemente resistentes
409 Ferrítica Buenas.
430 Ferrítica Regulares. Soldaduras no dúctiles
430Ti Ferrítica Buenas.
434 Ferrítica Regulares. Soldaduras no dúctiles
436 Ferrítica Regulares. Soldaduras no dúctiles
442 Ferrítica Regulares. Soldaduras no dúctiles
446 Ferrítica Regulares. Soldaduras no dúctiles
Aceros al cromo - Templables
410 Martensítica Regulares. Precalentar a 200-260 °C. Recocido posterior a 675 °C.
414 Martensítica Regulares. Precalentar a 200-260 °C. Recocido posterior a 675 °C.
416 Martensítica Deficientes. Precalentar a 200-260 °C. Recocido posterior a 675 °C.
420 Martensítica Regulares. Precalentar a 200-260 °C. Recocido posterior a 675 °C.
431 Martensítica Regulares. Precalentar a 200-260 °C. Recocido posterior a 675 °C.
Fuente: Técnica y práctica de la soldadura. Joseph W. Giachino, William R. Weeks
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• Serie AISI 400
Por su parte, los aceros inoxidables
de la serie 400 se clasifican en dos
grandes grupos, de acuerdo con su
estructura cristalina; el primer grupo,
los ferríticos, son magnéticos y
no son templables. El otro, los martensíticos,
también son magnéticos,
pero no se pueden endurecer mediante
temple.
Los tipos 405 y 430Ti (similar al 430,
pero con adición de titanio) han
sido desarrollados especialmente
para ser soldados; los martensíticos
al cromo se someten, normalmente,
a un tratamiento térmico de endurecimiento
posterior a la soldadura.
En investigación realizada en la Universidad
Tecnológica de Pereira, los
ingenieros mecánicos Ricaurte Ospina
López y Héctor Aguirre Corrales,
profesores auxiliares, explican que:
en la soldadura de los aceros inoxidables
martensíticos tienden a endurecerse
y fragilizarse, se pueden
producir tensiones y por consiguiente
grietas, si no se adoptan las precauciones
convenientes.
En este sentido, siempre que sea
posible, hay emplear como metal
de aporte aleaciones austeníticas
(como la AISI 309 y 310) para absorber
las tensiones en las zonas cercanas
al cordón y así evitar fisuras;
además, conviene precalentar entre
300 y 350ºC las piezas a ser soldadas,
después de la soldadura y una vez
enfriadas las piezas se recomienda
un revenido de 600 a 700 ºC.
Por su parte, los ferríticos, según el
análisis de los ingenieros, son muy
propensos al crecimiento del grano
(850ºC - 900ºC), lo cual es sumamente
inconveniente para la soldadura,
por ello si las piezas a soldar son de
dimensiones considerables, se recomienda
postcalentar las piezas entre
700 y 800 ºC, seguido de un enfriamiento
rápido.
El coeficiente de dilatación de los
aceros al cromo de la serie 400 es,
aproximadamente, el mismo que de
los aceros al carbono, en consecuencia,
las medidas a tomar para el control
de las deformaciones, son prácticamente
las mismas que los aceros
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En la soldadura de aceros
inoxidables debe tenerse
especial cuidado para
que, ni la estructura ni la
composición del cordón
de soldadura y de la zona
afectada por el calor,
cambien sustancialmente.
ordinarios. La conductividad térmica
de los martensíticos es, aproximadamente,
del 50 al 65 por ciento menor
de la de los aceros al carbono y por
ello también se justifica el uso de
menos corriente.
La conductibilidad térmica, dependiendo
del contenido de cromo en
la aleación, varía de la mitad a la tercera
parte de la del acero al bajo carbono;
por lo tanto, el alabeo en la
soldadura es correspondientemente
menor, aunque no está de más tomar
precauciones para evitarlo.
Los efectos desfavorables del calor
pueden reducirse considerablemente
mediante el empleo de placas de
refrigeración; estas placas, generalmente
de cobre, ayudan a la evacuación
del calor; en lo posible, conviene
colocar las piezas a soldar sobre
soportes o montajes rígidos, especialmente
para soldar inoxidables
de las series 200-300, así después de
la soldadura se dejan enfriar sobre
estos dispositivos y se elimina la deformación
y el alabeo de las piezas.
Procesos
Los aceros inoxidables se pueden
soldar con la mayoría de los procesos
Foto: http://molnar-marine.com
La resistencia eléctrica de
los AI es mayor que la de
los aceros comunes, así
que se requiere menos
corriente eléctrica para
la soldadura. Además,
tienen un coeficiente de
conductividad térmica
menor, lo cual causa que
el calor se concentre
en una zona pequeña
adyacente a la soldadura.

PROCESOS
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tradicionales, principalmente con los de arco eléctrico,
que pueden clasificarse como procesos con electrodos
consumibles: SMAW, GMAW, FCAW y SAW; y los de electrodo
no consumible como GTAW y PAW.
La soldadura oxiacetilénica no es recomendable para
este tipo de material; ya que los óxidos de cromo que se
forman en la superficie generan soldaduras con acabados
deficientes.
Actualmente, la soldadura por arco con protección gaseosa
es una de las más empleadas para el soldeo de todo tipo
de aceros inoxidables, gracias a la gran facilidad de aplicación
de este procedimiento y a que genera menor riesgo
de alterar la resistencia a la corrosión de este material.
En general, para todo tipo de proceso y en especial para
AI, las juntas a ser soldadas deben estar libres de los óxidos
superficiales que quedan frecuentemente después del
corte, por métodos térmicos, ya que estos óxidos están
compuestos de cromo y níquel, los cuales funden a una
temperatura mucho mayor que el metal de base y, por lo
tanto, no se fusionan completamente durante el proceso.
A menudo, una capa de óxido queda atrapada en la soldadura,
lo cual representa un defecto difícil de detectar
posteriormente y es una de las principales causas de corrosión.
Este fenómeno es una diferencia básica con la
soldadura del acero común; ya que, con el acero al carbono,
los óxidos de hierro funden a casi la misma temperatura
que el metal de base.
Así mismo, el soldador debe percatarse de la penetración
completa de las soldaduras para lograr preservar la
resistencia a la corrosión del inoxidable pues, en servicio,
cualquier rendija resultante de la falta de penetración es
un sitio potencial para el desarrollo de la corrosión por
hendiduras.
Las uniones entre dos superficies de acero inoxidable
como las de los soportes para bandejas de un tanque
para la industria de alimentos, también favorecen la corrosión
por rendijas. Evitar tales rendijas es responsabilidad
del ingeniero de diseño; sin embargo, es útil que los
fabricantes del producto traten de eliminarlas siempre
que sea posible.

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PROCESOS
Electrodos
Los electrodos (metales de aporte) se seleccionan principalmente
con base en el metal a soldar y luego de acuerdo
con el tipo de recubrimiento del propio electrodo,
normalmente éstos están hechos de una aleación de la
misma composición que el metal base, o más alta; en
algunos casos, por razones de diseño, se utilizan electrodos
de aleaciones especiales. (Ver tabla 2).
Materiales de aporte sugeridos para la soldadura
del acero inoxidable
Metal de base
Electrodo
recubierto AWS o
nombre común
Electrodo desnudo
y varilla – AWS o
nombre común
AISI (UNS) AWS A5.4 (UNS) AWS A 5.9 (UNS)
304 (S30400) E 308 (1) (W30810) ER 308 (1) (S30880)
304L (S30403) E 308L (W30813) ER 308L (S30883)
309 (S30900) E 309 (1) (W30910) ER 309 (1) (S30980)
310 (S31000) E 310 (W31010) ER 310 (S31080)
316 (S31600) E 316 (1) (W31610) ER 316 (1) (S31680)
316L (S31603) E 316L (W31613) ER 316L (S31683)
317 (S31700) E 317 (1) (S31780) ER 317 (1) (31780)
317L (31703) E 317L (W31713) ER 317l (S31783)
317 LM (S32100) E 347 (W34710) ER 321 (S52180)
347 (S34700) E347 (W34710 ER 447 (S44780)
Aleación 904L (N08904)
(3) (3)
Aleación 254 SMO (2)
(3) (3)
(S31254)
AL-6XN (2) (N08367)
(3) (3)
(2) (3) (3)
1925hMo
(2)
25-6 Mo
(3) (3)
20 MO-6 (2) (N08026)
(3) (3)
20Cb-3 (2) (N08020) E 320LR (W88022) ER 320LR (N08022)
Fundiciones
TIPO ACI (UNS) AWS A 5.4 (UNS) AWS A5.9 (UNS)
CF-8 (J92600) E 308 (1) (W30810) ER 308 (1) (S30880)
CF-3 (J92500) E 308L (W30813) ER 308L (S30883)
CF-08M (J92900) E 316 (1) (W31610) ER 316 (1) (S31683)
CF-3M (J92800) E 316L (W31613) ER (S31683)
CK-3Mcu (S32154)
(3) (3)
CA-6NM (J91540) E 410 NiMo (W41016) ER 410 NiMo (S41086)
Notas:
(1)
La “L” o grado de bajo carbono estabilizado se usa siempre para una construcción
soldada, excepto en algunas pocas instancias donde es más importante una
dureza un poco mayor que una mejor resistencia a la corrosión.
(2)
Nombre comercial
(3)
Para soldar estos aceros inoxidables se usa normalmente un metal de aporte
con 9% o más de molibdeno, tales como los dos listados abajo
Como regla general, el metal de aporte para una soldadura
debe ser de igual o mayor aleación al metal base.
Así, aceros al carbón pueden ser soldados con un metal
de aporte inoxidable como por ejemplo el 316, mientras
que, un acero inoxidable no puede ser soldado con un
metal de aporte de acero al carbón como el E60XX; entonces,
cuando hay que soldar un acero al carbón aleado
o no aleado con un acero inoxidable, se debe seleccionar
siempre un metal de aporte cuyo depósito es acero
inoxidable.
Según describe la técnica y práctica de la soldadura, escrita
por Joseph W: para el soldeo de aceros inoxidables
estabilizados con columbio –niobio– (tipo 347), o con titanio
(tipo 321), deben emplearse electrodos con cierto
contenido en columbio. Los inoxidables al cromo suelen
soldarse normalmente con electrodos de acero al cromoníquel,
debido a la ductilidad del metal que depositan.
La designación de los electrodos de acero inoxidable es
diferente a la de los aportes para aceros al carbono.
Por ejemplo, en un electrodo de acero inoxidable E-308-
16: el prefijo E significa: electrodo para soldadura por
arco; las tres cifras siguientes indican el tipo de acero del
electrodo, según la designación AISI y el 16 las características
de uso: el 1 significa soldadura en todas las posiciones
(sobre cabeza, plana, vertical y horizontal), y el 6 representa
el tipo de revestimiento y las exigencias de tipo
eléctrico, en este caso, corresponde a un electrodo de
rutilo utilizable en corriente alterna y en corriente continua
con polaridad inversa; si fuese un 5 sería un electrodo
básico para corriente continua y polaridad inversa.
El electrodo 308-16 está formulado para soldar el
grupo 18-8 de aceros inoxidables, por ejemplo:
301, 302, 302B, 303, 304, 305 y 308, que se
caracterizan por su gran resistencia a la corrosión.
Foto: http://img.alibaba.com
Fuente: Acerid S.C.
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Es conveniente realizar las operaciones de fabricación
de los equipos de acero inoxidable en un lugar
alejado de donde se realicen operaciones con hierro
o acero al carbono, para evitar contaminaciones con
partículas de hierro provenientes de amoladoras o
herramientas de corte.
Los electrodos de acero inoxidable se suministran normalmente
en paquetes sellados ideales para un largo
almacenamiento; después que el paquete se abre, los
electrodos se deben guardar en gabinetes con calefacción
a una temperatura recomendada por el fabricante.
Si los electrodos han sido sobreexpuestos a la humedad,
deben ser reacondicionados a una temperatura y tiempo
indicados por el fabricante, pero a falta de esta información,
las temperaturas más comunes que se usan son:
almacenamiento de electrodos de cajas abiertas: 110 ºC
y tratamiento de reacondicionamiento: 260 ºC.
Corriente de Soldadura
El ‘Manual de Técnica y Práctica de la Soldadura’ también
indica que para soldar aceros inoxidables pueden
emplearse tanto la corriente continua como la alterna,
cuándo se sueldan espesores finos con corriente continua,
la polaridad inversa permite conseguir una penetración
más profunda y una fusión más consistente;
puesto que, tal como se mencionó antes, estos materiales
tienen una resistencia eléctrica más grande y un punto
de fusión más bajo que los aceros comunes al carbono
y por ello deben soldarse con intensidades de corriente,
entre 20 y 50 por ciento más bajas que las empleadas
para unir aceros comunes.
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PROCESOS
Foto: http://www.weldmet.co.uk
Una intensidad de corriente excesiva
sobrecalienta el recubrimiento
del electrodo, lo cual a su vez causa
una pérdida en la fuerza del arco y
dificultad a la hora de dirigir el arco
cerca de la punta del electrodo.
Consumibles
Para soldar aceros inoxidables, en
el escudo gaseoso se utiliza argón
puro, helio o mezclas de los dos; las
mezclas de argón con oxígeno que
se utilizan en la soldadura MIG, no
deben ser usadas en la TIG, debido
Consumible de
acero inoxidable,
alambre de
soldadura MIG
DW 316 1.2mm
(15.0Kg) tubular.
al rápido deterioro de los electrodos
de tungsteno. Así mismo, las adiciones
de nitrógeno no se recomiendan
por la misma razón.
En la soldadura manual y realización
de juntas por debajo de un espesor
de 1.6 mm conviene emplear argón
como escudo gaseoso, ya que genera
una buena penetración con una
velocidad de flujo menor que la del
helio, y hay menos oportunidad de
fundir la soldadura. Por su parte, el
helio produce un mayor flujo calorífico
y una penetración más profunda,
lo cual puede ser una ventaja en
algunas operaciones de soldadura
automática.
Así pues, en general es muy importante
guardar cuidadosamente estas
recomendaciones para obtener resultados
excelentes, no hay que olvidar
que el consumo de este material
crece exponencialmente en todo el
mundo.
Según un estudio publicado en
Stainless Steel World a cargo de
Steel & Metals Market Research Austria,
la estimación del incremento
a nivel global del consumo de acero
inoxidable lo sitúa alrededor del
12 por ciento, cifra que contrasta
con la caída consecutiva durante los
dos años anteriores, del 6 por ciento
en 2008 y el 8 por ciento en 2009,
respectivamente.
Además, según datos de la Asociación
Mundial del Acero (ISSI), las actividades
mundiales de fundición de
acero inoxidable en 2010 establecieron
un nuevo récord, al cerrar el ejercicio
con 30,7 millones de toneladas,
lo que se traduce en un aumento de
24,9 por ciento, frente a 2009, esto
supone una muy buena noticia para
el sector después de tres años de disminución
en la producción, debido a
la crisis económica mundial.
Citas
Foto: tciingenieria.files.wordpress.com
Los aceros inoxidables se pueden soldar con la mayoría de los
procesos tradicionales, principalmente con los de arco eléctrico.
La soldadura oxiacetilénica no es recomendable; ya que los óxidos
de cromo que se forman en la superficie generan acabados
deficientes.
1) Cociente que mide el cambio relativo de
longitud o volumen que se produce cuando
un cuerpo sólido o un fluido dentro de un
recipiente, experimenta un cambio de temperatura
que lleva consigo una dilatación
térmica.
Fuentes
• Ing. Bernardo Ruíz Isaacs. Director Comercial
y Técnico. Inoxtec, firma de la CGA. Bernardo.
ruiz@cga.com.co
• Soldabilidad en aceros inoxidables y aceros
disimiles. Ricaurte Ospina López / Héctor
Aguirre Corrales / Hernando Parra L. Publicado
en Scientia Et Technica, mayo, año 2007/
vol. XIII, número 034. Universidad Tecnológica
de Pereira - Colombia pp. 273-278.
• Stainless Steel World Annual Procurement
Report 2010. www.stainless-steel-world.net
• Instituto Mexicano del Acero Inoxidable.
www.iminox.org.mx.
• www.inoxidable.com
WWW.METALACTUAL.COM

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