Soldadura de materiales especificos
Después de leer este artículo, aprenderá sobre el proceso de soldadura de materiales específicos: 1. Soldadura de aceros específicos 2. Soldadura de aceros revestidos 3. Soldadura de aceros revestidos 4. Soldadura de plásticos 5. Soldadura de materiales compuestos.
Soldadura de Aceros Específicos:
Existe una gran cantidad de aceros utilizados como material de construcción en diferentes industrias de ingeniería.
Procedimientos de soldadura para algunos de los aceros específicos necesarios para su uso en centrales eléctricas, industrias petroleras y químicas, buques criogénicos; Las partes de aviones, cohetes y misiles se describen a continuación:
1. Aceros resistentes a la fluencia:
Estos aceros son populares para su uso en la construcción de centrales eléctricas para tambores de vapor y líneas de vapor principales.
Algunas de las composiciones más conocidas son:
(i) 1% Cr, ½% Mo de acero utilizado para tuberías de vapor para temperaturas de servicio de hasta 500 ° C.
(ii) ½% Cr, ½% Mo ¼% V o 2 ¼% Cr, 1% Mo Los aceros también se usan para tuberías de vapor para temperaturas de servicio de 500-600 ° C.
(iii) Los aceros austeníticos Cr-Ni se utilizan para tuberías de vapor para temperaturas de servicio superiores a 600 ° C.
(iv) El 1/2% de acero Mo se usó anteriormente para tuberías de vapor para temperaturas de servicio de alrededor de 500 ° C. El uso de este acero ahora ha sido descontinuado debido a la ocurrencia de algunas fallas serias debido a la graficación en HAZ. Sin embargo, este acero todavía se utiliza para tuberías de refinería y petroquímicas en las que no se han notificado fallas de grafatización.
Tratamientos de precalentamiento y postweld :
Estos tratamientos se administran a aceros resistentes a la fluencia para evitar el agrietamiento y desarrollar propiedades de unión óptimas. Las temperaturas de precalentamiento oscilan entre 150 y 250 ° C. Se administra un tratamiento posterior al esmerilado para lograr una resistencia a la fluencia óptima en la articulación. La temperatura del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para el recocido subcrítico oscila entre 600 y 750 ° C, excepto en las soldaduras de electroslag que se normalizan a 900-925 ° C.
2. Petróleo y aceros de industrias químicas :
Los aceros de alta resistencia, como 1% Cr, ½% Mo y 2½ Cr y 1% Mo, se utilizan a menudo para centrales eléctricas y refinerías. Los aceros Cr-Mo y ½% Mo se utilizan en la industria química y petrolera para resistir el ataque de la corrosión por el hidrógeno y los hidrocarburos que contienen azufre. Los aceros 1/2% Mo son un poco más difíciles de soldar que los aceros al carbono; el precalentamiento y el PWHT se requieren solo para soldaduras en secciones gruesas. Los electrodos de tipo rutilo o celulósico se encuentran normalmente satisfactorios para soldar con aceros 1/2% Mo.
Para soldar aceros Cr-Mo se utilizan electrodos de hidrógeno, excepto para secciones delgadas de aceros al 1% Cr, ½ Mo, estos aceros se precalientan a 150-250 ° C y el PWHT empleado suele ser el recocido subcrítico.
Normalmente, los aceros que contienen 2-9% de Cr no se dejan enfriar inmediatamente después de la soldadura. Los recipientes a presión de pared gruesa hechos de estos aceros pueden necesitar un alivio de tensión intermedio después de que se termine ½ o ⅓ de la soldadura. El alivio de la tensión de tales recipientes a presión se realiza a 650 ° C y el recocido subcrítico cuando se requiere, se realiza a 650 - 750 ° C, dependiendo del contenido de la aleación.
Se utilizan láminas delgadas al 13% de aceros Cr para bandejas y forros resistentes a la corrosión para torres de destilación en refinerías de petróleo. Los electrodos utilizados para soldar estos aceros son de 25% Cr, 20% tipo Ni. No se requiere precalentamiento o PWHT para tales soldaduras. Estos aceros generalmente contienen 0-2% de aluminio, lo que reduce la tendencia de HAZ al endurecimiento.
Las secciones de placa en acero al 13% Cr rara vez se utilizan; sin embargo, cuando es necesario, estos aceros se sueldan empleando electrodos de acero al 13% Cr.
3. Aceros para aplicaciones de baja temperatura:
Los aceros con contenido de Ni más del 3-5% son difíciles de soldar, excepto con electrodos de aleaciones de base de Ni. Cuando se utilizan electrodos austeníticos de Ni al 20% de Cr y 20% menos costosos, la soldadura producida tiene menor resistencia que el material base. Si tales soldaduras son tratadas térmicamente en el rango de alivio de tensión, se desgastan debido a la migración de carbono al metal de soldadura. No se encuentran problemas de este tipo para soldaduras hechas con electrodos de aleación de base de Ni.
Los aceros con 3-5% de Ni están soldados con electrodos correspondientes, pero dichas soldaduras tienen una baja resistencia al impacto a -100 ° C; en este sentido, las soldaduras hechas con 2½% de Ni o electrodos austeníticos son más satisfactorias.
PWHT no es esencial para soldaduras hechas en material de base de 3 a 9% de Ni de sección delgada. Para secciones más gruesas, el alivio de tensión se realiza a 560—600 ° C; sin embargo, no se debe sobrepasar el límite de temperatura de 600 ° C porque la temperatura crítica más baja se reduce con la adición de níquel.
4. Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA):
Las aplicaciones importantes de los aceros HSLA incluyen piezas para aviones y cohetes, misiles y matrices de forja en caliente. El contenido de carbono de estos aceros se encuentra entre 0-3-0-5% y los principales elementos de aleación son Cr, Ni, Mo y V. Cuando se enfrían y templan, estos aceros pueden alcanzar una resistencia de hasta 155 KN / cm. Sin embargo, debido a los contenidos de carbono y de aleación, estos aceros son sensibles al agrietamiento en frío.
Las secciones delgadas (<3 mm) de los aceros HSLA no requieren precalentamiento, pero las secciones más gruesas se precalientan a una temperatura entre M s y M f y se mantienen a esa temperatura durante un período de 5 a 30 minutos después de la soldadura para garantizar la transformación completa de la austenita .
Las soldaduras hechas en acero al 5% Cr necesitan un recocido subcrítico a 675 ° C antes de enfriarse a temperatura ambiente. Esto transforma la estructura en bainita o bainita y martensita templada que no es propensa al agrietamiento. Para obtener resultados óptimos, las piezas fabricadas se normalizan y se templan después de la soldadura.
Soldadura de Aceros Revestidos:
Las láminas de acero y otros productos están recubiertos con materiales resistentes a la oxidación o resistentes a la corrosión para prolongar la vida útil del producto. El material de revestimiento más utilizado es el zinc, pero las aleaciones de aluminio y plomo-estaño también se utilizan, sin embargo, en cantidades limitadas.
Estos aceros revestidos tienen un amplio uso en la fabricación de carrocerías de camiones, carcasas de aire acondicionado, tanques de procesamiento, torres eléctricas, etc. La soldadura se emplea a menudo en la fabricación de estos productos.
1. Soldadura de Aceros Galvanizados:
Los aceros recubiertos de zinc pueden soldarse con éxito siempre que se tomen precauciones específicas para compensar la evaporación del zinc de la zona de soldadura. El zinc se vaporiza durante la soldadura porque su punto de ebullición es de 871 ° C, mientras que el punto de fusión del acero es de 1540 ° C. Así, el zinc se volatiliza y deja el metal base adyacente a la soldadura. La extensión del área afectada depende de la entrada de calor al trabajo. Es por eso que la zona representada con zinc es mayor en los procesos de soldadura más lentos, como la soldadura GTAW y el oxiacetileno.
Los procesos de soldadura utilizados para soldar acero galvanizado incluyen SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, soldadura por arco de carbono y soldadura por resistencia.
Los electrodos recubiertos utilizados para la soldadura de chapa de acero galvanizado son los tipos rutilo y básico; sin embargo, se utilizan electrodos de tipo celulósico para la soldadura de secciones y tuberías más gruesas. Los electrodos recubiertos básicos también se pueden usar para soldar espesores más pesados. La técnica de soldadura de derecha se emplea para facilitar la evaporación del zinc antes del arco.
En GMAW de acero galvanizado, los alambres finos altamente desoxidados con técnica de cortocircuito se utilizan con 100% de CO o argón + 25% de CO 2 como gas de protección. La cantidad de salpicaduras suele ser mayor que cuando se suelda acero sin recubrimiento. Esto requiere una limpieza frecuente de la boquilla de la pistola. Los cables de acero inoxidable o bronce pueden usarse para depositar metal de soldadura resistente a la corrosión. La soldadura por arco con núcleo de fundente que utiliza alambre altamente oxidado se puede emplear con resultados similares a los obtenidos por GMAW.
Se puede usar el proceso GTAW, pero al ser un proceso lento no solo da como resultado grandes áreas con poco zinc alrededor de la soldadura, sino que también provoca la contaminación del electrodo de tungsteno. La contaminación de los electrodos se puede reducir con un aumento del fuego del gas de protección, pero eso puede ser costoso.
El proceso de arco de carbono que emplea alambre de relleno de latón (60% Cu. 40% Zn) tiene Ha sido ampliamente utilizado para soldar aceros revestidos de zinc, particularmente en la fabricación de conductos de aire acondicionado. Tanto el carbón simple como el doble son antorchas que pueden usarse con la misma eficacia.
La soldadura por resistencia de los aceros recubiertos de zinc produce una evaporación mucho menor del zinc que en los procesos de soldadura por arco. Pero la soldadura por resistencia resulta en la captación de zinc por la punta del electrodo de soldadura y reduce la densidad de corriente en la zona de soldadura, lo que requiere un aumento progresivo de la corriente de soldadura para hacer soldaduras satisfactorias.
Calidad de soldadura:
Las soldaduras hechas en aceros revestidos de zinc son propensas a la porosidad y al agrietamiento debido al atrapamiento de vapores de zinc en el metal de soldadura; También se pueden producir grietas retardadas debido a la corrosión por tensión. El agrietamiento es causado por la penetración intergranular de zinc en el metal de soldadura y algunas veces se lo conoce como 'craqueo de penetración de zinc' y ocurre con mayor frecuencia a través de la garganta de una soldadura de filete, particularmente cuando el recubrimiento está presente en la raíz de la soldadura. Tal agrietamiento tiende a ser menos frecuente con SMAW que con GMAW en placas de 6 mm o más gruesas. El agrietamiento se puede controlar permitiendo que los vapores de zinc se escapen rápidamente por delante de la piscina de soldadura manteniendo grandes huecos de raíz.
Para producir una junta resistente a la corrosión, el recubrimiento de zinc se debe volver a aplicar en el área empobrecida de zinc. Esto se puede hacer usando palos de pasta con base de zinc en el metal base caliente. Otro método para aplicar el recubrimiento de zinc es mediante pulverización con llama utilizando un material de relleno de rociado de zinc. El grosor del recubrimiento de zinc re-aplicado debe ser de 2 a 3 veces el recubrimiento original para garantizar una protección adecuada contra la corrosión.
2. Soldadura de acero aluminizado y placa de golondrina de mar:
El acero aluminizado también se usa ampliamente en tubos y en la industria del automóvil, especialmente para los silenciadores de escape. Los procesos de soldadura por arco y por resistencia se utilizan para soldar acero aluminizado con resultados casi similares a los de los aceros galvanizados. Sin embargo, es más difícil reemplazar el revestimiento de aluminio y, por lo tanto, a menudo se recurre a la pintura.
La tubería de acero aluminizado se produce en fábricas de tubos que utilizan soldadura a tope por resistencia con corriente de alta y baja frecuencia.
La lámina de acero recubierta con aleación de plomo-estaño se conoce como placa de tern. A menudo se utiliza para hacer tanques de gasolina para automóviles. El proceso que generalmente se aplica para soldar con autógena es la soldadura por resistencia. Si se emplean procesos de oxicetileno o soldadura por arco, el recubrimiento se destruye por evaporación y debe reemplazarse por un proceso similar al de la soldadura. Seguridad: se debe proporcionar una ventilación positiva para eliminar los humos nocivos producidos en la soldadura de aceros revestidos. Esto generalmente implica el uso de una manguera de succión en el área de soldadura. Se pueden emplear pistolas especiales equipadas con boquilla de succión cuando se emplean GMAW y FCAW. Los aceros recubiertos nunca deben soldarse en espacios confinados.
Soldadura de aceros revestidos:
Los aceros revestidos se utilizan porque combinan las propiedades de corrosión y resistencia a la abrasión con bajo costo, buenas propiedades mecánicas y capacidad de soldadura de los materiales ferríticos. Los aceros utilizados como material de soporte son generalmente aceros C-½% Mo o 1% Cr-½% Mo. Los materiales de revestimiento incluyen aceros al cromo (12-15% Cr), aceros inoxidables austeníticos de 18/8 (Cr / Ni) o 25/12 (Cr / Ni), aleaciones a base de níquel como monel y inconel, aleación Cu-Ni, y cobre.
El revestimiento se puede aplicar mediante laminado en caliente, soldadura explosiva, superficies o soldadura fuerte. El grosor del revestimiento puede variar entre el 5 y el 50% del grosor total, pero generalmente es del 10 al 20% para la mayoría de las aplicaciones. El espesor mínimo del material de revestimiento es de 1, 5 mm.
Las principales aplicaciones de los aceros revestidos incluyen intercambiadores de calor, tanques, recipientes de procesamiento, equipos de manejo de materiales, equipos de almacenamiento y vagones cisterna. La mayoría de estos productos están hechos por fabricación soldada.
Diseño de juntas:
La preparación del filo depende del grosor de la placa. Tal como se muestra en la Fig. 22.7, se pueden emplear los tipos de tope cuadrado, V simple y doble y U individual. El revestimiento generalmente se mecaniza en la parte posterior para evitar la dilución del metal revestido con relleno de acero porque puede surgir algún peligro de contaminación incluso cuando el lado revestido no se suelda primero, como lo muestra una junta desalineada en 22.8. Los diseños buenos y malos de la preparación de bordes se muestran en la Figura 22.9. La preparación de bordes para juntas de esquina con material de revestimiento interior y exterior se muestra en la Fig. 22.10.
Procedimiento de soldadura:
El procedimiento normal para soldar a tope una placa revestida es soldar el respaldo o el lado de acero adoptando primero el procedimiento de soldadura adecuado para el material de respaldo, seguido de la soldadura del lado revestido con un procedimiento adecuado para ese material como se muestra en la Fig. 22.11 en diferentes etapas para Soldadura de culata cuadrada y empalmes de una sola v.
El lado de acero debe soldarse al menos hasta la mitad antes de realizar cualquier soldadura en el lado revestido. Si la deformación no es un problema, la soldadura del lado de acero se puede completar antes de que la soldadura se clasifique en el lado revestido. Cualquier unión de soldadura hecha en material revestido debe ser una soldadura de penetración total con su raíz en el lado revestido de la placa.
Las buenas prácticas de soldadura para acero revestido pueden incluir los siguientes pasos:
1. Use electrodos de bajo hidrógeno para el funcionamiento de la raíz para evitar grietas.
2. Usar electrodo de pequeño diámetro y técnica de reborde.
3. Deposite el metal de soldadura en varias capas para reducir la dilución.
4. Utilice más electrodos altamente aleados que el material de revestimiento para permitir la dilución.
5. Donde sea posible, use dc con electrodo negativo empleando la técnica de soldadura de revés.
Si el material de revestimiento tiene un punto de fusión más alto que el material de base y los dos materiales son metalúrgicamente incompatibles, se utiliza una tira de respaldo de material de revestimiento para conservar la efectividad del revestimiento. La tira es un filete soldado al revestimiento como se muestra en la Fig. 22.12.
Si la unión de soldadura se realiza sin acceso al lado revestido. El resto de la soldadura se realiza con el mismo electrodo que se usa para soldar el lado revestido o los primeros tramos se realizan en la composición del revestimiento y el resto con una aleación de relleno compatible con el acero revestido y el de respaldo.
Cuando el revestimiento es de acero inoxidable austenítico, el lado del revestimiento se suelda con electrodos austeníticos, seguidos de 76% de Ni, 7% de Fe, 16% de Cr, relleno de tipo, especialmente si la junta se somete a un servicio de alta temperatura que puede causar daños térmicos. Fatiga por expansión diferencial del respaldo y soldaduras de acero inoxidable austenítico.
En muchos casos, es posible usar electrodos con un mayor contenido de aleación, de modo que su resistencia a la corrosión es mayor que la del revestimiento incluso cuando se diluye. Por ejemplo, el acero revestido con 12% de aleación de Cr generalmente se suelda con electrodos 25/20 (Cr / Ni). De manera similar, el acero inoxidable austenítico con rodamiento de Mo puede soldarse en el lado revestido con un relleno que tiene un mayor contenido de Mo; a17% Cr 12% Ni2 1/2% de aleación de Mo con un electrodo que proporciona un depósito sin diluir de 17% Cr 12% de Ni 3¼% de Mo. Se puede soldar un revestimiento de acero con acero inoxidable 18/8 estabilizado realizando la primera operación con un electrodo de Ni al 20% de Cr al 25% y las posteriores con electrodos de acero inoxidable de 18/8 del tipo estabilizado.
Para la soldadura de níquel y aceros revestidos de Monel, toda la junta se suelda a menudo con un relleno de níquel o monel.
Selección de proceso:
La selección del proceso de soldadura se basa en el tipo y espesor del material. SMAW se usa con bastante frecuencia pero SAW se emplea para soldar recipientes a presión de pared gruesa. El proceso GMAW se utiliza para soldar placas de espesor medio; El proceso FCAW se usa para el lado de acero, y GTAW se usa a veces para soldar el lado revestido. El proceso seleccionado debe ser tal que evite la penetración de un material en el otro.
Si se utiliza el proceso de SIERRA para el acero, se deben tomar precauciones laterales para evitar la penetración en el metal revestido. Se deben seguir pasos similares cuando se utiliza el proceso automático FCAW o GMAW. Este control de la penetración del cordón de la raíz generalmente se logra manteniendo la cara de la raíz más grande y asegurando un ajuste muy preciso.
Se requieren medidas de control de calidad especiales en los aceros revestidos de soldadura para evitar la aparición de socavaduras, penetración incompleta y falta de fusión.
Soldadura de plásticos:
Los plásticos ahora se están utilizando ampliamente como material de ingeniería en la construcción de piezas para automóviles, aeronaves, misiles, barcos y equipos de ingeniería en general. Partes como cojinetes de fricción, engranajes, gusanos, forros de freno, turbinas y partes de bombas, televisores y componentes electrónicos se producen a granel para el consumo masivo.
Además de ser livianos, los plásticos son buenos aislantes eléctricos, se colorean fácilmente, se pueden lubricar fácilmente con agua y tienen un bajo costo. Aunque los plásticos son normalmente opacos como los metales, también existen plásticos transparentes y translúcidos.
Los plásticos muestran buenas propiedades mecánicas. Por ejemplo, en términos de relación entre la resistencia a la tracción y la densidad, los vinilos rígidos y el polietileno son comparables con el hierro fundido y el bronce, como se muestra en la tabla 22.3.
Sin embargo, los plásticos difieren drásticamente de los metales en su comportamiento cuando se deforman tanto a temperatura ambiente como a temperaturas elevadas. Las relaciones de tensión-deformación a temperatura ambiente para metales, termoplásticos y caucho se muestran en la Fig. 22.13, en la que el punto B marca el límite de elasticidad.
Dependiendo de la temperatura, pero bajo una carga constante, el estado físico de los plásticos puede ser vítreo, altamente elástico y plástico o viscoso fluídico, como lo muestra la curva de temperatura frente a la deformación de la figura 22.14. Hasta la temperatura de vitrificación, T v, el material permanece vítreo, entre T v y la temperatura de flujo T f los plásticos actúan como sustancias similares al caucho altamente elásticas y su deformación es elástica; y por encima de T f el material se vuelve fluídico. Por debajo de la temperatura de vitrificación, los plásticos se comportan como materiales frágiles, mientras que por encima de T se comportan como fluidos altamente viscosos.
Un plástico cambia de un estado a otro, por lo tanto, tanto el punto de vitrificación como el de flujo deben visualizarse como intervalos de temperatura, como se desprende de la tabla 22.4, que muestra los puntos T y y T f para algunos de los plásticos.
Una larga estancia a una temperatura elevada puede hacer que el plástico se rompa, pero dentro de un rango de temperatura seguro, los plásticos pueden recalentarse muchas veces.
Clasificación de plásticos:
Los plásticos se clasifican generalmente en función de su comportamiento al calentarlos en dos grupos, a saber, plásticos termoestables y plásticos termoplásticos.
Los plásticos termoestables pueden calentarse y moldearse una sola vez durante el proceso de fabricación. El calentamiento adicional no tiene efecto suavizante, y el material finalmente se descompone. Los plásticos termoestables no pueden, por lo tanto, ser soldados. Por lo general, están disponibles como productos semiacabados que se pueden unir mecánicamente o cementar entre sí. El poliformaldehído es un ejemplo bien conocido de un plástico termoestable.
Los plásticos termoplásticos se ablandan por el efecto del calor. Pueden pasar repetidamente al estado altamente elástico y luego al plástico sin perder sus propiedades originales al enfriar nuevamente. De este modo, los termoplásticos pueden soldarse fácilmente.
Están disponibles en formas semiacabadas como láminas, barras, formas, tuberías y tubos. Estos se pueden fabricar en artículos terminados mediante flexión, extrusión y soldadura. Algunos de los plásticos bien conocidos incluidos en este grupo son polietileno, polipropileno, PVC, poliamida, poliacrilato, policarbonato, etc.
Soldadura de composites:
Los compuestos son combinaciones de dos o más materiales, ya sean metálicos, orgánicos o inorgánicos que son esencialmente insolubles entre sí. Las principales formas constituyentes utilizadas en los materiales compuestos son fibras, partículas, láminas o capas, escamas, rellenos y matrices.
La matriz es el constituyente del cuerpo que sirve para encerrar el compuesto y darle su forma total, mientras que las fibras, partículas, láminas, escamas y rellenos son los constituyentes estructurales que determinan la estructura interna de los constituyentes.
Dependiendo de los constituyentes estructurales, los compuestos se pueden clasificar en las siguientes cinco clases junto con sus representaciones visuales, como se muestra en la Fig. 22.23:
1. Compuestos de fibra,
2. Compuestos en escamas,
3. Compuestos en partículas,
4. Compuestos rellenos o esqueléticos, y
5. Compuestos laminares.
Estos materiales compuestos están hechos de diversas combinaciones, como boro-aluminio (B-A1), titanio-tungsteno (Ti-W), titanio-grafito (Ti-Gr), aluminio-grafito (Al-Gr), grafito-polisulfona ( Gr-Ps), y muchos más, y encuentran un amplio uso en la industria automotriz, aeroespacial y en otras importantes industrias de la construcción.
Para la fabricación de materiales compuestos en los componentes deseados, la soldadura se utiliza cada vez más. Los procesos que se han encontrado satisfactorios incluyen soldadura por inducción, soldadura ultrasónica, soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), soldadura por resistencia y unión por fusión.
