Las aleaciones inoxidables son materiales altamente soldables, y las uniones soldadas ofrecen una óptima resistencia a la corrosión, solidez y economía de fabricación. Los aceros inoxidables no se endurecen al enfriarse, por lo que presentan una buena tenacidad sin necesidad de tratamiento térmico previo o posterior a la soldadura.
Los aceros inoxidables pueden dividirse en cinco categorías: ferríticos, martensíticos, austeníticos, dúplex (austeníticos-ferríticos) y de endurecimiento por precipitación, en función de la estructura cristalina de sus átomos de hierro. Presentan una buena soldabilidad con otros metales, como el acero templado, el acero de medio y alto contenido en carbono, el acero galvanizado, el aluminio, el cobre, etc.
Soldadura de aceros inoxidables
El acero inoxidable puede soldarse mediante soldadura TIG, por resistencia y MIG.
- TIG/Soldadura por arco de gas tungsteno: El proceso de soldadura de acero inoxidable más utilizado, el TIG, genera un bajo aporte de calor, por lo que es perfecto para materiales finos y ofrece gran calidad, versatilidad y longevidad. Para evitar la oxidación y aumentar la resistencia a la corrosión, puede utilizarse un proceso de soldadura por una sola cara para crear una protección de gas inerte entre las soldaduras interior y exterior. El gas argón suele mezclarse con otros gases, como el helio, el hidrógeno y el nitrógeno.
- Soldadura por resistencia/soldadura por puntos: La soldadura por resistencia o por puntos es uno de los tipos de soldadura más económicos. El equipo de soldadura es increíblemente versátil y puede utilizarse en proyectos pequeños y grandes. Esta tecnología utiliza una corriente eléctrica para calentar los bordes deshilachados del metal y unirlos. Es útil en metales con un punto de fusión bajo porque puede ajustarse para evitar la distorsión del metal. La soldadura por resistencia o por puntos se utiliza en productos de chapa metálica, ya que los puntos de la superficie metálica en contacto se unen mediante el calor obtenido de la resistencia a la corriente eléctrica.
- Soldadura por arco metálico MIG /gas: MIG ofrece una unión fuerte de dos piezas de acero inoxidable. Es un proceso semiautomático que utiliza un gas de protección rico en argón y un electrodo de hilo macizo. A menudo se utilizan otras mezclas de gases, como helio, oxígeno y dióxido de carbono, para estabilizar el arco y mejorar la calidad de la soldadura. El suministro de corriente pulsada facilita la soldadura de puntos de difícil acceso en proyectos complejos de acero inoxidable. Además de tener un mínimo del 10,5% de cromo, el acero inoxidable se alea con otros elementos para mejorar la resistencia térmica, las propiedades mecánicas y las características de fabricación. Estos elementos también modifican e influyen en la soldabilidad.
Aceros inoxidables ferríticos
Los aceros inoxidables ferríticos se consideran predominantemente monofásicos y no endurecibles y pueden soldarse fácilmente por fusión. A altas temperaturas, experimentan un rápido crecimiento del grano que da lugar a zonas frágiles afectadas por el calor y tienen poca soldabilidad. Suelen soldarse en chapas finas o secciones de menos de 6 mm de grosor. Los metales de aportación deben igualar o superar el nivel de cromo de la aleación base. Los ferríticos son muy adecuados para la soldadura, especialmente en tubos de intercambiadores de calor, debido a su alta conductividad térmica y baja dilatación térmica. Los ferríticos pueden agrietarse durante el proceso de soldadura debido a un excesivo engrosamiento del grano, lo que da lugar a una tenacidad deficiente en la zona afectada por el calor. No es necesario tomar precauciones al soldar secciones finas; sin embargo, con secciones más gruesas, un aporte térmico bajo puede minimizar el tamaño de la zona de engrosamiento del grano y la sensibilidad al agrietamiento**.
Aceros inoxidables martensíticos
Los aceros inoxidables martensíticos son vulnerables al agrietamiento por enfriamiento y no se sueldan fácilmente, ya que pueden volverse duros y quebradizos al enfriarse. Pueden soldarse con éxito siempre que se tomen precauciones para evitar el agrietamiento en la ZAT, especialmente en componentes de sección gruesa y uniones muy restringidas. La elevada dureza de la ZAT hace que este tipo de acero inoxidable sea propenso al agrietamiento por hidrógeno. La soldadura se transforma completamente en martensita sin templar dejando que la unión se enfríe a la temperatura ambiente. Estos aceros deben soldarse con precauciones especiales. El riesgo de fisura aumenta generalmente con el contenido de carbono y puede combatirse utilizando un proceso de soldadura con bajo contenido de hidrógeno, como TIG o MIG, o utilizando rellenos controlados por hidrógeno. Los tratamientos previos y posteriores a la soldadura, especialmente en el caso de secciones más gruesas y materiales con mayor contenido de carbono, pueden ayudar a endurecer la estructura, permitir que el hidrógeno se difunda desde el metal de soldadura y reducir el riesgo de fisura3. Los metales de aportación deben coincidir con el contenido de cromo y carbono del metal martensítico base. El metal de aportación tipo 410 se utiliza para soldar aceros de los tipos 402, 410, 414 y 420. Sin embargo, algunos tipos martensíticos de acero inoxidable se consideran casi imposibles de soldar.
Aceros inoxidables austeníticos
Estos aceros pueden soldarse fácilmente utilizando cualquiera de los procesos de soldadura por arco (TIG, MIG, MMA y SA). Como no se endurecen al enfriarse, presentan una buena tenacidad sin necesidad de tratamiento térmico previo o posterior a la soldadura. Los austeníticos pertenecen a las series 200 y 300 de aleaciones de acero inoxidable y son muy resistentes a la corrosión y extremadamente maleables.
Aceros dúplex (austeníticos-ferríticos)
La soldabilidad y las características de soldadura de los aceros inoxidables dúplex son mejores que las de los aceros ferríticos, aunque en general no tan buenas como las de los aceros austeníticos. Los dúplex modernos con un contenido significativo de nitrógeno son fácilmente soldables. Durante la soldadura hay que tener mucho cuidado con las temperaturas, ya que un exceso o defecto de calor puede comprometer la integridad estructural del acero. La selección del metal de aportación es un poco más complicada. Muchos tipos de metales base inoxidables dúplex no están disponibles como metales de aportación, ya que el metal de aportación se enfría mucho más rápidamente que el metal base.
Aceros inoxidables endurecidos por precipitación
Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación son una combinación de aceros inoxidables martensíticos y austeníticos, resistentes a la corrosión y capaces de endurecerse por calor. Pueden endurecerse mediante tratamiento térmico hasta niveles comparables a los de los aceros martensíticos, mientras que su resistencia a la corrosión es similar a la de los austeníticos. Aunque la soldabilidad de los inoxidables endurecidos por precipitación no es comparable a la de los inoxidables austeníticos, es muy buena. Pueden soldarse sin precalentamiento, pero deben calentarse una vez finalizada la soldadura para preservar su integridad estructural. Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación pueden soldarse fácilmente mediante los métodos estándar de fusión y resistencia; sin embargo, debe prestarse especial atención durante el proceso de tratamiento térmico para garantizar que se alcanzan las propiedades mecánicas óptimas para la soldabilidad. Conseguir las mismas propiedades mecánicas en la soldadura que en el material base es difícil para los aceros endurecidos por precipitación. Se requiere una preparación cuidadosa para utilizar el relleno adecuado y el tratamiento térmico después de la soldadura puede utilizarse para ayudar a la soldadura a alcanzar similitudes con el metal base.
Soldabilidad con acero templado o de bajo contenido en carbono
El carbono en el acero dulce suele oscilar entre el 0,05% y el 0,25% en peso. La soldadura de acero inoxidable con acero dulce no es difícil, ya que los dos metales tienen casi las mismas propiedades. La soldadura MIG o GMAW es un proceso excelente para soldar acero inoxidable con acero templado. La selección del alambre adecuado es importante; el mejor metal de aportación es el 3094, que tiene un bajo contenido de carbono y una pequeña cantidad de ferrita para evitar el agrietamiento. El grado 309 tiene suficiente cromo y níquel para contrarrestar el problema de la dilución del acero templado. Como resultado, el metal de soldadura depositado tendrá una excelente resistencia a la corrosión.
Acero de medio y alto contenido en carbono
Los aceros con un contenido de carbono medio oscilan entre el 0,30% y el 0,60%, mientras que los aceros con un contenido de carbono alto superan el 0,60%. A medida que aumenta el contenido de carbono, el acero se vuelve más resistente, más duro y menos dúctil.
Los aceros con un contenido medio de carbono (0,30-0,60% de carbono y 0,60-1,65% de manganeso) son más resistentes que los aceros con bajo contenido de carbono, pero son más difíciles de soldar, ya que son más propensos a agrietarse. Soldar utilizando un proceso de soldadura de bajo hidrógeno o rellenos de hidrógeno controlado.
Los aceros con alto contenido en carbono (0,60-1,0% de carbono y 0,30-0,90% de manganeso) son extremadamente duros y resistentes, pero tienen poca soldabilidad y son difíciles de soldar sin que se agrieten4. Los aceros de medio y alto contenido en carbono suelen considerarse «difíciles de soldar» debido al efecto endurecedor del calor en la unión soldada. Cuando el acero se enfría, pueden formar fácilmente la fase martensita, dura y quebradiza. Debido al alto contenido en carbono y al tratamiento térmico que suelen recibir estos aceros, sus propiedades básicas se ven afectadas por la soldadura por arco, por lo que es muy probable que requieran procesos de precalentamiento y postcalentamiento muy exhaustivos.
Los aceros austeníticos como el 304 o el 316 pueden soldarse a aceros al carbono lisos mediante soldadura MIG y TIG. Cuando se sueldan aceros inoxidables a aceros al carbono lisos mediante el proceso de soldadura MIG, es preferible utilizar material de aportación5.
Soldabilidad con acero galvanizado
Al soldar acero inoxidable con acero galvanizado, debe eliminarse previamente el revestimiento de zinc alrededor de la zona que se va a unir. Si hay zinc fundido en la zona de fusión de la soldadura, puede producirse fragilización o una reducción de la resistencia a la corrosión de la soldadura acabada.
Soldabilidad del aluminio
La soldadura del aluminio y el acero se utiliza en la industria aeroespacial, la automoción y la construcción naval para reducir el peso y aumentar la eficacia. Se han desarrollado dos técnicas para aislar los metales entre sí durante el proceso de soldadura por arco con el fin de evitar la formación de compuestos intermetálicos muy frágiles.
- La primera utiliza transiciones bimetálicas, en las que el aluminio y el acero inoxidable se unen mediante métodos que no crean los compuestos. Esto permite unir los dos metales soldando únicamente aluminio con aluminio y acero inoxidable con acero inoxidable.
- La segunda consiste en recubrir el acero inoxidable con soldadura de aluminio o plata y soldar el aluminio a ésta por arco en su lugar
Soldabilidad al cobre
La soldadura por haz de electrones es el proceso de soldadura preferido, principalmente porque es un proceso excelente para soldar cobre, que es el metal más difícil de soldar. Soldar cobre e inoxidable es extremadamente difícil y ofrece muy poca resistencia estructural.
Conclusión
Soldar acero inoxidable no difiere mucho de soldar acero al carbono estándar. Sin embargo, hay que tener más cuidado y control a la hora de calentar y enfriar el acero inoxidable, y es importante combinar adecuadamente los metales de aportación con el material que se va a soldar.
