Por qué el acero inoxidable tolera poco calor
Los aceros austeníticos conducen mal el calor y se dilatan mucho. El calor se queda en la soldadura, y el componente se distorsiona más que el acero no aleado. Por eso la regla es: limitar el aporte térmico, respetar la temperatura entre pasadas y, por norma general, no precalentar.
Según DVS 0931, demasiado calor puede provocar, según el material, los siguientes daños:
- más distorsión y tensiones residuales,
- precipitaciones no deseadas, como carburos o fase sigma,
- grano grueso y pérdida de tenacidad en la zona afectada térmicamente,
- fisuración en caliente, sobre todo en aceros totalmente austeníticos,
- mayor sensibilidad a la corrosión intergranular,
- más oxidación y coloraciones.
Las propiedades de los materiales comparadas figuran en Qué hace inoxidable al acero; las causas de la fisuración en caliente, en Microestructura, ferrita delta y fisuración en caliente.
Calcular la energía del arco y el aporte térmico
La energía del arco es la potencia eléctrica del arco por centímetro de soldadura. El aporte térmico es la parte de ella que realmente llega al componente. Para obtenerlo, la energía del arco se multiplica por el rendimiento térmico del proceso.
Energía del arco E [kJ/cm] = U [V] · I [A] · 60 / (v [cm/min] · 1000)
Aporte térmico Q [kJ/cm] = k · E
Para la soldadura por arco con gas, DVS 0931 parte de un rendimiento de k = 0,8. En la soldadura TIG es bastante menor, unos 0,6 según EN 1011-1. Para el electrodo revestido es también 0,8; para el arco sumergido, 1,0.
Ejemplo MAG: 24 V, 180 A, 30 cm/min dan E = 24 · 180 · 60 / (30 · 1000) = 8,6 kJ/cm y Q = 0,8 · 8,6 ≈ 6,9 kJ/cm.
Puede calcularse con la calculadora del aporte térmico.
Cómo mantener bajo el aporte térmico
- soldar más rápido,
- reducir la corriente y la tensión,
- usar hilo más fino, por ejemplo en soldaduras verticales ascendentes,
- cordones rectos en lugar de pasadas oscilantes anchas, más pasadas de menor sección.
Precalentamiento y temperatura entre pasadas
Los aceros austeníticos, por lo general, no se precalientan. Más importante es la temperatura entre pasadas: la siguiente pasada solo puede soldarse cuando la soldadura se ha enfriado por debajo del límite.
| Grupo de materiales | Precalentamiento | Temperatura entre pasadas | Fuente |
|---|---|---|---|
| Austeníticos (1.4301, 1.4404, 1.4571 …) | no; solo en casos especiales hasta 150 °C | de 150 a un máximo de 180 °C | DVS 0931 |
| Totalmente austeníticos (1.4539 …), base níquel | no | 100 a 120 °C | DVS 0931 |
| Dúplex (1.4462, 1.4362 …) | normalmente no; a partir de unos 10 a 20 mm de espesor, 80 a 120 °C | máximo 150 °C (DVS 0931) o 250 °C (DVS 0946) | DVS 0931, DVS 0946 |
| Superdúplex (1.4410, 1.4501 …) | normalmente no | máximo 150 °C | DVS 0946 |
| Martensíticos blandos (1.4313) | a partir de unos 30 mm, al menos 100 °C | 100 a 150 °C | DVS 0931 |
| Ferríticos (1.4016, 1.4512 …) | multipasada, según el espesor 200 a 300 °C | – | DVS 0931 |
Valores orientativos. Prevalecen las recomendaciones de los fabricantes del acero y del material de aporte y la especificación del procedimiento de soldadura. Para el dúplex, las dos hojas técnicas DVS dan límites distintos. Para ir sobre seguro, trabajar con 150 °C.
- Medir, no estimar: la temperatura se comprueba junto a la soldadura con un termómetro de contacto o un lápiz termoindicador.
- No enfriar artificialmente: según DVS 0946, el aire comprimido o el agua entre pasadas están expresamente prohibidos en el dúplex. Las corrientes de aire y el frío también influyen en el enfriamiento.
- No precalentar los aceros totalmente austeníticos: en aceros como el 1.4539 aumenta, de lo contrario, el riesgo de fisuración en caliente, sobre todo al soldar chapa fina sin material de aporte.
- Los aceros ferríticos tienden a formar grano grueso y carburos de cromo en la zona afectada térmicamente. Se sueldan con el baño de fusión más pequeño posible, es decir, con electrodos finos y baja energía del arco.
Las temperaturas de precalentamiento para aceros no aleados y de baja aleación las proporciona la calculadora de temperatura de precalentamiento. No está pensada para aceros inoxidables.
Dúplex: ni demasiado ni demasiado poco
Los aceros dúplex tienen una ventana térmica. Si el calor es demasiado bajo, la soldadura se enfría demasiado rápido, se forma muy poca austenita y bajan la tenacidad y la resistencia a la corrosión. Si es demasiado alto, existe riesgo de fase sigma y otras precipitaciones intermetálicas.
- Energía del arco según DVS 0946: dúplex de 5 a 25 kJ/cm, superdúplex de 2 a 15 kJ/cm.
- Contenido de austenita en el metal depositado: de 30 a 70 % si no se realiza un recocido de solubilización.
- El nitrógeno en el acero y en el gas de protección favorece la formación de austenita. Los aceros dúplex modernos suelen contener más de 0,15 % de N y por eso apenas necesitan precalentamiento. Según la hoja informativa ISER, con los procesos de arco habituales apenas hay riesgo de que se forme muy poca austenita.
- Planificar la secuencia de soldadura de modo que las piezas puedan enfriarse entre pasadas.
El tiempo de enfriamiento puede estimarse con la calculadora de velocidad de enfriamiento t8/5. Más sobre los gases y la microestructura en Dúplex y superdúplex.
Limitar la distorsión
Contra la distorsión ayudan sobre todo poco calor y distancias de punteado cortas.
- soldar con baja energía del arco,
- evacuar el calor mediante barras de cobre, que además soportan la raíz,
- soldar en utillajes,
- puntear con menor separación que en el acero no aleado,
- soldar de forma simétrica y a paso de peregrino para que las tensiones se compensen.
Distancias de punteado según el espesor de chapa: Preparación de la junta y punteado.
Tratamiento térmico después de soldar
Las uniones soldadas austeníticas, por lo general, no se tratan térmicamente, porque durante el recocido pueden formarse precipitaciones no deseadas.
Para los aceros dúplex solo entra en consideración, en su caso, el recocido de solubilización. Según DVS 0946, se realiza a 1020 a 1050 °C con un tiempo de mantenimiento de 5 minutos tras el calentamiento completo, seguido de enfriamiento rápido en agua. Para los aceros ferríticos y martensíticos, el tratamiento térmico depende del material y del material de aporte.
Preguntas frecuentes
¿Hay que precalentar el acero inoxidable?
Los aceros austeníticos, por lo general, no. Las excepciones son los aceros ferríticos al cromo gruesos, los martensíticos blandos a partir de unos 30 mm y, ocasionalmente, los componentes dúplex gruesos.
¿Qué temperatura puede tener la soldadura antes de la siguiente pasada?
En los grados austeníticos estándar, de 150 a 180 °C; en los totalmente austeníticos y base níquel, de 100 a 120 °C; en el superdúplex, 150 °C.
¿Puede enfriarse la soldadura con agua?
En el dúplex, no; DVS 0946 lo excluye. En los grados austeníticos es menos crítico desde el punto de vista metalúrgico, pero el agua no debe dejar residuos como cloruros o suciedad en la soldadura.
¿Por qué cuenta más el aporte térmico que la corriente?
Porque la velocidad también es decisiva. La misma corriente introduce mucho más calor en la pieza en una pasada oscilante lenta que en un cordón recto rápido.
Para seguir leyendo: artículos sobre la soldadura de aceros inoxidables
La serie va del material a la soldadura ensayada, pasando por el proceso, el gas y la protección de la raíz. Para una visión general, véase Soldadura de acero inoxidable.
- Qué hace inoxidable al acero
- Microestructura, ferrita delta y fisuración en caliente
- Elegir el material de aporte
- Los procesos de un vistazo
- Gases de protección
- Preparación de la junta y punteado
- Protección de la raíz y purga
- Coloraciones, decapado, pasivado
- Dúplex y superdúplex
- Unir inoxidable con acero no aleado
- Defectos y daños por corrosión
- Ensayos y seguridad laboral
Sobre el autor
Robert Lahnsteiner, Ing., es ingeniero internacional de soldadura (IWE) y director gerente de MIGAL.CO GmbH. Tras formarse en telecomunicaciones y electrónica en la HTL de Braunau, trabajó desde 1983 durante dieciocho años en tecnología de soldadura en Fronius. Desde 2001 dirige junto con Martin Erl MIGAL.CO, el fabricante de hilo de soldadura de aluminio con sede en Landau an der Isar. Sus áreas de especialización son los materiales de aportación de aluminio, la fabricación y la alimentación del hilo y la supervisión de los procesos de soldadura. En la DVS colabora desde hace unos 30 años en el comité técnico FA03 «Soldadura por arco» y preside el grupo de trabajo 2.4.4 «Soldadura MIG del aluminio».