sábado, 13 de octubre de 2012

SOLDABILIDAD DE ACERO

SOLDABILIDAD DE ACERO

Quizé realizar esté pequeño aporte para abarcar de manera global los tipos de acero y su respectiva soldabilidad, dejando al lector la inquietud de que cada material exige una investigación de sus propiedades físico-químicas, así como de su aplicabilidad en el entorno en el que nos desempeñamos.

Casi el 85% del metal producido y utilizado a nivel mundial es acero. El termino acero abarca muchos tipos de metales a base de hierro. El acero es una aleación hierro-carbono, y elementos metálicos tales como: manganeso, cromo, níquel, etc., y no metales como: silicio, fósforo, azufre y otros.

Hay tantos tipos diferentes de aceros que es a veces se torna confusa identificar el acero que se debe utilizar para una aplicación en particular. Por ejemplo, hay aceros estructurales, aceros fundidos, aceros inoxidables, aceros para herramientas, acero laminado en caliente, acero de baja aleación y alta resistencia, etc., se dan a veces los nombres del acero basados en su elemento principal de aleación como de acero al carbono, acero al cromo, acero al manganeso, acero cromo-molibdeno, etc.



Aceros de bajo carbono y aceros de baja aleación

Aceros de bajo carbono incluyen los de la serie AISI C-1008 a C-1025. Composición de carbono 0,10 a 0,25%, composición de manganeso 0,25 a 1,5%, el fósforo es de 0,4% como máximo, y azufre es de 0,5% como máximo. Aceros en este rango son los más ampliamente utilizados para la fabricación industrial y la construcción. Estos aceros se pueden soldar fácilmente con cualquiera de los procesos de soldadura de gases, arco, y por resistencia.

Los aceros de baja aleación y de alta resistencia representan el grueso de los aceros que permanecen en el sistema de designación AISI. Estos aceros se sueldan con electrodos revestidos de la serie E-80XX, E-90XX, y E-100X, según la AWS. En estos aceros se pueden incluir, los aceros de bajo manganeso, aceros de contenidos medios de níquel, acero al níquel, aceros de bajo cromo, aceros al molibdeno, aceros al cromo-molibdeno y aceros al níquel-cromo-molibdeno.

Estas aleaciones se incluyen en la serie AISI 2315, 2515 y 2517. Rangos de carbono 0.12-0.30%, 0.40-0.60% de manganeso, silicio 0.20-0.45% y el níquel 3,25-5,25%. Si el carbono no supera un 0,15% en composición el precalentamiento no es necesario, con excepción de secciones muy pesadas. Si el carbono excede de 0,15% se debe precalentar hasta 2600C, dependiendo del espesor.



Para el proceso de soldadura por arco, la atención se concentra hacia la selección de los electrodos recubiertos sobre la base de sus factores de usabilidad. Todos los electrodos se describen en la especificación AWS A5.1 son aplicables a los aceros de media y de baja aleación.



La serie de electrodos E-60xx y E-70XX proporcionan la fuerza suficiente para producir 100% costuras de soldadura en los aceros. El límite de elasticidad de los electrodos, coincidirá con el límite de elasticidad de los aceros de baja y media aleación. El electrodo E-60xx clase debe ser usado para los aceros con límite de elasticidad inferior a 350 MPa y el E-70XX de clase debe ser usado para soldar aceros con límite de elasticidad por debajo de 420 MPa.

La selección del electrodo recubierto se aplica para que coincida con las propiedades mecánicas de los metales, y también coincida aproximadamente con la composición química del metal de base. Por esta razón se debe conocer la composición del metal base y sus propiedades mecánicas para poder seleccionar el electrodo recubierto correctamente. La clase E-80XX o de mayor resistencia que no tienen recubrimiento de bajo hidrógeno están diseñados específicamente para soldadura de tubos.

Los electrodos recubiertos con celulosa ofrecen penetración profunda, los hacen aptos para la soldadura de tuberías. En la práctica la soldadura de tuberías de acero es relativamente delgada y se suelda con electrodos de celulosa con corrientes relativamente altas. Además, cada pase de soldadura es muy fino y el metal de soldadura es envejecido durante un período considerable de tiempo antes de colocar la tubería en servicio. Esto permite que el hidrógeno, que puede ser absorbido, pueda escapar del metal, y no afectar negativamente a la vida útil de la tubería.



Aceros de medio carbono

Los aceros de medio carbono son los de la serie AISI C-1020 a C-1050. La composición es similar a aceros de bajo carbono, excepto en los rangos de carbono 0,25 a 0,50% y manganeso 0,60 a 1,65%.

Con más de carbono y manganeso se recomiendan electrodos de bajo hidrógeno, especialmente en secciones más gruesas. El precalentamiento puede ser necesario y debe ir desde 150-260oC. Un poscalentamieto se especifica para aliviar tensiones y ayudar a reducir la dureza que puede haber sido causada por un enfriamiento rápido. Los aceros de medio carbono son fácilmente soldables, siempre aplicando las precauciones anteriormente expresadas.

Estos aceros se pueden soldar con todos los procesos mencionados anteriormente.



Aceros de alto carbono

Los aceros de alto de carbono incluyen los de la serie AISI de C-1050 a C-1095. La composición es similar a los aceros de medio carbono, con excepción de carbono que va desde 0,30 hasta 1,00%.

Se deben tomar precauciones especiales con la soldadura en esta clase de aceros. Los electrodos de bajo hidrógeno deben ser empleados y un precalentamiento es necesario y debe ser aplicado entre 300-3200C, especialmente cuando se sueldan secciones gruesas. Un tratamiento de poscalentamieto, ya sea para aliviar tensiones internas o un recocido, se suele recomendar.

Los aceros de alta de carbono se pueden soldar con los mismos procesos mencionados anteriormente.



Aceros de bajo cromo-níquel

Aceros de este grupo incluyen el AISI 3120, 3135, 3140, 3310 y 3316. En estos aceros, los rangos de composición son los siguientes: carbono 0.14-0.34%, manganeso 0.40-0.90%, silicio 0.20-0.35%, níquel 1.10-3.75% y cromo 0.55-0.75%.

Secciones delgadas de estos aceros en los rangos de más bajo carbono se puede soldar sin precalentamiento. Un precalentamiento de 100-1500C es necesario para el carbono en el rango de 0,20%, y para el contenido de carbono superior un precalentamiento de hasta 3200C debe ser utilizado.

La soldadura debe ser recocida para el alivio de tensiones.



Aceros de bajo Manganeso

Incluidos en este grupo están las denominaciones AISI 1320, 1330, 1335, 1340, y 1345. En estos aceros, los rangos de composición oscilan así: carbono 0.18-0.48%, manganeso 1.60-1.90% y silicio 0.20-0.35%.

Precalentar no es necesario en el rango bajo de carbono y manganeso. Se debe precalentar entre 120-1500C cuando el carbono se acerca a 0,25%, y obligatorio en la gama más alta de manganeso. Secciones gruesas deben ser precalentadas a doble de la cifra anterior. Un tratamiento de alivio de tensiones es recomendable.



Aceros de bajo cromo

Incluidos en este grupo están AISI 5015 a 5160 y el acero de horno eléctrico 50100, 51100, y 52100. Los rangos de composición son: carbono 0,12-1,10%, manganeso 0,30-1,00%, cromo 0,20-1,60%, y silicio 0.20-0.30%. Cuando el carbono está en el extremo bajo, estos aceros se pueden soldar sin precauciones especiales. A medida que aumenta de carbono y a medida que aumenta el cromo, dan como resultados una dureza elevada, por lo tanto se requiere un precalentamiento de 4000C, sobre todo en espesores gruesos.

Cuando se utiliza el proceso de soldadura por arco sumergido, es necesario adecuar la composición del electrodo con la composición del metal base. En general, el precalentamiento puede ser reducido para la soldadura de arco sumergido, debido a la mayor aportación de calor y las tasas de enfriamiento más lento involucrados. Para asegurarse de que el depósito por arco sumergido es bueno el flujo debe estar seco, y el electrodo y el metal de base deben estar limpios.

Cuando se utiliza la soldadura de arco metálico con gas de protección, el electrodo seleccionado debe coincidir con el metal base, y el gas de protección deben ser seleccionado para evitar la oxidación excesiva del metal de soldadura. El proceso de precalentamiento con la soldadura de arco metálico con gas (GMAW) está en el mismo orden que la soldadura de arco metálico (SMAW) dado que la entrada de calor es similar.

Cuando se utiliza el proceso (FCAW), el metal de soldadura depositado producido por el electrodo con núcleo debe coincidir con el metal base a soldar. El precalentamiento es similar al proceso GMAW.

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