Lo ideal es que los materiales base utilizados en una aplicación de soldadura combinen perfectamente en composición química y mecánica. Sin embargo, las empresas de fabricación, fabricación, construcción y otras industrias ocasionalmente pueden considerar necesario (tanto por costos como por requisitos de condiciones de servicio) soldar materiales diferentes. Soldar diferentes materiales, como acero inoxidable y acero al carbono, puede ser una opción mucho más económica que fabricar una estructura enteramente con acero inoxidable.                           

La soldadura de materiales diferentes es común en ciertas instalaciones de generación de energía, como refinerías petroquímicas, así como en muchas instalaciones de minería y procesamiento de minerales. La resistencia a la corrosión que proporciona el acero inoxidable suele ser necesaria para los equipos de esas instalaciones. Sin embargo, cuando el entorno o las condiciones de servicio lo permiten, el material se puede soldar a acero al carbono menos costoso. En estas aplicaciones, el acero al carbono, que incluye aleaciones suaves y bajas, cumple la importante función de reducir los costos en la construcción y operación de estas plantas de fabricación.  

Como ocurre con cualquier aplicación de soldadura, lograr el éxito al soldar aceros diferentes requiere una selección cuidadosa de los metales de aportación y los procedimientos de soldadura adecuados. Esto es válido independientemente del proceso que utilice la aplicación de soldadura.

Tenga en cuenta que el tema de unir metales diferentes abarca una enorme cantidad de materiales y procesos de fabricación. Los consejos y sugerencias ofrecidos en este artículo se aplican a una variedad de acero inoxidable y acero al carbono, incluida la combinación de acero inoxidable austenítico 304L y acero dulce comúnmente utilizada, así como menciones de grados de acero inoxidable dúplex y otros similares. Los operadores de soldadura que no estén seguros acerca de una aplicación siempre deben consultar con un distribuidor de soldadura o un fabricante de metal de aportación para obtener recomendaciones específicas sobre soldadura y metal de aportación.

Tres factores para recordar
Al soldar acero inoxidable con acero al carbono, es fundamental prestar atención a la química, las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión para evitar posibles problemas. Para los tres factores, elegir el metal de aportación adecuado puede ayudar a reducir las preocupaciones.         

Como ejemplo, al unir acero inoxidable 304L con acero dulce, el metal de aportación más comúnmente recomendado es el 309L. Durante el proceso de soldadura, la soldadura se diluye con parte del acero inoxidable de un lado de la unión y parte del acero dulce del otro lado, mezclándose con el material de cada lado de la soldadura. El objetivo es crear un depósito de soldadura final cuya química sea compatible con cada lado de la junta soldada. El uso de metal de aportación 309L logra este objetivo al unir acero inoxidable 304L con acero dulce.                   

Nuevamente, si hay dudas sobre la selección adecuada del metal de aportación, recuerde consultar con un distribuidor de soldadura o un fabricante de metal de aportación antes de intentar realizar una soldadura diferente.  

También es importante hacer coincidir las propiedades mecánicas de cada tipo de material. Lograr una coincidencia mecánica es una función de tener la química correcta y también un reflejo del calor creado por el procedimiento de soldadura. Como regla general, al soldar cualquier tipo de acero inoxidable a acero al carbono, el metal de aportación debe igualar o superar ligeramente las propiedades mecánicas del más débil de los dos materiales.                            

Por último, al soldar acero inoxidable y acero dulce, es importante mantener la resistencia a la corrosión de la junta soldada y del metal base de acero inoxidable cercano.         


El aporte de calor es importante 
Para abordar los factores químicos, propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, es importante seguir un procedimiento de soldadura adecuado que limite el calor. entrada a la soldadura y al material base inoxidable. Limitar la entrada de calor reduce la dilución del depósito de soldadura con la porción de acero dulce de la junta soldada. Esto, a su vez, ayuda a mantener el contenido de aleación del depósito de soldadura y su resistencia a la corrosión deseada.

En el caso de algunos aceros inoxidables, un aporte de calor moderado también protege la resistencia a la corrosión al evitar la creación de fases indeseables en el acero inoxidable. lado de acero de la junta. Por ejemplo, los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 están sujetos a la precipitación de carburos si se mantienen durante demasiado tiempo en un rango de temperatura crítico de 800 grados a 1400 grados Fahrenheit. Minimizar el tiempo en este rango y seleccionar un metal base y un metal de aportación con bajo contenido de carbono puede evitar que ocurra este problema. También puede estar justificado el uso de grados estabilizados de metales de aporte (ER321 o ER347, por ejemplo), y pueden servir como seguro adicional para evitar la precipitación de carburo.

Otros grados de acero inoxidable pueden formar fases indeseables que resultan en fragilidad o poca resistencia a la corrosión si se mantienen demasiado tiempo a altas temperaturas. La fase sigma (una fase intermetálica frágil con alta dureza) se puede formar en algunos grados de acero inoxidable a temperaturas elevadas y puede comprometer seriamente las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. En los aceros inoxidables dúplex, por ejemplo, el aporte de calor es responsable del equilibrio entre ferrita y austenita en la soldadura final y la zona afectada por el calor (HAZ). El nivel adecuado de entrada de calor puede ayudar a mantener la cantidad deseada de cada fase en la soldadura terminada y la ZAT del metal base.

Errores a evitar: deformación, agrietamiento y oxidación
El acero inoxidable tiene un alto coeficiente de expansión térmica, una medida que se refiere a la velocidad a la que un material se expande con los cambios de temperatura. En resumen, el acero inoxidable se expande y contrae más con los cambios de temperatura en comparación con el acero al carbono.

El acero inoxidable también tiene aproximadamente la mitad de la conductividad térmica del acero al carbono. Debido a esa falta de conductividad térmica, una pieza de acero inoxidable caliente permanecerá caliente por mucho más tiempo porque no aleja el calor de la fuente tan rápidamente. Dado que el acero al carbono tiene más conductividad térmica, el calor se conduce a lo largo de esa pieza relativamente rápido, alejando el calor de la zona de soldadura.

Las diferencias en el coeficiente de expansión térmica y la conductividad térmica pueden causar algunas dificultades al soldar materiales diferentes. . Naturalmente, el acero inoxidable querrá expandirse y contraerse más como resultado del alto calor que se observa durante la soldadura. Por el contrario, el acero al carbono (particularmente el acero dulce) es un buen conductor del calor y, por lo tanto, se enfriará y encogerá más rápidamente a medida que se enfríe la junta. Estas diferencias aumentan la tensión en la articulación, creada cuando ambos lados se expanden con el calor y se contraen con el enfriamiento. Esto puede causar deformación o desalineación de una soldadura de metal diferente. También puede causar grietas si las tensiones creadas por las diferencias en la expansión y contracción térmica exceden la resistencia de cualquiera de los materiales.                      

Para abordar estos dos problemas al soldar acero inoxidable con acero al carbono, evite las uniones muy restringidas que crean altas tensiones a medida que la unión se calienta y se enfría. Si se requiere una configuración de junta muy restringida, use una entrada de calor modesta y algo de precalentamiento para retrasar el enfriamiento de la junta después de completar la soldadura. Aislar la junta soldada después de la última pasada de soldadura también ralentizará el enfriamiento y ayudará a evitar que las tensiones térmicas agrieten la junta.             

La contaminación de la junta soldada y la soldadura resultante es un problema grave que a menudo causa grietas "en caliente". Los contaminantes pueden reaccionar con el acero al carbono o el acero inoxidable para producir cantidades mínimas de material de soldadura con temperaturas de fusión drásticamente más bajas. Estas áreas microscópicas de contaminantes de bajo punto de fusión son las últimas en congelarse cuando la soldadura se enfría. Como resultado, pueden convertirse en grietas a medida que el metal de soldadura se enfría y se contrae. Estas grietas calientes se pueden ver fácilmente si el problema es grave, pero también pueden ser microfisuras invisibles a simple vista.      

Cuando se trata de proteger el material de la oxidación, estas soldaduras de metales diferentes deben tratarse tal como lo haría una soldadura de acero inoxidable. Las uniones de raíz abiertas deben protegerse de la atmósfera en la parte posterior de la soldadura (purga posterior). La práctica de la purga inversa, que se utiliza con mayor frecuencia en la soldadura TIG, ayuda a prevenir la contaminación de la soldadura desde detrás de la junta. De lo contrario, la unión soldada y el lado de acero inoxidable de la soldadura pueden dañarse por oxidación, que es el resultado de una reacción con el oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera. La oxidación dañará la resistencia a la corrosión de la soldadura y la HAZ del acero inoxidable. Para evitar que esto ocurra, purgue la parte posterior de la junta con un gas inerte como argón, o use uno de los recubrimientos disponibles comercialmente que se pueden aplicar a la parte posterior de una junta soldada antes de soldar.                               

Preparación para soldar acero inoxidable a acero al carbono
La limpieza y preparación adecuadas son pasos vitales para ayudar a garantizar una soldadura exitosa de materiales diferentes. Muele las escamas de laminación o los recubrimientos hacia atrás al menos 1/2 pulgada a cada lado de la junta. Continúe esta tarea limpiando el área con un solvente como alcohol o acetona. Estos pasos ayudan a eliminar la grasa y el aceite, que tienden a transportar fósforo y azufre, que son las principales causas del agrietamiento en caliente.

Soldar metales diferentes requiere planificación 
Soldar metales diferentes puede ser un desafío. Es importante tener la mayor cantidad de información posible sobre las características de los materiales base y el metal de aportación para poder tomar decisiones adecuadas que produzcan soldaduras exitosas. En caso de duda, consulte con un distribuidor de soldadura de confianza para que le asesore sobre el proceso. Hacerlo puede ayudar a garantizar la durabilidad y el ahorro de costos que se buscan en una aplicación que incluye tanto acero inoxidable como acero al carbono.