¿Por qué el acero con bajo contenido en carbono puede soldarse fácilmente mientras que el acero con alto contenido en carbono plantea problemas? Este artículo analiza la soldabilidad de los distintos tipos de acero al carbono y explica cómo influye en el proceso el diferente contenido de carbono. Descubrirá las propiedades específicas que hacen que el acero con bajo contenido en carbono sea ideal para la soldadura y por qué el acero con alto contenido en carbono requiere técnicas especiales para evitar el agrietamiento. Aprenda qué factores debe tener en cuenta para garantizar el éxito de la soldadura con diferentes aceros al carbono.
Según su composición química, el acero puede clasificarse en dos tipos principales: acero al carbono y acero aleado.
Los aceros al carbono se clasifican a su vez en:
(i) Acero con bajo contenido de carbono: contenido de carbono < 0,25%
(ii) Acero al carbono medio: contenido de carbono 0,25 - 0,60%
(iii) Acero con alto contenido de carbono: contenido de carbono > 0,60%
El acero bajo en carbono, a menudo denominado acero dulce, contiene menos de 0,25% de carbono. Se caracteriza por una resistencia, dureza y ductilidad relativamente bajas. Esta categoría engloba la mayoría de los aceros estructurales al carbono ordinarios y algunos aceros estructurales al carbono de alta calidad. El acero dulce se suele utilizar para componentes estructurales de ingeniería que no requieren tratamiento térmico y para piezas mecánicas en las que se necesita resistencia al desgaste, que se puede conseguir mediante carburación u otros tratamientos de endurecimiento superficial.
El acero de carbono medio, con un contenido de carbono de 0,25% a 0,60%, ofrece una buena trabajabilidad y mecanizabilidad en caliente, pero presenta una soldabilidad deficiente. Posee mayor resistencia y dureza que el acero con bajo contenido en carbono, pero menor plasticidad y tenacidad. El acero semiduro al carbono puede utilizarse directamente en formas laminadas o estiradas en frío, o tras un tratamiento térmico sin transformación adicional.
Cuando está debidamente templado y revenido, el acero medio al carbono presenta excelentes propiedades mecánicas generales. Puede alcanzar una dureza máxima de aproximadamente HRC55 (equivalente a HB538) y resistencias a la tracción que oscilan entre 600 y 1100 MPa. Estas características hacen del acero al carbono medio el material más utilizado en aplicaciones de resistencia media. Se utiliza mucho en la construcción y la fabricación de diversos componentes mecánicos.
El acero con alto contenido en carbono, que contiene entre 0,60% y 1,70%, también se conoce como acero para herramientas. Es apto para el temple y revenido, pero presenta poca soldabilidad. El contenido de carbono se adapta a aplicaciones específicas:
Cada grado de acero al carbono ofrece propiedades únicas y se selecciona en función de los requisitos específicos de la aplicación, equilibrando factores como la resistencia, la dureza, la ductilidad y la mecanizabilidad.
Comparación de las propiedades de soldadura del acero con bajo contenido en carbono y del acero con alto contenido en carbono
La soldabilidad del acero se rige principalmente por su composición química, siendo el contenido de carbono el factor más crítico. Aunque otros elementos de aleación pueden influir en la soldabilidad, su impacto es generalmente menos significativo en comparación con el carbono.
Los aceros con bajo contenido en carbono (normalmente <0,25% C) presentan una excelente soldabilidad y no suelen requerir precauciones especiales. Sin embargo, cuando se suelda en entornos de baja temperatura, con chapas gruesas o para aplicaciones de alto rendimiento, puede ser necesario el uso de electrodos básicos y precalentamiento. Si el contenido de carbono y azufre se aproxima al límite superior de los aceros con bajo contenido en carbono, deben aplicarse medidas adicionales para evitar el agrietamiento térmico. Entre ellas se incluyen el uso de consumibles de soldadura de alta calidad con bajo contenido en hidrógeno, la aplicación de tratamientos térmicos previos y posteriores a la soldadura y la optimización del diseño de la unión.
Los aceros de carbono medio (0,25-0,60% C) son más susceptibles a la fisuración inducida por la soldadura, especialmente a medida que aumenta el contenido de carbono. Esto se debe a la mayor templabilidad de la zona afectada por el calor (ZAC), que aumenta el riesgo de fisuración en frío y reduce la soldabilidad general. Además, el contenido de carbono del metal de soldadura aumenta proporcionalmente con el material base, lo que agrava aún más el riesgo de fisuración.
La presencia de azufre en el acero de carbono medio puede aumentar significativamente la probabilidad de fisuración en caliente durante la soldadura. Para mitigar estos riesgos, es crucial seleccionar electrodos básicos con propiedades superiores de resistencia al agrietamiento. La aplicación de tratamientos térmicos adecuados antes y después de la soldadura también puede reducir eficazmente las tendencias al agrietamiento mediante la gestión de las tensiones térmicas y los cambios microestructurales.
El acero con alto contenido en carbono (>0,60% C) presenta las características de soldadura más difíciles debido a su elevado contenido en carbono. Esto se traduce en altas tensiones de soldadura y un riesgo sustancialmente mayor de fisuración tanto en caliente como en frío en la ZAT. Las soldaduras en acero con alto contenido de carbono son especialmente propensas a la fisuración en caliente en comparación con sus homólogos de carbono medio. En consecuencia, el acero con alto contenido en carbono se utiliza raramente en la fabricación de soldaduras en general y se limita principalmente a aplicaciones especializadas como la soldadura de reparación o el recargue de componentes resistentes al desgaste.
El tratamiento térmico posterior a la soldadura, en particular el revenido, es esencial para todas las soldaduras de acero al carbono, especialmente las de aceros de medio y alto contenido en carbono. Este proceso sirve para aliviar las tensiones residuales, estabilizar la microestructura y reducir significativamente el riesgo de fisuración retardada. Un revenido adecuado puede mejorar drásticamente las propiedades mecánicas, la tenacidad y el rendimiento general de la unión soldada.
Para garantizar unos resultados óptimos al soldar aceros al carbono, es fundamental tener en cuenta factores como las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas, el control de la aportación de calor, la selección adecuada del metal de aportación y los parámetros del tratamiento térmico posterior a la soldadura. Estas variables deben adaptarse cuidadosamente al contenido de carbono específico y a los requisitos de la aplicación para conseguir soldaduras de alta calidad, sin defectos y con las propiedades mecánicas deseadas.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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