La soldadura de metales distintos es un proceso difícil pero esencial en la fabricación moderna. Implica unir metales con propiedades y composiciones diferentes, lo que a menudo da lugar a una zona de fusión con características mecánicas y estructurales distintas. Este artículo analiza los problemas inherentes, los métodos de soldadura adecuados, como la soldadura por fusión y a presión, y las consideraciones clave para garantizar soldaduras robustas. Al comprender estos aspectos, los lectores pueden aprender estrategias eficaces para mitigar los problemas comunes de la soldadura y mejorar el rendimiento de las uniones en entornos de alta temperatura y alta tensión.
Los problemas inherentes a la soldadura de metales disímiles han impedido su desarrollo, como la constitución y el rendimiento de la zona de fusión en metales disímiles.
Los daños en la estructura de la soldadura de metales distintos suelen producirse en la zona de fusión, ya que las características de los cristales de soldadura difieren a lo largo de los segmentos cercanos a la zona de fusión, lo que provoca la formación de una capa de transición con un rendimiento deficiente y cambios en la composición.
Además, debido a la exposición prolongada a altas temperaturas, la capa de difusión en esta región se expandirá, aumentando aún más la falta de homogeneidad del metal.
Además, durante o después de la soldadura de metales distintos, o tras un tratamiento térmico o una operación a alta temperatura, es frecuente observar el fenómeno de la "migración" de carbono del lado de baja aleación a través del límite de soldadura hacia la soldadura de alta aleación, formando descarburización y capas de carburación a ambos lados de la línea de fusión.
El resultado es una capa de descarburación en el material base de baja aleación y una capa de carburación en el lado de la soldadura de alta aleación.
La obstaculización y la prevención de la utilización y el desarrollo de estructuras de metales distintos se manifiestan principalmente en los siguientes ámbitos:
1. A temperatura ambiente, las propiedades mecánicas del metal disímil junta soldada (como tracción, impacto, flexión, etc.) suelen superar las prestaciones del material base soldado.
Sin embargo, tras un funcionamiento prolongado a altas temperaturas, el rendimiento de la zona de unión es inferior al del material base.
2. Existe una zona de transición martensítica entre la soldadura austenítica y el material parental perlítico.
Esta zona tiene menor tenacidad y es una capa frágil de alta dureza, que es una zona débil que conduce al fallo del componente. Reduce la fiabilidad del estructura soldada.
3. El tratamiento térmico posterior a la soldadura o la migración de carbono durante el funcionamiento a alta temperatura pueden dar lugar a la formación de una capa carburizada y una capa descarburizada a ambos lados de la línea de fusión.
Normalmente, se cree que la capa descarburada, debido a la reducción de carbono, provoca cambios significativos en la estructura y propiedades de la zona (normalmente una degradación), haciéndola propensa a fallos prematuros durante el servicio.
Los puntos de fallo de muchas tuberías de alta temperatura en servicio o en pruebas se concentran en la capa descarburada.
4. El fallo está relacionado con condiciones como el tiempo, la temperatura y la tensión cíclica.
5. El tratamiento térmico posterior a la soldadura no puede eliminar la tensión residual distribución en la zona conjunta.
6. Inhomogeneidad de la composición química.
Durante la soldadura de metales distintos, los metales a ambos lados del cordón de soldadura y la composición de la aleación del cordón de soldadura difieren significativamente.
Durante el proceso de soldaduraTanto el material base como el material de soldadura se fundirán y se mezclarán.
Este nivel de uniformidad de la mezcla cambia con el proceso de soldadura, y el grado de uniformidad de la mezcla puede variar en gran medida en diferentes lugares de la junta de soldadura, dando lugar a una falta de homogeneidad en la composición química de la junta de soldadura.
7. Inhomogeneidad de la estructura metalográfica.
Debido a la discontinuidad de la composición química de la unión soldada y a la experiencia del ciclo térmico de soldadura, aparecen diferentes estructuras en varias zonas de la unión soldada, dando lugar a menudo a formaciones estructurales extremadamente complejas en algunas zonas.
8. Rendimiento discontinuo.
La composición química y la estructura metalúrgica de las uniones soldadas provocan variaciones en sus propiedades mecánicas.
La resistencia, la dureza, la plasticidad, la tenacidad, la resistencia al impacto, la fluencia a alta temperatura y el rendimiento duradero difieren significativamente en las distintas regiones de la unión soldada.
Esta incoherencia sustancial provoca comportamientos diversos en distintas regiones de la articulación en condiciones idénticas, que se manifiestan como zonas de debilitamiento y fortalecimiento.
Especialmente en condiciones de alta temperatura, las uniones soldadas de metales distintos suelen presentar fallos prematuros durante el servicio.
La mayoría de los métodos de soldadura pueden aplicarse a soldar metales distintosSin embargo, a la hora de elegir un método de soldadura y establecer las medidas del proceso, deben tenerse en cuenta las características de la soldadura de metales distintos.
En función de los requisitos del material base y de la unión soldada, soldadura por fusión, soldadura a presióny otros métodos han encontrado aplicaciones en la soldadura de metales distintos, cada uno con sus propias ventajas e inconvenientes.
La soldadura por fusión se utiliza ampliamente en la soldadura de metales distintos.
Entre los métodos de soldadura por fusión más comunes se encuentran la soldadura con electrodo de varilla, la soldadura por arco sumergido, la soldadura por arco con gas protector, la soldadura por electroescoria, la soldadura por arco de plasma, la soldadura por haz de electrones y la soldadura por plasma. soldadura láser.
Para reducir la dilución, disminuir la proporción de fusión o controlar la cantidad de fusión de diferentes metales base, se suelen elegir métodos con mayor densidad de energía de la fuente de calor, como la soldadura por haz de electrones, la soldadura por láser o la soldadura por arco de plasma.
Para minimizar la profundidad de fusión, se pueden adoptar medidas tecnológicas como el arco indirecto, el hilo de soldadura oscilante, el electrodo de banda y el hilo de soldadura adicional no electrificado.
Sin embargo, en cualquier caso, siempre que se trate de soldadura por fusión, parte del material base siempre se fundirá en el cordón de soldadura provocando la dilución.
Además, también formará compuestos intermetálicos, estructuras eutécticas, etc.
Para paliar estos efectos adversos, es imperativo controlar y acortar el tiempo de permanencia de los metales en estado líquido o sólido a alta temperatura.
No obstante, a pesar de las continuas mejoras y avances en los métodos y procedimientos de soldadura por fusión, sigue siendo un reto abordar todos los problemas asociados a la soldadura de diferentes tipos de metales.
Dada la diversidad de metales y la amplia gama de requisitos de rendimiento, junto con los variados estilos de unión, en muchos casos es necesario emplear la soldadura a presión u otros métodos de soldadura para resolver problemas específicos. problemas de soldadura relacionados con diferentes uniones metálicas.
La mayoría de los métodos de soldadura a presión sólo calientan los metales a soldar hasta un estado plástico o no los calientan en absoluto, caracterizándose principalmente por la aplicación de una determinada presión.
En comparación con la soldadura por fusión, la soldadura a presión presenta ciertas ventajas a la hora de soldar uniones de metales distintos, siempre que la forma de la unión lo permita y el calidad de soldadura cumple los requisitos, la soldadura a presión suele ser una opción más razonable.
Durante la soldadura a presión, la superficie de unión de los diferentes metales puede fundirse o permanecer sólida, pero debido al efecto de la presión, incluso si hay metal fundido en la superficie, será exprimido (como en la soldadura flash y soldadura por fricción).
Sólo en unos pocos casos el metal que una vez se fundió permanece después de la soldadura a presión (como en soldadura por puntos).
La soldadura a presión, debido a su falta de calor o a su baja temperatura de calentamiento, puede mitigar o evitar los efectos adversos de los ciclos térmicos sobre las propiedades del metal base, y prevenir la formación de compuestos intermetálicos frágiles.
Algunas formas de soldadura a presión pueden incluso exprimir los compuestos intermetálicos que se han formado en la unión.
Además, durante la soldadura a presión no se producen cambios relacionados con la dilución en las propiedades del metal de soldadura.
Sin embargo, la mayoría de los métodos de soldadura a presión tienen ciertos requisitos en cuanto a la forma de las juntas.
Por ejemplo, la soldadura por puntos, soldadura de juntas, y la soldadura por ultrasonidos deben utilizar juntas solapadas; al menos una pieza debe tener una sección transversal giratoria en la soldadura por fricción; la soldadura explosiva sólo es aplicable a uniones de mayor superficie.
Los equipos de soldadura a presión tampoco están aún muy extendidos. Estos factores limitan sin duda el campo de aplicación de la soldadura a presión.
Además de la soldadura por fusión y la soldadura a presión, existen otros métodos para soldar metales distintos. Por ejemplo, soldadura es un método que utiliza un metal de aportación para unir diferentes metales base.
Sin embargo, aquí nos centraremos en un tipo especial de método de soldadura fuerte.
Una de estas técnicas se conoce como soldadura por fusión, en la que el material de punto de fusión más bajo de una unión de metales distintos se somete a soldadura por fusión y el material de punto de fusión más alto se somete a soldadura fuerte. El metal de aportación suele coincidir con el metal base de bajo punto de fusión.
Como tal, el proceso entre el metal de aportación y el metal base de bajo punto de fusión es esencialmente un proceso de soldadura por fusión del mismo metal y no plantea ningún desafío único.
La interacción entre el metal de aportación y el metal base de alto punto de fusión es un proceso de soldadura fuerte. El metal base no se funde ni cristaliza, lo que evita muchos problemas relacionados con la soldadura.
Sin embargo, para ello es necesario que el metal de aportación humedezca eficazmente el metal base.
Otra técnica se conoce como soldadura eutéctica o soldadura eutéctica por difusión. Este método consiste en calentar la superficie de contacto de metales distintos a una temperatura determinada que forma un eutéctico de bajo punto de fusión en el punto de contacto.
Este eutéctico de bajo punto de fusión se vuelve líquido a esta temperatura, creando esencialmente un método de soldadura fuerte que no necesita metal de aportación adicional.
Por supuesto, esto requiere que los dos metales formen un eutéctico de bajo punto de fusión.
En caso de metales diferentes soldadura por difusiónSe introduce una capa intermedia y, a baja presión, la capa intermedia se funde o forma un eutéctico de bajo punto de fusión al entrar en contacto con los metales que se van a soldar.
Esta fina capa de líquido, tras una duración específica de conservación del calor, permite que la capa intermedia se difunda por completo en el metal base y se unifique, dando lugar a una unión de metales distintos sin capa intermedia.
Estos métodos suelen implicar una pequeña cantidad de metal líquido durante el proceso de soldadura, de ahí que también se denominen soldadura de transición de fase líquida. Su característica común es la ausencia de estructuras fundidas en la unión.
a. Desde la perspectiva de la igualdad de resistencia, seleccione varillas de soldadura que satisfagan la resistencia del metal base.
Alternativamente, considerando la soldabilidad del metal base, opte por varillas de soldadura que no tengan la misma resistencia pero ofrezcan una buena soldabilidad.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta la estructura de la soldadura para cumplir los requisitos de igual resistencia e igual rigidez.
b. Asegurarse de que la composición de la aleación coincide o se aproxima a la del metal base.
c. Cuando el metal base contiene una mayor cantidad de impurezas nocivas como carbono (C), azufre (S) y fósforo (P), elija varillas de soldadura con una resistencia superior a las grietas y a la porosidad. Se sugiere utilizar varillas de soldadura del tipo titanio-calcio. Si esto no resuelve el problema, se pueden utilizar varillas de soldadura de tipo sodio con bajo contenido en hidrógeno.
a. Cuando se somete a cargas dinámicas y cargas de impacto, además de garantizar la resistencia, se requiere una alta tenacidad al impacto y alargamiento.
En este caso, opte por varillas de soldadura de bajo contenido en hidrógeno, titanio-calcio y óxido de hierro.
b. Si las soldaduras van a estar en contacto con medios corrosivos, es necesario seleccionar un acero inoxidable adecuado varilla para soldar en función del tipo, la concentración y la temperatura de funcionamiento del medio, así como de si se trata de corrosión general o intergranular.
c. En condiciones de funcionamiento que impliquen desgaste, distinguir si se trata de desgaste general o por impacto, y si el desgaste se produce a temperatura ambiente o a alta temperatura.
d. Para operaciones en condiciones extremas de temperatura, elegir varillas de soldadura que garanticen un comportamiento mecánico a baja o alta temperatura.
a. Para soldar piezas con formas complejas o de gran espesor, el metal de soldadura sufre un importante esfuerzo de contracción durante el enfriamiento, lo que puede provocar grietas.
Es esencial elegir varillas de soldadura con alta resistencia a la fisuración, como varillas de bajo contenido en hidrógeno, varillas de alta tenacidad o varillas de óxido férrico.
b. Para soldar piezas que no pueden voltearse debido a ciertas condiciones, es necesario seleccionar varillas de soldadura capaces de soldar en todas las posiciones.
c. Para soldar piezas en las que la zona de soldadura sea difícil de limpiar, elija varillas altamente oxidantes que sean insensibles a la piel de óxido y a la grasa, para evitar la aparición de defectos como agujeros de aire.
En lugares sin máquinas de soldadura de CC, no conviene elegir varillas de soldadura que sólo funcionen con corriente continua. En su lugar, deben seleccionarse varillas que puedan utilizar tanto corriente alterna como continua.
Ciertos materiales de acero, como el acero perlítico resistente al calor, requieren un alivio de tensiones posterior a la soldadura.
Sin embargo, si las condiciones del equipo o las limitaciones estructurales inherentes impiden el tratamiento térmico, se recomienda utilizar varillas de materiales que no sean metales base, como el acero inoxidable austenítico, que no requieren tratamiento térmico posterior a la soldadura.
En los lugares donde tanto las varillas de soldadura ácidas como las alcalinas cumplen los requisitos, deben preferirse las varillas ácidas.
Cuando el rendimiento es el mismo, las varillas de soldadura ácidas de menor precio deben seleccionarse en lugar de las alcalinas.
Entre las varillas de soldadura ácidas, titanio y los de titanio-calcio son más caros.
Teniendo en cuenta la situación de los recursos minerales de nuestro país, deberíamos promover decididamente el uso de varillas recubiertas del tipo titanio-hierro.
3. Considerar la complejidad de la forma del ensamblaje, el nivel de rigidez, el estado de preparación de la abertura de soldadura y la posición de soldadura.
a. Para soldar piezas con formas complejas o de gran espesor, el metal de soldadura sufre un importante esfuerzo de contracción durante el enfriamiento, lo que puede provocar grietas. Es esencial elegir varillas de soldadura con alta resistencia a la fisuración, como varillas de bajo contenido en hidrógeno, varillas de alta tenacidad o varillas de óxido férrico.
b. Para soldar piezas que no pueden voltearse debido a ciertas condiciones, es necesario seleccionar varillas de soldadura capaces de soldar en todas las posiciones.
c. Para soldar piezas en las que la zona de soldadura sea difícil de limpiar, elija varillas altamente oxidantes que sean insensibles a la piel de óxido y a la grasa, para evitar la aparición de defectos como agujeros de aire.
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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