La soldadura de hierro fundido se puede lograr con los materiales y técnicas adecuados
La soldadura interna efectiva de piezas de hierro fundido puede ahorrar tiempo y dinero, pero existen desafíos. La falla de soldadura a menudo puede resultar en grietas u otros daños. Si se trata de piezas críticas, puede ser prudente buscar la mano de obra de una instalación con soldadores con experiencia para garantizar un resultado exitoso.
Si la soldadura se realiza internamente, es crucial investigar los pasos necesarios para producir eficazmente una pieza soldada. Se deben seguir cuatro pasos clave antes de comenzar:
- Identificar la aleación
- Limpiar la fundición a fondo
- Seleccionar una temperatura de precalentamiento
- Seleccionar una técnica de soldadura adecuada
Identificar la aleación
Los hierros fundidos son una familia de aleaciones de hierro y carbono. Su alto contenido de carbono (generalmente 2-4%) le da al hierro fundido su dureza característica. Sin embargo, esa dureza se produce a expensas de la ductilidad. Es menos maleable en comparación con el acero o el hierro forjado. Los ciclos de calentamiento y enfriamiento durante la soldadura provocan expansión y contracción en el metal, induciendo tensión de tracción. Los hierros fundidos no se estiran ni deforman cuando se calientan o se estresan, sino que se agrietan, lo que los hace extremadamente difíciles de soldar. Esta característica se puede mejorar añadiendo diferentes aleaciones.
Algunas aleaciones de hierro fundido son más fáciles de soldar que otras:
- Fundición gris
El hierro fundido gris es la forma más común de hierro fundido. El carbono se precipita en escamas de grafito durante la fabricación en una microestructura cristalina de perlita o ferrita. Es más dúctil y soldable que el hierro fundido blanco. Sin embargo, sigue presentando un reto para los futuros soldadores, ya que las escamas de grafito del hierro fundido gris pueden entrar en el baño de soldadura y provocar la fragilización del metal de soldadura. - Hierro fundido blanco
El hierro fundido blanco retiene el carbono como carburo de hierro sin precipitarlo como grafito. La microestructura cristalina de cementita es muy dura y quebradiza. El hierro fundido blanco generalmente se considera no soldable.
Limpiar la fundición
Independientemente de la aleación, todas las piezas fundidas deben prepararse adecuadamente antes de soldar. Al preparar la fundición para la soldadura, es crucial eliminar todos los materiales de la superficie para limpiar completamente la fundición en el área de la soldadura. Retire la pintura, la grasa, el aceite y otros materiales extraños de la zona de soldadura. Lo mejor es aplicar calor cuidadosa y lentamente en el área de soldadura durante un corto tiempo para eliminar el gas atrapado en la zona de soldadura del metal base.
Una técnica simple para probar la preparación de la superficie de hierro fundido es depositar una pasada de soldadura sobre el metal, que será poroso si hay impurezas. Esta pasada se puede moler y el proceso se puede repetir varias veces hasta que la porosidad desaparezca.
Precalentar
Todos los hierros fundidos son vulnerables al agrietamiento bajo tensión. El control del calor es el factor más importante para evitar grietas.
Una soldadura de hierro fundido requiere tres pasos:
- Precalentamiento
- Bajo aporte de calor
- Enfriamiento lento
La razón principal para el control del calor es la expansión térmica. Cuando el metal se calienta, se expande. No se produce tensión cuando un objeto entero se calienta y se expande al mismo ritmo, pero la tensión se acumulará cuando el calor se localice en una pequeña zona afectada térmicamente (ZAT).
El calentamiento localizado provoca una expansión restringida: el ZAT está contenido por el metal más frío que lo rodea. El grado de tensión resultante depende del gradiente térmico entre el ZAT y el cuerpo de fundición. En el acero y otros metales dúctiles, la tensión generada por la expansión y contracción restringidas se alivia con el estiramiento. Desafortunadamente, esto puede causar grietas durante el período de contracción, ya que los hierros fundidos tienen una ductilidad relativamente pobre. El precalentamiento disminuye el gradiente térmico entre el cuerpo de fundición y el ZAT, minimizando así la tensión de tracción causada por la soldadura. En general, los métodos de soldadura a mayor temperatura requieren un precalentamiento a mayor temperatura. Cuando no es posible un precalentamiento adecuado, la mejor estrategia es minimizar la entrada de calor: seleccione un proceso de soldadura a baja temperatura y varillas o alambres de soldadura de bajo punto de fusión.
La velocidad de enfriamiento es otro factor que tiene un impacto directo en las tensiones inducidas en la soldadura. El enfriamiento rápido provoca contracción, lo que crea soldaduras quebradizas y fácilmente agrietadas. Por el contrario, el bajo enfriamiento reduce el estrés de endurecimiento y contracción.
Técnica de soldadura
Las técnicas de soldadura deben elegirse en función de su idoneidad para la aleación de hierro fundido que se está soldando. Los procesos de soldadura más comunes son la soldadura con electrodo revestido, oxiacetileno y soldadura fuerte.
Soldadura con electrodo revestido
La soldadura con electrodo revestido, también conocida como soldadura por arco metálico blindado o MMA, utiliza un electrodo consumible cubierto con un fundente. Se pueden utilizar diferentes tipos de electrodos en función de la aplicación, la coincidencia de color requerida y la cantidad de mecanizado que se debe realizar después de la soldadura.
Hay tres tipos principales de relleno que funcionan bien para la soldadura con electrodo revestido de hierro fundido:
- Electrodos recubiertos de hierro fundido
- Electrodos de aleación de cobre
- Electrodos de aleación de níquel
Los electrodos de aleación de níquel son los más populares para la soldadura de hierro fundido. De acuerdo con el Laboratorio de Materiales de New Hampshire Inc., la soldadura de níquel-hierro es más fuerte con un menor coeficiente de expansión térmica, lo que reduce las tensiones de soldadura y mejora la resistencia al agrietamiento.
Un arco eléctrico entre el electrodo y el área de soldadura derrite los metales y provoca la fusión. El arco debe dirigirse al baño de soldadura, en lugar de al metal base, ya que esto minimizará la dilución. Se recomienda utilizar la configuración de corriente más baja aprobada por el fabricante para minimizar el estrés térmico. Precaliente las piezas a al menos 250 ° F antes de soldar con electrodos de hierro fundido o cobre. Los electrodos de níquel se pueden utilizar sin precalentamiento.
Soldadura con oxiacetileno
La soldadura con oxiacetileno también hace uso de electrodos, pero en lugar de un arco generado por la corriente, un soplete de oxiacetileno proporciona la energía para la soldadura. Los electrodos de hierro fundido y los electrodos de cobre y zinc son adecuados para la soldadura con oxiacetileno de hierro fundido.
Se debe tener cuidado de no oxidar el hierro fundido durante la soldadura con acetileno, ya que esto provoca la pérdida de silicio y la formación de hierro blanco en la soldadura. La varilla de soldadura debe fundirse en el baño de soldadura fundido, en lugar de directamente por la llama, para minimizar los gradientes de temperatura.
Soldadura fuerte
La soldadura fuerte es un método común para unir piezas de hierro fundido debido al mínimo impacto en el propio metal base. Una varilla de soldadura proporciona el relleno que se adhiere a la superficie de hierro fundido. Debido al punto de fusión más bajo del relleno en comparación con el hierro fundido, el relleno no se diluye con el hierro fundido, sino que se adhiere a la superficie.
La limpieza de la superficie es fundamental para esta técnica de soldadura, ya que la unión depende de la calidad del relleno que humedece la superficie del metal base. De acuerdo con el diseño de la máquina, el uso de fundente para evitar la formación de óxidos durante la soldadura fuerte es común. Es un líquido que favorece la humectación, lo que permite que el relleno fluya sobre las piezas metálicas a unir. También limpia las partes de óxidos para que el relleno se adhiera más firmemente a las partes metálicas. Además, los fundentes se utilizan en la soldadura para limpiar las superficies metálicas.
Acabado
El agrietamiento generalmente ocurre durante la fase de contracción térmica: la tensión de tracción se acumula a medida que la soldadura se enfría y se contrae. Si la tensión alcanza un punto crítico, la soldadura se agrieta.
Las posibilidades de agrietamiento se pueden disminuir aplicando una tensión de compresión para oponerse a la tensión de tracción durante el enfriamiento. Los soldadores utilizan una técnica llamada peening (golpes moderados con un martillo de bola) en un cordón de soldadura deformable mientras la soldadura aún está blanda. El granallado disminuye el riesgo de agrietamiento en la soldadura y HZ, pero solo debe intentarse cuando se trabaja con metal de soldadura relativamente dúctil.
El paso final de la soldadura es el control del enfriamiento. Este proceso utiliza materiales aislantes para ralentizar el enfriamiento tanto como sea posible, o aplica calor periódico a la soldadura para ralentizar el proceso de enfriamiento natural.
Soldadura interna
Si bien contratar la soldadura de hierro fundido a un profesional puede garantizar una soldadura de calidad, es posible completar una reparación de soldadura internamente con una preparación cuidadosa. Siga los pasos para identificar su aleación, preparar el material y elegir la técnica de soldadura más adecuada.
Fuentes
- BOC Mundo de la Soldadura. “Hierro fundido.”
- Materia total. “Soldadura de hierro fundido y otros hierros.”
- Laboratorio de Materiales de New Hampshire. “Consejos para soldar hierro fundido.”
- El Instituto de Soldadura. “Soldabilidad de materiales: hierros fundidos.”
