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• Yerber Zedano

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SOLDADURA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables , más precisamente, los aceros de resistencia a la corrosión son una familia de aleaciones a base hierro, y poseen una excelente resistencia a la corrosión. Estos aceros no se oxidan y se oponen firmemente a ataques de una gran cantidad de líquidos, gases y productos químicos. Muchos de los aceros inoxidables tienen una buena resistencia y ductilidad a bajas temperaturas. La mayoría de ellos presentan buenas propiedades de resistencia y expansión a altas temperaturas. Todos los aceros inoxidables contienen hierro como elemento base y cromo en cantidades que oscilan alrededor del 11% al 30%. El cromo proporciona la resistencia a la corrosión para los aceros inoxidables. Hay alrededor de 15 tipos de aceros inoxidables al cromo. El níquel se añade a algunos aceros inoxidables, que son conocidos como aceros inoxidables al cromo-níquel. La adición de níquel reduce la conductividad térmica y reduce la conductividad eléctrica. Los aceros de cromo-níquel pertenecen a la serie 300 AISI / SAE de aceros inoxidables. Ellos no son magnéticos y tienen una estructura austenítica. Estos aceros inoxidables contienen pequeñas cantidades de carbono que tiene tendencia a formar carburos de cromo, que no son resistentes a la corrosión. El carbono no es deseable particularmente en aleaciones del grupo 18% de Cromo, 8% de níquel. El manganeso se añade a algunas aleaciones de cromo y níquel. Normalmente estos aceros contienen un poco menos de níquel, ya que las aleaciones cromoníquel-manganeso fueron desarrolladas originalmente para la conservación de níquel. En estas aleaciones, una pequeña porción de níquel se sustituye por el manganeso, generalmente en proporción de dos a uno. Los aceros inoxidable al cromo-níquel-manganeso pertenecen a la serie200 AISI / SAE. Estos aceros tienen una microestructura austenítica y no son magnéticos. El molibdeno es también incluido en algunas aleaciones de acero inoxidable. El molibdeno es agregado para mejorar la resistencia a la fluencia del acero a temperaturas elevadas. Así mismo, aumentará la resistencia a la corrosión en diversas aplicaciones, y mejorará la resistencia a la corrosión por picadura. Los aceros inoxidables se pueden soldar utilizando diferentes tipos de procedimientos tales como: la soldadura de arco metálico (SMAW), la soldadura de tungsteno y gas de protección (TIG), y la soldadura de arco metálico con gas (GMAW). Estos aceros son un poco más difíciles de soldar que los aceros al carbono convencionales. Las propiedades físicas de acero inoxidable son diferentes del acero al carbono y ésto hace que la soldadura se tome de manera diferente. Estas diferencias son las siguientes: • Baja temperatura de fusión, • Bajo coeficiente de conductividad térmica, • Alto coeficiente de expansión térmica, • Mayor resistencia eléctrica. Las propiedades no son las mismas para todos los aceros inoxidables, pero son las mismas para los que tienen la misma microestructura. En este sentido,

los aceros inoxidables de clase metalúrgica similar tienen las características de soldadura similares y se agrupan de acuerdo a la estructura metalúrgica con respecto a la soldadura. Aceros inoxidables tipo austeníticos. Aceros de manganeso no son endurecidos por tratamiento térmico y son magnéticos en estado recocido. Pueden llegar a ser ligeramente magnéticos cuando son trabajados en frío o soldados. Esto ayuda a identificar esta clase de aceros inoxidables. Todos los aceros inoxidables austeníticos son soldables con la mayoría de los procesos de soldadura, con la excepción del tipo 303, que contiene azufre, y el 303Se, que contiene selenio para mejorar la maquinabilidad. Los aceros inoxidables austeníticos tienen alrededor de 45% más coeficiente de expansión térmica, mayor resistencia eléctrica, y conductividad térmica menor que los aceros al carbono convencionales. Se recomienda una alta velocidad de soldadura, así se puede reducir la entrada de calor, y tratar de evitar la precipitación de carburos, y minimizar la distorsión. El punto de fusión de los aceros inoxidables austeníticos es ligeramente inferior al punto de fusión de los aceros al carbono convencionales. Debido a la temperatura de fusión más baja y a la menor conductividad térmica, la corriente de soldadura es generalmente más baja. La alta expansión térmica dicta las precauciones especiales que deben adoptarse con respecto a la deformación y la distorsión. Aceros inoxidables ferríticos. Los aceros inoxidables ferríticos no son endurecidos por tratamiento térmico y son magnéticos. Todos los aceros inoxidables tipos ferríticos se consideran soldables con la mayoría de los procesos de soldadura, excepto para el grado 430F, que contiene alto contenido de azufre para el mecanizado. El coeficiente de expansión térmica es inferior a los tipos austeníticos y es casí el mismo como los aceros al carbono. Los procesos de soldadura que tienden a aumentar la adición de carbono no son recomendables, estos incluyen el proceso de oxi-gas combustible, el proceso carbon arc, y la soldadura de arco metálico con gas CO2 protector. Carburos de cromo muestran las tendencias hacía el endurecimiento con estructura de tipo martensítica en los límites de grano en la zona de la soldadura. Esto reduce la ductilidad, tenacidad y resistencia a la corrosión en la soldadura. Para secciones gruesas, un precalentamiento de 200°C es beneficioso. Para restaurar la resistencia a la corrosión y mejorar la ductilidad después de la soldadura un recocido a 760-820°C, seguido de un enfriamiento en agua o aire, es recomendable. El tamaño de grano grande seguirá existiendo, sin embargo, la dureza y la tenacidad pueden ser alteradas. La tenacidad se puede mejorar sólo por el trabajo en frio de la soldadura. Si el tratamiento térmico después de la soldadura no es possible, y las demandas de servicio y resistencia al impacto son necesarias, un aporte de acero inoxidable austenítico debe ser utilizado. De lo contrario, el metal de aporte seleccionado debe coincidir con el metal de base. Aceros inoxidables martensíticos. Los aceros inoxidables martensíticos son endurecidos por tratamiento térmico y son magnéticos. Los de bajo contenido de carbono hacen que se puedan soldar sin precauciones especiales. Los tipos con más de 0,15% de carbono tienden a ser endurecidos al aire y, por tanto, se

requiere de precalentamiento y postcalentamiento de soldaduras. Un rango de temperatura de precalentamiento de 230-290°C se recomienda. Un postcalentamiento se debe seguir inmediatamente a la aplicación de la soldadura y debe estar en el rango de 650-760°C, seguido de un enfriamiento lento. Si un precalentamiento y postcalentamiento no es posible, un relleno de acero inoxidable austenítico debe ser utilizado. El acero tipo 416Se para mecanizado no debe ser soldado. Los procesos de soldadura que tienden a aumentar la recolección de carbono no son recomendables. Aumentar el contenido de carbono genera mayor sensibilidad a las grietas en el área de soldadura. Metales de aporte La selección de la aleación de metal de aporte para la soldadura de los aceros inoxidables se basa en la composición del acero inoxidable. El metal de aporte de diversas aleaciones están normalmente disponibles como electrodos cubiertos, y desnudos como alambres sólidos. Recientemente electrodos tipo “alambres con núcleo fundente” se han desarrollado para la soldadura de aceros inoxidables. Las aleaciónes de aporte para la soldadura de los diversos aceros inoxidable son: Cr-Ni-Mn (AISI N º 308), Cr-Ni-austenítico (AISI N º 309, 310, 316, 317, 347), Cr-martensíticos (AISI N º 410, 430); Cr-ferríticos (AISI N º 410, 430, 309, 502). Es posible soldar diferentes metales de base inoxidable con la misma aleación de metal de aporte. Los procedimientos de soldadura Para la soldadura SMAW, hay dos tipos básicos de electrodos. Estos son el recubierto a base de de cal indicada por el sufijo 15 y el tipo de titanio designado por el sufijo 16. Los electrodos a base de cal se utilizan sólo con corriente continua electrodo positivo (polaridad inversa). El electrodo revestido tipo titanio sufijo 16 puede utilizarse con corriente alterna y corriente directa con electrodo positivo. Son del tipo de bajo hidrógeno y ambos se usan en todas las posiciones. Sin embargo, el tipo 16 es más suave, y presenta más atractivo al soldar, y funciona mejor en la posición plana. El ancho de la costura debe limitarse a dos veces y media el diámetro del electrodo. Los electrodos recubiertos deben ser almacenados en un cuarto seco a temperatura controlada. Los electrodos, de bajo hidrógeno, son susceptibles a la absorción de humedad. Una vez que la caja se ha abierto, los electrodos deben guardarse en un lugar seco hasta su uso. Soldadura por arco de tungsteno y gas de protección. Se utiliza ampliamente para secciones más delgadas de acero inoxidable. El tungsteno 2% se recomienda y el electrodo debe poseer buena conicidad. El argón se utiliza normalmente como gas de protección, sin embargo, mezclas de helioargón,a veces se utilizan para aplicaciones automáticas. Soldadura de arco metálico y gas de protección. Se usa ampliamente para materiales más gruesos, ya que es un proceso más rápido de soldadura. El modo de transferencia spray se utiliza para la soldadura en posición plana y esto requiere la utilización de argón para la protección con el 2% ó 5% de oxígeno ó mezclas especiales. El oxígeno ayuda a producir mejor acción humectante en los bordes de la soldadura. La transferencia a corto círcuito

también puede utilizarse en materiales delgados. En esté caso se emplea la protección de CO2 ó la mezcla 25% de CO2, más un 75% de argón. La mezcla de argón-oxígeno también puede utilizarse con electrodos de pequeño diámetro. Con alambres de bajo contenido de carbono, y CO2 como protección la cantidad de carbono en la pieza aumentará ligeramente, por lo tanto se debe tener presente la vida útil de la soldadura y la resistencia a la corrosión, de tal manera que el gas CO2 o la mezcla CO2-argón no deben ser empleados. Consideraciones generales Los electrodos para el soldeo de los aceros inoxidables son siempre revestidos en los procesos de arco. El revestimiento protege el baño de fusión de la contaminación por el aire, evitando la oxidación del cromo y produciéndose soldaduras sanas y resistentes a la corrosion. Además actúa como agente estabilizador, ayudando a mantener el arco y permitiendo un transporte uniforme del metal de aportación hacía el baño de fusión. La escoria procedente de la fusión del revestimiento del electrodo se deposita sobre la superficie del cordon y debe limpiarse posteriormente, antes del deposito de nuevas pasadas. Para obtener buenas soldaduras el alma de electrodo debe ser de contenido en carbono lo más bajo posible. También es conveniente que el revestimiento esté libre de elementos indeseables. Para todas las operaciones de soldadura, el área de soldadura se debe limpiar y estar libre de todo material extraño, aceite, pintura, suciedad, etc. El arco de soldadura debe ser tan corto como sea posible, cuando se utiliza cualquiera de los procesos de arco. Como soldar un acero inoxidable. El

acero

inoxidable

está

disponible

en

forma

de

tubo,

cañería

y

hojas.Generalmente no es magnético y a menudo tiene un acabado plateado. Las aleaciones de acero inoxidable con níquel y cromo pueden tener un brillo intenso y un acabado de espejo. Estas aleaciones de alto pulido son difíciles de soldar debido a una capa superior de óxido muy fuerte. Para soldarlos, se necesita quitar la capa de óxido por medio de cepillado o lijado y además debe aplicarse un tratamiento químico con flujo ácido. Estas barreras se regeneran rápidamente, por lo tanto debes agitar, aplicar el flujo y soldar en secuencia rápida. Prepara el metal que quieres soldar. Limpia el metal o metales que vas a unir. El metal base debe estar completamente limpio. Prepara las superficies con un cepillo de cerdas de acero inoxidable, frotándolas fuertemente. Para obtener una buena soldadura, es importante que quites la fuerte capa de óxido

de

las

partes.

1. Prepara el metal que quieres soldar. Limpia el metal o metales que vas a unir. El metal base debe estar completamente limpio. Prepara las superficies con un cepillo de cerdas de acero inoxidable, frotándolas fuertemente. Para obtener una buena soldadura, es importante que quites la fuerte capa de óxido de las partes.

2. Aplica el flujo. Aplica el flujo de soldadura apropiado para quitar la barrera de óxido y para atraerla hacia el área de unión o reparación. Si es necesario, utiliza el alambre o varilla de soldadura para mover el flujo hacia su posición.

3. Calienta el metal. Utiliza una llama leve, pistola de calor o herramienta de soldadura para calentar el metal adyacente al área de reparación o al costado opuesto de la unión. Si usas una llama directa sobre el área de reparación, se sobrecalentará la soldadura y el flujo. Si usas una antorcha, debes sostener la punta a 10-15 cm del metal base.

4. Cuando empiece la acción de flujo, aplica la soldadura. Cuando las burbujas de flujo aparezcan y se torne de un color marrón, es tiempo de aplicar la varilla. Arrastra la varilla sobre el área que vas a soldar, hasta que empiece a fluir. Cuando la soldadura empiece a fluir, retira el calor. Si necesitas aplicar más capas, continúa arrastrando la varilla sobre el área.

5. Revisa el depósito de soldadura. La soldadura debe unirse suavemente. Si se forman bolitas parecidas a cuentas de agua, significa que no se unió al metal base. Esto es debido a que no se quitó por completo la capa de óxido o que hubo sobrecalentamiento.

6. Aplica una soldadura adicional. Si detuviste el proceso, pero quieres aplicar más soldadura o hacer que fluya el depósito un poco más, permite que se enfríe un poco. Luego añade más flujo y calienta de nuevo. El flujo ayudará en el proceso de unión, ya que aplicará más soldadura o hará que exista más flujo, lo cual expulsará el depósito anterior.

Prueba del ultrasonido para aceros inoxidables Prueba de ultrasonido Las pruebas por ultrasonido son una forma de control de calidad utilizada para asegurar la fuerza y la calidad del acero laminado o del acero creado en el piso de la fábrica para una variedad de propósitos. Esto es importante para los compradores, que amenudo quieren acero de alta calificación para proyectos específicos. Esta es una prueba tan importante que muchasempresas ofrecen información precisa sobre qué dispositivos de ultrasonido se utilizaron y cómo probar el acero. Por lo general, cada hoja individual se prueba, ya sea sobre una cinta transportadora (con un dispositivo de ultrasonidos montado) o con la mano (con un dispositivo portátil, como una varita). El objetivo es eliminar las placas de acero que tienen demasiados defectos inherentes en el interior. Algunos defectos pueden ser vistos en el exterior de la placa, lo que a menudo significa descalificación, pero otros defectos pueden estar ocultos en el interior del acero, donde las partículas de metal no se han combinado adecuadamente y formaron áreas problemáticas. Al igual que los nudos en una tabla de madera, estos defectos pueden causar que la placa se deforme con el tiempo, o comprometer su integridad de manera que se rompa fácilmente.

Componentes Los probadores ultrasonido se componen de dos partes principales: el transductor que envía la señal, y un receptor diseñado para recogerla de nuevo. Un transductor es un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro; en este caso, la energía eléctrica en ondas sonoras acústicas. Esencialmente, las ondas sonoras viajan a través de la placa de acero y retornan. Cualquier imperfección en la placa distorsionará las ondas, ya que tomará a algunas partes de las olas un mayor o menor tiempo de viaje a través de las zonas defectuosas. Estas distorsiones son recogidas por el receptor, y si están demasiado distorsionadas, la placa queda inhabilitada, pero si caen dentro de parámetros aceptables, la placa es aprobada. Esto no significa que las pruebas de ultrasonido pueden descartar todos los defectos en el acero. Más bien, pueden demostrar que el acero es lo suficientemente bueno para ser vendido en base a los estándares del fabricante, y los pequeños defectos revelados por la prueba son despedidos. Proceso Hay dos formas de realizar la prueba de ultrasonido. Uno de los primeros métodos ideados utiliza agua y requiere que la placa de acero sea sumergida antes de comenzar la prueba. Esto es difícil de hacer en el piso de la fábrica, especialmente debido a que el acero recién enfriado puede no estar listo para ser sumergido en el agua otra vez (a menos que se combinan los dos procesos). Un método más sencillo simplemente envía las ondas de sonido a través del propio objeto de prueba y ningún medio circundante, pero esto requiere sensores diferentes y de mayor sintonía. Cuando se realiza la prueba, se envían ondas sonoras en impulsos. El objetivo es que cada onda de sonido pase a través del objeto y vuelva a subir antes de enviar la siguiente onda, con un intervalo de tiempo cuidadosamente calibrado entre ellos. Siempre existe el peligro de recoger ondas "falsas", debido a la interferencia, pero muchos sensores están equipados con la capacidad para detectar ondas falsas.