11 consejos sobre cómo soldar níquel y aleaciones de níquel

El níquel es un elemento de aleación común y, por lo tanto, se suelda como parte de diferentes aleaciones de acero. La pregunta es ahora, ¿puedes soldar níquel como aleación base? ¿Y qué debe tener en cuenta al soldar materiales a base de níquel o ricos en níquel?

En general, la soldadura de níquel se puede realizar con la mayoría de los procesos de soldadura. El agrietamiento en caliente y la porosidad son los principales desafíos al soldar níquel.

Si está interesado en los detalles, siga leyendo mis 11 consejos para mejorar su soldadura de níquel o para comenzar.

Comprender el níquel y sus propiedades principales

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La soldadura de níquel necesita una pequeña comprensión del comportamiento del metal cuando se expone a diversas condiciones, como la temperatura. Como uno de los materiales de ingeniería importantes, el comportamiento del níquel está predeterminado o influido por sus propiedades, como se describe a continuación.

  • Alta resistencia a la incrustación y oxidación. Incluso cuando se expone a temperaturas al rojo vivo, el níquel no se oxida ni se descama.
  • Baja conductividad. El níquel y las aleaciones de níquel tienen baja conductividad. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la aleación de níquel, tienden a ponerse al rojo vivo en poco tiempo debido a la baja conductividad y la baja disipación de calor.
  • Alta resistencia a la corrosión, lo que significa que las aleaciones de níquel no necesariamente se oxidan. Las aleaciones de níquel son incluso resistentes a la corrosión de algunas soluciones alcalinas y ácidas.

Los otros hechos fascinantes sobre el níquel son que es el número cinco en términos del elemento más abundante en la tierra y también es ferromagnético, lo que significa que puede ser atraído por un imán. Más aún, el níquel no experimenta una transición de fase cuando se enfría desde el punto de fusión hasta la temperatura ambiente.

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Vale la pena señalar que el níquel puede existir en su forma pura, pero en su mayoría se combina con otros compuestos para formar aleaciones mediante endurecimiento por precipitación o endurecimiento por solución sólida. Todos estos aspectos pintan un panorama más amplio sobre cómo se debe soldar el níquel y qué esperar.

El níquel se puede soldar con la mayoría de los procesos de soldadura

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Volviendo a los consejos para soldar níquel, es posible soldar níquel junto con su aleación utilizando todos los procesos de soldadura por convección como TIG, MIG, soldadura por arco sumergido, soldadura por plasma, soldadura por electroescoria y soldadura con electrodo revestido. Sin embargo, se sabe que la soldadura con varilla crea una soldadura más fuerte en comparación con el material base. La protección con gas argón es necesaria cuando se sueldan aleaciones de níquel mediante el proceso TIG. Se recomienda un electrodo de tungsteno toriado al 2% para la soldadura TIG de aleaciones de níquel.

El proceso de soldadura MIG para níquel requiere una protección de gas, generalmente argón y helio mezclados en una proporción de 50:50. Con esto, es posible soldar níquel en cualquier posición. El hecho de que el níquel tenga casi el mismo pero bajo coeficiente de expansión térmica en comparación con el acero al carbono hace necesaria la distorsión y las medidas de control de la distorsión.

Tenga cuidado con los desafíos al soldar níquel

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El agrietamiento en caliente se convierte en una preocupación seria durante la soldadura de aleaciones de níquel. Tal escenario es evidente en el metal de soldadura o cerca de la línea de fusión dentro de la zona afectada por el calor. Es más común cerca de la línea de fusión. Sin embargo, el agrietamiento en caliente durante la soldadura de níquel también puede ser necesario por la presencia de otros materiales como aceite, grasa o suciedad como resultado de una limpieza inadecuada de los materiales.

Otro problema asociado con la soldadura de aleaciones de níquel es la porosidad. La causa principal es la existencia de nitrógeno que forma poros en la soldadura de solidificación final. La presencia de nitrógeno de tan solo el 0,025% es capaz de alterar el escudo de gas, lo que da como resultado la contaminación atmosférica y, finalmente, la porosidad.

Para evitar la porosidad asociada con el nitrógeno, el área de soldadura debe protegerse lo suficiente con un escudo de gas que sea eficiente y de alta pureza. La adición de hidrógeno al gas de protección argón ha demostrado ser viable para reducir la porosidad en el metal de soldadura. La tensión superficial resultante en el baño de soldadura también se puede reducir mediante la adición de hidrógeno al gas de protección.

Una combinación de oxígeno con carbono también puede causar porosidad en el baño de soldadura debido a la formación de monóxido de carbono. Esto se evita mediante el uso de consumibles que tengan suficientes desoxidantes en el metal de aporte, como titanio, manganeso y aluminio.

También se puede formar una escoria adherente y viscosa en la superficie del baño de soldadura cuando se sueldan aleaciones de níquel. Si no se eliminan antes de la siguiente pasada, puede resultar difícil eliminarlas, lo que provoca inclusiones y una mala fusión entre pasadas de la soldadura. Los soldadores deben saber que el cepillado con alambre no resuelve este problema.

Control del baño de soldadura

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Dirigir y controlar el baño de soldadura es importante y, por lo tanto, las preparaciones de soldadura deben ser lo suficientemente amplias para permitir esto. Un ángulo incluido de 70-80 grados puede lograr esto para soldaduras a tope en V. Un ángulo incluido de 30-40 grados es suficiente para una preparación de tope en U.

Las aleaciones de níquel son conocidas por tener una baja penetración en comparación con el acero inoxidable. Por lo tanto, es necesario limitar la cara de la raíz a 1,5 mm para una soldadura a tope con separación cero en la soldadura TIG. La forma del cordón de la raíz se puede controlar utilizando tiras de respaldo removibles, preferiblemente hechas de acero inoxidable o aleación de cobre. Se debe evitar el uso de acero al carbono como tiras de respaldo.

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La soldadura de aleaciones de níquel no requiere necesariamente fundente. Sin embargo, algunas aleaciones como Inconel pueden requerir el uso de fundente. En ese caso, se puede preparar una pasta fina de fundente mezclando agua con fundente seco. Siempre que sea necesario, se puede aplicar fundente con un hisopo o una brocha en ambos lados de la costura, inferior y superior, y también en la varilla de soldadura.

Elección del material de relleno de soldadura adecuado

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Las varillas de soldadura para soldadura de aleación de níquel deben tener la misma composición que el material que se está soldando. Esto se debe a que garantiza que la soldadura final tenga una resistencia a la corrosión uniforme como el material que se está soldando sin producir necesariamente efectos galvánicos. Algunas de las varillas de soldadura preferibles para el níquel incluyen la varilla de silicio Monel y la varilla de soldadura fuerte HTS-528. Este último es útil para unir dos metales de níquel o unirlo a otros metales como latón, cobre, hierro, bronce y acero.

Preparación completa antes de soldar

Al igual que soldar otros metales, es importante limpiar el material. Cualquier suciedad, pintura, aceite, líquido de corte, grasa, marcador y tintas de crayón deben eliminarse por completo. La limpieza previa a la soldadura se puede realizar cepillando enérgicamente con un cepillo de alambre de acero inoxidable o mecanizando. Otros mecanismos de limpieza para el níquel incluyen el esmerilado, el decapado con chorro de arena y el frotado con la ayuda de un paño abrasivo.

A esto le sigue el desengrasado que se puede lograr con un solvente adecuado y la soldadura real debe realizarse en un lapso de 8 horas para evitar la contaminación. Después de realizar el desengrasado, se debe evitar el uso de herramientas accionadas por aire para aire comprimido, ya que podría contener aceite y humedad que eventualmente volverán a contaminar la superficie.

Decidir sobre la necesidad del tratamiento térmico

Es posible hacer un tratamiento térmico en la pieza antes de soldar. Sin embargo, se debe tener cuidado para asegurarse de que se haga con un combustible sin azufre. Un horno eléctrico puede ser útil en ese caso. La presencia de Azufre entre otros contaminantes como fósforo, plomo, zinc, plata, estaño y otros elementos de bajo punto de fusión está asociada al fenómeno de fisuración en caliente.

Configuración correcta del proceso de soldadura

Durante la soldadura, se recomienda utilizar una llama ligeramente reductora. Los reguladores de acetileno y oxígeno están ocasionados por fluctuaciones de presión. Por lo tanto, la reducción de la llama debe tener en cuenta la fluctuación y evitar cualquier posible oxidación del marco. Otro paso importante durante la soldadura es sujetar firmemente las piezas que se van a soldar. Esto se puede hacer con la ayuda de abrazaderas o plantillas en un intento por evitar cualquier posible distorsión.

Al iniciar el proceso de soldadura, la antorcha no debe retirarse del trabajo. El soldador debe continuar a lo largo de la costura. El extremo de la varilla de soldadura debe permanecer dentro de la envoltura del marco de protección. Esto evita que la varilla calentada se oxide. Para realizar el calor concentrado, es necesario mantener el contacto entre la superficie de la piscina fundida y la punta del cono luminoso. Mantener el contacto también es ventajoso ya que evita que el metal fundido se oxide.

En algunos casos, existe la posibilidad de que se forme escoria u óxido en la superficie del metal fundido mientras se suelda níquel. En ese caso, la varilla de soldadura debe fundirse cuidadosamente debajo de la película superficial en la soldadura.

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Siguiendo la mejor práctica para soldar níquel

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Con todos los consejos discutidos para soldar níquel y sus aleaciones, podemos reducir aún más los datos y trucos rápidos necesarios para obtener resultados de soldadura adecuados, como se indica a continuación.

  • Independientemente del proceso de soldadura elegido, es importante limitar siempre la entrada de calor.
  • Debido a la baja conductividad térmica de las aleaciones de níquel, existe la posibilidad de que el calor se acumule rápidamente.
  • Tanto el helio como el argón son los gases de protección preferidos para las aleaciones de níquel. Una mezcla de los dos todavía puede funcionar correctamente. La adición de otros gases como el oxígeno puede causar porosidad en la soldadura.
  • El amperaje utilizado en la soldadura de aleación de níquel debe ser menor que el utilizado en acero inoxidable.
  • Se debe permitir que la soldadura se enfríe entre cordones o pasadas.
  • La superficie debe limpiarse antes de soldar níquel y también entre pasadas.
  • El níquel no se endurece por el enfriamiento rápido. Esto significa que el enfriamiento rápido de la soldadura fundida no necesariamente endurece la aleación. Sin embargo, el endurecimiento por envejecimiento se puede utilizar para endurecer las aleaciones de níquel mediante tratamiento térmico.
  • Una copa de gran tamaño o una lente de gas pueden ser útiles en la soldadura TIG, ya que ayudan a proporcionar una protección suficiente.
  • La parte trasera también debe protegerse con argón para soldaduras de penetración total y pasadas de raíz.
  • Para evitar la oxidación, la punta caliente del alambre de relleno siempre debe estar protegida. Cualquier punta de mierda necesita ser cortada.
  • Después de la soldadura, no se requiere tratamiento posterior a la soldadura a menos que lo requiera la aplicación del material soldado.

Como se indicó anteriormente, las aleaciones de níquel rara vez tienen cambios metalúrgicos que afecten su resistencia a la corrosión. Sin embargo, es necesario aliviar la tensión después de soldarlos siempre que puedan entrar en contacto con compuestos como sales de mercurio, soda cáustica concentrada y fluorosilicatos. Esto evita el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Dicho esto, no es necesario aliviar las tensiones en las aleaciones de níquel que tienen un alto contenido de níquel.

Referencias

Avery, RE (2018). Pautas para la fabricación soldada de aleaciones de níquel para servicio resistente a la corrosión: una guía práctica para soldadores, ingenieros de materiales e ingenieros de diseño. Instituto del Níquel.

Parrilla, J. (2020). Guía de Soldadura y Soldadura de Níquel. WeldGuru. Obtenido de: https://weldguru.com/nickel-welding/

Lippold, JC, Kiser, SD y DuPont, JN (2013). Metalurgia de soldadura y soldabilidad de aleaciones base níquel. Hoboken, Nueva Jersey: Wiley.

neóníquel. Recursos técnicos: Soldadura de Aleaciones de Níquel. Obtenido de; https://www.neonickel.com/technical-resources/fabrication/welding-nickel-alloys/

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