Las aleaciones de níquel tienen una resistencia a la corrosión excepcional, incluso a altas temperaturas, lo que las convierte en un candidato perfecto para muchas aplicaciones críticas. También son bastante caros y algunas piezas producidas a partir de aleaciones de níquel, como piezas de aviones, pueden ser de gran valor.
Por lo tanto, saber cómo soldar aleaciones de níquel es fundamental para evitar errores costosos. Afortunadamente, soldar aleaciones de níquel no es un gran desafío, pero estas aleaciones tienen sus peculiaridades que hay que tener en cuenta. Podrías hacer soldaduras quebradizas fácilmente con algunos contratiempos simples. Por lo tanto, si bien las aleaciones de níquel son muy duraderas en servicio, son sensibles y requieren un enfoque de soldadura cuidadoso.
Aleaciones de níquel para soldadura Tig
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Este artículo le enseñará cómo soldar aleaciones de níquel sin agrietarse, qué procesos de soldadura utilizar, la selección del metal de aportación y los diferentes tipos de aleaciones de níquel.
Desafíos de soldar aleaciones de níquel
Las aleaciones de níquel son propensas a sufrir porosidad, agrietamiento, contaminación e inclusiones de óxido. Este material no es indulgente, así que será mejor que lo trates bien o esas soldaduras no se pegarán. Si la soldadura falla, casi siempre es necesario retirar mecánicamente todo el metal de soldadura y volver a hacer todo. Por lo tanto, los errores al soldar aleaciones de níquel pueden causar un cuello de botella en cualquier negocio de soldadura. Cuanto mejor comprenda este material y mejores sean sus procedimientos operativos estándar, más eficiente será uniendo aleaciones de níquel.
Porosidad
Al igual que el acero dulce, las aleaciones de níquel pueden desarrollar porosidad si el oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera quedan atrapados en la soldadura. Sin embargo, también hay que preocuparse por la presencia de hidrógeno en la superficie de las aleaciones de níquel. Por lo tanto, no es mala idea precalentar ligeramente la parte soldada si sospecha que se ha condensado humedad en la superficie del metal.
Pero aquí está el truco: en realidad se puede utilizar hasta un 10% de hidrógeno en el gas protector para reducir las posibilidades de que se produzca porosidad del hidrógeno. Suena loco pero funciona. Las burbujas de hidrógeno recogerán el hidrógeno difundido del metal. Sin embargo, si decide experimentar con un gas protector de hidrógeno, no exceda el contenido del 10%.
Porosidad del hidrógeno
Fuente: https://www.insidemetaladditivemanufacturing.com/blog/hydrogen-pore-formations-in-alsi10mg-processed-by-slm
Debe utilizar un blindaje adecuado al soldar aleaciones de níquel con MIG o TIG, y es útil utilizar un tamaño de copa de blindaje más grande al soldar con TIG para mejorar la cobertura del gas de protección. Tan solo un 0,025% de nitrógeno en el baño de soldadura provocará porosidad. Por lo tanto, la cobertura máxima del gas de protección es vital. Asegúrese de que el entorno de trabajo no tenga corrientes de viento. Además, la purga de gas es crucial al realizar soldaduras críticas.
Inclusiones de óxido superficial
Las aleaciones de níquel suelen contener aluminio, titanio, cromo y otros elementos en pequeñas cantidades pero lo suficientemente grandes como para producir óxidos superficiales. Estos óxidos se funden a una temperatura más alta que el metal base que se encuentra debajo. Entonces, a menos que elimine estos óxidos antes de soldar, se atascarán en el charco de soldadura y debilitarán bastante la unión. Piense en ellos como piezas duras de metal que simplemente se colocaron dentro del baño de soldadura sin llegar a derretirse. Estas inclusiones representan puntos duros que pueden provocar fácilmente grietas en la soldadura.
Los óxidos de la superficie de la aleación de níquel deben eliminarse mediante esmerilado abrasivo o mecanizado. Probablemente no sea suficiente usar un cepillo de acero inoxidable: simplemente pulirás los óxidos de la superficie en lugar de eliminarlos.
Elimine los óxidos de la superficie de la aleación de níquel mediante esmerilado.
Fuente: https://www.adorwelding.com/wp-content/uploads/2021/07/E-Weldone-Letter-NOV-15-R3.pdf
Si está realizando una soldadura de varias pasadas, no olvide eliminar los óxidos de la superficie entre cada pasada. Los óxidos superficiales producidos a altas temperaturas son aún más perjudiciales, por lo que cada pasada de soldadura debe limpiarse con una amoladora angular. Es aún más importante tener esto en cuenta si se repara una pieza de aleación de níquel que estuvo expuesta a altas temperaturas durante su vida útil. Por ejemplo, las piezas de los motores de turbinas a reacción pueden tener óxidos que deben eliminarse antes de soldar.
Tenga cuidado al utilizar aire comprimido al pulir entre pasadas para limpiar las perlas. El aire comprimido puede contener humedad, lo que nos lleva nuevamente a la cuestión de la presencia de hidrógeno. Es mejor evitar el uso de aire comprimido por completo.
Lentitud del charco de soldadura
Si alguna vez alguien lo sienta en una mesa de soldadura, le entrega un soplete TIG, un metal de aporte y le coloca una junta soldada a tope para que la fusione sin avisarle que es una aleación de níquel, ¿cómo sabrá qué material está soldando? ? La respuesta es simple: si el charco es lento y denso, hay muchas posibilidades de que sea una aleación de níquel.
A diferencia del acero inoxidable o del acero dulce, el charco de aleaciones de níquel no fluye libremente. Se siente como una sustancia viscosa lenta que es más difícil de introducir en la articulación. Como resultado, puede crear fácilmente un cordón de soldadura demasiado convexo con una mala combinación con el metal circundante.
Soldadura TIG de aleación de cobre y níquel y su lentitud del charco de soldadura. (2:10-2:20)
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=abr7gMdAlkU
Es una buena idea esmerilar la unión en una configuración a tope en V de 60 a 80 grados para ayudar a dirigir el flujo del charco de soldadura hacia la unión en lugar de formar un cordón grumoso.
Agrietamiento
Las aleaciones de níquel son propensas a varios tipos de grietas en la soldadura y en la zona afectada por el calor (HAZ), pero el problema de grietas más prominente resulta de la contaminación del baño de soldadura. El peor elemento para introducir en las aleaciones de níquel es el azufre, pero el fósforo, el plomo, el zinc, el cadmio, el estaño, el boro, la plata, el bismuto y otros elementos con un punto de fusión bajo pueden provocar craqueo en caliente.
Muchos aceites utilizados para cortar y mecanizar contienen azufre, y otros procesos y herramientas de taller pueden introducir metales como plomo o zinc. Por lo tanto, tenga mucho cuidado con la contaminación cruzada porque las aleaciones de níquel se volverán quebradizas si el baño de soldadura está contaminado.
Grieta de soldadura
Fuente: https://www.adorwelding.com/wp-content/uploads/2021/07/E-Weldone-Letter-NOV-15-R3.pdf
¿Qué tipos de aleaciones de níquel existen?
Existe una gran cantidad de aleaciones de níquel y cada una tiene algunas características únicas, pero muchas comparten propiedades similares.
Las aleaciones de níquel más utilizadas son el níquel puro 200 y el níquel 201. Ambos son resistentes a la corrosión, pero el níquel 201 tiene mejor resistencia a la precipitación de carbono cuando se usa a temperaturas superiores a 315 °C (600 °F).
Níquel 201 frente a níquel 200
Fuente: https://blog.thepipingmart.com/metals/nickel-201-vs-nickel-200-whats-the-difference/
Soldar con aleación de inconel 600.
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La mayor parte de lo que vamos a discutir a continuación se puede aplicar a diversas aleaciones de níquel. Pero siempre debes consultar los códigos de la industria al soldar algo crítico. Para obtener una descripción detallada de cada aleación de níquel, consulte el libro “Manual de soldadura, volumen 5, materiales y aplicaciones, parte 2,” por la Sociedad Estadounidense de Soldadura.
Fuente: https://www.aws.org/publications/page/welding-handbook-9th-edition-volume-5
Cómo limpiar previamente las aleaciones de níquel antes de soldar
Dado que la presencia en la superficie de materiales de bajo punto de fusión, como el azufre y el plomo, puede provocar la fragilidad de las aleaciones de níquel, la limpieza previa antes de soldar es crucial.
Debe limpiar la superficie de aleación de níquel de aceites, pinturas, líquidos de corte, marcas de crayones, sustancias para pulir, suciedad y contaminación cruzada de otros metales en el taller.
Es imperativo evitar la contaminación cruzada a través de bandas abrasivas, martillos, herramientas de corte y abrasivos. Incluso un trapo sucio puede contaminar la soldadura y provocar grietas posteriores a la soldadura.
Dado que las aleaciones de níquel se emplean a menudo en instalaciones de procesamiento de alimentos y otras industrias donde las piezas están expuestas a productos químicos, es vital limpiar el elemento de cualquier producto químico residual o ácidos grasos antes de repararlo mediante soldadura.
Limpiar los aceites y pinturas utilizando disolventes desengrasantes y limpiadores alcalinos. Luego, elimine los óxidos de la superficie que comentamos anteriormente utilizando las herramientas de desbarbado de carburo porque es más probable que eliminen los óxidos por completo.
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Selección de metal de aportación para soldar aleaciones de níquel
Por lo general, debe utilizar metales de aportación que tengan una composición química similar a la de la aleación de níquel soldada. Pero también puede superarlo para mejorar la resistencia a la corrosión en la zona de soldadura.
Para especificaciones detalladas de metales de aportación de aleación de níquel, consulte Especificación AWS A5.14 para varillas y electrodos de soldadura desnudos de níquel y aleación de níquel libro.
La siguiente tabla describe los metales de aportación de electrodos desnudos más utilizados para soldar aleaciones de níquel:
Selección de metal de aportación para soldar aleaciones de níquel
Aleación soldada
Designación AWS del metal de aportación
información adicional
Níquel puro
ERNi-1
Contiene cierta cantidad de titanio para controlar la porosidad.
cobre níquel
ERNiCu-7
Utilizado para muchas aleaciones de níquel y cobre.
ERNiCU-8
Este metal de aportación se endurece con tratamiento térmico.
Hierro de níquel-cromo
ERNiCr-3
También funciona para revestir acero y unir acero con aleaciones inoxidables o a base de níquel.
ERNiCr-7
Excelente resistencia a la oxidación, sulfuración y carburación a altas temperaturas.
ERNiCrFe-5
Proporciona una excelente resistencia al agrietamiento por alta tensión de soldadura. Ideal para soldar secciones gruesas
ERNiCrFeAl-1
Particularmente resistente al polvo metálico en aplicaciones petroquímicas
Níquel cromo molibdeno
ERNiCrMo-3
Recomendado para temperaturas de funcionamiento desde criogénicas hasta 1000 °F (540 °C)
níquel molibdeno
ERNiMo-2
También se utiliza para revestir acero con metal de níquel-molibdeno.
ERniMo-8
Utilizado para soldar acero con 9% de níquel.
Selección del proceso de soldadura
Puede soldar aleaciones de níquel utilizando todos los procesos de soldadura por arco, incluida la soldadura por arco metálico protegido (SMAW), pero recomendamos encarecidamente seguir con la soldadura TIG y MIG para lograr los mejores resultados. Además, recomendamos específicamente utilizar un proceso de soldadura TIG porque proporciona el mejor control del charco y la mejor estética de la soldadura.
Soldadura Tig de aleación de cobre y níquel.
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Aleaciones de níquel para soldadura MIG
La soldadura MIG de aleaciones de níquel es más eficiente que la soldadura TIG porque es más fácil, más rápida y permite soldar secciones más gruesas. Sin embargo, es menos probable que las soldaduras MIG parezcan estéticamente agradables, a diferencia de las soldaduras TIG.
Transferencia de arco de cortocircuito
Es más eficiente utilizar una transferencia de arco de cortocircuito estándar cuando se suelda MIG láminas delgadas de aleaciones de níquel. El arco de cortocircuito no generará demasiado calor y puede evitar una distorsión excesiva o quemaduras. Sin embargo, habrá más salpicaduras y los cordones de soldadura pueden ser más convexos, lo que requiere un pulido posterior a la soldadura y puede prolongar sus horas de trabajo. Además, la soldadura de aleaciones de níquel gruesas probablemente sufrirá una falta de fusión cuando se utilice transferencia por cortocircuito.
Transferencia por pulverización
La transferencia por pulverización proporciona una tasa de deposición y un aporte de calor mucho más altos, por lo que no debe configurar su soldador MIG para transferencia por pulverización cuando suelde algo con un espesor inferior a 0,25 pulgadas. Obtendrá un arco más estable y menos salpicaduras, pero la transferencia por aspersión funciona mejor para juntas más gruesas.
Los cuatro modos de transferencia principales para GMAW.
Fuente: https://pubs.aws.org/p/1788/a514a514m2018-specification-for-nickel-and-nickel-alloy-bare-welding-electrodes-and-rods
Soldadura MIG Pulsada
La soldadura MIG pulsada ofrece lo mejor de ambos mundos: proporciona más potencia, pero no es probable que queme los materiales delgados. Puede obtener más información sobre cómo funciona la soldadura MIG pulsada en nuestro artículo independiente. Pero lo esencial es que la soldadora MIG pulsada, como nuestra YesWelder YWMP-211P, alterna entre la salida de amperaje alto y bajo para proporcionar una alta tasa de deposición y penetración, pero con un charco de menos fluido para que usted tenga más control sobre él. Por lo tanto, recomendamos la soldadura MIG pulsada para aleaciones de níquel, pero también se puede utilizar una transferencia de cortocircuito estándar; Es posible que sus soldaduras no sean tan bonitas, pero el cortocircuito funciona bien la mayor parte del tiempo. Sin embargo, si necesita revestir metal con aleaciones de níquel, le recomendamos seguir con la soldadura por transferencia por pulverización o MIG pulsada y evitar el cortocircuito por completo.
YesWelder YWM-211P Soldadora MIG de aluminio de doble pulso
Selección del gas de protección
Utilice 100% argón como gas protector. Puede mezclar argón con helio, pero esperará cordones de soldadura significativamente más anchos y planos con una profundidad de fusión reducida. Evite el helio puro porque obtendrá salpicaduras excesivas y un arco errático. NO utilice gas de soldadura MIG estándar como una mezcla 75/25 Ar/CO2 porque es mucho más probable que las aleaciones de níquel oxiden y contaminen la soldadura.
Aleaciones de níquel para soldadura TIG
La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), o también conocida como TIG, es un método de soldadura por arco muy superior a cualquier otro para soldar aleaciones de níquel. Si es un soldador TIG experto, puede lograr hermosos cordones de soldadura y una fusión de soldadura y un ancho de cordón mucho más uniformes.
La soldadura TIG es un proceso de soldadura ampliamente aplicado para unir aleaciones de níquel. Por ejemplo, si le preguntara a todos los soldadores que sabe qué proceso de soldadura usarían para las aleaciones de níquel, es muy probable que la mayoría respondiera inmediatamente con “TIG, sin duda”. Si bien es más desafiante desde el punto de vista técnico, TIG ofrece mejor precisión y calidad de soldadura.
Tubería de cobre níquel para soldadura Tig.
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Debe utilizar la soldadura TIG para aleaciones de níquel siempre que suelde materiales delgados, necesite un acabado de alta calidad y cuando realice una pasada de raíz de una unión con una parte posterior de la soldadura inaccesible.
La configuración de electrodo negativo de corriente continua (DCEN) se utiliza para soldar TIG aleaciones de níquel. Puede utilizar una soldadora TIG CC estándar o una soldadora TIG pulsada cuando suelde láminas muy delgadas para evitar quemaduras. La soldadura TIG pulsada también es beneficiosa para las uniones de raíces de tuberías. Utilice el arranque de alta frecuencia cuando suelde aleaciones de níquel con TIG para evitar la contaminación.
Soldadura TIG Tubo de Cobre Níquel de 4”
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Inicio del arco
El uso de un arranque TIG por raspado o por elevación puede dejar partículas de residuos de tungsteno en la superficie de la aleación de níquel y causar contaminación de la soldadura. Si su máquina no admite el arranque por HF, puede iniciar el arco en un trozo de metal adyacente a la junta y mover el arco a la junta de aleación de níquel. De esa forma evitarás la contaminación de las articulaciones. Eso sí, esta no es una forma perfecta de iniciar el arco, por lo que recomendamos adquirir una máquina TIG con capacidad HF, como la YesWelder TIG-250P o la YesWelder YWT-200DC.
Máquina de soldadura TIG pulsada CC TIG-250P con arranque HF
Soldadora TIG por puntos YesWelder YWT-200DC Lift TIG
Selección de tungsteno
Puede utilizar electrodos de torio y tungsteno estándar para soldar aleaciones de níquel.
Electrodo de tungsteno para soldadura TIG toriado al 2% serie WT20
Las varillas de tungsteno puro también funcionan bien, pero el tungsteno aleado con cerio o lantano proporciona mejores resultados y ofrece una vida más larga. El tungsteno toriado es radiactivo, por lo que hay que tener cuidado al molerlo para no inhalar su polvo. Pero el tungsteno lantano o ceriado no es radiactivo y es seguro de usar.
Electrodo de tungsteno para soldadura TIG con lantano al 2% serie WL20
El cerio-tungsteno funciona mejor a amperajes más bajos, por lo que lo recomendamos para soldar uniones delgadas.
Electrodo de tungsteno para soldadura TIG ceriada al 2% serie WC20
Selección del gas de protección
Recomendamos utilizar un gas protector 100% argón para la soldadura TIG de aleaciones de níquel. Puedes agregar un poco de helio a la mezcla, pero nuevamente obtendrás un arco más errático y un perfil de cordón más ancho.
Usar una copa de antorcha TIG lo suficientemente grande es vital para proporcionar una protección de gas eficiente sobre la junta. Como comentamos anteriormente, debe proporcionar la máxima protección sobre el metal de aleación de níquel fundido. De lo contrario, corre el riesgo de oxidación y porosidad.
Copa Antorcha Tig Grande
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=UolR5eiVKQQ
Conclusión
Soldar aleaciones de níquel no supone ningún desafío técnico; Lo dominará rápidamente si tiene experiencia con acero inoxidable, aluminio u otros metales exóticos. Sin embargo, proporcionar la máxima limpieza y cobertura de gas de protección podría representar un desafío, dependiendo de cómo opere su taller.
Asegúrese de que no haya contaminación cruzada con otros metales, limpie bien la junta y elimine los óxidos de la superficie, y debería obtener resultados relativamente buenos. Sin embargo, existen muchas aleaciones de níquel y algunas son altamente especializadas. Nuestro artículo fue una descripción general de cómo soldar aleaciones de níquel. Consulte con un ingeniero si está trabajando en algo crítico y está soldando una aleación de grupos especiales.
🧐Cómo soldar aleaciones de níquel: preguntas frecuentes
1. ¿Qué tipos de aleaciones de níquel existen?
Las aleaciones de níquel más utilizadas son el níquel puro 200 y el níquel 201. Ambos son resistentes a la corrosión, pero el níquel 201 tiene mejor resistencia a la precipitación de carbono cuando se usa a temperaturas superiores a 315 °C (600 °F).
La aleación de níquel-cromo 600, también conocida como aleación INCONEL 600, se usa ampliamente por su resistencia a la corrosión y alta resistencia a temperaturas elevadas. Esta aleación también se utiliza a menudo en servicios criogénicos, gracias a su excelente rango de temperaturas de servicio desde temperaturas criogénicas hasta 2000 °F. A menudo verá piezas de aviones, como sellos de turbinas y componentes de la estructura del avión, fabricados con esta aleación de níquel.
2. ¿Cómo limpiar previamente las aleaciones de níquel antes de soldar?
Limpiar los aceites y pinturas utilizando disolventes desengrasantes y limpiadores alcalinos. Luego, elimine los óxidos de la superficie que comentamos anteriormente utilizando las herramientas de desbarbado de carburo porque es más probable que eliminen los óxidos por completo.
3. ¿Cuáles son los metales de aportación seleccionados para soldar aleaciones de níquel?
La siguiente tabla describe los metales de aportación de electrodos desnudos más utilizados para soldar aleaciones de níquel:
Selección de metal de aportación para soldar aleaciones de níquel
Aleación soldada
Designación AWS del metal de aportación
información adicional
Níquel puro
ERNi-1
Contiene cierta cantidad de titanio para controlar la porosidad.
cobre níquel
ERNiCu-7
Utilizado para muchas aleaciones de níquel y cobre.
ERNiCU-8
Este metal de aportación se endurece con tratamiento térmico.
Hierro de níquel-cromo
ERNiCr-3
También funciona para revestir acero y unir acero con aleaciones inoxidables o a base de níquel.
ERNiCr-7
Excelente resistencia a la oxidación, sulfuración y carburación a altas temperaturas.
ERNiCrFe-5
Proporciona una excelente resistencia al agrietamiento por alta tensión de soldadura. Ideal para soldar secciones gruesas
ERNiCrFeAl-1
Particularmente resistente al polvo metálico en aplicaciones petroquímicas
Níquel cromo molibdeno
ERNiCrMo-3
Recomendado para temperaturas de funcionamiento desde criogénicas hasta 1000 °F (540 °C)
níquel molibdeno
ERNiMo-2
También se utiliza para revestir acero con metal de níquel-molibdeno.
ERniMo-8
Utilizado para soldar acero con 9% de níquel.