Si no es el mejor, la soldadura es sin duda el proceso de unión de metales más resistente y sencillo, lo que lo hace ampliamente utilizado en industrias de todo el mundo. Sin embargo, la soldadura muestra los mejores resultados y la mayor resistencia cuando se sueldan metales del mismo grado.
El desafío surge una vez que los proyectos y reparaciones incluyen soldadura de metales diferentes. Para comprender cómo soldar metales diferentes, deberá profundizar en las propiedades químicas y físicas de cada metal soldado.
Sólo comprendiendo sus diferencias podrá adaptar todo el procedimiento de soldadura para lograr una soldadura exitosa. Por lo tanto, le ahorramos horas de trabajo duro y compilamos esta guía detallada sobre soldadura de metales diferentes.
Soldadura de metales diferentes
Fuente: https://www.materialwelding.com/dissimilar-metals-welding/
¿Es posible soldar metales diferentes?
Esta es la pregunta que se hacen muchos principiantes y la respuesta más sencilla es sí, pero con ciertas precauciones. Las propiedades físicas como la conductividad y expansión térmica, las propiedades magnéticas, la estructura metalúrgica y la resistencia a la corrosión de dos metales son las únicas responsables de los diferentes resultados en la soldadura.
Esto hace que la soldadura de ciertos grupos, como aluminio a acero al carbono, cobre y acero inoxidable, sea prácticamente imposible de soldar con los procesos típicos de soldadura por fusión. Sin embargo, la soldadura hoy en día está muy avanzada y existen procesos específicos que permitirán soldar incluso los metales más diferentes.
Como aficionado, lo más probable es que se encuentre uniendo acero al carbono con acero inoxidable. Por lo tanto, el tema principal del artículo será la soldadura de acero al carbono a acero inoxidable. Sin embargo, también explicaremos brevemente cómo funciona la unión de metales diferentes en situaciones específicas.
Unión de acero al carbono con acero inoxidable.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=BImytIVar0A
Factores cruciales a considerar antes de soldar metales diferentes
Cuando se trata de soldaduras diferentes, muchos soldadores sin experiencia se preguntan por dónde empezar.
Lo primero que debes hacer antes de soldar dos piezas disímiles es identificarlas. La mayoría de los metales tienen sus propiedades físicas, químicas y mecánicas estandarizadas por ASTM/ASME. Por ejemplo, cada acero inoxidable austenítico, como el 304 o el 316, tendrá las mismas propiedades independientemente del fabricante.
Fuente: https://www.permanentsteel.com/newsshow/difference-between-astm-and-asme-standard.html
Los problemas ocurren en aplicaciones específicas, como la soldadura de reparación, donde no se pueden identificar con precisión dos piezas. En ese caso, habría que realizar una prueba de chispa, enviar una muestra del material para su análisis o consultar con el fabricante original o los planos.
Prueba de chispa
Fuente: https://www.engineeringchoice.com/what-is-spark-testing/
Una vez que comprenda la química básica de materiales diferentes, podrá realizar las soldaduras más fuertes según las condiciones de servicio. Los factores cruciales a los que hay que prestar atención son las propiedades físicas, las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión tanto de las piezas como del relleno utilizado para unirlas.
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Las características físicas del metal de soldadura deben coincidir con las del metal base. Por ejemplo, diferentes metales tienen diferentes puntos de fusión y coeficientes de expansión térmica. Como resultado, uno puede alcanzar su punto de fusión más rápido, luego fundirse y fluir sin fusionarse con la segunda pieza. Además, las diferencias de dilatación térmica pueden hacer que una pieza se alargue más debido al calor, provocando agrietamiento térmico.
Craqueo Térmico
Fuente: https://www.researchgate.net/figure/Thermal-cracks-developed-in-a-cemented-carbide-insert-adapted-from-METALS-HANDBOOK_fig1_267595750
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Al igualar las propiedades mecánicas, la resistencia del metal de soldadura debe ser igual o más fuerte que la del material más débil. En determinadas aplicaciones, el código de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) permite una resistencia de la soldadura del 95 %. También es deseable igualar la ductilidad de las piezas soldadas, pero no siempre es posible.
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Mantener una buena resistencia a la corrosión de la soldadura es crucial en la soldadura de tuberías o en cualquier aplicación donde las soldaduras puedan estar sujetas a corrosión. La resistencia a la corrosión debe coincidir con el metal base menos resistente de la soldadura. Si la soldadura se somete a agua salada, debe ser más resistente a la corrosión que ambas piezas para evitar la corrosión galvánica.
La corrosión galvánica generalmente se produce cuando dos metales diferentes se acoplan incorrectamente en un ambiente corrosivo. Este problema común se observa en casi todas las estructuras, incluidos los techos y fachadas comerciales.
Fuente: https://westernspecialtycontractors.com/dissimilar-metals-galvanic-corrosion-on-building-facades/
Procesos comunes de soldadura de metales diferentes
La soldadura de metales diferentes se puede realizar con éxito con uno de los métodos de soldadura por fusión, soldadura sin fusión o soldaduras de baja dilución.
La soldadura por fusión incluye los métodos de soldadura por arco más comunes, como la soldadura por arco metálico con gas (GMAW o MIG), la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW o TIG), la soldadura con electrodo revestido, la soldadura por arco sumergido (SAW) o la soldadura con núcleo fundente (FCAW). Como aficionado, sus opciones preferidas para metales diferentes son el método de soldadura MIG o TIG. El proceso de soldadura MIG es más sencillo, pero con TIG se puede controlar perfectamente la deposición del metal de aportación, lo cual es crucial en la soldadura de metales diferentes.
Clasificación de los procesos de soldadura por fusión en función de la fuente de energía, fuente térmica, carga mecánica y blindaje.
Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_welding
Los métodos de baja dilución son el proceso de soldadura por haz de electrones, la soldadura por láser y la soldadura por arco pulsado. Se utilizan comúnmente para unir metales delicados y delgados y diferentes sin metal de aportación añadido.
Fuente: https://www.electronicshub.org/laser-welding/
La soldadura sin fusión incluye soldadura por fricción, soldadura por explosión, unión por difusión junto con soldadura fuerte y soldada. Los métodos de no fusión y de baja dilución se utilizan comúnmente en producción pesada y aplicaciones industriales específicas. Por otro lado, la soldadura por fusión le irá más que bien en sus proyectos cotidianos de bricolaje, taller doméstico o soldadura de reparación.
Soldadura por explosión
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=d87dd5T2yYg
Guía sobre cómo soldar metales diferentes
Después de comprender qué puede salir mal con su soldadura diferente, es hora de recibir sugerencias y consejos más directos. Si bien existe una amplia variedad de metales específicos que se pueden unir utilizando uno de los métodos de soldadura que describimos, nos centraremos en la soldadura de materiales diferentes que probablemente encontrará como soldador cotidiano. Se trata de soldadura común de acero al carbono a acero inoxidable, aluminio, cobre y aleaciones de níquel con diferentes metales, y acero de baja aleación a acero de alto y medio carbono.
Soldadura de acero a acero inoxidable
Si navega por Internet, en la gran mayoría de temas, la soldadura disímil se refiere a unir acero dulce con acero inoxidable. Por lo general, se trata de aceros inoxidables austeníticos como 304 y 316. Los aceros dulces y los inoxidables son diferentes en muchas propiedades, pero el mayor problema es que el carbono puede afectar la mayor ventaja del acero inoxidable: la resistencia a la corrosión. Además, existen grandes diferencias en las propiedades físicas y mecánicas del acero inoxidable y del acero normal.
Acero inoxidable 304 y 316
Fuente: https://newzelindustries.com/304-vs-316-steel/
Para soldar acero a acero inoxidable, puede utilizar uno de los métodos de soldadura por fusión más comunes, pero las opciones típicas son la soldadura con gas inerte de metal (MIG) y la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG). Los aceros al carbono con menos de 0,2% de carbono generalmente se pueden soldar con cargas austeníticas sin precalentar. Sin embargo, si el contenido de carbono es superior al 0,3%, el control de la temperatura es crucial.
Preparación de soldadura
No se recomienda soldar acero dulce directamente sobre acero inoxidable, ya que puede producirse una fase de martensita excepcionalmente dura del acero. El acero martensita es propenso a agrietarse, por lo que los soldadores suelen biselar las piezas. Debido al contenido de níquel en el acero inoxidable, el espacio de la raíz es más grande, pero la cara de la raíz se reduce para promover la humectación.
Estructura de acero martensita
Fuente: https://www.materialwelding.com/what-is-martensite-in-steel/
Los aceros inoxidables requieren una junta soldada limpia, por lo que debes eliminar minuciosamente el aceite o la grasa. Cualquier contaminante puede introducir carbono en el acero inoxidable, haciéndolo perder sus propiedades resistentes a la corrosión. Mientras tanto, el acero al carbono es susceptible al agrietamiento por hidrógeno, por lo que los materiales base y los rellenos deben estar secos antes de soldarlos.
Si el contenido de carbono supera el 0,3%, precalentarlo a 300°F ayudará a que ambas piezas se calienten de manera uniforme. La temperatura de 400°F se utiliza en condiciones severas. Al finalizar, la soldadura debe enfriarse lentamente para permitir que el hidrógeno se difunda desde la HAZ y reducir los riesgos de porosidad y agrietamiento.
Es posible que aplicaciones específicas de tuberías requieran unir acero galvanizado y acero inoxidable. En ese caso, debes quitar completamente el recubrimiento de zinc. La quema de zinc puede provocar fragilidad de los líquidos, grietas y vapores de soldadura tóxicos, por lo que limpiarlo es fundamental.
Foto de @darrinolszko (de TikTok)
Selección del metal de aportación
La selección del metal de aportación en la unión de acero a acero inoxidable variará según las aplicaciones y las temperaturas de las condiciones de servicio. Como soldador cotidiano, es probable que suelde acero dulce con acero inoxidable 304(L) a temperaturas de servicio inferiores a 800 °F. En ese caso, las opciones comunes son metales de aportación de mayor aleación, como el tipo 309, con un número de ferrita (FN) superior a 10, o el tipo 312, con un FN superior a 25. El uso de un material de aportación 308 común para aceros inoxidables 304 puede afectar la calidad. Problemas por dilución del hierro.
Soldar acero inoxidable a acero al carbono con 309. (4:39-5:37)
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=BImytIVar0A
Una vez que las temperaturas de servicio superen los 800°F, necesitará un enfoque diferente. Los rellenos 309 y 312 están sujetos a una concentración de alta tensión en la fusión del lado del acero, lo que provoca fallas por fatiga térmica. Por lo tanto, las opciones de material de relleno más adecuadas son el alambre desnudo AWS ERNiCr-3 o los electrodos AWS ENiCrFe-2 o ENiCrFe-3. Los rellenos de aleación de níquel tienen un coeficiente de expansión térmica (COE) entre el acero ordinario y el acero inoxidable austenítico, lo que les ayuda a combatir fallas por fatiga térmica que son más probables con los rellenos 309 o 312.
Fuente: https://www.ansys.com/blog/thermal-cycling-failure-in-electronics
Elección del gas de protección
Al unir acero dulce con acero inoxidable, conviene excluir de la mezcla los gases reactivos como el oxígeno. El oxígeno puede reaccionar con la atmósfera provocando imperfecciones y defectos en el acero al carbono, pero puedes sustituirlo por pequeñas cantidades de CO2, que es semirreactivo.
El nitrógeno en la mezcla puede disminuir el contenido de ferrita del metal de soldadura, lo que resulta en agrietamiento en caliente. Por lo tanto, desea mantener los niveles lo más bajos posible.
Luchando contra las diferencias de expansión térmica
La conductividad térmica y la expansión térmica del acero inoxidable y del acero dulce son significativamente diferentes, y estas diferencias son las que hacen que soldar metales diferentes sea un desafío.
La expansión térmica se define como el cambio de longitud por grado de temperatura a longitud. El acero dulce tiene un coeficiente más bajo de 5,9 (10-6 in/(in oF)) en comparación con el acero inoxidable común con 9,4. Como resultado, el acero inoxidable cambiará su longitud más que el acero dulce durante la soldadura, lo que puede provocar tensiones residuales.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=4WaNtRuUteA
Además, el acero inoxidable tarda más en calentarse que el acero, pero también necesita más tiempo en enfriarse. Con las diferencias de expansión térmica, las tensiones térmicas aumentan y provocan distorsiones.
La mejor manera de combatir las diferencias entre las propiedades térmicas es unir los extremos, el centro, 1/4 de punto y posiblemente 1/8 de punto en las piezas y usar soldaduras más cortas. Además, necesitarás limitar el calor, y ahí es donde funciones avanzadas como el pulso pueden ayudarte. Puede encontrar pulso dentro de la soldadora MIG YesWelder YWM-211P o en la soldadora TIG YesWelder TIG-250P.
Tratamiento térmico y limpieza posterior a la soldadura
Los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura suelen ser beneficiosos para aliviar tensiones y mejorar las propiedades de la zona afectada por el calor en los aceros ferríticos. Sin embargo, el poscalentamiento a 1100-1300 °F puede reducir la resistencia a la corrosión de muchos grados estándar de acero inoxidable.
La limpieza de la unión soldada también es una parte esencial del tratamiento post-soldadura. Debe limpiar la escoria y calentar el tinte para examinar la integridad de la soldadura. Para limpiar con éxito la junta, debe proteger el acero inoxidable de los restos de molienda del acero al carbono y de las manchas causadas por el contacto deslizante entre estos dos.
Limpieza de la junta soldada.
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Soldar aluminio a metales diferentes
Soldar aluminio con acero y otros metales diferentes es bastante complicado y, a menudo, se evita debido a sus características térmicas desfavorables. Con un punto de fusión de 1220 grados F, el aluminio se funde dos veces más rápido que el acero dulce con 2462o F-2786o F.
Intentar soldarlos con cualquier método de fusión hará que el metal fundido fluya antes de fusionarse con el acero. Es por eso que la soldadura de aluminio con acero se realiza comúnmente con soldadura sin fusión. Sin embargo, si no tienes otra opción, puedes utilizar uno de los procesos típicos de soldadura de aluminio, pero con cierta preparación.
Soldar aluminio a acero con soldadura MIG o TIG requerirá materiales de transición aluminio-acero. Tendrán las mismas propiedades que el aluminio o el acero y podrá simplemente soldarlos a los metales base necesarios.
Juntas de transición aluminio-acero
Fuente: https://www.workboat.com/brand-partners/a-half-century-of-aluminum-to-steel-success-naval-ship-builders-and-deta Couple
Otra solución es aplicar una capa de revestimiento sobre acero o acero inoxidable. El revestimiento debe ser compatible con las propiedades del aluminio y, para el acero normal, puede estar hecho de zinc. Se requiere relleno de aluminio con alto contenido de silicio. Sin embargo, los resultados finales pueden depender del espesor del recubrimiento, la unión entre el recubrimiento y el metal base y la técnica de soldadura.
Soldar aluminio con acero inoxidable requerirá un recubrimiento de aluminio puro. Una pieza de acero inoxidable se puede sumergir en aluminio fundido o estañar con una aleación de aluminio con alto contenido de silicio. Al igual que con el acero dulce, no es necesario que la soldadura resulte exitosa.
Soldar cobre a diferentes metales
En comparación con el aluminio, soldar cobre a diferentes aceros es más sencillo. Con una varilla de relleno con alto contenido de aleación de cobre, puede soldar cobre fino al acero con un soldador TIG. La función de pulso te ayudará a evitar defectos, y nuestra recomendación es la soldadora de aluminio YesWelder TIG-200P ACDC con pulso.
Al soldar secciones gruesas de cobre a acero, deberá recubrir o untar el acero con el relleno de aleación con alto contenido de cobre y luego soldarlo al cobre evitando una penetración excesiva. Las altas temperaturas pueden provocar la acumulación de hierro en el cobre, lo que da como resultado un material quebradizo.
La soldadura de piezas más gruesas también se puede realizar con el proceso de soldadura Stick (SMAW). Sin embargo, necesitará una capa superpuesta con un electrodo a base de níquel y el cobre debe precalentarse a aproximadamente 1000 °F.
Utilizando enfoques similares, se puede unir cobre con acero inoxidable y latón con acero dulce y de baja aleación.
Soldadura de cobre a acero inoxidable. (6:10-15:00)
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=tT_RsfIZwWw
Soldar aleaciones a base de níquel al acero
Las aleaciones comunes a base de níquel, como Monel e Inconel, se pueden unir con éxito con acero de baja aleación mediante diferentes procesos de soldadura por arco. Debe utilizar el electrodo base de Inconel al soldar Inconel a acero dulce o de baja aleación. Asimismo, soldar Inconel o Monel a aceros inoxidables requerirá un electrodo tipo Inconel o Monel adecuado.
Soldar aleaciones de níquel a acero utilizando Inconel 718.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=3gXZ8NjRlyw
Soldar acero con bajo contenido de carbono a acero de alta resistencia
La reparación o soldadura de equipos estructurales o pesados a menudo requerirá soldar acero con bajo contenido de carbono con acero de alta resistencia. El acero de alta resistencia, como el A514, normalmente ofrece un límite elástico de 100.000 psi, mientras que los aceros estándar con bajo contenido de carbono tienen un límite elástico de 70.000 psi.
Si recuerdas la primera parte del texto, para soldar estos dos con éxito, necesitarás un material de relleno que coincida con la resistencia del metal más débil. Por lo tanto, las opciones lógicas son el alambre con núcleo fundente E71TGS, el alambre MIG ER70S-6 o un electrodo revestido con bajo contenido de hidrógeno 7018.
Dado que las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas desempeñan un papel más crucial en metales de mayor resistencia, deberá controlarlas con acero A514. De esta manera se evitan grietas y pérdida de resistencia al soldar aceros de diferente resistencia.
Pensamientos finales
La soldadura de materiales diferentes es un proceso posible pero desafiante que puede no producir los mejores resultados. Para realizarlo con éxito será necesario acreditar las propiedades físicas y mecánicas tanto de las piezas soldadas, como del material de aportación como tercer metal.
Una vez que comprenda los materiales de soldadura y sus características, podrá dedicar todo el proceso, incluida la preparación, la selección del equipo y el relleno, la técnica y el tratamiento posterior a la soldadura, para unir con éxito materiales diferentes.
🧐Cómo soldar metales diferentes: preguntas frecuentes
1. ¿Cómo soldar acero sobre acero inoxidable?
Para soldar acero a acero inoxidable, puede utilizar uno de los métodos de soldadura por fusión más comunes, pero las opciones típicas son la soldadura con gas inerte de metal (MIG) y la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG).
2. ¿Cómo seleccionar el metal de aportación para soldar acero dulce con acero inoxidable?
La selección del metal de aportación en la unión de acero a acero inoxidable variará según las aplicaciones y las temperaturas de las condiciones de servicio. Como soldador cotidiano, es probable que suelde acero dulce con acero inoxidable 304(L) a temperaturas de servicio inferiores a 800 °F. En ese caso, las opciones comunes son metales de aportación de mayor aleación, como el tipo 309, con un número de ferrita (FN) superior a 10, o el tipo 312, con un FN superior a 25.
3. ¿Cómo soldar aluminio a metales diferentes?
Soldar aluminio a acero con soldadura MIG o TIG requerirá materiales de transición aluminio-acero. Tendrán las mismas propiedades que el aluminio o el acero y podrá simplemente soldarlos a los metales base necesarios.
Otra solución es aplicar una capa de revestimiento sobre acero o acero inoxidable. El revestimiento debe ser compatible con las propiedades del aluminio y, para el acero normal, puede estar hecho de zinc. Se requiere relleno de aluminio con alto contenido de silicio.