¿Qué es el hierro fundido y dónde se usa?
El hierro fundido es un metal ferroso compuesto principalmente de hierro, con un contenido de carbono de 1-3%. Es un material fuerte, duro y quebradizo que se forma a través del proceso de fundición de mineral de hierro en un alto horno.
El alto contenido de carbono da como resultado un punto de fusión bajo, pero hace que el hierro fundido sea adecuado para aplicaciones donde la resistencia y la durabilidad son importantes. Sin embargo, además de las ventajas, la migración de carbono dificulta la soldadura.
El hierro fundido se utiliza en una variedad de industrias, incluidas la construcción, la automoción y las máquinas herramienta. En la construcción, el hierro fundido se usa a menudo para crear componentes estructurales como columnas y vigas. En la industria automotriz, se usa comúnmente para fabricar bloques de motores, engranajes y otros componentes. También se utiliza en cigüeñales, husillos y otras piezas de máquinas.
¿Por qué el hierro fundido es un desafío para soldar con posibilidades comunes de éxito de alrededor del 50%?
El hierro fundido es uno de los materiales más desafiantes para soldar debido a sus propiedades y contenido. Contiene altos niveles de carbono, lo que lo hace más frágil, por lo que la soldadura de hierro fundido a veces es una pesadilla. El alto contenido de carbono también lo hace propenso a agrietarse y deformarse. Además, el hierro fundido es muy sensible al calor. Demasiado calor puede hacer que el material se expanda, lo que puede debilitar la soldadura y desarrollar grietas a lo largo del cordón de soldadura.
Además, agregar azufre y otras impurezas durante el proceso de moldeo puede interferir con la resistencia de la soldadura del hierro fundido. Puede provocar fragilidad y agrietamiento en caliente en la soldadura, así como en el metal base. Esto se debe a que el azufre reacciona con el baño de soldadura fundido y forma compuestos de azufre y hierro, que pueden tener efectos perjudiciales en la resistencia de la soldadura. Además, la presencia de azufre y otras suciedades en el baño de soldadura pueden causar porosidad y poros, lo que reduce aún más la resistencia de la soldadura.
Soldadura TIG Hierro Fundido
La soldadura TIG es un proceso exacto ideal para soldar materiales como el hierro fundido. Proporciona un alto nivel de control sobre el charco de soldadura, lo cual es importante cuando se trata de los problemas de temperatura del hierro fundido. Además, la soldadura TIG ofrece un mejor control sobre la entrada de calor, que es esencial para evitar la deformación y el agrietamiento de la fundición. Además, la soldadura TIG es un proceso limpio que produce mínimas salpicaduras y escoria, lo que da como resultado una soldadura de mayor calidad.
A pesar de estas ventajas, la soldadura TIG tiene algunos inconvenientes cuando se utiliza para soldar hierro fundido. Primero, requiere un mayor nivel de habilidad que otros métodos de soldadura. Esto se debe a que debe ser muy preciso al controlar el charco de soldadura y la entrada de calor. En segundo lugar, la soldadura TIG es más cara que otros métodos de soldadura. Esto se debe al costo del equipo, gas argón y helio y otros consumibles necesarios para el proceso.
Cómo soldar hierro fundido TIG
Para soldar hierro fundido con éxito, el soldador debe tener el equipo y la técnica adecuados. La soldadora TIG debe tener un amperaje moderado de 100-150 amperios, y el proceso de soldadura debe realizarse lentamente y con cuidado para evitar que el metal base se caliente demasiado.
Un tungsteno toriado al 2 por ciento, también conocido como tungsteno rojo, es una opción ideal, y la varilla de aporte para soldadura TIG de hierro fundido es una aleación de níquel y hierro, como Ni-Fe (55 % de varillas de níquel o Ni55) o NiFe -CI (99% varillas de níquel o Ni99). La temperatura de precalentamiento recomendada es un mínimo de 300 °F y aproximadamente 500 °F para piezas de espesor medio.
Sin embargo, incluso si hace todo bien, la soldadura TIG de hierro fundido suele ser un proceso 50/50. Como resultado, no hay garantía de que tenga éxito. Sin embargo, nuestra guía paso a paso se asegurará de que haya hecho todo bien de su lado.
Identificar el tipo de hierro fundido
Tipos de hierro fundido y cómo distinguirlo. Foto por: ingenierialearn.com
Antes de siquiera comenzar a considerar soldar hierro fundido, debe saber que, según el tipo de hierro fundido, algunos tipos se pueden soldar con relativa facilidad, mientras que otros pueden no ser adecuados para soldar. La fundición gris es el tipo más común de fundición y suele soldarse con soldadura TIG. El hierro fundido gris está compuesto de escamas de grafito en una matriz de ferrita o perlita, lo que lo convierte en un material relativamente blando y dúctil.
El hierro fundido blanco, por otro lado, no es adecuado para soldar. Este tipo de hierro fundido está compuesto por un material duro y extremadamente quebradizo llamado cementita. También se pueden soldar otros tipos de hierro fundido, como el hierro fundido maleable y el hierro fundido dúctil.
El hierro maleable tiene un contenido de carbono más alto que el hierro fundido gris, y debe precalentarse y tratarse térmicamente después de la soldadura cuando la soldadura se enfría para poder soldar con éxito. El hierro fundido dúctil se puede soldar sin precalentamiento o tratamiento térmico posterior a la soldadura, pero es más difícil de soldar que el hierro fundido gris. Es difícil saber el tipo exacto sin un análisis metalúrgico detallado, así que asegúrese de comunicarse con el vendedor.
Soldador TIG Para Hierro Fundido
Una soldadora TIG para soldadura TIG de hierro fundido debe tener suficiente potencia para completar las soldaduras, así como características y controles para garantizar una soldadura de calidad. Miller Electric Manufacturing Company recomienda un mínimo de 150 amperios para soldar hierro fundido, pero es común ver soldadores usando como máximo 100 amperios con soldadura de hierro fundido con TIG. El objetivo es obtener el calor suficiente para derretir la varilla de aporte sin sobrecalentar las piezas de hierro fundido para evitar que se agrieten.
Puede ajustar la frecuencia del arco, así como la corriente, para crear la mejor soldadura. Esto ayudará a crear la longitud de arco adecuada y el tamaño del charco, además de reducir las salpicaduras. Las máquinas modernas pueden introducir una función de pulso, que le permitirá ajustar el tiempo, el ancho y la frecuencia del pulso para crear una soldadura más suave y consistente. Además, la pulsación proporciona un control del calor, que es esencial en la soldadura TIG de hierro fundido.
La antorcha TIG o el pedal son bastante similares a la soldadura de acero TIG, por lo que no necesita nada específico. Puedes optar por un control remoto de amperaje en caso de que notes cosas más calientes de lo esperado.
¿Cuál es el mejor tungsteno para hierro fundido?
El electrodo de tungsteno adecuado para la soldadura TIG de hierro fundido suele ser tungsteno toriado al 2 por ciento, también conocido como tungsteno rojo. Este tipo de tungsteno tiene un nivel más alto de óxido de torio, lo que mejora su conductividad eléctrica y le permite mantenerse más fresco mientras suelda. También resiste la contaminación mejor que otros tipos de electrodos de tungsteno, lo que lo hace ideal para soldar hierro fundido.
El óxido de torio también ayuda a proporcionar un arco más estable y reduce la desviación del arco, lo cual es importante cuando se suelda con hierro fundido. Además, la mayor conductividad eléctrica del tungsteno rojo permite un mayor amperaje de soldadura y temperaturas más constantes, lo que da como resultado una mejor soldadura.
También es importante tener en cuenta que el electrodo de tungsteno rojo debe rectificarse hasta un punto, ya que esto proporcionará un arco más enfocado y consistente. Notas de seguridad importantes con el uso de electrodo de tungsteno con óxido de torio de soldadura TIG de hierro fundido.
El torio puede ser cancerígeno cuando se inhala o cuando termina en la boca o en el tracto digestivo. Por lo tanto, debe tener mucho cuidado al moler su punta y debe tener un buen respirador o protección facial.
Varillas de soldadura TIG para hierro fundido
La varilla de aporte adecuada para la soldadura TIG de hierro fundido es una aleación de níquel y hierro, como Ni-Fe (55 % de varillas de níquel o Ni55) o NiFe-CI (99 % de varillas de níquel o Ni99). Estas varillas están específicamente formuladas para brindar excelentes propiedades químicas y mecánicas cuando se usan para soldar hierro fundido. Como alternativa, debe considerar los rellenos de latón y aluminio.
Varillas de aporte a base de hierro y níquel:
Las varillas de Ni-Fe de hierro dúctil están compuestas en un 55 % y adiciones y una pequeña cantidad de carbono y silicio, lo que ayuda a crear una soldadura fuerte y dúctil. Las varillas de ferroníquel de NiFe-CI están compuestas por un 99 % de níquel, hierro y cromo y, a menudo, se utilizan para soldar hierros fundidos con alto contenido de carbono, ya que proporcionan una mayor fuerza de soldadura y una mejor resistencia a la corrosión.
Ambas varillas están diseñadas para crear una fuerte unión entre el metal base y la soldadura sin crear un calor o contracción excesivos.
Las varillas también tienen altos niveles de resistencia al impacto, lo que ayuda a reducir el riesgo de agrietamiento y desconchado en la soldadura. Además, estas varillas están diseñadas para ser extremadamente resistentes a la corrosión y oxidación, lo que ayuda a garantizar la calidad y longevidad de la soldadura.
Varilla de relleno a base de latón de aluminio:
Incluso las varillas de aporte TIG de Ni-Fe se recomiendan para la soldadura TIG de hierro fundido, si la pieza de hierro fundido que suelda o suelda no está sujeta a contracciones altas por calentamiento y enfriamiento o si la tensión sobre ella no es grande o no existe, usted puede usar varilla de soldadura de relleno con mucha menos tolerancia a la tensión de la jeringa que son a base de latón de aluminio.
Con su máquina de soldadura TIG configurada en corriente alterna y con la varilla de latón de aluminio, mezclará mucho menos carbono y suciedad del metal principal que suelda, y con la corriente baja, puede obtener algunos resultados decentes.
Gas de protección de soldadura de hierro fundido
El gas de protección adecuado para la soldadura TIG de hierro fundido es el argón o el helio, ya que son los más efectivos para brindar la protección necesaria contra la oxidación. El gas de protección debe poder formar una capa protectora alrededor de la zona de soldadura para evitar la oxidación. Además, el gas de protección debe proporcionar suficiente calor para penetrar el hierro fundido.
El argón puro es el gas de protección más común y rentable para la soldadura TIG de hierro fundido. El helio es costoso, pero se puede agregar para una mayor penetración al soldar piezas más gruesas.
El caudal debe estar entre 15 y 25 pies cúbicos por hora (CFH). Se pueden usar tasas de flujo más altas para aplicaciones críticas cuando hay viento o corrientes de aire. Aún así, en aplicaciones generales, puede causar turbulencia que absorbe los gases atmosféricos que en realidad está tratando de sacar de su zona de soldadura.
Preparando la soldadura
Después de asegurarse de tener las herramientas adecuadas para el trabajo, es hora de preparar la soldadura y comenzar a soldar.
Cuando se suelda hierro fundido TIG, la preparación adecuada de la soldadura es esencial para lograr los resultados deseados. La naturaleza única de la soldadura TIG también requiere piezas crucialmente limpias.
Las superficies que se van a soldar y la piel de fundición deben limpiarse a fondo para eliminar la suciedad, el óxido u otros contaminantes que puedan causar defectos de soldadura. Se debe usar un cepillo de alambre para eliminar cualquier escala u óxido de la superficie, y puede usar una amoladora angular. Para limpiezas más profundas, se puede utilizar un agente desincrustante químico.
La junta debe diseñarse para asegurar la penetración adecuada de la soldadura y minimizar el riesgo de agrietamiento. Es importante utilizar una junta que tenga la geometría correcta y que esté diseñada para adaptarse al espesor del material que se está soldando. También es importante usar un precalentamiento que sea apropiado para el tipo de hierro fundido que se está soldando.
Precalentamiento del hierro fundido: ¿cuánto debe precalentar el hierro fundido antes de soldar?
La temperatura de precalentamiento recomendada para la soldadura TIG de hierro fundido es un mínimo de 300 °F y aproximadamente 500 °F para piezas de espesor medio. El precalentamiento es un paso importante en la soldadura TIG de hierro fundido, ya que ayuda a reducir el riesgo de agrietamiento que se produce cuando se suelda hierro fundido en frío.
El precalentamiento del metal de soldadura ayuda a equilibrar el gradiente de temperatura entre el metal base y la zona de soldadura, lo que reduce la posibilidad de choque térmico y agrietamiento.
El precalentamiento también ayuda a reducir el riesgo de fragilización por hidrógeno, que puede causar grietas a lo largo de la línea de soldadura. Es importante mantener la temperatura de precalentamiento durante todo el proceso de soldadura y soldar tan pronto como alcance la temperatura deseada. Puede verificar la temperatura con varillas de temperatura o termómetro digital infrarrojo.
Técnica para la soldadura TIG exitosa de hierro fundido
Cuando se suelda hierro fundido TIG, es importante mantener una longitud de arco constante a lo largo de la soldadura. Para evitar la acumulación de calor, viaje lo más rápido posible sin crear ningún defecto. Además, ayudará si usa cuentas cortas. Por lo general, para hierro fundido más delgado que ¼”, debe soldar un cordón de 1”. Para materiales más gruesos, puede llegar hasta 3”, pero no más que eso. Para reducir el riesgo de agrietamiento, no coloque cada cuenta una al lado de la otra. En cambio, los extiende a lo largo de la junta para distribuir el calor.
Mantenerse enfocado en la zona afectada por el calor es crucial para evitar defectos al soldar metales frágiles como el hierro fundido. Puede lograrlo preparando su tungsteno y utilizando funciones como pulso. Además, debes tejer con tu antorcha TIG. En su lugar, mantenga las cosas lo más simples posible. Si aparecen grietas durante la soldadura, y sí, hay muchas posibilidades, debe perforar agujeros en ambos extremos para evitar que se expanda.
Tratamiento posterior a la soldadura
Una vez finalizado el proceso de soldadura, debe dejar que el hierro fundido se enfríe lentamente para evitar que se agriete debido al choque térmico. Esto se puede hacer permitiendo que el hierro fundido se enfríe a temperatura ambiente por sí solo a una velocidad de 50 F por hora. Si se encuentran grietas, deben repararse antes de poder realizar más soldaduras.
Para garantizar que la soldadura tenga la resistencia necesaria, es importante realizar un tratamiento térmico de alivio de tensión. Este proceso consiste en calentar el hierro fundido a una temperatura determinada y uniforme durante un período de tiempo específico para reducir las tensiones residuales en el material. La temperatura y el tiempo exactos necesarios para el tratamiento térmico de alivio de tensión dependerán del tipo de hierro fundido que se suelde y deben determinarse consultando las especificaciones del fabricante.
Soldadura TIG Hierro Fundido Sin Precalentamiento
La soldadura TIG sin precalentamiento puede ser beneficiosa en situaciones donde el hierro fundido es demasiado grueso para ser precalentado, donde el proceso de precalentamiento tomaría demasiado tiempo para calentar la fundición completa, en piezas simples o cuando no se tienen las herramientas adecuadas para el precalentamiento. En estos casos, la soldadura sin precalentamiento sería la única opción.
Cuando suelde con TIG sin precalentamiento, debe prestar mucha atención al control del calor. El paso importante es dejar que cada cordón se enfríe antes de soldar el siguiente.
No obstante, no precalentar siempre hará que la soldadura sea más débil y más propensa a agrietarse en el futuro. Para intentar hacerlo con éxito, use varillas con alto contenido de níquel, bajo amperaje con posible pulso y perlas de hasta 1” de largo.
Tenga en cuenta que existen alternativas como la soldadura fuerte TIG o la soldadura fuerte, que ofrecen un control más limitado, lo cual es esencial durante la soldadura de hierro fundido. Aunque es posible, trate de no usar varillas de acero dulce durante la soldadura en frío, ya que puede provocar fallas.
Conclusión
La soldadura TIG de hierro fundido es una tarea desafiante pero gratificante, similar a la soldadura manual por arco metálico. Con la preparación y la técnica correctas, la soldadura de acero o hierro fundido se puede completar con éxito. Usar el material de relleno correcto, precalentar el área y evitar una entrada de calor excesiva son importantes cuando se suelda hierro fundido con TIG.
También es importante seleccionar los parámetros y consumibles adecuados y utilizar el gas de protección correcto. Con las herramientas y los conocimientos adecuados, la soldadura TIG de piezas de hierro fundido o estufas de hierro fundido se puede lograr con excelentes resultados. Con el enfoque correcto, esta tarea se puede completar con éxito con la ayuda de las fuentes proporcionadas.