propiedades del hierro fundido
Antes de discutir cómo soldar hierro fundido usando la técnica de soldadura fuerte, primero hablaremos sobre las propiedades que hacen que el hierro fundido sea un desafío para soldar.
El hierro fundido se compone de hierro y carbono en diferentes proporciones, más comúnmente de 2 a 4 % de carbono, con elementos adicionales como manganeso, silicio, cromo, níquel, cobre y molibdeno, que mejoran propiedades específicas.
- Dureza: el hierro fundido es duro y puede endurecerse por calentamiento y enfriamiento repentino, lo que lo hace duradero. Dureza Brinell número 150 a 220 (sin aleaciones) y 300 a 600 (aleadas).
- Tenacidad. El hierro fundido puede absorber energía rápidamente.
- Ductilidad. Capacidad de deformarse sin fracturarse.
- Elasticidad. La capacidad del material para volver a sus dimensiones originales después de la deformación.
- Maleabilidad: el hierro fundido puede deformarse bajo compresión sin romperse.
- Resistencia a la tracción: 25 000 a 50 000 psi (172 375 a 344 750 kPa) (sin aleaciones) y 50 000 a 100 000 psi (344 750 a 689 500 kPa) (aleaciones).
- Resistencia a la fatiga. El estrés más alto que un material puede soportar durante un número determinado de ciclos sin romperse.
- Punto de fusion. El hierro fundido tiene un punto de fusión más bajo (12000C) en comparación con el acero dulce, con 13000C y 14000C.
- Moldeabilidad. Es más fácil trabajar con el hierro fundido cuando se extraen formas del material.
- Maquinabilidad. El hierro fundido es casi elástico hasta la máxima resistencia a la tracción y produce virutas discontinuas que se desprenden fácilmente de la muestra.
- Puede encontrar más información sobre las propiedades mecánicas del metal del hierro fundido y otros metales aquí.
Debido a las características de composición y nota, el proceso de soldadura hace que este carbono migre hacia el metal de soldadura y/o la zona afectada por el calor. Como resultado, una composición alta en carbono conduce a una alta fragilidad/dureza, lo que finalmente da como resultado el agrietamiento posterior a la soldadura.
Tipos de hierro fundido
Los cuatro tipos básicos de hierro fundido son hierro fundido blanco, hierro fundido gris, hierro fundido dúctil y hierro fundido maleable. Aunque explicaremos brevemente cada tipo, debe saber que la unión de hierro fundido mediante soldadura fuerte es más adecuada para fundiciones grises, austeníticas y maleables.
Tipos de hierro fundido Carbono Silicio Manganeso Azufre Fósforo Hierro fundido gris 2,5-4 % 1-3 % 0,2-1 % 0,02-0,25 % 0,02-1 % Hierro fundido dúctil 3-4 % 1,8-2,8 % 0,1-1 % 0,01-0,03 % 0,01-0,1 % Grafito compactado2,5-4%1-3%0,2-1%0,01-0,03%0,01-0,1% Fundición maleable2-2,9%0,9-1,9%0,15-1,2%0,02-0,2%0,02-0,2% Fundición blanca1,8 -3,6%0,5-1,9%0,25-0,8%0,06-0,2%0,06-0,2%
- El tipo más común, el hierro fundido gris, tiene una microestructura de grafito formada por muchas pequeñas fracturas. Se llama «hierro gris» porque estas pequeñas grietas que resultan del arrabio fundido que se deja enfriar lentamente le dan al metal un color gris. El hierro fundido gris ofrece una resistencia a la compresión similar a la del acero. Como resultado, se ha convertido en una opción de metal popular para aplicaciones donde la resistencia a la compresión es importante.
- El hierro fundido blanco no es tan común como el hierro gris, pero se usa con frecuencia. Este tipo recibió el nombre de su color blanquecino, resultado de compuestos de hierro conocidos como cementita. El hierro fundido blanco es duro y ofrece una excelente resistencia a la abrasión.
- El hierro fundido dúctil a menudo se denomina hierro fundido nodular y es una aleación de hierro suave, dúctil y con alto contenido de carbono. Por lo general, se elabora con trazas de otros compuestos, como magnesio y cerio.
- El hierro fundido maleable es fácil de trabajar. Por lo general, se fabrica mediante procesos de tratamiento térmico en hierro fundido blanco. El hierro fundido blanco se calienta hasta por dos días y luego se enfría. Una vez terminado, el hierro maleable se puede doblar y manipular para lograr formas y tamaños únicos.
Hierro fundido para soldadura fuerte
La soldadura fuerte es un método de unión que utiliza el efecto de acción capilar. Como resultado, el metal de aporte fundido fluye en espacios estrechos sin la ayuda de fuerzas externas, incluso en contra de la gravedad. Para soldar hierro fundido, necesita un ajuste muy ajustado, con espacios entre 0,002″ (0,05 mm) y 0,006″ (0,15 mm), limpieza y fundente.
Una de las ventajas más significativas de la soldadura fuerte de hierro fundido es el calentamiento limitado. La soldadura fuerte utiliza metal de aporte que se funde por encima de los 450 °C (840 °F), pero el metal base no se ve afectado.
Por lo tanto, no puede alcanzar la temperatura de fusión del hierro fundido utilizando calor extremo. De esa manera, no afecta las propiedades del metal principal y reduce los riesgos de agrietamiento.
La soldadura fuerte llena el espacio de una junta de traslapo grande y no hay soldadura externa a tope o de filete. Sin embargo, debido a la menor temperatura, es adecuado para tubos pequeños, tuberías, metal delgado y colector de escape de hierro fundido.
Cualquier proceso de soldadura fuerte adecuado para el acero es aplicable a las fundiciones. Las operaciones previas y posteriores a la soldadura fuerte deben ser similares a las de un proceso de soldadura fuerte estándar. Los consumibles ideales para la soldadura fuerte de acero al carbono se pueden utilizar para las fundiciones.
Preparación del área de soldadura
Antes de soldar hierro fundido, es esencial limpiar el metal base. Cualquier aceite, grasa y polvo puede causar defectos que pueden surgir durante la soldadura fuerte, afectando las propiedades de la soldadura.
Tenga en cuenta que especialmente los colectores de hierro fundido viejos o de hierro fundido, que están en servicio, pueden contaminarse fácilmente con aceite y grasa. Para reparar fundiciones agrietadas, taladre un agujero en cada extremo de la grieta para evitar que se extienda más. El espacio libre debe ser de alrededor de 0,003 para obtener la máxima resistencia a la tracción y al corte.
Selección de metal de aporte
Tenga en cuenta que los consumibles aptos para acero al carbono se pueden utilizar para la soldadura fuerte de hierro fundido. Por lo tanto, este metal en particular se puede soldar usando metal fundido AWS BCuZn.
Esta varilla suelda todo el hierro fundido, latón, níquel, cobre y más de 50 tipos diferentes de acero, incluido el inoxidable.
El fundente se puede usar para evitar que se formen óxidos, promoviendo la humectación, limpiando la superficie y permitiendo que el relleno fluya sobre el metal base.
Tenga en cuenta que debe hacer coincidir el núcleo de fundente con el metal de aporte seleccionado.
Calefacción Hierro Fundido
La soldadura fuerte tiene ventajas sobre la soldadura oxi ya que el consumible se funde a una temperatura más baja que el hierro fundido. Por ejemplo, el bronce de silicio (CuSi) tiene un punto de fusión de 980 °C (1800 °F). De esa manera, necesita una temperatura de precalentamiento significativamente más baja.
El precalentamiento local siempre debe ser gradual. El precalentamiento indirecto implica el precalentamiento de otras partes críticas del trabajo además del precalentamiento local. Debe precalentar el hierro fundido hasta que alcance un color rojo opaco.
Una llama neutra o ligeramente oxidante con una boquilla de soldadura de servicio mediano o pesado es ideal para la soldadura fuerte de hierro fundido. Debe mantener la temperatura durante toda la soldadura. Para piezas de fundición grandes, utilice un horno para un calentamiento uniforme.
Tenga en cuenta que una corriente de aire directa sobre las piezas soldadas puede provocar un enfriamiento rápido. El enfriamiento rápido puede convertir el hierro fundido gris o maleable en hierro fundido blanco que es quebradizo y no soldable. Esto puede provocar una fisura fina en el material base, así que trate de garantizar un enfriamiento lento.
Hierro fundido de soldadura fuerte
La soldadura fuerte de hierro fundido es una variante del proceso de soldadura MIG/MAG, donde la mayoría de las variables esenciales del proceso son idénticas a las del MIG/MAG convencional. Un electrodo de alambre de alimentación continua se funde mediante un arco formado entre el electrodo y la pieza de trabajo, pero no se produce una fusión o fusión significativa del metal principal debido a la temperatura más baja.
Por lo tanto, este método no tiene charco fundido ni fusión entre el relleno y la fundición. La corriente y el voltaje más bajos también dan como resultado ahorros de energía, que pueden ser significativos en una planta de fabricación grande.
Cuando realiza una soldadura fuerte, utiliza una alta velocidad de desplazamiento para calentar el metal hasta que adquiera un color rojo cereza. No querrás usar calor más alto, ya que comenzará a formarse un charco.
Los alambres de soldadura fuerte MIG no tienen un fundente incorporado, por lo que necesitan gas de protección 100 % argón. Además, estos cables necesitan rodillos en forma de U y un revestimiento de teflón porque son suaves.
La soldadura fuerte TIG también es posible, y puede usarla utilizando un amperaje más bajo para calentar la pieza de trabajo y evitar derretir el hierro fundido. El gas argón protege la zona de soldadura fuerte, lo que significa que no hay necesidad de usar fundente como con el oxicombustible.
¿Debo soldar o soldar hierro fundido?
Si bien tanto la soldadura fuerte como la soldadura de hierro fundido tienen sus ventajas y desventajas únicas, la mayoría de las aplicaciones incluyen pequeñas reparaciones de hierro fundido, y ahí es donde prospera la soldadura fuerte.
En comparación con la soldadura por fusión, la ventaja más notable es la reducción del riesgo de agrietamiento y los cambios metalúrgicos en la ZAT. Sin embargo, las principales desventajas de la soldadura fuerte son la resistencia reducida y la resistencia al calor de la unión soldada.
Además, los metales de aporte a base de cobre en la soldadura fuerte son más adecuados para unir metales diferentes, por ejemplo, hierro fundido con acero. También son la forma más segura de reparar o unir fundiciones desconocidas.
No obstante, la ventaja más crucial de la soldadura es su fuerza superior. El metal de aporte y el metal base se funden, mezclan y solidifican. Además, la soldadura proporciona una importante resistencia al calor en el área de soldadura, lo que la hace adecuada para aplicaciones de alta temperatura.