SOLDABILIDAD DE LOS MATERIALES

DEFINICINLa Soldabilidad es la capacidad que tienen los materiales, de la misma o diferente naturaleza para ser unidos de manera permanente mediante procesos de soldadura, sin presentar transformaciones estructurales perjudiciales, tensiones o deformaciones que puedan ocasionar alabeos, agrietamientos, defectos, etc. en el material base.

La Soldabilidad de un material constituye una propiedad del mismo muy compleja y en muchas ocasiones queda condicionada a variaciones metalrgicas y sus propiedades. Esto significa que un material puede tener buena soldabilidad, cuando se puede lograr una unin soldada con propiedades mecnicas y fsico-qumicas adecuadas, por cualquiera de los procesos de soldadura y sin necesidad de utilizar tcnicas auxiliares

TIPOS DE SOLDABILIDADLa Soldabilidad de una material encierra tres aspectos esenciales, esto son:

1. Soldabilidad Metalrgica2. Soldabilidad Operatoria3. Soldabilidad Constructiva

1. SOLDABILIDAD METALRGICAEs la capacidad de los materiales de no presentar transformaciones estructurales en la unin soldada o variaciones en las propiedades fsico-qumicas, como si se presenta en los aceros aleados donde existe la posibilidad de formar estructuras de martensita y en los aceros inoxidables austenticos, que al precipitarse los carburos de Cr, disminuye su resistencia a la corrosin,

2. SOLDABILIDAD OPERATORIAResponde a la operacin de soldadura, en lo que respecta a cuestiones tecnolgicas y de ejecucin de las uniones soldadas por cualquier proceso de soldadura. Ejemplo: El caso del Aluminio, Aceros Aleados al Cr, en donde los xidos que forman dificultan la soldadura y se debe por ello recurrir al uso de limpieza, fundentes y tcnicas auxiliares.

3. SOLDABILIDAD CONSTRUCTIVAConcierne a las propiedades fsicas del material base, tales como dilatacin y contraccin que provocan deformaciones y tensiones, las cuales pueden generar agrietamientos de la unin soldada, como ocurre en el caso del Hierro Fundido que por su poca plasticidad no tiene capacidad de absorber deformaciones y hay que recurrir a recursos tecnolgicos de pre y postcalentamiento para evitar esta soldabilidad condicionada

En conclusin se considera que un metal tiene: 1) Buena soldabilidad cuando cumple con los 3 aspectos anteriores, 2) Soldabilidad Regular o condicionada cuando no cumple con alguno de ellos, pero que por medio de soluciones tecnolgicas se puede obtener una unin soldada de calidad, 3) Mala Soldabilidad cuando no cumple con dos o ms de los aspectos citados y no se puede resolver para la obtencin de buenas propiedades mecnicas y qumicas en la soldadura.

FACTORES QUE AFECTAN O INFLUYEN EN LA SOLDABILIDADEl concepto de Soldabilidad analizado anteriormente, se enfoca hacia la obtencin de una soldadura que pueda cumplir los requisitos tcnicos para lo cual ella est diseada y sobre este concepto influyen una serie de factores que deben ser tomados muy en cuenta cuando se realiza la unin soldada

FACTORES QUE AFECTAN O INFLUYEN EN LA SOLDABILIDAD1. TIPO DEL MATERIAL BASE, SU ESPESOR2. INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS ALEANTES3. TIPO DE JUNTA Y PROCESOS DE SOLDADURA4. VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO5. ENERGIA SUMINISTRADA6. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO7. SECUENCIA DE LA SOLDADURA

TIPO DE MATERIAL BASEEl tipo de material base antes de la ejecucin del proceso de soldadura tiene una influencia marcada en la soldabilidad. No todos los materiales pueden ser soldados, por ello se debe determinar de manera particular el tipo de soldabilidad que posee cada material base.

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROSEn los aceros, el principal elemento que influye en la soldabilidad es el carbono y luego los otros elementos aleantes.

Existen aceros de Bajo, Medio y de Alto contenido de carbono, Aceros Aleados, Aceros para Herramientas, Aceros Inoxidables, Aceros HSLA, Aceros Estructurales, Aceros para Tuberas, etc.

ACEROS AL CARBONO1) ACEROS DE BAJO CARBONO: %C < 0.25, %Mn: 0.25-1.5SAE 1005-1025Tienen buena y excelente soldabilidad, y pueden soldarse por cualquiera de los procesos de soldadura al arco, de gas, de resistencia, Soldadura Indirecta, etc.SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, SAW, OAW, RSW, FW, FRW, FB, TB, FS, INS,TS, etc.Con SMAW se recomiendan los electrodos tipo: EXX11, EXX10, EXX13, EXX18, etc.

2) ACEROS DE MEDIO CARBONO% C = 0.25 0,50, %Mn = 0.6-1.65SAE 1026-1050Tienen soldabilidad regular y requieren Precalentamiento que oscila entre 149 260oC para liberar las tensiones y reducir la dureza. Se pueden soldar con todos los procesos de soldaduraCon SMAW se recomiendan electrodos de bajo hidrgeno EXX18, EXX28.

3) ACEROS DE ALTO CARBONO% C = 0.5 1.03, %Mn = 0.3 -1SAE 1056-1095Tienen entre mala y regular soldabilidad y se debe tomar precauciones especiales cuando se sueldan. Requieren de precalentamiento que oscila entre 204 a 316oC y luego de soldar se especifica un postcalentamiento. Se sueldan con todos los procesos al arco.Con SMAW se recomiendan electrodos de bajo Hidrgeno EXX18, EXX28

PROCESO SMAW PARA SOLDAR ACEROS AL CARBONO

Norma AWS A5.1EXXYZE = ElectrodoXX = Sut (Kpsi o miles de psi)Y = Posicin de soldadura1= Todas las posiciones2 = Slo Plana u Horizontal3 = Slo Plana4 = Vertical DescendenteZ = Caractersticas Operacionales de los Electrodos, toma valores del 0-8

Clasificacin AWS de los Electrodos Revestidos (AWS A5.1)

Clasificacin de Electrodos AWS A5.1 Tabla

PROCESO GMAWClasificacin del Electrodo para Aceros al Carbono: AWS A 5.18ER XX S ZE Electrodo metlico consumible y continuoR Varilla (rod)XXLos dos o tres dgitos siguientes indican la resistencia a la traccin en el cordn de soldadura en miles de libras/pulg2SAlambre slidoZDgito o letra y dgito indican la composicin qumica del electrodo y composicin qumica.Ejemplos: ER70S-4, ER70S-6, etc

PROCESO FCAW: Especificacin segn la ANSI/AWS A5.20 para electrodo tubular.

*/16

PROCESO FCAW: Especificacin segn la AWS A5.20 para Electrodo Tubular.EXXT-1 (Usa CO2, Aspersin, DC+)EXXT-2 (No CO2, DC+)EXXT-3 (No CO2, Aspersin, DC+)EXXT-4 (No CO2, Globular, DC+)EXXT-5 (Usa CO2, Globular, DC+)EXXT-6 (No CO2, Aspersin, DC+)EXXT-7 (No CO2, Globular, DC-)EXXT-8 (No CO2, DC-)EXXT-10 (No CO2, DC-), etc.

*/15PROCESO GTAW: EWXNE: electrodo no consumibleW: tungsteno (wolframio)X: elemento aleanteN: Composicin del elemento aleante.

PROCESO SAW: ELECTRODOSEJEMPLO: EL8K, EM13, EH14K

PROCESO SAW: FUNDENTEEs una mezcla de materiales minerales. Estn regulados conjuntamente con el electrodo y bajo la misma norma.Las principales funciones del fundente son:Proteger la soldadura de la influencia atmosfrica.Contribuir elementos que mejoran las propiedades mecnicasF X- Y- ZTemperatura a la cual se realiza el ensayo de tenacidad (Por -10C aprox.)A: As welded: sin tratamiento trmicoP: Post welded: con tratamiento trmicoResistencia a la traccin en el cordn de soldadura por 10000 PsiFlux: fundenteEJEMPLO: F7A2

TABLA DE LA SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS

SUMA DE LOS ELEMENTOS ALEANTES (%)CONTENIDO DE CARBONO (%C)ELEMENTOS ALEANTESTIPO DE SOLDABILIDADEXCELENTE(%C)BUENA(%C)REGULAR(%C)MALA(%C)< 10.250.25 0,350.35-0.45> 0.451 - 30.200.20 0.300.35 -0.45 > 0.40> 30.180.18 0.280.28 0.38> 0.38

ACEROS ALEADOSLas Normas AISI-SAE elaboraron un excelente sistema de nomenclaturas para identificar las diversas composiciones qumicas de los aceros a travs de designaciones numricas que generalmente emplean 4 dgitos: XXXX donde los dos ltimos nos indican el contenido de carbono, el primero lo clasifica segn su principal aleante, y el segundo el % aproximado del principal aleante.

CLASIFICACIN AISI-SAE

SERIECARACTERISTICAS PRINCIPALES10XXACEROS AL CARBONO11XXACEROS AL CARBONO RESULFURADO-FACIL DE MECANIZAR13XXACEROS AL MANGANESO (1.6-1.9%)20XXACEROS AL NIQUEL (3.5-5%)30XXACEROS AL CROMO-NIQUEL (Ni: 1.25-3.5%; Cr: 0.6-1.6%)40XXACEROS AL MOLIBDENO (0.2-0.25%)50XXACEROS AL CROMO60XXACEROS AL CROMO-VANADIO80XXACEROS AL CROMO-NIQUEL-MOLIBDENO90XXACEROS AL NIQUEL-CROMO MOLIBEDENO

PROCESO SMAW PARA SOLDAR ACEROS ALEADOSLa especificacin AWS A5.5. que trae los requisitos de los electrodos para soldadura de aceros de baja aleacin utiliza la misma designacin de la AWS A5.1. Adems utiliza sufijos que constan de una letra o de una letra y un nmero, (por ejemplo A1, B1, B2, C1, C2, C3, D1, D2, G,M, etc.) los cuales indican la composicin qumica.

CLASIFICACIN AWS A5.5

Smbolo Composicin qumica del depsito

A1 0.5% MolibdenoB1 0.5% Molibdeno 0.5% CromoB2 0.5% Molibdeno 1.25% CromoB3 1.0% Molibdeno 2.25% CromoB4 0.5% Molibdeno 2.0% Cromo

C1 2.5% NquelC2 3.5% NquelC3 1.0% NquelD1 0.3% Molibdeno 1.5% ManganesoD2 0.3% Molibdeno 1.75% ManganesoM, G* 0.2% Molibdeno, 0.3% Cromo, 0.5% Nquel; 1.0% Manganeso; 0.1% VanadioL Carbono inferior a 0.05%

PROCESO FCAW PARA SOLDAR ACEROS ALEADOS

Los electrodos utilizados para soldar aceros de baja aleacin con el proceso FCAW (Inner Shield) estn clasificados segn la norma: AWS A5.29.

Especificacin AWS A5.29 para Soldar Aceros de Baja Aleacin.*/16

Especificacin AWS A5.29 para Soldar Aceros de Baja Aleacin.La AWS A5.29 da 5 clasificaciones diferentes de electrodos de baja aleacin para FCAW.

EXXT1-X (Usa CO2, Aspersin, DC+)EXXT4-X (No CO2, Globular, DC+)EXXT5-X (Usa CO2, Globular, DC+)EXXT8-X (No CO2, DC-)EXXTX-G (No CO2, DC+)

SOLDABILIDAD DE ACEROS AL MANGANESO: AISI 1320, 1330, 1335, 1340En estos aceros, el carbono vara de 0.18 a 0.48%, el manganeso de 1.6 a 1.9%.El precalentamiento no es necesario cuando la aleacin es baja en carbono y en manganeso.Se sugiere precalentamiento de 121 a 149oC a medida que el el carbono es mayor a 0.25%Se deben usar electrodos E80XX o E90XX con el sufijo A1, D1, o D2

SOLDABILIDAD DE ACEROS AL NIQUEL: AISI 2315, 2515, 2517 El carbono vara de 0.12 a 0.30%, el manganeso de 0.4 a 0.6% y el nquel de 3.25 a 5.25%.Si el carbono no excede de 0.15% no se necesita precalentamiento.Si excede el carbono el 0.15% se requiere precalentamiento hasta 260oC. Se sugiere despus de la soldadura liberar las tensiones.Se usan electrodos E80XX con sufijo C1, o C2

SOLDABILIDAD DE ACEROS AL CROMO-NQUEL: AISI 3120, 3135, 3140, 3310, 3316El carbono vara de 0.14 a 0.35%, el manganeso de 0.40 a 0.9%, el nquel de 1.10 a 3.75% y el cromo de 0.55 a 0.75%Si pasa del 0.20% de carbono se debe dar precalentamiento entre 90 y 316oC dependiendo del % de los elementos aleantes. Se debe liberar las tensionesSe usan electrodos E80XX, E90XX con el sufijo C1, o C2

SOLDABILIDAD DE ACEROS AL CROMO: AISI 5015, 5110, 5210El carbono vara de 0.12 a 0.16%, el manganeso de 0.3 a 1.00%, el cromo de 0.2 a 1.6%A medida que aumenta el % de carbono y cromo se necesita dar precalentamiento hasta los 399oCSe debe usar siempre electrodos de bajo hidrgeno, E8018, E9018 con el sufijo B que tenga el contenido de cromo apropiado

SOLDABILIDAD DE ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO: AISI 4130, 4140, 4150, 4340El carbono est entre 0.10 a 0.45%, el manganeso de 0.30 a 0.60%, el cromo entre 0.50 a 2.60%, el molibdeno de 0.44 a 1.13%Las temperaturas de precalentamiento oscilan entre 40 a 370oC cuyos valores dependen del % de carbono, cromo y molibdenoSe debe usar electrodos E80XX, E90XX con el sufijo B1, B2, B3, B4.

SOLDABILIDAD DE ACEROS HSLA: ASTM A588, A472, A710Son aceros de microaleacin con Niobio, Vanadio, Columbio, Cromo y Molibdeno que aumentan la resistencia mecnica.Tienen bajo % de carbono (mximo 0.08%), y son fciles de soldar.Se utilizan electrodos E70XX, E80XX, E90XX, E100XX con los sufijos C1, C2, C3, M. Ej: E8018-C1, E10018-M

ACEROS INOXIDABLESLos Aceros Inoxidables son una familia de aleaciones que tienen una excelente resistencia a la corrosin, que les permite tolerar fuertemente el ataque de una gran cantidad de lquidos, gases y compuestos qumicos.Son bastante dctiles, duros y resisten altas temperaturas.Poseen altos porcentajes de Cromo y Nquel.

CLASIFICACION AISI PARA ACEROS INOXIDABLES

DESIGNACION AISITIPOPRINCIPALES ELEMENTOSTRATAMIENTOSMAGNETICOS2XX

3XX

4XX

4XX

5XXAustentico

Austentico

Martenstico

Ferrtico

MartensticoCr Ni - Mn

Cr Ni

Cr

Cr

Cr - MoNo endurecible

No endurecible

Endurecible

No endurecible

EndurecibleNo

No

Si

Si

Si

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENTICOSTodos los aceros inoxidables austenticos se pueden soldar con la mayora de procesos de soldadura y ligeramente ms difciles de soldar que los aceros al carbono.El cromo est entre 16-24%, y el nquel entre 8 al 19% AISI 201, 202, 301, 302, 304, 304L, 308, 309, 310, 312, 314, 314L, 316, 316L, 317, 321.

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES AUSTENTICOS-AWS A5.4

AISIELECTRODORECOMENDADO1 opc. 2da opc.NOMBRE POPULAR201202301302303304304L305308309310314316316L317321E308 E308LE308 E308LE308 E308LE308 E308L --- ---E308 E308LE308L E347E308 E308E309E310E310E316 E309E316L E309E317 E309E347 E308L

18/818/8

19/925/1225/20

18/1218/1219/1419/9

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES FERRTICOSNo son endurecibles por medio de tratamientos trmicos y son magnticos.Todos los tipos ferrticos se consideran soldables con la mayora de procesos de soldadura excepto el AISI 430F.No se recomiendan procesos de soldadura que tiendan a incrementar la capatacin de carbono como OAW, GMAWSe da precalentamiento hasta 200oCEl cromo va del 11 al 23%AISI 405, 430, 430F, 446

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES FERRTICOS

AISIELECTRODORECOMENDADO1 opc. 2da opc.NOMBRE POPULAR405430430F446E410 E405E430 E309 ---- ----E309 E310 16Cr

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES MARTENSTICOSSon endurecibles por medio de tratamientos trmicos y son magnticosSe recomienda que la temperatura de precalentamiento sea entre 232 a 288oCSe debe dar poscalentamiento despus de la soldadura entre 469 a 760oC, seguido por enfriamiento lentoSon difciles de soldar, y no se debe usar procesos que ayuden a captar el carbonoAISI 403, 410, 414, 416, 416Se, 431, 440

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES MARTENSTICOS

AISIELECTRODORECOMENDADO1 opc. 2da opc.NOMBRE POPULAR403410414416416 Se420431440E410 E410 E430E410 ----E410 ---- ---- ----E410E430 ----- ---- 12Cr

12 Cr Hc

OTROS PROCESOS DE SOLDADURA PARA ACEROS INOXIDABLESGMAW: MIG: ER308L, ER312

GTAW: TIG: VARILLAS ER308L, ER312

Los procesos metalrgicos en la soldadura tienen las siguientes particularidades:

Ocurren a altas temperaturas de calentamiento (>300 oC)Se efectan a una gran velocidad.Los volmenes de metales calentado y fundidos son pequeos.La conduccin del calor de la zona fundida hacia el metal base en estado slido es muy rpida.En la zona fundida actan gases y las escorias que lo rodean durante la ejecucin del proceso.El metal de aporte utilizado en la formacin de la costura puede poseer una composicin qumica diferente al metal base.

Zonas de una unin soldada.

La unin soldada est compuesta por la zona del depsito y la zona afectada trmicamente

Zona del depsito (zona fundida)

Modificaciones qumicas Prdidas por oxidacin de los elementos modificacin de las caractersticas mecnicas Fijacin de elementos deseados y no deseados.Absorcin de gas.Precipitacin de compuestos definidos de la solucin slida.Transformaciones eutcticas.Modificaciones estructurales.

Zonas afectada trmicamente (ZAT o HAZ)Fenmenos que pueden tener lugar:El metal base sufre un tratamiento trmico variable en cada punto segn el ciclo trmico impuesto por el procedimiento de soldadura Transformaciones de tipo estructural. (Ej. agrandamiento exagerado de los granos)Transformaciones fsico-qumico (formacin de estructuras de temple). Precipitacin de compuestos (Ej. carburos de Cr en los aceros inoxidables; Mg2Si, CuAl en las aleaciones de aluminio).

Subzonas que componen la ZAT

ENSAYOS DE SOLDABILIDADEnsayos que buscan modelar las condiciones de soldadura en los diferentes conjuntos soldados y estudiar la soldabilidad de los metales y aleaciones con la aplicacin de determinados procedimientos de soldadura.- Mtodo de Tekken para ensayo de agrietamiento en fro y sensibilidad a la entalla. Norma JIS (japonesa): ofrece propiedades de susceptibilidad al agrietamiento en fro de aceros al carbono y baja aleacin.

Ensayo VARESTRAINTPermite provocar fisuras en caliente por aplicacin de tensiones variables longitudinales al cordn. El ensayo suministra, para cada material y cada conjunto de parmetros de soldadura, los siguientes valores: rango de temperatura de fisuracin umbral de tensin de fisuracin longitud total de fisura longitud mxima de fisura