Introducción
En la fabricación de equipos químicos y petroleros, para ahorrar níquel, que es un metal costoso, a menudo se suelda acero a níquel y aleaciones.
Los principales problemas de la soldadura
Durante la soldadura, los componentes principales son el hierro y el níquel, que presentan una solubilidad mutua infinita y no forman compuestos intermetálicos. Generalmente, el contenido de níquel en la soldadura es relativamente alto, por lo que no se forma una capa de difusión en la zona de fusión de la junta soldada. El principal problema de la soldadura radica en su tendencia a generar porosidad y fisuras en caliente.
1. Porosidad
En la soldadura de acero, níquel y sus aleaciones, los principales factores que afectan la formación de porosidad en la soldadura son el oxígeno, el níquel y otros elementos de aleación.
① El efecto del oxígeno. Durante la soldadura, el metal líquido puede disolver más oxígeno, y a altas temperaturas, el oxígeno y la oxidación del níquel dan lugar a la formación de NiO. El NiO puede reaccionar con el hidrógeno y el carbono del metal líquido para generar vapor de agua y monóxido de carbono en la solidificación del baño fundido, si este último no se libera lo suficiente como para que quede un residuo en la soldadura, lo que provoca la formación de porosidad. En la soldadura por arco sumergido de níquel puro y Q235-A, en la soldadura de hierro y níquel, si el contenido de nitrógeno e hidrógeno no varía mucho, cuanto mayor sea el contenido de oxígeno en la soldadura, mayor será el número de poros.
② Efecto del níquel. En la soldadura de hierro-níquel, la solubilidad del oxígeno en el hierro y el níquel es diferente. La solubilidad del oxígeno en el níquel líquido es mayor que en el hierro líquido, mientras que en el níquel sólido es menor que en el hierro sólido. Por lo tanto, la solubilidad del oxígeno en la cristalización del níquel, que cambia bruscamente, es más pronunciada que en la cristalización del hierro. En consecuencia, la tendencia a la porosidad en la soldadura es pequeña cuando el contenido de Ni es del 15 % al 30 %, y cuando el contenido de Ni es alto, la tendencia a la porosidad aumenta aún más, hasta el 60 % al 90 %, y la cantidad de acero disuelto disminuye, lo que provoca que la tendencia a la formación de porosidad sea mayor.
③ Influencia de otros elementos de aleación. Cuando la soldadura de hierro-níquel contiene manganeso, cromo, molibdeno, aluminio, titanio y otros elementos de aleación, o en combinación con ellos, se puede mejorar la antiporosidad de la soldadura. Esto se debe a que el manganeso, el titanio y el aluminio, entre otros, tienen la función de desoxigenación, mientras que el cromo y el molibdeno mejoran la solubilidad de la soldadura en el metal sólido. Por lo tanto, la soldadura de níquel con acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti presenta mayor antiporosidad que la soldadura de níquel con acero Q235-A. El aluminio y el titanio también pueden fijar el nitrógeno en compuestos estables, lo que también puede mejorar la antiporosidad de la soldadura.
2. Agrietamiento térmico
En la soldadura de acero, níquel y sus aleaciones, la principal causa de agrietamiento térmico es la presencia de una alta concentración de níquel en la soldadura, con una organización dendrítica. En el borde de los granos gruesos, se concentran numerosos cocristales de bajo punto de fusión, lo que debilita la unión entre los granos y reduce la resistencia al agrietamiento del metal de soldadura. Además, un contenido de níquel demasiado elevado en el metal de soldadura, que provoca agrietamiento térmico, tiene un impacto significativo en la soldadura de hierro-níquel. Asimismo, la presencia de oxígeno, azufre, fósforo y otras impurezas también influye considerablemente en la tendencia al agrietamiento térmico de la soldadura.
Al utilizar fundente sin oxígeno, debido a la reducción de la cantidad de oxígeno, azufre, fósforo y otras impurezas dañinas en la soldadura, especialmente la disminución del contenido de oxígeno, se reduce considerablemente la cantidad de agrietamiento. Debido a la cristalización del baño de fusión, el oxígeno y el níquel pueden formar un eutéctico Ni + NiO, con una temperatura eutéctica de 1438 °C, y el oxígeno también puede intensificar los efectos nocivos del azufre. Por lo tanto, cuando el contenido de oxígeno en la soldadura es alto, la tendencia al agrietamiento térmico es mayor.
El Mn, Cr, Mo, Ti, Nb y otros elementos de aleación pueden mejorar la resistencia al agrietamiento del metal de soldadura. El Mn, Cr, Mo, Ti y Nb son agentes metamórficos que pueden refinar la organización de la soldadura y alterar la dirección de su cristalización. El Al y el Ti también son agentes desoxidantes fuertes que pueden reducir la cantidad de oxígeno en la soldadura. El Mn puede formar compuestos refractarios con el S, como el MnS, lo que reduce los efectos nocivos del azufre.
Propiedades mecánicas de las uniones soldadas
Las propiedades mecánicas de las uniones soldadas de hierro-níquel están relacionadas con los materiales de aporte y los parámetros de soldadura. Al soldar níquel puro y acero de bajo carbono, cuando el equivalente de Ni en la soldadura es inferior al 30%, bajo el enfriamiento rápido de la soldadura, aparece una estructura martensítica, lo que provoca una caída drástica en la plasticidad y la tenacidad de la unión. Por lo tanto, para obtener una mejor plasticidad y tenacidad de la unión, el equivalente de Ni en la soldadura de hierro-níquel debe ser superior al 30%.
Fecha de publicación: 10 de marzo de 2025