La soldadura de metales diferentes es el proceso de unir dos metales o aleaciones diferentes con diferentes composiciones químicas, características metalúrgicas o propiedades físicas. Es ampliamente utilizado en la generación de energía, procesamiento químico, petroquímica, petróleo y gas, marina y otras industrias donde se seleccionan diferentes materiales para requisitos de rendimiento específicos.
El principal desafío no es simplemente unir dos metales diferentes, sino producir una soldadura que permanezca mecánicamente sólida, metalúrgicamente estable y suficientemente resistente a la corrosión y las condiciones de servicio.
La clave para la soldadura exitosa de metales diferentes es la selección adecuada del metal de relleno, la dilución controlada y un procedimiento de soldadura calificado.
Esta guía explica qué metales se pueden soldar juntos, los principales desafíos, cómo seleccionar los metales de relleno y dóndeMetales de relleno de la aleación de níquelEs comúnmente considerado.
La soldadura de metales diferentes se refiere a unir dos metales base o aleaciones diferentes mediante soldadura. Los materiales pueden diferir significativamente en la composición química, el intervalo de fusión, la conductividad térmica, el coeficiente de expansión térmica o la estructura metalúrgica.
Las combinaciones comunes incluyen:
Las juntas diferentes se utilizan a menudo porque cada material proporciona una ventaja específica. El acero al carbono, por ejemplo, ofrece resistencia y rentabilidad, mientras que el acero inoxidable o las aleaciones de níquel proporcionan una mejor resistencia a la corrosión o a altas temperaturas.
Sí, se pueden soldar muchos metales diferentes, pero no todas las combinaciones son adecuadas para la soldadura por fusión convencional.
La viabilidad de una junta de metal diferente depende de:
El acero al carbono y el acero inoxidable austenítico se unen comúnmente utilizando procedimientos de soldadura y metales de relleno adecuados. Los metales de relleno a base de níquel también se utilizan para juntas seleccionadas que involucran aleaciones de níquel, aceros inoxidables, aceros al carbono y aceros de baja aleación.
Por lo tanto, la pregunta importante no es simplemente si dos metales son diferentes, sino si un metal de relleno adecuado y un procedimiento de soldadura calificado pueden producir las propiedades conjuntas requeridas.
El acero al carbono al acero inoxidable es una de las juntas metálicas disímiles más comunes.
Metales de relleno comoAcero inoxidable 309/309LPueden considerarse para ciertas combinaciones porque pueden acomodar la dilución desde el lado del acero al carbono mientras que proporcionan propiedades apropiadas del metal de soldadura.
Para condiciones de servicio más exigentes, se puede considerar un relleno a base de níquel dependiendo de los materiales exactos, los requisitos de corrosión y el procedimiento de soldadura.
Los metales de relleno de aleación de níquel se pueden usar para juntas de aleación de acero al carbono a níquel seleccionadas donde es importante la resistencia a la corrosión, el rendimiento a temperatura elevada o la compatibilidad metalúrgica.
ERNiCr-3Es un metal de relleno a base de níquel comúnmente considerado para ciertas combinaciones diferentes.
Las juntas de aleación de acero inoxidable a níquel se encuentran con frecuencia en el procesamiento químico, petroquímico, generación de energía y equipos resistentes a la corrosión.
Los metales de relleno a base de níquel pueden preferirse cuando la junta requiere una alta resistencia a la corrosión o cuando su composición proporciona una mejor compatibilidad con el lado de la aleación de níquel.
Las diferentes aleaciones de níquel no deben tratarse automáticamente como equivalentes simplemente porque ambas están basadas en níquel.
Las diferencias en los elementos de aleación, la resistencia a la corrosión, el comportamiento de precipitación y la temperatura de servicio pueden afectar la selección del metal de relleno.
Ambos metales base aportan material al baño de soldadura. Esto se conoce como dilución.
La dilución excesiva puede cambiar significativamente la composición final del metal de soldadura y puede afectar la resistencia, la ductilidad, la resistencia a la corrosión o la resistencia al agrietamiento.
Diferentes metales se expanden y contraen a diferentes velocidades durante la soldadura y el enfriamiento.
Una gran diferencia en la expansión térmica puede generar tensiones residuales, que pueden contribuir a la distorsión, el agrietamiento o la degradación a largo plazo durante el ciclo térmico.
Cuando dos materiales tienen temperaturas o rangos de fusión significativamente diferentes, controlar la entrada de calor y la fusión se vuelve más difícil.
El procedimiento de soldadura debe proporcionar una fusión suficiente sin aumentar innecesariamente la dilución o dañar el material de bajo punto de fusión.
Ciertas combinaciones de elementos de aleación pueden producir microestructuras indeseables o fases frágiles.
Por esta razón, la selección del metal de relleno debe considerar la química final del metal de soldadura en lugar de simplemente hacer coincidir uno de los metales base.
Las juntas metálicas disímiles también pueden presentar consideraciones adicionales de corrosión.
Las diferencias en el comportamiento electroquímico pueden contribuir a la corrosión galvánica, mientras que las diferencias en la composición del metal de soldadura pueden afectar la resistencia a la corrosión localizada.
Para aplicaciones de corrosión crítica, el entorno de servicio debe considerarse durante la selección del metal de aporte.
No hay un solo metal de relleno adecuado para todas las aplicaciones de soldadura de metales diferentes. La selección debe comenzar con los grados exactos de ambos metales base.
Confirme la designación exacta del material, como la especificación ASTM/ASME, el número UNS o la designación EN.
El "acero inoxidable" o la "aleación de níquel" solos no son suficientes para una selección precisa del metal de aporte.
Evaluar importantes elementos de aleación como níquel, cromo, molibdeno, hierro, carbono, cobre, manganeso y silicio.
Esto ayuda a determinar si el metal de relleno puede acomodar la dilución desde ambos lados.
El metal de soldadura final es normalmente una combinación de metal de relleno y metal base fundido.
Por lo tanto, una carga adecuada puede necesitar suficiente contenido de aleación para mantener las propiedades de soldadura requeridas después de la dilución.
La selección de relleno debe tener en cuenta:
Un metal de relleno que es soldable puede no proporcionar necesariamente el rendimiento de servicio a largo plazo requerido.
Los procesos de soldadura comunes incluyen GTAW/TIG, GMAW/MIG, SMAW y SAW.
La clasificación del metal de relleno, la forma del producto, el diámetro y las características de deposición deben ser compatibles con el proceso seleccionado.
La siguiente tabla proporciona una referencia de selección de metal de relleno general. El relleno final debe verificarse contra los grados de material exactos, el procedimiento de soldadura, los códigos aplicables y las condiciones de servicio.
| Combinación de metal base | Consideraciones sobre el metal de relleno | Principales preocupaciones |
|---|---|---|
| Acero inoxidable del acero de carbono | 309/309L o relleno adecuado a base de níquel | Dilución, agrietamiento, corrosión |
| Aleación de níquel del acero de carbono | ERNiCr-3 u otro relleno a base de níquel adecuado | Dilución, expansión térmica |
| Aleación de níquel del acero inoxidable | Relleno inoxidable a base de níquel o adecuado | Corrosión, dilución, compatibilidad metalúrgica |
| Acero inoxidable austenítico de baja aleación | 309/309L o relleno a base de níquel | Estrés térmico, dilución |
| Diferentes grados de acero inoxidable | Relleno inoxidable a juego o sobrealeado | Corrosión, ferrita, agrietamiento |
| Diferentes aleaciones de níquel | Relleno seleccionado según la combinación de aleación específica | Microestructura, agrietamiento, corrosión |
| Cobre acero | Relleno especializado y procedimiento de soldadura | Conductividad térmica, comportamiento de fusión |
Esta tabla es un punto de partida, no un sustituto de un procedimiento de soldadura calificado. El metal de relleno correcto depende de la junta completa y su servicio previsto.
Los metales de relleno a base de níquel se consideran comúnmente para juntas disímiles seleccionadas que involucran aleaciones de níquel, aceros inoxidables, aceros al carbono y aceros de baja aleación. Pueden ser útiles cuando la junta requiere una buena resistencia a la corrosión, un rendimiento a temperaturas elevadas o compatibilidad con el lado de la aleación de níquel.
Ejemplos comunes incluyen:
| Metal de relleno | Consideración de aplicación típica |
|---|---|
| ERNiCr-3 | Juntas disímiles de aleación de níquel a acero y acero inoxidable seleccionadas |
| ERNiCrMo-3 | Aplicaciones que requieren mayor resistencia a la corrosión y resistencia |
| ERNiCrMo-10 | Juntas seleccionadas expuestas a ambientes corrosivos severos |
| ERNiFeCr-2 | Aleación de níquel seleccionada y aplicaciones de metales diferentes |
Sin embargo, el metal de relleno de aleación más alta no es automáticamente la mejor opción. La selección debe basarse en los grados exactos del metal base, la dilución, el proceso de soldadura, la temperatura de servicio, el entorno de corrosión y las especificaciones de soldadura aplicables.
La corrosión debe considerarse desde el comienzo del diseño de juntas disímiles.
Cuando metales diferentes se conectan eléctricamente en presencia de un electrolito, las diferencias en el potencial electroquímico pueden contribuir a la corrosión galvánica.
El riesgo depende de la combinación de materiales, electrolito, temperatura, relación de área superficial, diseño de la junta y entorno de servicio.
El metal de soldadura puede tener una composición diferente de cualquier metal base debido a la química del metal de relleno y la dilución.
Para aplicaciones críticas de corrosión, el relleno debe seleccionarse en función del rendimiento de corrosión requerido en lugar de simplemente hacer coincidir un metal base.
El agrietamiento en caliente y otras formas de agrietamiento pueden ocurrir cuando la composición del metal de soldadura, la entrada de calor, la restricción y las condiciones metalúrgicas son desfavorables.
La dilución excesiva puede cambiar la química del metal de soldadura y reducir el rendimiento previsto del metal de relleno.
Ciertas combinaciones de materiales pueden promover fases indeseables que reducen la ductilidad o la tenacidad.
Un comportamiento diferente de expansión térmica puede crear tensiones residuales y distorsión, particularmente en uniones altamente restringidas.
La selección de relleno inadecuada o la entrada de calor excesiva pueden reducir la resistencia a la corrosión en la región de soldadura.
Un procedimiento de soldadura de metal disímil confiable normalmente combina la identificación correcta del material, la selección apropiada del metal de relleno, los parámetros de soldadura controlados y la inspección.
Las prácticas clave incluyen:
Sí. Se pueden unir muchos metales diferentes mediante soldadura cuando se consideran adecuadamente su compatibilidad metalúrgica, propiedades térmicas, metal de relleno y procedimiento de soldadura. Algunas combinaciones, sin embargo, son difíciles o inadecuadas para la soldadura por fusión convencional.
No existe una lista universal de metales que nunca pueden soldarse. Algunas combinaciones son extremadamente difíciles debido a las grandes diferencias en la temperatura de fusión, expansión térmica o compatibilidad metalúrgica. Pueden requerirse procesos de soldadura especializados o métodos de unión alternativos.
El electrodo depende de los metales base y el proceso de soldadura. Se pueden usar electrodos de acero inoxidable, electrodos de aleación de níquel y otros metales de relleno especializados. No hay un electrodo universal para cada junta de metal diferente.
El relleno depende de la combinación exacta de metal base y los requisitos de servicio. 309/309L puede considerarse para ciertas juntas de acero inoxidable a acero al carbono, mientras que los rellenos a base de níquel, como ERNiCr-3, ERNiCrMo-3, ERNiCrMo-10 y ERNiFeCr-2, pueden ser adecuados para aplicaciones seleccionadas de aleaciones de níquel y metales diferentes.
Sí. Los metales de relleno de aleación de níquel se utilizan para juntas seleccionadas que involucran aleaciones de níquel, aceros inoxidables, aceros al carbono y aceros de baja aleación. Su alto contenido de aleación puede proporcionar resistencia útil a la corrosión y compatibilidad metalúrgica, pero el relleno específico debe coincidir con la junta completa.
La respuesta depende de los grados específicos de aleación de níquel y acero inoxidable. Los metales de relleno de níquel-cromo o de níquel-cromo-molibdeno pueden considerarse para combinaciones exigentes, teniendo en cuenta los requisitos de dilución, corrosión, temperatura y especificaciones aplicables.
Puede aumentar ciertos riesgos de corrosión, particularmente cuando los materiales unidos tienen un comportamiento electroquímico diferente. Se debe considerar la corrosión galvánica, la composición del metal de soldadura, las zonas afectadas por el calor y el entorno de servicio.
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