La soldadura de hierro fundido con acero exige un conocimiento profundo de metalurgia, dinámica térmica y técnicas de soldadura precisas. Aunque ambos materiales se utilizan ampliamente en los sectores de la construcción, la fabricación y la reparación, su unión plantea una serie de retos únicos debido a sus diferentes composiciones y propiedades.
En este artículo se explica cómo soldar hierro fundido con acero, los retos que ello conlleva, los métodos adecuados de soldadura de metales y las mejores prácticas para obtener una soldadura duradera y satisfactoria.
Comprender el hierro fundido y el acero
Antes de profundizar en el proceso de soldadura, es esencial comprender las diferencias fundamentales entre el hierro fundido y el acero:
- El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono con un contenido de carbono superior al 2 %, a menudo entre el 2,5 % y el 4 %. También contiene silicio y trazas de otros elementos. El hierro fundido es duro, frágil y tiene una excelente resistencia al desgaste, pero una ductilidad y una resistencia a la tracción deficientes. Debido a su fragilidad inherente, el hierro fundido es susceptible de agrietarse bajo tensión mecánica o cambios bruscos de temperatura.
- El acero, por otro lado, es una aleación de hierro y carbono con menos del 2 % de carbono. Su menor contenido en carbono y los elementos con los que suele estar aleado lo hacen más dúctil, más resistente y más fácil de soldar.
Debido a estas diferencias significativas en sus propiedades físicas y químicas, la soldadura de hierro fundido y acero requiere una preparación y unos métodos especiales para minimizar los riesgos de fallo.
Retos de la soldadura de hierro fundido con acero
La soldadura de hierro fundido con acero no es tan sencilla como soldar dos metales similares. Algunos de los principales retos son:
1. Diferentes índices de expansión
El acero y el hierro fundido responden de forma diferente al calor, expandiéndose y contrayéndose a diferentes velocidades. Esta diferencia puede introducir tensiones en la unión durante el enfriamiento, provocando grietas.
2. Migración del carbono
Durante la soldadura, el carbono del hierro fundido puede difundirse en el acero, creando carburos duros y frágiles en la zona afectada por el calor (HAZ), que debilitan la unión y aumentan el riesgo de agrietamiento.
3. Susceptibilidad al agrietamiento
El hierro fundido es muy susceptible al agrietamiento cuando se calienta y se enfría rápidamente debido a su fragilidad. Sin un precalentamiento adecuado y un enfriamiento lento, pueden producirse fácilmente fracturas por tensión.
4. Porosidad e inclusiones
El grafito del hierro fundido puede provocar porosidad y contaminación en la soldadura, lo que reduce la resistencia y la ductilidad.
Procesos de soldadura adecuados
Se pueden utilizar varios métodos de soldadura para unir hierro fundido y acero. La elección depende de la aplicación, la geometría de la pieza y los grados del material.
1. Soldadura por arco con electrodo revestido (SMAW)
También conocida como soldadura con varilla, la SMAW es uno de los métodos más utilizados para soldar hierro fundido con acero. Es adecuada para trabajos in situ y de reparación.
- Electrodos: Utilice electrodos a base de níquel (ENi-CI o ENiFe-CI), que proporcionan una buena ductilidad y minimizan la formación de zonas duras.
- Ventajas: Configuración sencilla, portátil y coste relativamente bajo.
- Nota: Precaliente el hierro fundido a 500-1200 °F, dependiendo del grosor de la sección, para reducir la tensión térmica.
2. Soldadura por arco con gas tungsteno (GTAW o TIG)
La soldadura TIG ofrece un excelente control y es ideal para soldaduras pequeñas y precisas.
- Varilla de relleno: Se recomienda utilizar varillas de relleno a base de níquel.
- Gas de protección: Utilice argón o helio.
- Nota: No se suele utilizar para secciones pesadas debido a su penetración limitada y a la mayor habilidad que requiere.
3. Soldadura por arco con gas metálico (GMAW o MIG)
La soldadura MIG es más rápida que la TIG y es adecuada para aplicaciones más grandes o menos críticas.
- Alambre: Los alambres a base de níquel o acero inoxidable son los que mejor funcionan.
- Nota: Sigue siendo necesario el precalentamiento y el alivio de tensiones posteriores a la soldadura.
4. Soldadura fuerte
Aunque no es una técnica de soldadura en sentido estricto, la soldadura fuerte es una opción viable cuando la resistencia mecánica no es tan importante.
- Relleno: Rellenos a base de cobre-zinc o plata.
- Temperatura: Inferior a la soldadura por fusión; reduce la tensión térmica y el agrietamiento.
- Nota: Proporciona una unión metalúrgica, pero no tan resistente como la soldadura por fusión.
Guía paso a paso para soldar hierro fundido a acero
A continuación se describe un procedimiento básico para soldar hierro fundido a acero utilizando el método SMAW con un electrodo a base de níquel:
Paso 1: Preparación
- Limpie a fondo las superficies de hierro fundido y acero.
- Elimine la pintura, el óxido, el aceite y cualquier contaminación de la superficie.
- Bise los bordes de la unión para crear una ranura adecuada que permita una penetración completa de la soldadura.
Paso 2: Precalentamiento
- Caliente la parte de hierro fundido gradualmente hasta 500-1200 °F.
- Controle la temperatura con un termómetro infrarrojo o un palo térmico.
- El precalentamiento reduce el gradiente térmico y minimiza las tensiones internas.
Paso 3: Soldadura
- Utilice ajustes de amperaje bajos para reducir la entrada de calor.
- Suelde cordones cortos (no más de 1 a 2 pulgadas) para limitar la acumulación de calor.
- Martille el cordón de soldadura inmediatamente después de la deposición para reducir la tensión residual.
Paso 4: Enfriamiento
- Deje que la unión se enfríe muy lentamente.
- Para evitar un enfriamiento rápido y minimizar el agrietamiento, envuelva el componente soldado en una manta aislante o entiérrelo en arena.
Paso 5: Tratamiento posterior a la soldadura
- Para aplicaciones con alta tensión, realice un tratamiento térmico de alivio de tensión.
- Inspeccione si hay grietas utilizando un ensayo con tinte penetrante o partículas magnéticas.
Consejos y mejores prácticas
- Electrodos de níquel: Priorice siempre los electrodos a base de níquel para soldaduras disímiles. Funcionan bien tanto con acero como con hierro fundido, y proporcionan flexibilidad y resistencia al agrietamiento.
- Evite el sobrecalentamiento: El calor excesivo puede hacer que el grafito entre en el baño de soldadura, lo que provoca porosidad.
- Pasadas múltiples: Si se requiere más de una pasada, deje que cada una se enfríe hasta alcanzar la temperatura de la mano antes de continuar.
- Utilice barras de refuerzo: Para mejorar la estabilidad y la distribución del calor, especialmente en secciones delgadas.
Aplicaciones de la soldadura de hierro fundido a acero
La soldadura de hierro fundido a acero es habitual en los siguientes casos:
- Reparación de bloques de motor y colectores en los que se necesitan componentes de acero, como soportes o fijaciones.
- Reacondicionamiento de maquinaria de hierro fundido con refuerzos de acero.
- Fabricación de estructuras de materiales mixtos en maquinaria pesada y construcción.
- Restauración de máquinas antiguas cuando ya no se dispone de las piezas originales de hierro fundido.