Soldadura de tubos de acero de aleación de níquel y tubos de acero inoxidable: Una guía completa

Introducción

Soldar metales diferentes, como tubos de acero de aleación de níquel y tubos de acero inoxidable, Es un requisito común en industrias como la generación de energía., petróleo y gas, Petroquímica, y la energía nuclear. Estos metales a menudo se unen mediante una técnica llamada mantequilla., que implica aplicar una capa de material de relleno compatible a uno de los metales base antes de realizar la soldadura final. Este proceso ayuda a mitigar los problemas relacionados con la soldadura de metales diferentes., tales como desajuste de expansión térmica, corrosión, y agrietamiento.

En esta guía completa, Exploraremos el proceso de soldar níquel tubo de acero de aleación mantequilla a tuberías de acero inoxidable. Cubriremos las técnicas de soldadura., materiales de relleno, pasos de preparación, y tratamientos posteriores a la soldadura necesarios para garantizar una soldadura exitosa. Adicionalmente, Proporcionaremos tablas detalladas que describen la composición química., propiedades mecánicas, y parámetros de soldadura para diversas aleaciones de níquel y aceros inoxidables.

Por qué es necesario untar con mantequilla para soldar metales diferentes

Al soldar metales diferentes como aleaciones de níquel y acero inoxidable, Surgen varios desafíos debido a las diferencias en su composición química., coeficientes de expansión térmica, y resistencia a la corrosión. Estas diferencias pueden conducir a problemas como:

• Agrietamiento: Las diferentes tasas de expansión térmica de las aleaciones de níquel y el acero inoxidable pueden provocar tensiones durante el calentamiento y el enfriamiento., provocando grietas en la junta soldada.
• Corrosión: Metales diferentes pueden formar células galvánicas., lo que lleva a una corrosión acelerada en la junta soldada.
• Dilución: La mezcla de metales diferentes durante la soldadura puede dar como resultado una soldadura con propiedades mecánicas o resistencia a la corrosión indeseables..

Para superar estos desafíos, Se utiliza una técnica llamada mantequilla.. Untar con mantequilla implica aplicar una capa de material de relleno compatible. (generalmente una aleación a base de níquel) a la tubería de acero inoxidable antes de realizar la soldadura final. Esta capa actúa como un buffer., Reducir el riesgo de agrietamiento y corrosión al crear una interfaz más compatible entre los dos metales diferentes..

Aleaciones de níquel y aceros inoxidables: Una descripción general

Aleaciones de níquel

Las aleaciones de níquel son conocidas por su excelente resistencia a la corrosión., resistencia a altas temperaturas, y resistencia a la oxidación. Se utilizan comúnmente en industrias que requieren materiales para soportar ambientes hostiles., como el procesamiento químico, industria aeroespacial, y generación de energía.

Algunas aleaciones de níquel comunes utilizadas en sistemas de tuberías incluyen:

• Inconel 600: Una aleación de níquel-cromo con excelente resistencia a la oxidación y corrosión a altas temperaturas..
• Inconel 625: Una aleación de níquel-cromo-molibdeno conocida por su alta resistencia a la corrosión por picaduras y grietas..
• Monel 400: Una aleación de níquel-cobre con buena resistencia a la corrosión en una amplia gama de entornos., incluyendo agua de mar y ambientes ácidos.
• Hastelloy C-276: Una aleación de níquel-molibdeno-cromo con excelente resistencia a una amplia gama de medios corrosivos., incluyendo ácidos fuertes y ambientes clorados..

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro que contienen al menos 10.5% cromo, lo que les confiere su característica resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente en industrias como la de procesamiento de alimentos., productos farmaceuticos, y petróleo y gas debido a su resistencia a la corrosión y facilidad de fabricación..

Los tipos comunes de acero inoxidable utilizados en sistemas de tuberías incluyen:

• 304 Acero inoxidable: Un acero inoxidable austenítico con buena resistencia a la corrosión y excelente conformabilidad..
• 316 Acero inoxidable: Un acero inoxidable austenítico con molibdeno agregado para mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas..
• 321 Acero inoxidable: Un acero inoxidable austenítico estabilizado con titanio para evitar la precipitación de carburo durante la soldadura..
• Acero inoxidable dúplex: Un acero inoxidable con una microestructura mixta de austenita y ferrita, Ofrece alta resistencia y excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión..

Proceso de soldadura para untado de tubos de acero con aleación de níquel y tubos de acero inoxidable

Paso 1: Selección de materiales

El primer paso en el proceso de soldadura es seleccionar los materiales apropiados de aleación de níquel y acero inoxidable.. La elección de los materiales depende de la aplicación específica., entorno operativo, y las propiedades requeridas para la unión soldada final..

Por ejemplo, si la aplicación involucra altas temperaturas y ambientes corrosivos, Inconel 625 Puede elegirse para la aleación de níquel., mientras 316 Se puede seleccionar acero inoxidable para la tubería de acero inoxidable..

Paso 2: Selección de material de relleno

El material de relleno utilizado para untar y soldar juega un papel crucial en el éxito de la soldadura.. El material de relleno debe ser compatible tanto con la aleación de níquel como con el acero inoxidable para evitar problemas como grietas., corrosión, y dilución.

Los materiales de relleno comunes utilizados para soldar aleaciones de níquel al acero inoxidable incluyen:

• ERNiCr-3: Un material de relleno de níquel-cromo comúnmente utilizado para soldar Inconel. 600 al acero inoxidable.
• ERNiCrMo-3: Un material de relleno de níquel-cromo-molibdeno utilizado para soldar Inconel. 625 y Hastelloy C-276 para acero inoxidable..
• ERNiCu-7: Un material de relleno de níquel-cobre utilizado para soldar Monel. 400 al acero inoxidable.

Paso 3: Untar con mantequilla la tubería de acero inoxidable

El proceso de untado con mantequilla implica aplicar una capa de material de relleno a la tubería de acero inoxidable antes de realizar la soldadura final.. Esta capa actúa como zona de transición entre el acero inoxidable y la aleación de níquel., reduciendo el riesgo de grietas y corrosión.

Procedimiento de untado con mantequilla:

1. Preparación de la superficie: La superficie de la tubería de acero inoxidable debe limpiarse a fondo para eliminar cualquier contaminante., como el aceite de, grasa, o capas de óxido. Esto se puede hacer usando métodos mecánicos. (p.ej., molienda) o limpieza química.
2. Precalentamiento: Dependiendo del espesor de los materiales y de las aleaciones específicas que se van a soldar, Es posible que se requiera precalentamiento para reducir el riesgo de agrietamiento.. Las temperaturas de precalentamiento suelen oscilar entre 100 °C y 200 °C..
3. Pase de mantequilla: Una capa de material de relleno. (p.ej., ERNiCrMo-3) se aplica a la tubería de acero inoxidable mediante un proceso de soldadura como GTAW (Soldadura por arco de tungsteno con gas) o SMAW (Soldadura por arco metálico protegido). La capa de mantequilla debe ser lo suficientemente gruesa para evitar la dilución con el metal base durante la soldadura final..
4. Inspección: Después de aplicar la capa de mantequilla, debe inspeccionarse para detectar defectos como grietas, porosidad, o fusión incompleta. Pruebas no destructivas (END) Se pueden utilizar métodos como pruebas ultrasónicas o pruebas radiográficas para garantizar la calidad de la capa de mantequilla..

Paso 4: Soldar la aleación de níquel al acero inoxidable untado con mantequilla

Una vez aplicada la capa de mantequilla a la tubería de acero inoxidable, La soldadura final se puede realizar entre el tubo de aleación de níquel y el tubo de acero inoxidable untado con mantequilla..

Procedimiento de soldadura:

1. Proceso de soldadura: El proceso de soldadura utilizado para unir la aleación de níquel a la tubería de acero inoxidable untada con mantequilla puede variar según los materiales y la aplicación específicos.. Los procesos de soldadura comunes incluyen:
   • GTAW (Soldadura TIG): Proporciona un control preciso sobre la soldadura y se utiliza comúnmente para soldaduras de alta calidad en aplicaciones críticas..
   • SMAW (Soldadura con electrodo revestido): Un proceso versátil que se puede utilizar para soldar en diversas posiciones y entornos..
   • GMAW (Soldadura MIG): Adecuado para velocidades de soldadura más rápidas y materiales más gruesos.
2. Material de relleno: El mismo material de relleno utilizado para untar con mantequilla. (p.ej., ERNiCrMo-3) Se debe utilizar para la soldadura final para garantizar la compatibilidad entre la aleación de níquel y la capa untada con mantequilla..
3. Parámetros de soldadura: Los parámetros de soldadura, como la corriente de soldadura, Voltaje, y velocidad de viaje, Debe controlarse cuidadosamente para evitar el sobrecalentamiento y la distorsión.. La siguiente tabla proporciona parámetros de soldadura típicos para procesos GTAW y SMAW.:

Proceso de soldadura	Material de relleno	Actual (A)	Voltaje (V)	Velocidad de viaje (mm/min)	Temperatura de precalentamiento (° C)	Temperatura entre pasadas (° C)
GTAW (TIG)	ERNiCrMo-3	100-150	10-14	100-150	100-200	150-250
SMAW (Palo)	ERNiCrMo-3	80-120	20-24	80-120	100-200	150-250
GMAW (A MÍ)	ERNiCrMo-3	150-200	20-25	150-200	100-200	150-250

4. Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT): Dependiendo de los materiales y la aplicación., Puede ser necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar las tensiones residuales y mejorar las propiedades mecánicas de la soldadura.. Las temperaturas de PWHT suelen oscilar entre 600 °C y 800 °C, dependiendo de las aleaciones específicas que se van a soldar.

Paso 5: Inspección y prueba

Una vez finalizado el proceso de soldadura, La unión soldada debe ser inspeccionada y probada para garantizar su calidad e integridad.. Los métodos de inspección comunes incluyen:

• Inspección visual: La junta soldada se inspecciona visualmente para detectar defectos superficiales como grietas., porosidad, o fusión incompleta.
• Pruebas no destructivas (END): Métodos como las pruebas ultrasónicas. (UT), pruebas radiográficas (RT), o pruebas de tintes penetrantes (PT) Se puede utilizar para detectar defectos internos en la unión soldada..
• Pruebas mecánicas: Pruebas mecánicas como pruebas de tracción., prueba de flexión, o se pueden realizar pruebas de impacto para evaluar la resistencia y dureza de la unión soldada..

Desafíos en la soldadura de aleaciones de níquel al acero inoxidable

Soldar aleaciones de níquel a acero inoxidable presenta varios desafíos debido a las diferencias en su composición química y propiedades físicas.. Algunos de los desafíos clave incluyen:

1. Desajuste de expansión térmica

Las aleaciones de níquel y los aceros inoxidables tienen diferentes coeficientes de expansión térmica., que pueden provocar tensiones térmicas durante el calentamiento y el enfriamiento. Estas tensiones pueden causar grietas en la unión soldada., especialmente en tuberías de paredes gruesas o geometrías complejas.

2. Dilución

Durante la soldadura, los metales comunes (aleación de níquel y acero inoxidable) se puede mezclar con el material de relleno, conduciendo a la dilución. Esto puede resultar en una soldadura con propiedades mecánicas o resistencia a la corrosión indeseables.. La capa de mantequilla ayuda a reducir la dilución al crear una interfaz más compatible entre los dos metales diferentes..

3. Corrosión

Soldar metales diferentes puede crear células galvánicas, lo que lleva a una corrosión acelerada en la junta soldada. El uso de un material de relleno compatible. (p.ej., ERNiCrMo-3) y los tratamientos posteriores a la soldadura adecuados pueden ayudar a mitigar este problema..

4. Agrietamiento

Pueden producirse grietas durante o después de la soldadura debido a tensiones térmicas., dilución, o fragilización por hidrógeno. Precalentamiento, parámetros de soldadura controlados, y el tratamiento térmico posterior a la soldadura puede ayudar a reducir el riesgo de grietas..

Mesa: Composición química de aleaciones de níquel y aceros inoxidables comunes

Material	Níquel (Ni)	Cromo (CR)	notas (Mes)	Hierro (Fe)	Cobre (Cu)	Manganeso (C)	Otros elementos
Inconel 600	72 min	14-17	–	6-10	–	0.15 máximo	Minnesota, Si, S
Inconel 625	58 min	20-23	8-10	5 máximo	–	0.10 máximo	NB, Minnesota, Si
Monel 400	63 min	–	–	2.5 máximo	28-34	0.30 máximo	Minnesota, Si, S
Hastelloy C-276	57 min	14.5-16.5	15-17	4-7	–	0.01 máximo	W, Minnesota, Si, S
304 Acero inoxidable	8-10.5	18-20	–	Equilibrar	–	0.08 máximo	Minnesota, Si, P, S
316 Acero inoxidable	10-14	16-18	2-3	Equilibrar	–	0.08 máximo	Minnesota, Si, P, S
321 Acero inoxidable	9-12	17-19	–	Equilibrar	–	0.08 máximo	Ti, Minnesota, Si, P, S
Acero inoxidable dúplex	4.5-6.5	22-23	3-3.5	Equilibrar	–	0.03 máximo	Minnesota, Si, P, S

Conclusión

Soldar tubos de acero de aleación de níquel a tubos de acero inoxidable mediante la técnica de untado con mantequilla es un proceso complejo que requiere una cuidadosa atención a la selección del material., material de relleno, parámetros de soldadura, y tratamientos post-soldadura. Aplicando una capa de mantequilla de material de relleno compatible., el riesgo de agrietarse, corrosión, y la dilución se puede reducir significativamente, dando como resultado una unión soldada de alta calidad.

El éxito de la soldadura depende de una adecuada preparación de la superficie., precalentamiento, parámetros de soldadura controlados, e inspecciones y pruebas exhaustivas. Siguiendo las pautas y mejores prácticas descritas en esta guía, puede garantizar una soldadura confiable y duradera entre tubos de aleación de níquel y acero inoxidable.

Para obtener más información o ayuda con la soldadura de metales diferentes, consulte con un ingeniero de soldadura o un especialista en materiales que pueda brindarle orientación experta sobre los requisitos específicos de su proyecto..