El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono con un contenido de carbono (C) superior al 2,14%. El hierro fundido es en realidad una aleación de hierro de múltiples elementos compuesta principalmente de Fe, C y Si. El hierro fundido se puede dividir en hierro fundido gris (HT), hierro fundido maleable (KT), hierro fundido dúctil (QT) y hierro fundido compactado. grafito (RT) y fundición blanca (BT).
Los tipos comunes de hierro fundido gris incluyen HT100, HT200, HT250, HT300 y HT350. Los tipos comunes de hierro fundido dúctil incluyen QT400-18, QT400-15, QT450-10 y QT500-7.
La aplicación de la soldadura de hierro fundido se produce principalmente en las tres situaciones siguientes:
1) Reparación por soldadura de defectos de fundición.
2) Reparación mediante soldadura de piezas acabadas de fundición dañadas.
3) Producción de componentes, que se refiere a la producción de componentes soldando piezas de hierro fundido (principalmente hierro dúctil) junto con piezas de hierro fundido, diversos tipos de acero o piezas de metales no ferrosos.
Los métodos comúnmente utilizados para soldar hierro fundido incluyen la soldadura por arco metálico protegido (SMAW), la soldadura con gas CO 2 protegido, la soldadura con gas, la soldadura fuerte con llama de gas, la soldadura manual por arco metálico (MMAW) y la pulverización de polvo con una llama de gas.
Entre estos métodos, SMAW es el más utilizado. Para cumplir con diferentes requisitos, los materiales de soldadura de hierro fundido utilizados en SMAW se clasifican en tres tipos principales según el tipo de metal de soldadura: a base de hierro, a base de níquel y a base de cobre.
1. Soldadura de hierro fundido gris
1. Características de soldadura de la fundición gris.
La fundición gris tiene ciertas características en términos de composición química, incluido un alto contenido de carbono y altos niveles de impurezas de azufre y fósforo. Esto aumenta la sensibilidad de la unión soldada a los cambios en la velocidad de enfriamiento y su susceptibilidad al agrietamiento en frío y en caliente.
En términos de propiedades mecánicas, la fundición gris se caracteriza por una baja resistencia y prácticamente ninguna ductilidad. Estos dos aspectos, combinados con la rápida velocidad de enfriamiento durante el proceso de soldadura y la importante tensión de soldadura causada por el calentamiento desigual de la soldadura, dan como resultado una pobre soldabilidad del hierro fundido.
Los principales problemas son dos: la unión soldada es propensa a la formación de hierro blanco y estructuras endurecidas, y también es susceptible a agrietarse.
( 1 ) Formación de hierro blanco y estructuras endurecidas en uniones soldadas.
Al soldar hierro fundido gris, el pequeño tamaño del baño de soldadura y su corto tiempo de existencia, combinados con la conducción interna del calor del hierro fundido, dan como resultado una velocidad de enfriamiento mucho más rápida en la soldadura y la zona adyacente afectada por el calor en comparación con enfriamiento. Tasa de piezas fundidas en molde de arena.
Como resultado, se formará una gran cantidad de cementita en la zona de soldadura y parcialmente fundida, lo que dará lugar a la formación de una estructura de hierro fundido blanco. Las zonas donde se forma la estructura de hierro blanco en la junta soldada son principalmente la zona de soldadura, la zona parcialmente fundida y la zona de austenita.
El problema de la formación de hierro blanco en juntas de fundición gris se refiere principalmente a la tendencia de la soldadura y la zona parcialmente fundida a formar una estructura de hierro blanco. Esto se debe principalmente a la alta tendencia de la junta a enfriarse excesivamente durante el proceso de soldadura, lo que afecta el proceso de grafitización del hierro fundido.
La presencia de una estructura de hierro blanco en las juntas de hierro fundido no sólo provoca dificultades en el procesamiento, sino que también conduce a la formación de defectos como grietas. Por tanto, se deben tomar ciertas medidas para minimizar las condiciones para su formación y crear condiciones favorables para la grafitización de la articulación.
El enfoque principal es cambiar la composición química de la soldadura o disminuir la velocidad de enfriamiento de la soldadura para evitar la formación de una estructura de hierro blanco.
Además, el uso de métodos de soldadura fuerte, en los que el material base no se funde, puede evitar fundamentalmente la formación de una estructura de hierro blanco en la zona parcialmente fundida. Este es otro método para prevenir el problema de la formación de hierro blanco en las articulaciones.
(2) Grietas de soldadura
El agrietamiento es un defecto común en la soldadura de hierro fundido gris. Las grietas por soldadura en hierro fundido se pueden clasificar en dos categorías: grietas en frío y grietas en caliente.
1) Grietas por frío: Las grietas por frío al soldar fundición gris normalmente se producen en la zona de soldadura y en la zona afectada por el calor. Es más probable que se produzcan grietas en frío en soldaduras donde el metal de aportación es hierro fundido.
Cuando se utilizan diferentes materiales de soldadura para crear soldaduras de metal de aportación a base de austenita, ferrita o cobre, es menos probable que se produzcan grietas en frío debido a la mejor ductilidad del metal de soldadura y al uso de procesos de soldadura en frío adecuados.
La temperatura a la que se produce el agrietamiento en las soldaduras de hierro fundido es generalmente inferior a 400°C. Las grietas suelen ir acompañadas de un sonido audible de fractura frágil. Este tipo de grietas suelen ocurrir en soldaduras más largas o al reparar defectos grandes en hierro fundido de alta rigidez.
La forma más eficaz de prevenir la formación de grietas es precalentar toda la soldadura (550-700 °C) para reducir las diferencias de temperatura y reducir la tensión de soldadura. En algunos casos, utilizar el método de disipación de calor para reducir la tensión en el área de reparación también puede prevenir eficazmente la formación de grietas.
Las grietas por frío en la zona afectada por el calor generalmente ocurren en áreas con alto contenido de cementita y martensita. En algunos casos, también pueden ocurrir en la zona afectada por el calor, ligeramente alejada de la línea de fusión. Al soldar componentes de hierro fundido de paredes delgadas (5-10 mm), también pueden aparecer grietas en frío en la zona afectada por el calor, ligeramente alejada de la línea de fusión.
Es importante tener en cuenta que la temperatura de precalentamiento específica y otras medidas para evitar grietas pueden variar según el material de hierro fundido, el espesor y las condiciones de soldadura específicos. Por lo tanto, se recomienda consultar a expertos en soldadura y consultar las normas y directrices de soldadura pertinentes para conocer los procedimientos adecuados.
Se pueden tomar medidas de proceso para reducir la tensión en la unión soldada y prevenir la formación de cementita y martensita. Se puede utilizar soldadura por precalentamiento para evitar que se produzcan las grietas en frío mencionadas anteriormente. Cuando se utiliza soldadura por arco en frío, adoptar el proceso de soldadura en frío correcto para debilitar el estado de tensión de la junta soldada es beneficioso para prevenir el agrietamiento en frío.
El uso de materiales de soldadura con límites elásticos más bajos y buena plasticidad también es beneficioso para prevenir grietas por frío. Al reparar componentes gruesos y grandes con defectos de grietas, donde la ranura es grande y se requieren múltiples capas de soldadura, la tensión de soldadura acumulada es alta.
Para evitar que las grietas por frío en la zona afectada por el calor se conviertan en grietas por delaminación, se puede utilizar el método de alimentación de alambre en ambos lados de la ranura de soldadura.
2) Grietas por calor: Cuando la soldadura es de hierro fundido, no es sensible a las grietas por calor. Sin embargo, cuando se utilizan electrodos de acero con bajo contenido de carbono y electrodos de hierro fundido a base de níquel para soldadura en frío, la soldadura es más propensa a sufrir grietas cristalinas, que pertenecen a las grietas calientes.
Al soldar fundición gris existe una tendencia significativa a que se produzcan grietas en la unión soldada. Esto está relacionado principalmente con las propiedades del propio hierro fundido, la tensión de soldadura, la estructura de la junta y la composición química.
Para prevenir la formación de grietas durante la soldadura de hierro fundido, en la producción se adoptan principalmente medidas como reducir la tensión de soldadura, cambiar el sistema de aleación de soldadura y limitar la inclusión de impurezas del material base en la soldadura.
2. Proceso de soldadura de fundición gris.
Con base en las características de soldadura del hierro fundido gris, que son la tendencia a formar hierro blanco y la aparición de grietas, es necesario comenzar por prevenir estos defectos y considerar múltiples factores al seleccionar métodos de soldadura y desarrollar un proceso de soldadura razonable.
(1) Soldadura por fusión de soldaduras homogéneas (tipo fundición):
La soldadura por fusión de soldaduras homogéneas se puede realizar mediante soldadura por arco, soldadura semicaliente, soldadura con gas y soldadura por arco frío.
1) Soldadura por arco y soldadura en semicaliente:
Precaliente toda la pieza soldada o el área defectuosa a 600-700 °C y luego realice la soldadura de reparación. Después de soldar, adopte un proceso de reparación de hierro fundido con enfriamiento gradual conocido como soldadura en caliente. Cuando el rango de temperatura de precalentamiento es de 300 a 400 °C, se denomina soldadura semicaliente.
Tanto la soldadura por arco caliente como la soldadura por arco semicaliente tienen dos tipos de electrodos. Un tipo es el electrodo de hierro fundido de grafito con núcleo de hierro fundido (Z248) y el otro tipo es el electrodo de hierro fundido de grafito con núcleo de acero (Z208).
El electrodo Z248 se utiliza principalmente para reparar defectos en piezas fundidas gruesas y grandes. El núcleo de soldadura de este tipo de electrodo es una barra de hierro fundido de φ6-φ12 mm, recubierta con un fundente formador de grafito. El gran diámetro del electrodo con núcleo de hierro fundido permite el uso de altas corrientes de soldadura, lo que acelera el proceso de soldadura y reduce la intensidad del trabajo del soldador.
El electrodo Z208 utiliza un núcleo de acero con bajo contenido de carbono (H08) y está recubierto con un fuerte fundente formador de grafito. La soldadura resultante es del tipo fundición. Aunque el núcleo de soldadura está hecho de acero con bajo contenido de carbono, la adición de sustancias formadoras de grafito al fundente garantiza que la soldadura obtenga una composición y estructura similar a la del hierro fundido gris en condiciones de soldadura en caliente y semicaliente.
Durante la soldadura por arco caliente, el área de fundición o reparación local generalmente se precalienta a 600-700 ℃ antes de soldar. Después de la soldadura, la junta se aísla y se enfría lentamente, lo que mejora significativamente el estado de tensión de la junta y previene eficazmente la formación de grietas por frío.
Debido a la alta temperatura de precalentamiento y al lento enfriamiento en la soldadura en caliente, la unión queda completamente grafitizada, lo que evita por completo la formación de hierro blanco y estructuras endurecidas. El proceso específico de soldadura en caliente es el siguiente:
a) Precalentamiento: Para piezas fundidas con estructuras complejas, donde el área de reparación tiene alta rigidez y la soldadura tiene libertad limitada de expansión y contracción, se recomienda realizar un precalentamiento general.
Para piezas fundidas con estructuras simples, donde el área de reparación tiene baja rigidez y la soldadura tiene algo de espacio para expansión y contracción, como defectos en el borde de la pieza fundida o pequeñas áreas de fractura, se puede utilizar el precalentamiento local.
b) Limpieza previa a la soldadura: Antes de realizar la soldadura por arco caliente, se debe limpiar y preparar la zona de soldadura de la pieza fundida eliminando cualquier suciedad o contaminante. Si hay contaminación de aceite en el área defectuosa de la pieza fundida, generalmente se puede eliminar calentando con una llama de oxiacetileno.
Luego, dependiendo de la naturaleza del defecto, se pueden utilizar herramientas como amoladoras manuales, cinceles o cinceles neumáticos para su posterior procesamiento. Al crear la ranura, se debe rectificar o achaflanar hasta que no haya defectos, y la ranura debe tener un fondo liso y una abertura un poco más ancha para facilitar la operación y garantizar la calidad de la soldadura.
c) Moldeo: Para zonas de esquinas y defectos penetrantes, para evitar pérdida de metal fundido y asegurar la forma deseada de la soldadura, se debe realizar el moldeo en el área de soldadura antes de soldar. La forma y dimensiones del molde se muestran en la Figura 5-1.
Se pueden utilizar materiales de moldeo como arena de moldeo mezclada con un vaso de agua o arcilla amarilla. Es preferible colocar piezas de grafito resistentes al calor en la pared interior del molde para evitar que el material de moldeo se derrita o colapse debido al calor. El molde debe secarse antes de soldar.
Durante la soldadura, para mantener la temperatura de precalentamiento y reducir el tiempo de trabajo a alta temperatura, es necesario completar la soldadura en el menor tiempo posible. Por lo tanto, se recomienda utilizar soldadura de alta corriente, soldadura por arco largo y soldadura continua.
a) Reparación de defectos medios
b) Reparación de defectos en bordes
Para reducir la temperatura de precalentamiento y mejorar las condiciones de trabajo, se ha descubierto en la práctica que aumentando adecuadamente la capacidad de grafitización de la costura de soldadura y utilizando una temperatura de precalentamiento de 300-400 °C, global o localmente, se pueden lograr buenos resultados en la soldadura de piezas fundidas con baja rigidez.
En general, se pueden utilizar varillas de soldadura de hierro fundido Z208 o Z248. El proceso de soldadura semicaliente es básicamente el mismo que el proceso de soldadura en caliente, que implica alta corriente, arco largo, soldadura continua y aislamiento posterior a la soldadura y enfriamiento lento.
Debido a la menor temperatura de precalentamiento en la soldadura semicaliente en comparación con la soldadura en caliente, la deformación plástica de la pieza fundida durante el calentamiento es menos pronunciada.
Por tanto, cuando la zona reparada tiene mayor rigidez, está menos sujeta a deformaciones y mayores tensiones internas, lo que puede provocar defectos como grietas en las juntas. Por lo tanto, la soldadura por arco semicaliente sólo se puede utilizar para áreas de reparación con menor rigidez o formas de fundición más simples.
2) Soldadura con gas:
La temperatura de la llama de oxiacetileno es mucho más baja que la del arco y el calor no está concentrado, lo que la hace adecuada para reparar piezas fundidas de paredes delgadas. Para reparar defectos en piezas de paredes delgadas y muy rígidas, con el fin de reducir las tensiones de soldadura y evitar grietas, es recomendable utilizar el método de soldadura en caliente mediante soldadura por gas con precalentamiento general de la pieza.
La temperatura de precalentamiento debe ser de alrededor de 600-700 °C y se deben tomar medidas de enfriamiento lento después de la soldadura.
Para la soldadura con gas de hierro fundido, los materiales de soldadura consisten principalmente en alambre de soldadura y fundente de soldadura con gas. Los modelos de alambre de soldadura son RZC-1 y RZC-2, con contenidos de carbono (C) y silicio (Si) ligeramente superiores en comparación con la soldadura en caliente. La marca unificada para el fundente de soldadura con gas utilizado en la soldadura de hierro fundido es CJ201.
Antes de soldar con gas, se debe limpiar la pieza fundida y el trabajo de limpieza y preparación previo a la soldadura es esencialmente el mismo que el de la soldadura por arco con electrodo. Por lo general, se pueden utilizar métodos mecánicos para preparar el bisel. Cuando la sección transversal de la pieza fundida es muy pequeña o cuando no es posible crear un chaflán mediante métodos mecánicos, también se puede utilizar el corte con oxígeno para crear el chaflán directamente.
Durante la soldadura con gas, se deben seleccionar sopletes y boquillas de soldadura más grandes de acuerdo con el espesor de la pieza fundida para aumentar la energía de la llama y la velocidad de calentamiento. Generalmente, para la soldadura con gas se debe utilizar una llama neutra o una llama de carburación débil, y no se debe utilizar una llama oxidante.
Esto ocurre porque una atmósfera oxidante puede aumentar la pérdida por quema de carbono, silicio y otros elementos en el baño de soldadura, afectando el proceso de grafitización de la soldadura. Para evitar la pérdida de metal fundido del baño de soldadura, la soldadura debe realizarse en posición horizontal tanto como sea posible.
Después de soldar, la pieza fundida se puede enfriar de forma natural, pero no se debe colocar en un lugar con circulación de aire para acelerar el enfriamiento, ya que esto puede provocar la formación de manchas blancas y grietas.
Para piezas fundidas más pequeñas se puede utilizar el método de soldadura en frío si los defectos se localizan en las esquinas o en zonas de menor rigidez. La característica de este método es que no se requiere precalentamiento por separado.
La soldadura se puede realizar fusionando el área circundante del bisel con la llama del soplete. Después de soldar, la unión se puede enfriar de forma natural para obtener una soldadura libre de defectos y grietas.
Sin embargo, cuando los defectos se localizan en el centro de la pieza fundida, o si la unión tiene mayor rigidez o una forma más compleja, el método de soldadura en frío puede no ser efectivo. En estos casos se debe utilizar el método de soldadura en caliente con una temperatura de precalentamiento de 600-700°C o el método “calentar y reducir la zona de tensión”. El diagrama esquemático de la zona de calefacción y reducción de voltaje se muestra en la Figura 5-2.
3) Soldadura por arco frío:
La característica de la soldadura por arco frío es que la pieza soldada no requiere precalentamiento antes de soldar. Por lo tanto, la soldadura por arco frío tiene muchas ventajas, como buenas condiciones de trabajo para el soldador, bajo costo de reparación de la soldadura, proceso de reparación corto y alta eficiencia.
Es más adecuado utilizar soldadura en frío para piezas fundidas grandes que son difíciles de precalentar o para superficies procesadas que no se pueden precalentar. Por lo tanto, la soldadura en frío es una dirección de desarrollo en la soldadura de fundición gris.
En condiciones de soldadura en frío, existen dos enfoques para resolver el problema de los puntos blancos: primero, mejorar aún más la capacidad de grafitización de la costura de soldadura; en segundo lugar, aumentar el aporte de calor durante la soldadura.
Por ejemplo, utilizando varillas de soldadura de gran diámetro, se pueden emplear procesos de soldadura continua de alta corriente para reducir la velocidad de enfriamiento de la junta soldada. Este proceso también ayuda a eliminar o reducir la aparición de estructura martensítica en la zona afectada por el calor.
En la actualidad, el grado de varilla para soldar en frío para soldadura homogénea también es Z208 y Z248, pero la formulación específica difiere de la de la varilla para soldar en caliente. Debido a la velocidad de enfriamiento más rápida durante la soldadura en frío, el contenido de carbono y silicio de la varilla de soldadura en frío para soldaduras homogéneas debería ser mayor que el de la varilla de soldadura en caliente.
En condiciones de soldadura en frío, para evitar la aparición de puntos blancos y estructuras endurecidas en la junta soldada, es necesario disminuir la velocidad de enfriamiento de la junta soldada. Para lograr esto, se deben utilizar varillas de soldadura de gran diámetro y procesos de soldadura continua de alta corriente.
Sin embargo, cuando el área del defecto reparado es inferior a 8 cm2 y la profundidad es inferior a 7 mm, el pequeño volumen del baño de soldadura y el enfriamiento rápido aún pueden provocar manchas blancas en la junta soldada. Si es posible, ampliar el área del defecto puede eliminar las manchas blancas.
Durante la soldadura, puede utilizar una fuente de alimentación de polaridad inversa de CC o una fuente de alimentación de CA, con alta corriente y arco largo, soldando continuamente desde el centro hasta el borde. Después de llenar el bisel con soldadura, no se debe interrumpir el arco. En cambio, el arco debe moverse a lo largo del borde del baño de soldadura, cerca del molde de arena, para formar el cordón de soldadura.
Generalmente, la altura del cordón de soldadura debe exceder la superficie de la pieza de trabajo entre 5 y 8 mm. Al permitir que el calor del arco se transfiera a la zona semifundida a través de la capa superior de la soldadura, puede permanecer en estado incandescente durante un cierto período de tiempo, lo que ralentiza la velocidad de enfriamiento y permite una grafitización suficiente de la soldadura. . También prolonga la presencia de la zona semifundida en la parte superior de la soldadura, lo que facilita la difusión del carbono dentro de la soldadura, reduciendo o eliminando las estructuras de puntos blancos.
Además, durante la soldadura en frío de soldaduras homogéneas, el arco debe cubrir inmediatamente el baño de soldadura después de la soldadura para proporcionar aislamiento y enfriamiento lento.
La soldadura por arco frío con electrodos de hierro fundido es más sencilla que el proceso de soldadura por arco caliente y tiene menores costes de soldadura. Al reparar defectos más grandes (con un área superior a 8 cm2 y una profundidad superior a 7 mm), siempre que se utilice el proceso adecuado, la dureza máxima de la soldadura después de la soldadura no supera los 250 HBW y tiene buena maquinabilidad.
(2) Soldadura por arco frío de cordones de soldadura heterogéneos (hierro no fundido)
En la soldadura de hierro fundido se utilizan habitualmente cordones de soldadura heterogéneos, también conocidos como cordones de soldadura no fundidos. La soldadura por arco frío es el método más utilizado para soldar hierro fundido. El proceso de soldadura se simplifica enormemente ya que no se requiere precalentamiento de las piezas fundidas, lo que no sólo reduce los costos de soldadura sino que también mejora las condiciones de trabajo de los soldadores.
Además, tiene una amplia gama de aplicaciones, permitiendo soldar en todas las posiciones y con una alta eficiencia de soldadura. Por lo tanto, la soldadura por arco frío de cordones de soldadura heterogéneos es un proceso de soldadura muy prometedor.
1) Materiales para la soldadura por arco frío de cordones de soldadura heterogéneos
En la actualidad, China ha desarrollado una variedad de series de electrodos de hierro fundido con costura de soldadura sin fusión. En cuanto a los métodos de soldadura, existen métodos de colocación de alambre y métodos de soldadura de almohadilla.
Método de plantación de alambre: este método implica el uso de tornillos de acero al carbono para asegurar la costura de soldadura y la zona no soldada afectada por el calor de la pieza fundida, evitando la aparición de grietas y mejorando la capacidad de esta área para soportar cargas de impacto.
Método de soldadura con almohadilla: al reparar componentes de paredes gruesas con grietas, se coloca una almohadilla de acero con bajo contenido de carbono dentro de la ranura y, en ambos lados de la almohadilla, se coloca un electrodo de hierro fundido con alta resistencia al agrietamiento y buen rendimiento de soldadura (como Z438 , electrodos Z117, etc.) se utiliza para soldar el metal base a la almohadilla de acero con bajo contenido de carbono.
En condiciones de soldadura por arco frío, la velocidad de enfriamiento de la junta es relativamente alta, lo que hace que el problema de la porosidad y el agrietamiento sean más prominentes. La soldadura en frío de cordones de soldadura heterogéneos se logra principalmente ajustando la composición química del cordón de soldadura para mejorar la estructura y las propiedades de la unión. Las costuras de soldadura de hierro no fundido se pueden clasificar en tipos a base de acero, a base de cobre y a base de níquel según las propiedades del metal de soldadura.
La clasificación de los electrodos de soldadura en frío para soldadura por arco a base de acero es la siguiente:
a) Electrodo de hierro fundido fuertemente oxidante EZFe-1 (Z100): este electrodo utiliza un núcleo de acero con bajo contenido de carbono (H08) y agrega una cantidad adecuada de sustancias oxidantes fuertes a la camisa de fundente. El objetivo es incrementar la propiedad oxidante de la escoria, permitiéndole reaccionar con el baño de soldadura y oxidar y quemar carbono, silicio y otros elementos del metal base, para obtener un cordón de soldadura de acero al carbono con buena plasticidad.
b) Electrodo de acero al carbono EZFe-2 (Z122Fe): Este electrodo es un electrodo tipo polvo de hierro con núcleo de acero bajo en carbono, con recubrimiento fundente tipo titanio-calcio. Se añade una cierta cantidad de polvo de hierro con bajo contenido de carbono al recubrimiento fundente. La adición de polvo de hierro con bajo contenido de carbono todavía tiene como objetivo reducir el contenido de carbono.
c) Electrodo de hierro fundido con alto contenido de vanadio EZV (Z116, Z117) para cordones de soldadura de acero con alto contenido de vanadio: El electrodo de hierro fundido con alto contenido de vanadio utiliza un núcleo de acero con bajo contenido de carbono (H08) y agrega una gran cantidad de hierro de vanadio en el recubrimiento fundente, lo que da como resultado acero. Estructura con alto contenido de vanadio en la soldadura.
El propósito de agregar hierro vanadio a la costura de soldadura es aprovechar la gran capacidad del vanadio para formar carburos. Al cambiar la forma del carbono en la costura de soldadura, se aumenta la plasticidad de la costura de soldadura, evitando así la formación de bocas blancas y estructuras endurecidas en la costura de soldadura y mejorando su resistencia al agrietamiento.
Actualmente, existen tres tipos de electrodos de soldadura por arco frío a base de níquel, los cuales tienen ciertas diferencias en su rendimiento debido a variaciones en el contenido de aleación. En determinadas condiciones de corriente de soldadura, cuanto mayor sea el contenido de níquel en la costura de soldadura, más estrecha será la anchura de la capa de boca blanca de la zona semifundida y mejor será la maquinabilidad mecánica de la unión. Por lo tanto, los cordones de soldadura de níquel puro tienen la mejor maquinabilidad.
a) Electrodo de níquel puro EZNi (Z308): El núcleo del electrodo de níquel puro está hecho de níquel puro. Debido a su alto contenido en níquel, al utilizar baja corriente para reparar hierro fundido, se minimiza la capa de boca blanca en la zona semifundida de la junta, con un ancho de aproximadamente 0,05-0,08 mm, y se distribuye de forma discontinua, la cual se beneficioso para el mecanizado mecánico.
La resistencia de los cordones de soldadura de níquel puro es similar a la del hierro fundido gris y tienen buena ductilidad, lo que los hace resistentes al agrietamiento en frío.
Sin embargo, el níquel es un metal precioso y el electrodo de níquel puro tiene el mayor contenido de níquel y es el más caro (aproximadamente 30 veces el precio de los electrodos de acero con bajo contenido de carbono), por lo que no debe usarse en grandes cantidades en soldadura.
b) Electrodo de níquel-hierro EZNiFe (Z408): El núcleo del electrodo de níquel-hierro está hecho de una aleación de níquel-hierro. Los cordones de soldadura de níquel-hierro tienen mayor resistencia, alcanzando más de 400 MPa, y buena ductilidad, lo que los hace adecuados para soldar hierro fundido de alta resistencia.
Debido a que el rendimiento del electrodo de níquel-hierro es superior al del electrodo de níquel puro y su precio es el más barato entre los electrodos a base de níquel, se utiliza ampliamente en la producción.
c) Electrodo de níquel-cobre EZNiCu (Z508): El núcleo del electrodo de níquel-cobre está hecho de una aleación de níquel-cobre, también conocida como electrodo Monel, que es uno de los primeros electrodos de hierro fundido utilizados. Sin embargo, este tipo de electrodos fue sustituido paulatinamente por electrodos de níquel-hierro.
Existen varias formas de electrodos a base de cobre:
a) Electrodo de polvo de hierro con núcleo de cobre (Z607): El recubrimiento fundente es del tipo bajo en hidrógeno y se utiliza principalmente para reparaciones por soldadura en superficies no mecanizadas.
b) Electrodo de vaina de hierro con núcleo de cobre (Z616): una tira de acero envuelve firmemente un núcleo de cobre puro utilizando un dispositivo trefilador. Está recubierto con un recubrimiento de fundente alcalino con bajo contenido de hidrógeno y también hay recubrimientos de fundente de tipo titanio-calcio como el Z612. También se utiliza principalmente para reparaciones por soldadura en superficies no mecanizadas.
c) Electrodo de acero-cobre austenítico: Los electrodos de cobre-acero tienen buena resistencia al agrietamiento y el material es fácil de manipular. Por tanto, todavía tienen determinadas aplicaciones en la soldadura de hierro fundido.
2) Proceso de soldadura por arco frío para cordones de soldadura heterogéneos (hierro no fundido). Los puntos clave del proceso de soldadura por arco frío para cordones de soldadura heterogéneos se pueden resumir en cuatro frases:
- Un trabajo de preparación adecuado es esencial.
- La corriente de soldadura debe ser suficientemente baja.
- La soldadura debe realizarse en segmentos cortos e intermitentes.
- Inmediatamente después de soldar, golpee ligeramente el área soldada.
Hay dos métodos comúnmente utilizados para limpiar piezas fundidas. Un método es la limpieza mecánica, que implica el uso de herramientas como muelas abrasivas, cepillos de alambre o paletas planas. El otro método es la limpieza química, que consiste en lavar la pieza fundida con disolventes químicos como tricloroetileno, gasolina o acetona.
Cuando el espesor de la pieza fundida o la profundidad del defecto sea superior a 5 mm, se debe preparar una ranura y la superficie de la ranura debe ser lo más plana posible.
Cuando se utilizan materiales de soldadura distintos del hierro fundido para la soldadura por arco frío, es importante utilizar una corriente mínima adecuada para garantizar la estabilidad del arco y la penetración total. Para soldar se deben utilizar electrodos de diámetro pequeño.
Para reducir el aporte de calor de soldadura, minimizar la tensión y disminuir el ancho de la zona semifundida, la velocidad de soldadura debe aumentarse adecuadamente sin realizar oscilaciones laterales. El proceso de soldadura debe implicar soldadura de segmentos cortos, soldadura intermitente y dispersa y martilleo posterior a la soldadura.
(3) Soldadura fuerte de fundición gris
La soldadura fuerte es ventajosa para prevenir la aparición de boca blanca en las juntas de hierro fundido, ya que no funde el material base, lo que proporciona una excelente maquinabilidad para las juntas.
Tanto a nivel nacional como internacional, la soldadura fuerte con llama de oxiacetileno se utiliza comúnmente para el hierro fundido. En el pasado, se usaba comúnmente latón HL103 como metal de aporte para soldadura fuerte y se puede usar bórax como fundente para soldadura fuerte.
2. Ejemplos típicos de soldadura de reparación de hierro fundido.
1. En una cámara de distribución de vapor de una turbina de gas en cierta fábrica, aparecieron grietas debido a la exposición prolongada al vapor a alta temperatura.
El material del componente es fundición gris. Para la reparación de la pieza se adoptó soldadura por arco frío, utilizando varillas J506 y Z308 para reparar la unión, con excelentes resultados. El proceso de soldadura específico es el siguiente:
(1) Preparación previa a la soldadura: fije la pieza de trabajo, use una muela para crear una ranura en forma de V en la ubicación de la grieta y caliente la ranura y sus alrededores con un soplete de soldadura a gas. Después de enfriar, limpie la superficie de la ranura y sus alrededores.
(2) Soldadura: Utilice una varilla de soldadura J506 para depositar una capa de transición a lo largo de la superficie de la ranura y 20 mm en cada lado, como se muestra en la Figura 5-3. Luego use una varilla de soldadura φ3.3 Z308 para soldar hacia atrás la capa inferior. Finalmente, use una varilla de soldadura Z308 de φ4.0 para soldadura escalonada, como se muestra en la Figura 5-4. La longitud de cada cordón de soldadura debe controlarse dentro de los 25 mm. Inmediatamente después de completar cada sección, martilla para liberar la tensión de soldadura.
2. En cierta fábrica, aparecieron grietas en la base de un torno, que está hecho de hierro fundido gris.
Para la reparación se utilizó soldadura por arco térmico, con varilla de soldadura Z248 para una costura de soldadura homogénea. El proceso de soldadura es el siguiente:
(1) Preparación previa a la soldadura:
- 1) Preparación del chaflán: El ángulo del chaflán debe ser de 70° a 80°, con una ranura en forma de V. Si los defectos no son lo suficientemente grandes, se pueden ampliar artificialmente a un área de no menos de 3 a 4 cm2 y. una profundidad no inferior a 10 cm para facilitar el aumento de temperatura en la zona de reparación y reducir la dureza de la soldadura. La ranura debe limpiarse a fondo.
- 2) La varilla de soldadura debe secarse a una temperatura de 200 a 300 ℃ antes de usarla y mantenerse caliente durante 1 a 2 horas.
- 3) El precalentamiento debe realizarse en el área de soldadura, con una temperatura de precalentamiento de 600 a 700 ℃.
(2) Puntos clave de la operación de soldadura:
- 1) Cree el arco en el centro del defecto y utilice soldadura de arco corto. Continúe soldando hasta que se extienda de 4 a 6 mm más allá de la superficie de la pieza de trabajo.
- 2) Utilice el método de granallado en caliente (soldadura al rojo vivo) para reducir la tensión de contracción de la soldadura.
- 3) Durante el proceso de soldadura, si se encuentran defectos como agujeros de gas o inclusiones de escoria, se deben tratar inmediatamente. Si se descubren grietas, también deben tratarse inmediatamente después de la soldadura y no deben repararse después de que la soldadura se haya enfriado.
- 4) Después de soldar, se debe aplicar aislamiento inmediato o calentamiento con llama local para obtener un enfriamiento gradual y eliminar la tensión.
3. Soldadura de fundición dúctil.
1. Características de soldadura de fundición dúctil:
La diferencia entre la fundición dúctil y la fundición gris es la adición de una cierta cantidad de agente nodulizante durante el proceso de fusión. Los agentes nodulizantes comunes incluyen magnesio, cerio, itrio, etc. El grafito de la fundición dúctil tiene forma esférica, lo que mejora significativamente sus propiedades mecánicas.
Las características de soldadura de la fundición dúctil son similares a las de la fundición gris, pero también tiene algunas características únicas, que se manifiestan principalmente en dos aspectos:
1) El hierro fundido dúctil tiene una mayor tendencia a la formación de bocas blancas y al endurecimiento por enfriamiento en comparación con el hierro fundido gris. Al soldar hierro fundido dúctil, los cordones de soldadura homogéneos y las zonas parcialmente fundidas son más propensos a la formación de bocas blancas, mientras que la región de austenita es más probable que exhiba una estructura martensítica.
2) Debido a la mayor resistencia, plasticidad y tenacidad del hierro fundido dúctil en comparación con el hierro fundido gris, los requisitos de rendimiento mecánico para las uniones soldadas también aumentan. A menudo es necesario igualar el nivel de resistencia del material base de hierro fundido dúctil.
2. Proceso de soldadura de fundición dúctil:
(1) Proceso de soldadura por fusión para cordones de soldadura homogéneos:
1) Soldadura con gas:
Cuando se suelda con gas hierro fundido dúctil, el tiempo de soldadura continua no debe exceder de 15 a 50 minutos, ya que puede provocar la formación de escamas de grafito en la costura de soldadura, lo que resulta en una reducción de las propiedades mecánicas. La soldadura con gas se utiliza principalmente para reparaciones por soldadura en componentes de hierro fundido dúctil de paredes delgadas.
Para la soldadura con gas de hierro fundido dúctil, existen dos tipos de alambres de soldadura: aleación ligera de magnesio de tierras raras y tierras raras pesadas a base de itrio. El fundente utilizado para la soldadura con gas de hierro fundido dúctil tiene la misma composición que el fundente utilizado para la soldadura con gas de hierro fundido gris, y la designación unificada para el fundente utilizado para soldar hierro fundido es CJ201.
Se puede utilizar soldadura en frío o en caliente, con un rango de temperatura de precalentamiento de 500 a 700 ℃ para soldadura en caliente. Después de soldar, se debe aislar y enfriar lentamente. El proceso de soldadura con gas para la fundición dúctil es esencialmente el mismo que el de la fundición gris.
2) Soldadura por arco con electrodo:
La soldadura por arco con electrodos de hierro fundido dúctil también se puede clasificar en soldadura en frío y soldadura en caliente. Para la soldadura en frío se utilizan electrodos de níquel-hierro y electrodos con un alto contenido de vanadio. Cuando la composición de la costura de soldadura es hierro fundido dúctil, comúnmente se emplea soldadura en caliente. Los electrodos de soldadura de hierro fundido dúctil de uso común se muestran en la Tabla 5-31, incluidos Z258, Z238, Z238F y Z238SnCu.
Utilice un proceso de soldadura continuo y de alta corriente. Para defectos moderados, la soldadura debe rellenarse continuamente. Para defectos más grandes, la soldadura debe realizarse por secciones, avanzando gradualmente para asegurar un mayor aporte térmico en el área de reparación.
Para reparar defectos más grandes en secciones rígidas, se debe emplear un proceso de precalentamiento y reducción de tensiones. Precalentamiento de 200 a 400 °C antes de soldar, seguido de un enfriamiento lento después de soldar, para evitar que se produzcan grietas.
(2) Soldadura por arco de cordones de soldadura heterogéneos – Soldadura en frío:
Para la soldadura por arco de cordones de soldadura heterogéneos en hierro fundido dúctil, los principales tipos de electrodos utilizados son electrodos de níquel-hierro, como Z408, Z438, y electrodos con alto contenido de vanadio, como Z116, Z117.
Tabla 5-31: Tipos y aplicaciones de electrodos de soldadura de hierro fundido comúnmente utilizados
| Modelo de electrodo de soldadura | Clase de varilla de soldadura | Tipos de recubrimiento fluido | Tipos metálicos de alambre de soldadura | Ámbito de aplicación |
| EZFe-1 | Z100 | tipo oxidante | Acero carbono | Generalmente se utiliza para reparar superficies no mecanizadas de piezas de fundición gris. |
| EZV | Z116 | Tipo de sodio con bajo contenido de hidrógeno. | Acero con alto contenido de vanadio, carbono y sodio. | Se utiliza para reparar piezas de fundición gris de alta resistencia y piezas de hierro dúctil. |
| EZV | Z117 | Tipo bajo en hidrógeno y potasio. | ||
| EZFe-2 | Z122Fe | Polvo de hierro tipo titanio y calcio | Tipos metálicos de alambre de soldadura | Comúnmente utilizado para reparar superficies no mecanizadas de piezas de fundición gris. |
| EZC | Z208 | tipo de grafito | Hierro fundido | Generalmente utilizado para reparar fundición gris. |
| EZCQ | Z238 | Hierro dúctil | Se utiliza para reparar hierro dúctil. | |
| EZCQ | Z238SnCu | Se utiliza para reparar hierro dúctil, hierro fundido vermicular, hierro fundido aleado, hierro fundido maleable y hierro fundido gris. | ||
| EZC | Z248 | Hierro fundido | Se utiliza para reparar piezas de fundición gris. | |
| EZCQ | Z258 | Hierro dúctil | Generalmente utilizado para reparar hierro dúctil, Z268 también se puede utilizar para reparar piezas de hierro fundido gris de alta resistencia. | |
| EZCQ | Z268 | |||
| EZNi-1 | Z308 | Níquel puro | Generalmente se utiliza para reparar piezas importantes de hierro fundido gris de paredes delgadas y superficies mecanizadas. | |
| EZNiFe-1 | Z408 | Aleación de níquel-hierro | Se utiliza para reparar piezas importantes de fundición gris de alta resistencia y fundición dúctil. | |
| EZNiFeCu | Z408A | Aleación de níquel-hierro-cobre | Se utiliza para reparar piezas importantes de fundición gris y hierro dúctil. | |
| EZNiFe | Z438 | Aleación de níquel-hierro | ||
| EZNiCu | Z508 | Aleación de níquel-cobre | Generalmente se utiliza para reparar piezas de fundición gris con requisitos de baja resistencia. | |
| Z607 | Tipo de sodio con bajo contenido de hidrógeno. | Aleación de cobre y hierro | Generalmente se utiliza para reparar superficies no mecanizadas de piezas de fundición gris. | |
| Z612 | Tipo Titanio Calcio |
