WP-315 Protección de purga durante el revestimiento de soldadura

MultiStrike

El revestimiento por fusión proporciona protección para los componentes metálicos mediante el depósito de una capa de material, utilizando habitualmente un proceso de soldadura por arco, para proporcionar una superficie resistente a la corrosión o a la erosión.

Esta técnica está bien establecida y ha estado en uso durante décadas en aplicaciones tan diversas como palas de turbina, válvulas de vapor de alto rendimiento, superficies de rodamientos y componentes submarinos.

Se utiliza una amplia gama de metales de superficie que incluyen aleaciones a base de cobre, níquel y cobalto y muchos aceros inoxidables. El ahorro de costes es impresionante: el revestimiento completo de un componente de acero al carbono con níquel 625, en lugar de producirlo en aleación sólida, puede reducir los costes hasta en un 60 %.

 

Basic cladding concept using the GTAW process
Fig 1. Concepto básico de revestimiento mediante el proceso GTAW. La capa revestida tiene un espesor típico de entre 2 y 20 mm.


La efectividad de una capa revestida depende completamente de poder depositar de manera fiable y repetida la aleación definida en la especificación de soldadura. Es evidente que el procedimiento debe tener en cuenta la dilución que podría tener lugar con el material del sustrato. Sin embargo, a menudo se pasa por alto la necesidad de garantizar que se evite la exclusión del aire y, por lo tanto, del oxígeno durante la soldadura. A menos que se excluya el oxígeno, los elementos esenciales como el cromo, incluido, por ejemplo, en un depósito de acero inoxidable para la resistencia a la corrosión, pueden perderse por oxidación durante la operación de revestimiento.

Incluso las superaleaciones que contienen cobalto y níquel pueden oxidarse durante la soldadura por fusión, donde las temperaturas suelen superar los 3000 °C. Elementos como el cromo, el cobalto y el níquel en las aleaciones de revestimiento son cruciales para proteger contra la corrosión y la erosión en uso y, si se pierden por oxidación, la protección puede reducirse significativamente.

Las soldaduras realizadas en la mayoría de los metales con una cobertura inadecuada de gas inerte se oxidan. El efecto es incluso notable con muchos aceros inoxidables. Para algunos, la decoloración debido a la oxidación es una característica inconveniente que se puede eliminar después de la soldadura, pero esto puede ser difícil y, en cualquier caso, costoso, especialmente si el acceso está restringido.
Desafortunadamente, la oxidación puede dar como resultado directamente una reducción en la resistencia a la corrosión y, en algunos casos, pérdida de resistencia mecánica.

Una protección eficaz es esencial y esto se logra rodeando la unión con un gas inerte como el argón o el helio.

Protección de superficies metálicas

Externally clad ball valve
Fig 2. Fig. 2. Válvula de bola revestida externamente donde se requiere protección contra la oxidación de la aleación de revestimiento.


Cuando se utilizan procesos de soldadura por arco a baja corriente para depositar capas superficiales delgadas, el gas inerte del soplete suele ser adecuado para proteger contra la oxidación. Sin embargo, a medida que aumenta la salida térmica, el depósito de soldadura permanece a una temperatura alta después de que el soplete ha pasado y se requiere una cobertura adicional de gas inerte mientras la temperatura disminuye. Esto se puede lograr utilizando un Argweld Weld Trailing Shield® (escudo protector) para proteger el metal de soldadura solidificado y las zonas afectadas por el calor asociadas hasta que la temperatura desciende por debajo de 400 °C.

El concepto de Argweld Weld Trailing Shield® (escudo protector), desarrollado para proporcionar protección con un gas inerte detrás del soplete de soldadura se introdujo hace más de 50 años. Recientemente ha sido rediseñado por Huntingdon Fusion Techniques Ltd para aprovechar los desarrollos técnicos en materiales. Esta empresa del Reino Unido se ha establecido como el proveedor internacional líder de Argweld Weld Trailing Shields® (escudos protectores) con ventas de más de 5000 unidades en todo el mundo.

Los Argweld Weld Trailing Shields® (escudos protectores) Argweld®, fabricados en Gales por Huntingdon Fusion Techniques HFT®, han sido diseñados específicamente para su uso con sopletes de GTAW (TIG) o PAW (plasma) y proporcionan un alto nivel de protección de gas inerte adicional para complementar el suministrado por el soplete básico.

Existen modelos para aplicaciones curvas internas y externas de hasta 25 mm de diámetro como mínimo.

El soplete de soldadura está montado en el extremo delantero del escudo y el gas inerte se suministra a través de uno o más orificios detrás de la zona de fusión. Se garantiza una junta estanca entre el escudo y la labor mediante el uso de faldas de silicona flexibles, preformadas y fácilmente reemplazables. La turbulencia dentro de la cavidad se evita haciendo pasar el gas a través de un filtro de malla fina por encima de la zona de fusión.

03W WeldTrailingShields
Fig. 3. La gama de los Argweld Weld Trailing Shields® (escudos protectores) es amplia y puede adaptarse a superficies curvas además de aplicaciones de revestimiento planas. Imágenes cortesía de Huntingdon Fusion Techniques, HFT®.


Protección de productos tridimensionales complejos

El revestimiento de soldadura se utiliza ampliamente para proteger las partes expuestas de las válvulas. El acceso a menudo está restringido y, en estas circunstancias, ha habido un incremento en el uso de cámaras flexibles donde se puede adaptar una válvula completa junto con un soplete de soldadura controlado por robot y se puede garantizar una protección total contra la oxidación.

Typical valve section 
Fig. 4. La sección típica de la válvula ilustra la complejidad dimensional y los problemas de acceso para un soplete de soldadura. Encerrar toda la operación dentro de una cámara llena de gas inerte se utiliza cada vez más para proporcionar protección contra la oxidación.


Cámaras flexibles

Los patrones originales para cámaras de soldadura se basaron en sistemas de vacío y fueron establecidos por compañías aeroespaciales y esta industria sigue siendo el mayor usuario individual. Debido al diferencial de alta presión esperado entre el interior y el exterior de una cámara de vacío, es necesario que hayan sido diseñadas para soportar los altos esfuerzos implicados.

Las principales ventajas de tales cámaras fueron tiempos de purga rápidos, eliminación rápida de la contaminación y plazos de entrega breves de las piezas. Las desventajas surgen de que son pesadas, costosas y del hecho de que ocupan un espacio sustancial. Las cámaras flexibles contemporáneas superan todas las desventajas de las cajas de metal.

Las cámaras flexibles ahora disponibles superan muchas de las desventajas de los sistemas alternativos, entre ellos un coste significativamente menor. Aprovechan los recientes avances en especificaciones de materiales y técnicas de sellado.

Durante toda la fabricación se utilizan polímeros diseñados estabilizados con luz ultravioleta. Los puntos de entrada proporcionan la carga de equipos, guantes de operarios y paneles de servicio para los sopletes de soldadura.

En tamaños equivalentes una cámara flexible cuesta menos del 10 % de una guantera de metal y solo el 2 % de la de un sistema de vacío.

Las cámaras flexibles ahora son utilizadas por las principales empresas de fabricación de todo el mundo. Los sectores aeroespacial, automotriz, bioquímico, médico, de alimentos y bebidas, semiconductores y nuclear aprovechan su bajo coste y su facilidad de uso. El concepto se está utilizando a nivel mundial para el depósito de soldadura que incorpora robots de múltiples ejes y todos los equipos de soldadura. Cámaras de hasta 9 m3 de volumen están disponibles de forma rutinaria, pero se pueden fabricar modelos más grandes.

12W WeldTrailingShields
Fig. 5. Flexible Welding Enclosures® (cámaras flexibles para soldadura) fabricadas para el Centro de Investigación de Ingeniería de Soldadura de Cranfield, Reino Unido. Ilustra algunas características singulares de las cámaras flexibles, como las opciones para múltiples operarios y ubicaciones de acceso a equipos grandes.


Se puede efectuar un control sobre el nivel de oxígeno dentro de estas cámaras mediante un seguimiento continuo utilizando instrumentos como la serie PurgEye®.

04W PurgEye500 WeldPurgeMonitor
Fig. 6. El Weld Purge Monitor® (monitor para purga de soldadura) PurgEye® diseñado específicamente para su uso con cámaras de soldadura se puede utilizar para detectar un contenido de oxígeno tan bajo como 10 ppm.


El PurgEye® 500 Desk de Argweld® incorpora un sensor único, de respuesta rápida y de larga duración con pocos requisitos de mantenimiento. El instrumento viene completo con una bomba integral para suministrar un flujo uniforme de gas para purga de soldadura de escape al sensor para garantizar mediciones y lecturas constantes. Se incluye software para la interfaz informática, la adquisición de datos, el almacenamiento y la impresión de resultados y gráficos con fines de control de gestión de calidad.

Conclusiones

La necesidad de evitar la oxidación de los elementos durante el revestimiento de soldadura a menudo se pasa por alto. Esto puede tener efectos importantes ya que la pérdida por oxidación puede reducir la resistencia a la corrosión y a la erosión, pero también puede afectar a las propiedades mecánicas de la capa revestida. El uso de equipos disponibles comercialmente, como escudos de protección y cámaras flexibles, puede eliminar la oxidación al garantizar que se proporcione un entorno de gas inerte protector.

Referencias

  1. High-temperature oxidation of alloys [Oxidación a alta temperatura de aleaciones]. Wood G. C., vol. 2, 1970.
  2. High‐Temperature Oxidation of Metals [Oxidación de metales a alta temperatura]. Sneha Samal. IntechOpen Limited, RU. Septiembre, 2016.
  3. Weld Overlay - Influence of Welding Process and Parameters on Dilution and Corrosion Resistance [Superposición de soldadura: influencia del proceso de soldadura y los parámetros en la dilución y la resistencia a la corrosión]. Ponencia presentada en Stainless Steel World America 2010, Houston, Texas. Octubre, 2010. Kumar V. et al.
  4. Hot Corrosion of Inconel 625 Overlay Weld Cladding in Smelting Off-Gas Environment [Corrosión en caliente del revestimiento de soldadura por superposición Inconel 625 en un entorno de gas liberado de fundición]. Zarani A.M. et al. Metallurgical and Materials Transactions, vol. 44, mayo, 2014.
  5. Avoiding loss of corrosion resistance when welding stainless steels [Evitar la pérdida de resistencia a la corrosión al soldar aceros inoxidables]. Metalworking World Magazine. Noviembre, 2014.
  6. Introduction to Stainless Steels. Welding Knowledge [Introducción a los Aceros Inoxidables. Conocimientos de soldadura]; parte 2. Huntingdon Fusion Techniques, HFT®, RU.

 

 Por Michael Fletcher, PhD en Metalurgia

Uiversidad de Leeds
Delta Consultants  

 

DESCARGAR DOCUMENTACIÓN TÉCNICA NÚMERO 315 - PROTECCIÓN DE PURGA DURANTE EL REVESTIMIENTO DE SOLDADURA

 


 


Huntingdon Fusion Techniques HFT® es un miembro orgulloso de:

American Welding Society International Tube Association The Welding Institue Welding World


No está permitido usar ni copiar nada de este material o de su contenido sin el permiso por escrito de Huntingdon Fusion Techniques HFT®, protegido por derechos de autor. Todos los derechos pertenecen exclusivamente a Huntingdon Fusion Techniques HFT®. No se puede reproducir sin su consentimiento.