WP-310 Nueva aleación de níquel para soldadura

Las nuevas superaleaciones también necesitan una purga cuidadosa durante la soldadura.

Recientemente se han realizado desarrollos importantes que han dado lugar a la introducción de nuevas aleaciones de níquel que ofrecen grandes mejoras en las propiedades mecánicas.

No menos importante es Inconel 740H (ref. 1), una aleación que ofrece una mayor resistencia a las cenizas de carbón y, por lo tanto, de gran interés para los fabricantes de calderas de combustibles fósiles.

Si bien estos nuevos materiales ayudan a expandir el uso de aleaciones a base de níquel en áreas donde las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión a temperaturas elevadas son necesarias, persiste la necesidad de mantener un control estricto durante la soldadura por fusión, con el fin de conservar estas características.

Inconel 740H tiene un mayor contenido de cromo que otras aleaciones en este tipo de materiales y, como consecuencia, ofrece una gran resistencia a la corrosión a altas temperaturas. A pesar de esta característica, todas las aleaciones, y en particular Inconel 740H, son propensas a la pérdida de cromo por oxidación (ref. 2) durante la soldadura, a menos que se proporcione cierta protección (ref. 3).

Con respecto a las tuberías y calderas, la falta de purga o la falta de purga adecuada dará como resultado una superficie muy oxidada en la raíz de soldadura dentro de la cavidad con una resistencia a la corrosión sustancialmente menor. Incluso después de finalizar la soldadura de raíz, debe continuarse la purga de soldadura durante varios pases para evitar el tinte térmico o la decoloración (oxidación) dentro del tubo o la tubería.

Cuando se utiliza el proceso GTAW, se puede garantizar la protección directa del depósito de soldadura superior mediante la cubierta de gas inerte y el uso de un escudo protector para soldadura. Sin embargo, la raíz de soldadura está completamente expuesta a la atmósfera y se puede producir oxidación.

Por lo tanto, un requisito esencial al realizar uniones a tope es proporcionar una purga interior con gas inerte típicamente con argón o helio (ref. 4).

Con tubos muy pequeños, esto normalmente se puede lograr mediante un flujo de gas continuo cuidadoso, pero esta técnica es propensa a una cobertura irregular debido a la turbulencia. El aislamiento de la sección que se va a soldar insertando presas a cada lado de la unión y llenando el volumen con gas inerte es una solución mucho mejor.

Se ha intentado proporcionar presas utilizando tapones de papel, cartón, madera o incluso poliestireno en razón de que son económicos, pero su éxito es variable: el sellado es difícil, la contaminación es inevitable y la eliminación eficaz de los restos tras la soldadura es difícil.

La mejor solución, y la que hoy en día adoptan los principales fabricantes a nivel mundial, es emplear sistemas de purga inflables integrados disponibles comercialmente (figs. 1-3).

Figura 1. Funcionamiento del sistema de purga inflable para soldadura de tuberías a alta temperatura con material, mangueras y accesorios resistentes al calor.

Para una protección adecuada de las aleaciones de níquel durante la soldadura, la atmósfera de purga interna debe tener un nivel de oxígeno reducido hasta 50 ppm (0,005 %) o menos para obtener una superficie de raíz con poco o nada de óxido.

Figura 2. Estos ejemplos de la gama QuickPurge® son representativos de sistemas de purga probados. Abarcan todo el intervalo de tamaño de tubería entre 152 y 2235 mm de diámetro.

El control del contenido de oxígeno en el gas de purga durante la soldadura es claramente un aspecto importante. El desarrollo reciente en instrumentos de monitorización (fig. 3) ha dado lugar a la introducción de equipos que no solo miden el nivel de oxígeno con precisión, sino que también proporcionan características para el registro continuo e incluso anulan el proceso de unión si los niveles de oxígeno superan los establecidos previamente por el operario.

Las técnicas para medir el contenido de oxígeno han estado disponibles durante décadas, pero solo recientemente se han desarrollado instrumentos específicamente para aplicaciones de soldadura. Los usuarios exigen cada vez más una ausencia completa de decoloración y una pérdida nula de resistencia a la corrosión y esto implica que el contenido de oxígeno en el gas de purga sea tan solo de 20 ppm (0,002 %). Muy pocos monitores para purga de oxígeno pueden satisfacer esta sensibilidad, pero los instrumentos PurgEye® (figura 3) cubren todos los requisitos.

Figura 3. Control de pantalla táctil a todo color PurgEye® 600. Los instrumentos admiten el registro de datos y la certificación de soldadura. Las lecturas tienen una precisión de hasta 10 ppm (0,0001 %).

Referencias

1. Characterization of INCONEL alloy 740H for Tube, Pipe and Fittings for Advanced Supercritical CO2 Systems [Caracterización de la aleación INCONEL 740H para tubos, tuberías y accesorios para sistemas avanzados de CO2 supercrítico]. De Barbadillo et al. 6th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium [6.º Simposio internacional de ciclos de potencia de CO2 supercrítico], marzo de 2018, Pittsburgh.
2. Oxidation of nickel and cobalt based superalloys [Oxidación de superaleaciones a base de níquel y cobalto]. Defense Metals Information Center [Centro de Información sobre Metales para la Defensa]. Battelle Memorial Institute, Columbus, Ohio. Informe 214, 1 de marzo de 1965.
3. Welding of nickel alloys - Part 1 - Job Knowledge 107 [Soldadura de aleaciones de níquel; parte 1; conocimiento del trabajo 107] – The Welding Institute, Cambridge, Reino Unido.
4. Inert gas weld purging of pipes [Purga de soldadura de tuberías con gas inerte].

Reconocimientos

Por Michael Fletcher, PhD. Metallurgy
Universidad de Leeds
Delta Consultants 

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