Tipos y soluciones de defectos por fisuras durante la soldadura de tuberías de acero inoxidable
Cuando se sueldan tubos de acero inoxidable, a veces aparecen grietas en la zona del soldado. Dependiendo del tiempo y de la temperatura durante su formación, existen tres tipos principales de grietas: grietas por frío, grietas por calor y grietas por recalentamiento. Según su ubicación, se pueden clasificar como grietas verticales, grietas transversales, grietas en la raíz del soldado, grietas en el cráter de arco o grietas en la zona afectada por el calor, entre otras. Este tipo de defecto es el más peligroso para las estructuras soldadas, ya que no solo puede hacer que el tubo de acero inoxidable sea desechado, sino que también puede provocar accidentes graves.
Fisuras calientes (Hot Cracks)
Durante el proceso de soldadura, las grietas que se forman cuando el acero inoxidable en la zona afectada por el calor se enfría a una temperatura elevada cercana a la línea de solidus se denominan grietas calientes, y son muy peligrosas.
La razón principal de la formación de estas grietas es que el eutéctico de bajo punto de fusión y las impurezas presentes en el metal fundido provocan una severa segregación intra- e intergranular durante el proceso de cristalización. Al mismo tiempo, bajo la acción de las tensiones generadas por el soldado, estas impurezas se separan a lo largo de los límites entre los granos, lo que da lugar a la aparición de grietas calientes. Estas grietas calientes ocurren con frecuencia en aceros inoxidables austeníticos, aleaciones de níquel y aleaciones de aluminio.
La solución radica en controlar estrictamente el contenido de impurezas dañinas, como azufre y fósforo, en las tuberías de acero inoxidable y los materiales de soldadura, a fin de reducir la sensibilidad a las grietas por calor. También se puede ajustar la composición química del metal de soldadura, optimizar su estructura y mejorar la calidad de sus granos. Es importante aumentar la plasticidad del material y disminuir el grado de segregación de elementos químicos. Se pueden utilizar materiales de soldadura alcalinos para reducir la cantidad de impurezas en la unión y mejorar aún más su calidad. Además, es crucial seleccionar parámetros adecuados para el proceso de soldadura, aumentar adecuadamente el coeficiente de formación de la unión y emplear métodos de soldadura de múltiples capas y pasadas. Al apagar el arco eléctrico, se debe utilizar una placa de desvío idéntica al material base, o extinguir gradualmente el arco para llenar el cráter resultante de la soldadura y prevenir la formación de grietas térmicas en ese área.
Ruptura por frío (Cold Crack)
El agrietamiento por frío se refiere a la formación de grietas en las juntas soldadas de tuberías de acero inoxidable cuando estas se enfrían a temperaturas más bajas. Este tipo de defecto puede aparecer inmediatamente después del soldado, o puede no hacerlo hasta unas horas después; por eso también se le conoce como grieta retardada. Es muy común y especialmente peligroso.
Existen tres razones principales para la formación de dichas estructuras defectuosas: en primer lugar, la estructura endurecida que resulta de la transformación del acero en martensita; en segundo lugar, las tensiones residuales provocadas por los altos niveles de restricción durante el proceso de soldadura; y finalmente, el hidrógeno que permanece en la zona de la unión.
La solución es utilizar materiales de soldadura con bajo contenido de hidrógeno; eliminar las manchas de aceite y la humedad del material a ser soldado antes del proceso de soldadura para reducir la cantidad de hidrógeno en la unión resultante; seleccionar parámetros adecuados para el proceso de soldadura y una cantidad apropiada de calor aplicado, con el fin de disminuir la tendencia al endurecimiento de la unión; después de la soldadura, se debe realizar inmediatamente un tratamiento de eliminación del hidrógeno para que este pueda escapar de la unión. En el caso de tuberías de acero inoxidable con alta tendencia al endurecimiento, es necesario precalentar el material antes de la soldadura y llevar a cabo un tratamiento térmico en el momento oportuno después de ella, a fin de mejorar la estructura y el rendimiento de la unión.
Recalentar la grieta (Reheat the crack).
Después del soldado, las grietas que se forman al calentar de nuevo la tubería de acero inoxidable dentro del rango de temperatura correspondiente se denominan grietas por recalentamiento (reheat cracks).
La razón de su formación es que las grietas por recalentamiento suelen ocurrir en aceros de alta resistencia de baja aleación, aceros resistentes al calor de tipo perlítico y aceros inoxidables que contienen elementos de aleación como vanadio, cromo, molibdeno, boro y otros elementos de aleación. Tras ser sometidos a un ciclo térmico de soldadura, estas áreas se calientan nuevamente, lo que provoca la formación de grietas. La mayoría de las grietas se originan en la zona afectada por el calor de la soldadura, que presenta una estructura granular gruesa. Las grietas por recalentamiento son comunes en tuberías de acero inoxidable y en zonas con concentraciones de tensión; además, también pueden aparecer durante procesos de soldadura multicapa.
La solución consiste en utilizar materiales de soldadura de menor resistencia siempre que se cumplan los requisitos del diseño. De esta manera, la resistencia de la unión será inferior a la del metal base, lo que reducirá las tensiones en dicha zona y evitará la formación de grietas en la región afectada por el calor. Además, es necesario minimizar al máximo las tensiones residuales generadas durante el proceso de soldadura. Es importante controlar la cantidad de calor aplicado durante la soldadura de tubos, seleccionar adecuadamente las temperaturas de precalentamiento y tratamiento térmico, y evitar áreas sensibles durante el procedimiento.
El peligro de las grietas es muy alto, y afectará especialmente de manera negativa la aplicación práctica y el rendimiento de los productos de tubería de acero inoxidable. Por lo tanto, este defecto debe evitarse en la medida de lo posible; además, debe ser compensado adecuadamente una vez que ocurre. Si no es posible compensarlo, dicha tubería no puede utilizarse en aplicaciones reales.
