Aplicación de la soldadura por láser en acero inoxidable 5

Aporte de calor, velocidad de enfriamiento y control metalúrgico

La soldadura por láser es, por naturaleza, un proceso de baja aportación de calor y alta velocidad de enfriamiento, lo que constituye una de las razones por las que resulta tan eficaz para el acero inoxidable. Sin embargo, “bajo calor” no significa automáticamente “bueno”: una aportación de calor o un perfil de enfriamiento inadecuados pueden provocar una fusión incompleta, un exceso de ferrita o defectos microestructurales que comprometan tanto la resistencia mecánica como la resistencia a la corrosión. Mediante el control de la potencia del láser, la velocidad de avance, el enfoque del haz y la selección del material de aportación, los soldadores pueden controlar no solo la forma del cordón de soldadura, sino también la propia metalurgia.

Mantén el aporte de calor bajo, pero no demasiado bajo

· Por qué es bueno cocinar a fuego lento:

1. Reduce la deformación y la tensión residual, lo cual es especialmente importante en chapas austeníticas finas con una elevada dilatación térmica.

2. Minimiza la coloración por calor y la formación de óxido, lo que reduce la necesidad de realizar una limpieza tras la soldadura.

· Por qué es malo que sea demasiado bajo:

1. Penetración insuficiente y defectos por falta de fusión.

2. Una solidificación excesivamente rápida puede provocar el atrapamiento de gases y aumentar la porosidad.

3. En algunas calidades, el enfriamiento ultrarrápido puede hacer que la microestructura tienda hacia fases frágiles o desequilibradas.

· Palancas de control:

1. Potencia (W): una mayor potencia aumenta la profundidad de penetración, pero conlleva el riesgo de sobrecalentamiento en secciones delgadas.

2. Velocidad de desplazamiento (mm/s): un desplazamiento más rápido reduce el aporte total de calor, pero puede provocar problemas de fusión.

3. Tamaño del punto (mm): los puntos más pequeños concentran la energía; los puntos más grandes ensanchan el cordón, pero reducen la profundidad de penetración.

· Regla general: Controla la energía por unidad de longitud (J/mm); intenta alcanzar el valor mínimo que permita lograr una fusión completa sin defectos, que suele situarse entre 30 y 60 J/mm para chapas finas, y es mayor para secciones dúplex más gruesas.

Ferrita en soldaduras austeníticas

· Conocimientos de metalurgia:

1. La solidificación totalmente austenítica es propensa a la formación de grietas de solidificación, ya que no puede absorber las impurezas de bajo punto de fusión en los límites de grano.

2. La incorporación de ferrita delta 3–8% en la soldadura mitiga este efecto al actuar como “sumidero” de impurezas.

· Riesgos específicos del láser:

1. Las altas velocidades de enfriamiento pueden provocar la congelación de la estructura de solidificación antes de que la ferrita tenga tiempo de formarse, lo que aumenta el riesgo de agrietamiento en determinadas aleaciones.

· Métodos de control:

1. Utiliza un material de aportación ligeramente sobrealeado (ER308L, ER316L) para favorecer la formación de ferrita.

2. Evita circular a velocidades excesivamente altas en pendientes delicadas.

3. Comprobar el contenido de ferrita con un ferritoscopio en aplicaciones críticas (especialmente en aplicaciones de grado alimentario y criogénicas).

Interpass y Preheat

· Temperatura del Interpass:

1. Para la mayoría de los grados austeníticos: mantén la temperatura por debajo de 150 ℃ para evitar la precipitación de carburo de cromo (sensibilización), que reduce la resistencia a la corrosión.

2. Para los aceros dúplex: mantener la temperatura por debajo de 150 ℃ para evitar la precipitación de fases secundarias y controlar el equilibrio entre ferrita y austenita.

· Precalentar:

1. Rara vez es necesario en los aceros austeníticos o dúplex.

2. Imprescindible para los aceros inoxidables martensíticos y de endurecimiento por precipitación (100–300 ℃) a fin de evitar grietas de temple y picos de dureza en la zona afectada por el calor (HAZ).

3. Debe aplicarse de manera uniforme para evitar una dilatación desigual.

· Nota específica sobre el láser: Las soldaduras por láser de una sola pasada rara vez superan los límites de temperatura entre pasadas, pero en las soldaduras híbridas de láser y arco de varias pasadas, la acumulación de calor puede suponer un problema.

Equilibrio de fase dúplex

· Objetivo: ferrita ~50% / austenita ~50% en la zona de soldadura.

· Riesgos de la soldadura por láser:

1. Las altas velocidades de enfriamiento tienden a fijar un exceso de ferrita (>65%), lo que da lugar a una menor tenacidad al impacto y a una menor resistencia a la corrosión por picaduras.

2. El sobrecalentamiento también puede provocar que la reformación de la austenita sea incompleta.

· Estrategias de control:

1. Utilizar materiales de aportación ricos en níquel (por ejemplo, ER2209 para el dúplex 2205) para favorecer la formación de austenita.

2. Aumentar ligeramente el aporte de calor en comparación con la soldadura austenítica; esto ralentiza el enfriamiento lo suficiente como para permitir la transformación de fase sin riesgo de crecimiento de grano.

3. Mantén baja la temperatura entre pasadas para evitar la formación de la fase sigma.

· Verificación: En sectores con requisitos muy exigentes (offshore, desalinización), el contenido de ferrita se comprueba de forma rutinaria tras la soldadura mediante equipos portátiles de medición de ferrita.

En la soldadura por láser del acero inoxidable, el aporte de calor es una herramienta metalúrgica: un aporte excesivo provoca deformaciones y sensibilización, mientras que uno insuficiente provoca falta de fusión, exceso de ferrita o la aparición de grietas. Las soldaduras austeníticas requieren pequeñas cantidades de ferrita para evitar el agrietamiento en caliente; los grados martensíticos y PH pueden necesitar precalentamiento, y los aceros dúplex exigen un control minucioso de la aportación de calor para preservar el equilibrio de fases. La forma más rápida de arruinar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable es ignorar la relación entre los parámetros del láser, la velocidad de enfriamiento y la microestructura; la mejor manera de preservarla es controlarlos de forma deliberada.