Corrosión en soldaduras José Manuel Pérez Cobos

Contenidos Introducción a la soldadura Factores favorecedores de la corrosión Microestructura de la soldadura Tipos de corrosión en soldadura Prácticas para minimizar la aparición de corrosión en soldadura Ensayo normalizado de corrosión en soldadura

Introducción a la soldadura Definición de soldadura “Unión de dos o más partes por calentamiento o presión o una combinación de ambos de tal forma que los materiales formen un continuo. Puede ser usado un material de aporte con un punto de fusión similar al material base” Propiedades de las uniones soldadas Buena estanqueidad Resistencia mecánica Resistencia a la corrosión

Clasificación Podemos distinguir tres tipos de uniones soldadas (según la naturaleza en que se encuentren): Uniones líquido-líquido: Ambas superficies se funden Uniones líquido-sólido: Material líquido se une al material sólido Uniones sólido-sólido: Unión por presión o presión + calor Dentro de los distintos tipos de uniones se distingue entre soldadura: Homogénea: El metal base y el de aportación son de la misma naturaleza, si no hay metal de aporte se denominan autógenas. Heterogénea: El metal de aporte y el metal base son de distinta naturaleza.(Uniones líquido-sólido)

Procesos de soldadura En base al estado físico del metal base y del metal de aportación podemos distinguir los siguientes procesos de soldadura: Sólido-Sólido Sólido-Líquido • Soldadura fuerte • Soldadura por fricción • Soldadura blanda • Soldadura por forja Líquido-Líquido • Soldadura por resistencia (por puntos, roldana o protuberancia) • Soldadura por combustión química (oxiacetilénica) • Soldadura por arco eléctrico (electrodo recubierto; MIG y TIG) • Otros tipos: plasma, haz de electrones, láser…

Factores favorecedores de la corrosión Diseño de la soldadura Técnica de soldadura Secuencia de la soldadura Humedad Especies químicas orgánicas e inorgánicas Capas de óxido Escorias de la soldadura y salpicaduras Penetración de la soldadura Fusión incompleta de la soldadura Porosidad Grietas y fisuras Altas tensiones residuales Elección incorrecta del metal de aporte Acabado final de la superficie

Factores metalúrgicos Algunos de esos factores son: Microsegregación Precipitación de fases secundarias Formación de zonas sin mezclar Recristalización y crecimiento de grano Volatilización de elementos de aleación Contaminación del baño de soldadura Calentamiento Enfriamiento Microestructura Composición de la superficie Resistencia a la corrosión puede ser menor Afecta a Provocando Fisuras debido a microsegregación de un acero ferrítico Precipitación de carburo de cromo en acero austenítico

Microestructura de la soldadura Importante a la hora de predecir la vida de servicio aceptable de la soldadura y la posible aparición de corrosión Incluye cinco regiones con microestructuras distintas: Zona de fusión Región sin mezclar Región parcialmente fundida Zona afectada térmicamente Metal base no afectado 1 2 3 4

Zona de fusión -Fusión del metal base y el de relleno -Composición final muy diferente al de el metal base -Esta diferencia de composición produce un par galvánico -Éste par puede llegar a producir corrosión macroscópica Zona afectada térmicamente -Temperaturas suficientemente altas para producir cambios en estado sólido pero bajas para producir fusión -Cada posición del ZAT experimenta unas velocidades de enfriamiento y temperaturas distintas, por lo que las características varían de una posición a otra -Ésta zona es muy susceptible a sufrir fisuras, agrietamientos y absorción de hidrógeno Metal base no afectado -Parte de la pieza de trabajo que no ha sufrido ningún cambio -Es probable que se encuentre en un estado de alta tensión residual -Éste estado de tensiones favorecerá la corrosión

Tipos de corrosión en soldadura -Las piezas soldadas pueden experimentar las formas clásicas de corrosión -Son especialmente susceptibles a los afectados por las variaciones en su microestructura y composición -Las de mayor importancia son: Corrosión galvánica Corrosión por picadura Corrosión intergranular Absorción de gases (Cracking) Corrosión bajo tensión Corrosión influida microbiológicamente

Corrosión galvánica -El uso de materiales de relleno con composiciones diferente al del material base puede producir una diferencia de potencial electroquímico -Especialmente susceptibles en aluminios y aceros inoxidables austeníticos, siendo estos últimos los de mayor importancia -Al soldar se deja un depósito de acero inoxidable catódico en contacto eléctrico con el acero -En aceros de alta resistencia puede aparecer corrosión bajo tensión debido al comportamiento catódico del depósito de soldadura

Corrosión intergranular -Producida por el efecto de la sensibilización -En aceros inoxidables se forman carburos de cromo en los límites de grano en la región afectada térmicamente -Causa pérdida de metal en una región paralela al depósito de soldadura -A este fenómeno se le conoce como decaimiento de soldadura -A más contenido de carbono mayor es la probabilidad de que se produzca la sensibilización -Soluciones: Posterior soldadura de recocido a altas temperaturas para disolver el carburo de cromo de los limites de granos y evitar su aparición en el enfriamiento Elegir un acero de bajo contenido en carbono (304L,316L…) Una aleación con contenido en titanio (321) o niobio (327) ya que forman carburos y el cromo se queda en forma de solución Una aleación de alto contenido en cromo (310)

Corrosión por picadura -Forma de ataque localizado causado por una rotura de la fina capa de óxido que protege al material de la corrosión, generando unas células susceptibles a la corrosión -Una vez formadas dichas células, éstas actúan como ánodo con el apoyo de regiones catódicas relativamente grandes -Las picaduras se producen cuando la combinación de material o solución consigue un potencial que excede un valor crítico -Dicho potencial se denomina Potencial de picadura -En aceros inoxidables austeníticos cuando se calienta a temperaturas donde tiene lugar la sensibilización, la zona vacía de cromo es susceptible a esta corrosión -Soluciones: Sustituir aceros austeníticos por aceros dúplex Disminuir contenido en C en las aleaciones y adicionar una cantidad de nitrógeno cuidadosamente especificada Conseguir que el porcentaje final de ferrita sea del 50% vol.

Corrosión bajo tensión -Requiere una combinación adecuada de medio corrosivo, microestructura susceptible y tensiones de tracción -Las soldaduras a veces se encuentran cargadas de tensiones residuales que se aproximan al límite de tensión elástica del metal base -Comienza en las picaduras y se ramifica por toda la zona afectada -Soluciones: Aumentar contenido de ferrita en torno al 50% vol. Tratamiento térmico posterior a la soldadura (Postsolidificación)

Absorción de gases (Cracking) -Es un agrietamiento en frío que puede producirse varias horas, días o semanas después de que la soldadura se haya enfriado -El de mayor importancia por su peligrosidad es el de Hidrógeno -Se necesitan darse tres factores para este tipo de corrosión: Hidrógeno atómico en la ZAT Porción de metal de la soldadura susceptible a la fragilización por hidrógeno Alto esfuerzo de tracción debido a la restricción de éste -El material rompe de manera frágil en vez de dúctil, formándose 𝐻 2 -Provoca microfisuras, sopladuras y fish-eyes -La austenita, en la que el hidrógeno es altamente soluble, es menos susceptible a este fenómeno comparado con la martensita -Soluciones: Evitar enfriamientos muy rápidos (Forman martensita) Uso de electrodos de bajo contenido en hidrógeno Alto precalentamiento Mejor penetración de los electrodos (Mas grandes y largos) Evitar ambientes sulfurosos

Corrosión influida microbiológicamente -Microorganismos desempeñan un papel fundamental en la corrosión de los metales -Pueden tanto iniciar como acelerar el proceso de corrosión -Importante en tuberías fecales o cascos de los barcos -Ejemplo Microorganismos que forman sulfuro de hidrógeno Dicho sulfuro de hidrógeno se mezcla con oxígeno y forman ácido sulfúrico El 𝐻 2 𝑆𝑂 4 genera un depósito corrosivo Adicionalmente pueden producir: Alteración de reacciones anódicas y catódicas Destrucción de película protectora

Prácticas para minimizar la aparición de corrosión en soldadura Selección de material y consumibles de la soldadura -La cuidadosa selección de materiales y consumibles de soldadura puede reducir las diferencias de macro y micro-composición a través de la soldadura y reducir así los efectos galvánicos Preparación de la superficie -Un proceso de limpieza correctamente seleccionado puede reducir los defectos que a menudo son propicios para el ataque corrosivo en ambientes agresivos Forma de soldadura -Una penetración completa evita la formación de huecos -La escoria debe de ser eliminada después de cada pasada Superficie final de soldadura -El depósito de soldadura se debe inspeccionar visualmente inmediatamente después de la soldadura. Una resistencia máxima a la corrosión por lo general exige una superficie lisa uniformemente oxidada que esté libre de partículas extrañas e irregularidades

Recubrimiento de la superficie -Cuando una variación de la composición a través del metal de soldadura puede causar ataques localizados, puede ser deseable utilizar recubrimientos protectores -El revestimiento debe cubrir tanto la soldadura y el metal base Tratamiento térmico posterior a la soldadura -Puede ser una manera eficaz de reducir la susceptibilidad a la corrosión, basándose en un alivio de las tensiones residuales Temperatura de trabajo -La selección de una temperatura de trabajo adecuada puede impedir la formación de grietas debida al hidrógeno Eliminación de las fuentes de hidrógeno -A través de una adecuada selección de consumibles de soldadura, secado adecuado de flujo y una limpieza de la superficie se evita drásticamente la presencia de hidrógeno Tratamientos de pasivación -Un tratamiento de pasivación puede aumentar la resistencia a la corrosión de soldaduras de aceros inoxidables

Ensayo normalizado de corrosión en soldaduras La norma UNE-EN ISO 7539-8:2009, denominada AEN/CTN Corrosión y protección de los materiales metálicos, está basada en la corrosión de metales y ensayos de uniones soldadas y bajo carga creciente o desplazamiento Para la realización de este tipo de ensayos se utilizan las cámaras de ensayos de corrosión acelerada