Tasa de dilución en soldadura

Tasa de dilución en soldadura y cálculo de dilución en soldadura

Durante la soldadura por fusión, cada metal base diferente y metal de aporte (si se usa) se funden y combinan en el baño de soldadura. En la solidificación, el metal de soldadura será monofásico o una mezcla de dos o más fases. Una fase puede ser una solución sólida, como la que se produce entre el níquel y el cobre, o puede ser un compuesto intermetálico (CuAl2) u otros compuestos como los carburos (Fe3C y TiC).

Por lo tanto, la tasa de dilución es el cambio en la composición química de un metal de aportación de soldadura causado por la mezcla del metal base o el metal de soldadura anterior en el cordón de soldadura. Se mide por el porcentaje de metal base o metal de soldadura anterior en el cordón de soldadura. 

soldadura micro

Factores que afectan la tasa de dilución en la soldadura

El grado de tasa de  dilución depende de los siguientes factores:

(1) el tipo de junta de soldadura (ranura, filete o superposición de soldadura) y preparación del borde de la junta (ranura cuadrada o en V);

(2) el proceso de soldadura (por ejemplo, SMAW, TIG o MIG / MAG), los parámetros del proceso (incluido el modo de corriente de funcionamiento, los gases de protección) y la técnica (ángulo del electrodo, posición de soldadura) utilizada; y

(3) la falta de coincidencia entre el relleno y el metal base (metalurgia similar o diferente, relleno de superposición). 

La dilución se puede definir como la contribución del material base al metal de soldadura (por ejemplo, materiales base + metal de relleno):

fórmula de tasa de dilución

Considerando la imagen de arriba, para técnicas de soldadura autógena (sin adición de material de relleno), para el mismo material base (similar), 

Dilución total = 100%.

Esto significa que la contribución total del mismo metal base similar en el metal de soldadura es del 100%, mientras que para el modo no autógeno (con la adición de material de relleno), el% de dilución depende de muchos factores, tales como: –

  1. Procesos de soldadura y diseño de juntas seleccionados

Como se puede ver en las figuras a continuación, generalmente con los procesos SMAW, GMAW y GTAW, se espera un 15-20% de la contribución del metal base (es decir, un total de 20-40%, de cada lado de la junta). Mientras está en proceso SAW, debido a su alta eficiencia de arco, se espera una contribución de hasta el 80% del metal base.

La geometría del surco también juega un papel importante, como se muestra en los esquemas autoexplicativos a continuación:

dilución de soldadura en juntas

2. Entrada de calor (HI)

Donde; Entrada de calor en (KJ / mm) = VXIX 60 / SX 1000   

Donde, V = voltaje, I = amperaje, velocidad de desplazamiento (S) en mm / min

Un HI más alto puede conducir a una mayor dilución. Si va a unir CS / LAS a SS 304L o 316L utilizando ER309L. Debe tener más cuidado al controlar el HI, ya que un HI más alto puede provocar una mayor dilución de carbono del lado CS / LAS en el metal de soldadura, lo que da como resultado el agrietamiento de la solidificación de la soldadura debido únicamente al modo de solidificación de austenita primaria.

Sin embargo, ER 309L está diseñado para retener algo de ferrita en la estructura solidificada de la soldadura para evitar el agrietamiento por solidificación en la unión soldada.

En un proceso de soldadura por fusión, dependiendo del electrodo / relleno usado o no, si se usa, dependiendo de la química coincidente del electrodo / material de relleno con el metal base, decida el tipo de solidificación.

Por ejemplo, si no se utiliza material de relleno,

Autógeno: sin material de relleno

Homogéneo : química del metal de relleno similar al material base

Heterogénea : la química del metal de relleno es diferente a la del material base.

Ejemplo de cálculo de la tasa de dilución

Entendamos, el cálculo de la tasa de dilución usando este simple ejemplo:

Suponga que el metal base de acero inoxidable ferrítico 430 se une con un relleno

 CCrNiMinnesota
Composición de relleno0,0620,311,31,5
Composición del metal base0,0917.30.40,6
Relleno X 0,65 (1 dilución)0.03913,27.41.2
+ Base X 0.35 (dilución)0,0326.110,10,2
Metal de soldadura0.07119,37.51.4

Ecuación de cálculo de la tasa de dilución

El porcentaje promedio de un elemento de aleación específico X en el metal de soldadura diluido se puede calcular usando la siguiente ecuación:
Xw = DaXa + DbXb + Xf (1 – Dt) (Referencia AWS Handbook Volume 4)

donde
Xw =% promedio del elemento X en el metal de soldadura, w;
Xa =% del elemento X en el metal base a;
Xb =% del elemento X en el metal base b;
Xf =% del elemento X en el metal de aporte f;
Da =% de dilución por metal base a, como decimal;
Db =% de dilución por metal base b, como decimal; y
Dt =% de dilución total por metales básicos ayb, como decimal.

Cálculo de la tasa de dilución en soldadura de ranura con relleno y sin relleno

Cálculo de la tasa de dilución en soldadura de ranura con relleno y sin relleno

donde
a = Metal base
b = Metal base
A = Área de la sección transversal de la soldadura en el metal base a
B = Área de la sección transversal de la soldadura en el metal base b
D1 =% de dilución total
Da =% de dilución en el metal base a
Db =% de dilución en metal base b
F1 = Área de la sección transversal de la soldadura sobre el metal base
F2 = Área de la sección transversal de la soldadura debajo del metal base

Tasa de dilución en diferentes procesos de soldadura

Los valores típicos de las tasas de dilución que se encuentran en diferentes procesos de soldadura se muestran en la siguiente tabla. Los valores son solo para fines de referencia, ya que diferentes variables de soldadura afectan la tasa de dilución en la soldadura, como la corriente de soldadura, el voltaje, la posición de la soldadura, el diámetro del electrodo, el ángulo del electrodo y los gases de protección, etc., por nombrar algunos.

Tasa de dilución en diferentes procesos de soldadura