Tipos de hierro fundido, identificación y su soldadura

Guía detallada sobre tipos de hierro fundido, su identificación y soldadura

Aunque los hierros fundidos se consideran soldables, son mucho más difíciles de soldar que el acero dulce / acero al carbono. El grado de fragilidad y la probabilidad de agrietamiento del material soldado dependerá del tipo de fundición, el tratamiento térmico y el procedimiento de soldadura que se siga. Por ejemplo, es más probable que un hierro fundido SG absorba las tensiones de soldadura que el hierro fundido gris. En general, la mayoría de los hierros fundidos se pueden soldar utilizando todos los procesos de soldadura estándar, como SMAW, FCAW, GMAW y Braze Welding.

¿Qué es la fundición gris?

El hierro fundido gris normalmente contiene 2.5-4.0% de carbono y alto contenido de silicio. Se utiliza para muchas aplicaciones, incluidas las que se encuentran en condiciones de carga de compresión estática, equipos de proceso ligeramente estresados ​​y en los que normalmente no se esperarían choques térmicos y mecánicos severos. Debido a la presencia de grafito en su estructura, la fundición gris se mecaniza fácilmente. El grafito también proporciona lubricación cuando las superficies están sujetas a deslizamiento y, por lo tanto, es bueno para los rodamientos y para amortiguar las vibraciones mecánicas. Sin embargo, el hierro fundido gris es bastante frágil y tiene poca resistencia a la tracción.

Las aplicaciones incluyen, entre otras, tambores de freno, discos de embrague y árboles de levas en la industria automotriz. Las piezas del horno, los moldes de lingotes y vidrio y las ollas de fusión que operan a temperaturas elevadas también están hechos de hierro fundido gris, al igual que varios tipos de tuberías, válvulas, bridas y accesorios para aplicaciones de presión y sin presión.

¿Qué es el hierro fundido blanco (hierro “enfriado”)?

A diferencia de los hierros fundidos gris y SG, los hierros fundidos blancos están prácticamente libres de grafito. Se consideran imposibles de mecanizar y son muy frágiles con alta dureza y baja resistencia a la tracción. Se utilizan a menudo en la fabricación de rodillos trituradores. “Meehanita” * es un hierro fundido blanco de alta resistencia fabricado mediante la adición de siliciuro de calcio al hierro fundido blanco. La adición de siliciuro proporciona una dureza uniforme y propiedades físicas superiores a las del hierro fundido gris.

¿Qué son las fundiciones de grafito esferoidal (SG) (fundición nodular, fundición dúctil):

Los hierros fundidos SG tienen propiedades mecánicas como las del acero dulce y mucho mayores que las del hierro fundido gris. SG puede reemplazar las piezas fundidas y forjadas de acero, así como el hierro fundido gris en muchas aplicaciones. Los hierros fundidos SG también contienen grafito, por lo que se pueden mecanizar.

Las aplicaciones incluyen alcantarillas, alcantarillas, tuberías de presión, así como accesorios, válvulas y bombas. Las ventajas de estos productos son su tenacidad y soldabilidad relativamente buenas en comparación con el hierro fundido gris.

¿Qué es el hierro fundido maleable?

Los hierros fundidos maleables, que incluyen los hierros corazón blanco y corazón negro, se forman calentando el hierro blanco durante un período de tiempo determinado. Los hierros fundidos maleables tienen una mayor resistencia a la tracción y mejor ductilidad que el hierro fundido gris y se doblarán o deformarán antes de romperse y resistirán los golpes mejor que el hierro fundido gris.

Las aplicaciones incluyen bridas, accesorios de tubería y piezas de válvulas. Las piezas de automoción incluyen componentes de dirección, cigüeñales y cubos de compresores, piezas de transmisión y diferencial, bielas y juntas universales.

Cómo identificar los tipos de hierro fundido

Hay varias formas de identificar el tipo de hierro fundido que se va a soldar.

1. Observación visual:

El hierro fundido gris y SG tiene un aspecto gris oscuro sucio debido a la presencia de grafito en la estructura. Los hierros colados blancos tendrán un color blanquecino en una fractura en el colado. Los hierros fundidos maleables y austeníticos tienen un aspecto más limpio que el gris o el nodular.

2. Fuente de suministro:

Si es posible, consulte con el proveedor del hierro fundido si es posible.

3. Ensayos mecánicos:

Estas son las mejores pruebas de identificación.

a) Prueba de chispa

Toque el metal contra una muela abrasiva de alta velocidad y observe las chispas contra un fondo negro. Los hierros fundidos SG tienen el mismo aspecto que los hierros fundidos maleables. Los hierros fundidos Meehanite tienen el mismo aspecto que los hierros fundidos grises.

Hierros fundidos blancos : Producen un volumen muy pequeño de chispa fina de color rojo cerca de la pieza que se está moliendo, disminuyendo gradualmente hasta convertirse en una pequeña chispa fina de color amarillo pajizo de aproximadamente 1′-6 ″ de largo. Las chispas son más finas que las de hierro fundido gris.

Hierros fundidos grises : Producen un pequeño volumen de chispa fina de color rojo cerca de la pieza que se está triturando, disminuyendo hasta convertirse en una pequeña chispa fina de color amarillo pajizo de aproximadamente 2′-0 ″ de largo. Las chispas son más gruesas que el hierro fundido blanco.

Hierros fundidos maleables : Producen un volumen medio de chispas de color amarillo pajizo más grandes que miden aproximadamente 2′-6 ″ de largo. Las chispas tienen ejes más largos que el hierro fundido gris.

B. Prueba de cincel

Esta prueba se puede utilizar para separar hierro fundido gris y hierro maleable. Las virutas de hierro fundido gris se rompen fácilmente, mientras que las virutas de hierro fundido maleable se curvan.

C. Análisis espectrográfico

El análisis espectrográfico es el más preciso si se dispone de un analizador.

Soldadura de varios arrabio

Aunque los hierros fundidos se consideran soldables, son mucho más difíciles de soldar que el acero dulce y el grado de fragilidad y probabilidad de agrietamiento del material soldado dependerá del tipo de fundición, el tratamiento térmico y el procedimiento de soldadura que se siga. Por ejemplo, es más probable que un hierro fundido SG absorba las tensiones de soldadura que el hierro fundido gris.

En general, la mayoría de los hierros fundidos se pueden soldar utilizando todos los procesos de soldadura estándar, como SMAW, FCAW, GMAW, Braze Welding. A continuación se muestra una tabla de los hierros fundidos que se pueden soldar con varios consumibles.

En general, la soldabilidad de diferentes fundiciones se clasifica a continuación:

Hierro fundido gris – Soldable con dificultad.

Hierro fundido blanco – Casi no se puede soldar.

Hierro fundido maleable: la soldadura cambia las propiedades haciéndolo inútil.

Hierro fundido dúctil: proceso lento, extenso y poco soldable.

Varilla de soldadura / alambre de relleno TIG MIG para soldadura de hierro fundido

-La soldadura por fusión de hierros fundidos se realiza normalmente con electrodos SMAW como Nickel 99 (AWS A5.15 ENi-Cl) y Nickel 55 (AWS A5.15 ENiFe-Cl) o sus equivalentes de alambre desnudo.

-La soldadura fuerte de hierros fundidos se realiza normalmente con varillas de soldadura fuerte, como el bronce de bajo humo recubierto con fundente (RBCuZn-C) o el níquel plateado (RBCuZn-D). El fundente de soldadura adicional durante la soldadura ayuda a mejorar las características de flujo del charco fundido.

Procedimiento general de soldadura de hierro fundido – Piezas fundidas nuevas y usadas

El aspecto más importante en la soldadura de todos los hierros fundidos, es tener la superficie limpia y libre de defectos antes de soldar.

Sobre nuevas piezas fundidas;

– Toda la arena, escoria e incrustaciones deben eliminarse de la zona de la pieza a soldar por medios mecánicos como esmerilado, mecanizado, astillado o rebabas rotativas.

– Deben eliminarse los defectos físicos como espiráculos, inclusiones de arena, puntos blandos, grietas por contracción y orificios de alfiler. Muy a menudo, un pequeño orificio se abrirá para exponer una gran cavidad oculta debajo.

– Las grietas deben rectificarse en toda su longitud y profundidad, sin que quede ninguna parte de la misma. Si no se hace correctamente, la grieta podría propagarse después de soldar y causar fallas en la pieza fundida. 

Sobre piezas de fundición usadas;

– Todos los contaminantes que hayan impregnado la pieza fundida durante el servicio deben eliminarse para evitar la porosidad durante el proceso de soldadura. De nuevo, esto se puede hacer por medios mecánicos como esmerilado, mecanizado, astillado o rebabas rotativas.

– Las grietas deben rectificarse en toda su longitud y profundidad, sin que quede ninguna parte de la misma. Si no se hace correctamente, la grieta podría propagarse después de soldar y causar fallas en la pieza fundida.

Limpieza

Durante la limpieza, las muelas abrasivas pueden recubrirse con carbón u otros contaminantes que luego pueden mancharse en la superficie terminada, contaminando nuevamente la pieza a reparar. Por esta razón, el 1/16 ”final debe limpiarse con una nueva muela abrasiva o con picado, rebabas rotativas o una lima gruesa. Además, se puede usar una llama oxidante de un soplete de oxiacetileno para quemar cualquier grafito de la superficie u otros contaminantes aceitosos. Hágalo presionando el gatillo de corte de la antorcha y pase la antorcha hacia arriba y hacia abajo por el área a soldar, asegurándose de no sobrecalentar la pieza fundida. La presión adicional causada al presionar el gatillo de corte ayudará a limpiar cualquier contaminante que esté atrapado en la superficie porosa de la pieza fundida. Esto también proporciona un precalentamiento ligero que es ventajoso.

Cuando una pieza de fundición se ha vuelto tan impregnada de contaminantes (por ejemplo, cajas de engranajes), que las prácticas estándar no limpian la pieza de fundición lo suficiente como para hacer una soldadura sólida, la eliminación de los residuos se puede lograr calentando la pieza de fundición a 400-600 ° F durante 2-3 horas seguido de cepillado de alambre y / o pulido. Esto ayudará a superar la porosidad y las malas soldaduras. Los hierros fundidos que se “desgastan” durante la soldadura deben calentarse a un rojo apagado durante un período corto de tiempo antes de soldar. Esto ayudará a “desgasificar” el hierro fundido antes de soldar. Un cepillo de alambre y / o un pulidor muelen la pieza antes de soldar para eliminar los contaminantes restantes de la superficie. En fundiciones más pesadas o grandes donde el calentamiento es inalcanzable, suelde una “pasada de mantequilla” o un cordón de soldadura delgado en el área de la superficie de la fundición que se va a soldar.Un pase de mantequilla separa los contaminantes que se encuentran en la pieza fundida del área a soldar. Si la porosidad pasa por el paso de mantequilla, muele el paso de mantequilla hasta un 50% de su espesor y haga otro pase de mantequilla. Repita hasta obtener una superficie limpia y luego complete la soldadura necesaria utilizando técnicas adecuadas de soldadura de hierro fundido. Por lo general, no se recomienda el ranurado por arco de aire. Sin embargo, se puede utilizar para eliminar la mayor parte del metal siempre que los últimos 1-2 mm se eliminen mediante esmerilado.se puede utilizar para eliminar la mayor parte del metal siempre que los últimos 1-2 mm se eliminen mediante esmerilado.se puede utilizar para eliminar la mayor parte del metal siempre que los últimos 1-2 mm se eliminen mediante esmerilado.

 Fundiciones con alto contenido de fósforo;

Las piezas fundidas con alto contenido de fósforo son difíciles de soldar y pueden identificarse por un aspecto vidrioso y brillante. A menudo, la soldadura fuerte es la mejor manera de reparar estas piezas fundidas.

Piezas fundidas agrietadas;

Para reparar piezas de fundición agrietadas, taladre un orificio en cada extremo de la grieta para evitar que se extienda más y muela hasta el fondo. Comience a soldar en el extremo perforado de la grieta, donde la restricción es mayor y avance hacia el menos restringido. Factores de soldadura a considerar;

1. Los hierros fundidos tienen baja ductilidad y están en peligro de agrietarse debido a las tensiones que se forman por la soldadura. (Esto no es tan importante cuando se suelda hierro SC debido a su buena ductilidad)

2. La soldadura puede provocar la formación de una zona dura y quebradiza en el área de soldadura. Esto es causado por el enfriamiento rápido del metal fundido para formar una estructura de hierro fundido blanco en el área de soldadura y hace que la soldadura no sea adecuada para el servicio donde se requieren tensiones bastante altas.

3. La formación de un cordón de soldadura duro y quebradizo debido a la absorción de carbono del metal base. Esto no ocurre con electrodos de soldadura o alambres que no forman carburos duros como Monel y aleaciones con alto contenido de níquel. También se utilizan cuando se desean soldaduras mecanizables.

Precalentamiento de fundiciones para soldar

-Para soldadura por arco

Aunque el precalentamiento no siempre es necesario al soldar hierros fundidos, debido a la falta de ductilidad en los hierros fundidos, el agrietamiento se puede minimizar utilizando un precalentamiento.

-Para soldar

En general, todos los hierros fundidos deben precalentarse cuando se suelda con oxiacetileno para reducir los requisitos de entrada de calor.

1. El precalentamiento local ocurre cuando las partes que no se sujetan con sujeción pueden precalentarse a aproximadamente 1000 ° F en el área de la soldadura, con enfriamiento lento después de que se completa la soldadura. El agrietamiento por expansión desigual puede tener lugar durante el precalentamiento de fundiciones complejas o cuando el precalentamiento se limita a un área pequeña de una fundición grande, por lo que el precalentamiento local siempre debe ser gradual.

2. El precalentamiento indirecto implica un precalentamiento de 400 ° F en otras áreas de la pieza, además del precalentamiento local. Esto se hace para que la parte general se contraiga con la soldadura y minimice las tensiones de contracción. Esta técnica es adecuada para marcos abiertos, radios, etc.

3. El precalentamiento completo se utiliza para piezas fundidas complejas, especialmente aquellas que varían en espesores de sección, como bloques de cilindros. Implica un precalentamiento completo a 1000 ° C en un horno, seguido de un enfriamiento lento después de la soldadura. La temperatura de precalentamiento debe mantenerse durante la soldadura. Un horno de precalentamiento simple puede estar hecho de ladrillos en los que se proyectan chorros de gas.

Soldadura de fundición gris

-El Nickel 99 es más adecuado para capas individuales y para rellenar pequeños defectos, ya que el depósito sigue siendo altamente mecanizable. Las soldaduras de una sola capa que utilizan Nickel 55 no son tan mecanizables como Nickel 99, sin embargo, tienen mayor resistencia y ductilidad. Las soldaduras de níquel 55 son más tolerantes a contaminantes como el azufre y el fósforo y son superiores a los electrodos de níquel 99 cuando se sueldan piezas fundidas con alto contenido de fósforo.

-Peening es imprescindible para los hierros fundidos grises.

-La unión de hierro fundido con acero se puede realizar con níquel 55 o níquel 99, pero se prefiere níquel 55.

-Los electrodos de base ferrosa, incluidos los tipos controlados por hidrógeno (E7018), generalmente no se recomiendan para soldar hierro fundido.

-Se pueden unir soportes, retrasos e incluso placas de desgaste a las piezas fundidas utilizando los parámetros de soldadura correctos y Nickel 55.

Soldadura de hierro fundido SG

-Los hierros fundidos SG solo deben repararse realmente con Nickel 55 debido a su mayor resistencia a la tracción y mejor ductilidad.

-La penetración debe ser baja y las juntas o cavidades anchas deben construirse desde los lados hacia el centro.

-Se deben utilizar cordones o tejidos estrechos.

-Deposite perlas cortas y deje que la soldadura se enfríe nuevamente a la temperatura de precalentamiento.

-Es aconsejable perforar, pero no tan crítico como cuando se suelda hierro fundido gris.

Soldadura de fundiciones austeníticas

-Cuando se intenta, los hierros fundidos austeníticos generalmente se sueldan con níquel 55.

-La soldadura puede no ser adecuada para aplicaciones donde las cualidades de resistencia a la corrosión / calor no coinciden con el metal base.

Soldadura fuerte / Soldadura fuerte de hierro fundido

-Para una soldadura fuerte de hierro fundido con éxito, es esencial que la pieza se precaliente a un calor rojo apagado.

-Se debe usar una llama neutra o ligeramente oxidante con una boquilla de soldadura de servicio mediano o pesado.

-La temperatura debe mantenerse durante la soldadura. Es necesario utilizar un horno para garantizar un calentamiento uniforme de las piezas de fundición grandes.

-Es importante que la pieza fundida esté protegida de corrientes de aire durante la soldadura. Los escalofríos repentinos del hierro fundido pueden provocar la formación de hierro fundido blanco, que es muy duro y quebradizo. Esto puede provocar grietas o imposibilitar el mecanizado posterior.

La soldadura fuerte solo debe usarse para reparar piezas fundidas viejas debido a la mala combinación de colores. La soldadura fuerte es adecuada para fundición gris, SC y fundición maleable; sin embargo, la resistencia de la unión equivalente a la de las soldaduras por fusión solo es posible con fundición gris.

Calentamiento posterior a la soldadura de hierros fundidos:

Después de soldar una pieza de hierro fundido, especialmente con soldaduras destinadas a uso en servicio severo o sujetas a tolerancias de mecanizado estrechas, enfríe la pieza fundida lo más lento posible volviendo a colocar la pieza en el horno de precalentamiento o encapsulándola en una manta aislante o un aislante polvo / arena. A veces es una práctica colocar uniones soldadas por calor para aliviar tensiones y suavizar las áreas duras. Si está listo, caliente el molde a una temperatura de 1100- 1150 ° F. La fundición debe mantenerse a esta temperatura durante una hora por cada 1 ”de espesor. La velocidad de enfriamiento no debe exceder los 50 ° F por hora hasta que la pieza de fundición se haya enfriado a aproximadamente 700 ° F. (Para un máximo ablandamiento y alivio de la tensión, caliente a 1650 ° F seguido de enfriamiento lento a 1000 ° F o menos). Para obtener una ductilidad óptima, el tratamiento térmico anterior debe realizarse inmediatamente después de la soldadura.

Para obtener los mejores resultados con hierro fundido SG, la pieza de fundición debe colocarse en un horno (1100-1200 ° F) y la temperatura debe elevarse a 1650 ° F. La fundición debe mantenerse a temperatura durante 2-4 horas, luego enfriarse a 1300 ° F, mantenerse allí durante 5 horas, enfriarse nuevamente a 1100 ° F y finalmente enfriarse a temperatura ambiente. El hierro fundido maleable se puede recalentar después de soldar.

 Granallado de soldaduras de hierro fundido:

Se pueden realizar soldaduras satisfactorias en hierro fundido sin precalentamiento, utilizando electrodos adecuados que depositen metal blando y golpeen la soldadura con una herramienta roma (como un martillo de bolas) inmediatamente después de soldar. Esto esparce el metal de soldadura y contrarresta el efecto de la contracción del metal de soldadura que se enfría. Una buena práctica de soldadura es depositar recorridos cortos de soldadura (~ 2 ”a la vez) y luego perforar antes de que se enfríe demasiado.