Tema 25 - Soldadura de materiales disimiles

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Soldadura de materiales disimiles
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SOLDADURA DE MATERIALES SOLDADURA DE MATERIALES 
DISDISÍÍMILESMILES
Dr. Ing. Carlos Fosca
La soldabilidad de dos materiales distintos 
depende de su capacidad de formar un metal de 
soldadura y dos ZACs de buenas carácterísticas
mecánicas (dúctiles y resistentes).
Soldadura de 
acero 
galvanizado 
empleando 
bronce al Si
Las propiedades del metal de soldadura vienen 
dadas por:
La C.Q. de los metales base y del metal de 
aporte
Las diluciones relativas y los gradientes 
químicos existentes en la unión soldada
La estructura metalúrgica, función de las 
velocidades de enfriamiento
Soldadura entre metales o 
aleaciones similares
Soldadura entre metales o 
aleaciones diferentes
Soldadura de materiales disimiles
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Las diluciones relativas y los gradientes 
químicos existentes en la unión soldada
Las diluciones relativas y los gradientes 
químicos existentes en la unión soldada
Asimismo, es importante que :
• Los metales a unir formen soluciones sólidas 
continuas en un amplio rango de mezclas sin que 
formen compuestos intermetálicos o 
estequiométricos
• El metal de aporte debe producir un depósito sin 
tendencia al agrietamiento, sin inclusiones ni 
porosidad y con una microestructura estable.
Unión 2.25Cr/9Cr
Se produce formación de 
carburos (Cr,Fe)23C6 en la 
interfase de unión entre los dos 
aceros Cr-Mo
Soldadura de materiales disimiles
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• Los metales a unir tengan puntos de fusión muy 
parecidos a fin de evitar problemas de fusión 
excesiva de uno de ellos y riesgo de ruptura. 
• Si no se puede cumplir este requisito se puede 
recurrir a la técnica del enmantequillado
“buttering” del metal de alto punto de fusión con un 
metal de aporte de C.Q. Similar con el del metal de 
bajo punto de fusión.
MetalMetal
alto punto de fusialto punto de fusióónn
Metal bajo Metal bajo 
punto de fusipunto de fusióónn
MetalMetal
bajo punto de fusibajo punto de fusióónn
Buttering
TTéécnica del cnica del 
enmantequilladoenmantequillado
((butteringbuttering) ) 
TTéécnica del cnica del 
enmantequilladoenmantequillado
((butteringbuttering) ) 
TTéécnica del cnica del enmantequilladoenmantequillado ((butteringbuttering) ) 
Soldadura de materiales disimiles
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• Si la conductividad térmica de los dos 
metales es muy dispar se debe concentrar 
el arco en el metal de mayor 
conductividad eléctrica o precalentarlo 
convenientemente.
www.mee-inc.com
Soldadura de cobre con acero mediante EBW
• En algunas situaciones se puede producir la 
penetración del metal de soldadura en los 
límites de grano de la ZAC provocando su 
agrietamiento. Esta penetración es mayor 
cuando el metal está precalentado o bajo 
tensiones de tracción
• Si un metal exige un precalentamiento o 
tratamiento térmico perjudicial para el otro, 
entonces la técnica del “buttering” es una buena 
opción a tener en cuenta.
Soldadura de materiales disimiles
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Soldadura de cobre con acero inoxidable
www.metallographic.com/Procedures/Copper%20De... 
Servicio a alta temperaturaServicio a alta temperatura
Si la unión va a trabajar a una temperatura elevada 
constante las tensiones residuales se reducen.
Si por el contrario, la temperatura de trabajo es 
variable, ello puede provocar la presencia de 
tensiones térmicas que pueden incrementarse 
significativamente si los coeficientes de dilatación de 
los metales a unir son diferentes
Acero 
i
noxidable
Acero baja 
aleación
soldaduraN
i-Cr
Coeficiente 
relativo de 
expansión 
térmica
304 SS
21/2Cr-1Mo
ERNiCr3
Soldadura de materiales disimiles
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Servicio a alta temperaturaServicio a alta temperatura
Si los metales tienen coeficientes de dilatación 
diferentes y la unión trabajará en condiciones de 
variación térmica, es aconsejable colocar un tercer 
material con propiedades de dilatación intermedias 
a los dos metales base.
21/4Cr1Mo 
(13,9)
46Fe-32,5Ni-21Cr
(16,9)
Inox 316
(17,5)
ERNiCr3(15x10-6) ER16.8.2 (17,2x10-6°C-1)
Resistencia a la CorrosiResistencia a la Corrosióónn
• La unión entre metales disímiles no debe producir 
disminución de la resistencia a la corrosión en aceros 
inoxidables austeníticos
• Evitar en la medida de lo posible la formación de pilas 
galvánicas. De ser inevitable, el metal de soldadura 
debe proteger catódicamente al metal base mas débil.
• Las pilas galvánicas pueden producir fragilización por 
Hidrógeno en la ZAC del metal que se comporta 
catódicamente. 
Soldadura disímil de acero 
2,5%Ni soldado con acero 
inoxidable austenítico
SSCC (sulfide stress corrosion
cracking) 40 HRC
carburos
A+F
A+M A-36
A+F
A-36
ER-308
Fisuración por hidrógeno en 
interfase de depósito soldado A-
36/inox (308)
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A+F
A-36
ER-308
>400 HV
A+F
A+M A-36
ER-308
La diferencias en %Cr, %Ni, %C
producen zonas endurecidas en 
la interfase ZF/ZAC
M
IC
R
O
 A
N
Á
LI
S
IS
 (
m
ed
ia
nt
e 
ED
S
)
• Cuando los metales tienen coeficientes de expansión 
térmica muy diferentes, es recomendable elegir un 
metal de aporte con coeficiente de dilatación 
intermedia y además dúctil para soportar las tensiones 
térmicas residuales.
• Se debe procurar en la medida de los posible alcanzar 
una dilución mínima y una composición química 
homogénea en el cordón.
Resistencia a la CorrosiResistencia a la Corrosióónn
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Niveles de dilución en función del proceso de soldadura
•Electrodo revestido 25-30%
•GMAW 10-50%
•SAW 10-70%
Resistencia a la CorrosiResistencia a la Corrosióónn
Unión de acero inox. Austenítico con 
acero ordinario o de baja aleación
http://www.slv-muenchen.de/blickpunkt/lichtbogenbolzenschweissen2a.jpg
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Material de aporte: 
Acero inoxidable austenítico
Aleación Ni-Cr-Fe
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Material de aporte: Acero inoxidable austenítico
Se debe elegir la C.Q. Adecuada para que el metal 
depositado no presente estructuras martensíticas y que 
posea el %ferrita necesario para evitar fisuración en 
caliente.
Si el %ferrita >14% se puede producir formación de 
fase sigma, durante el tratamiento post-soldadura o en 
condiciones de servicio a alta temperatura
Soldadura de materiales disimiles
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Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de baja aleación Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de baja aleación
La ventaja del “buttering” es que además el 
tratamiento térmico post-soldadura (600-700°C) 
puede ser efectuado solamente sobre el acero 
ordinario “enmantequillado” (antes de soldar la pieza) 
sin que el acero inoxidable se vea afectado en su 
resistencia a la corrosión (sensibilización) y sin que se 
reduzca el %ferrita en el metal depositado por el 
tratamiento térmico.
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de baja aleación
En espesores gruesos sin “buttering” no hay garantía 
total de un metal uniforme, pudiendo haber 
diferencias importantes de % ferrita entre los 
cordones.
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Soldadura de materiales disimiles
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En el caso de muy pocas pasadas ( poco espesor) el 
material de aporte se aplica directamente y se 
recomienda el 309.
INTERFASE: acero ordinario / inox
El gradiente en la composición química entre ambos 
materiales puede presentarse en una región de 500 
micras.
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Dentro de ese gradiente existe una estrecha región en 
la que se puede presentar estructuras martensíticas
(C.Q. de un acero muy templable). Esta banda 
martensítica puede provocar fisuración en frío (en 
presencia de esfuerzos y de hidrógeno originados por 
la soldadura) 
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de baja aleación
Soldadura de materiales disimiles
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En ausencia de Hidrógeno la probabilidadde falla en 
la intercara es mínima para T<370°C
INTERFASE: despues del T.T, post-soldadura
El C se difunde a partir de 370°C y de manera 
notable a T>600°C
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Si el T.T. Post-soldadura se hace a T>370°C el C del 
acero ferrítico se difunde hacia la interfase 
provocando la precipitación de carburos de Cr en 
ella, tanto mayor cuanto mas alta sea la T de 
tratamiento y el tiempo de exposición. 
Por otro lado el metal base se decarbura, pierde su 
estructura de temple, desarrollando granos de ferrita 
blandos 
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Adicionalmente las diferencias en dilatación térmica
entre acero ordinario y el inoxidables provocan durante 
el T.T. Post-soldadura nuevos esfuerzos térmicos que 
deben ser absorbidos por la estructura de la región 
dura (bandas de carburos) y la zona blanda (granos de 
ferrita). Riesgo de fisuración.
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Resultado: deterioro de propiedades mecánicas de la 
interfase.
En los procedimientos de calificación de soldadura se 
observa una reducción sustancial de la resiliencia 
cuando la entalla se localiza en la intercara.
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
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La interfase tratada térmicamente no es recomendable 
para trabajar en fatiga 
La resistencia a la corrosión de la interfase tratada 
térmicamente es baja .
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Se emplean normalmente ENiCrFe-2 y ENiCrFe-4 para 
electrodo recubierto y ERNiCrFe para alambre y varilla. 
Este material permite diluciones importantes sin riesgo 
a fisuración conservando la ductilidad
Material de aporte: Aleación Ni-Cr-Fe
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación
Material de aporte: Aleación Ni-Cr-Fe
Se puede emplear tambien con este consumible la 
técnica del “buttering”
INTERFASE
Fe Inox
Base Ni
Unión de acero inox. Austenítico con acero ordinario o de 
baja aleación MATERIAL DE APORTE: Aleación Ni-Cr-Fe
INTERFASE:
Se produce una banda martensítica en la interfase pero 
tiene menos consecuencias que la originada con acero 
inox como material de aporte
Fe Inox
Base Ni
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MATERIAL DE APORTE: Aleación Ni-Cr-Fe
INTERFASE:
El T.T. Post-soldadura (600°-700°C) daña muy poco la 
interfase porque:
La actividad del C en el metal Ni-Cr-Fe es mucho menor 
que acero inoxidable austenítico (hay poca difusión de C 
a la interfase) 
La dilatación térmica del metal Ni-Cr-Fe es similar al 
acero ferrítico . Por tanto no se producen esfuerzos 
inducidos por el T.T.
Vida relativa de uniones soldadas de aceros al C con 
aceros inoxidables empleando diferentes materiales de 
aporte que trabajan a temperatura y en condiciones de 
ciclos térmicos
Plaqueado (cladding) de aceros 
ordinarios con acero inoxidable 
Una antorcha GTAW es 
ubicada luego de la 
soldadura para 
refusionar y calentar el 
depósito, evitando con 
ello que se enfríe 
rápidamente
Una antorcha GMAW deposita un recubrimiento (tipo 309) 
sobre un substrato de acero 21/4Cr-1Mo
Cladding ht
tp
://
w
w
w
.w
el
di
ng
se
rv
ic
es
.c
om
/
Innovación 
tecnológica
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Southeastern Mechanical Service ha empleado el mismo 
método para revestir tubos de acero al C con Inconel 625 
empleando proceso GMAW-P.
Con ello ha logrado incrementar en 300% la vida de los 
tubos de supercalentadores de plantas incineradoras 
Ubicaciones típicas de 
fallas en Coke Drums
Estos equipos trabajan a 
temperaturas entre 430-
480°C expuestos a 
hidrocarburos conteniendo 
altos contenidos de S. 
Los materiales estan
expuestos a sulfidación y 
carburización.
Se emplean planchas de 
acero al C con una 
cubierta (clad plate) de 
acero inoxidable 
martensítico (AISI 410S) o 
ferrítico (AISI405).
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En el límite de la zona de 
fusión se presenta 
transformación 
martensítica y 
precipitación de carburos
Los procesos de cladding por 
laser tienen multiples ventajas:
• recubrimientos con morfología 
unicas no conseguibles por otros 
procesos.
• Una dilución reducida (<5%)
• Bajo calor de aporte, menor 
distoriión, menor ZAC
•Recubrimientos delgados.
CLADDING empleando LASER
Soldadura disímil de acero Cr-Mo con acero inoxidable
T91 : 9Cr-1Mo
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El empapelado 
“wallpapering”
El empapelado consiste en forrar las paredes 
interiores de plantas de limpieza (FGD) de 
gases con laminas delgadas de acero 
inoxidable o superaleaciones para prevenir la 
corrosión generalizada y por picadura 
provocada por SO2
El empapelado de acero inoxidable es difícil por las siguientes razones:
1. Las platinas son muy delgadas (1.5 - 3 mm) y se pueden producir 
perforaciones durante la soldadura 
2. Se requiere un calor de 
aporte muy preciso para 
que suelde bien al 
subtrato de la plancha de 
acero ordinario
3. Se emplea un material 
de aporte altamente 
aleado ER NiCrMo-3 para 
que soporte la corrosión
Soldaura TIG de platinas de aleación base Ni “C-
276” (1,6mm) unidas al substraro de acero al C 
empleando como metal de aporte ERNiCrMo-14 
La técnica del 
“empapelado” se 
emplea mucho en la 
fabricación de 
plantas 
desulfurizadoras de 
gases de centrales 
térmicas a carbón. 
El empapelado 
“wallpapering”
Problema:
Se va a aplicar un revestimiento anticorrosivo 
de aceros inoxidable sobre una plancha de 
acero ordinario A-36. Teniendo en cuenta que 
se desea que la resistencia a la corrosión de 
la superficie del componente tenga un PREN 
> 20 elija el material de aporte adecuado y el 
número de pasadas necesario para lograr 
estas condiciones.
Nota: Verifique que la unión no sea 
susceptible a la fisuración en caliente.
El proceso empleado es SMAW y asuma una 
dilución de 25%.
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SOLDADURA DE ACERO 
GALVANIZADO
UNIÓN DE ACERO GALVANIZADO
Acero galvanizado: acero y capa de zinc
Buena resistencia a la 
corrosión atmosférica
UNIÓN DE ACERO GALVANIZADO
Soldadura de Acero galvanizado
Se pueden emplear todos los procesos de soldadura por 
fusión
Se pueden conseguir soldaduras de buena calidad y 
propiedades mecánicas similares al acero desnudo
AWS D-19.0, Welding Zinc Coated Steel: 
Se debe remover capa de zinc de 2.5 a 10 cm alrededor de la 
zona a soldar.
Remoción de la capa de Zinc: (por esmerilado, por fusiòn del 
Zn)
UNIÓN DE ACERO GALVANIZADO
Sin embargo, es posible soldar acero galvanizado 
directamente sin eliminar previamente la capa de zinc. Se 
emplean prácticamente las mismas condiciones y procesos 
que el caso de un acero sin capa de zinc.
Principal dificultad: vapores de óxido de zinc
• Afecta la salud del soldador (fiebre por vapor de metales)
• Produce porosidades en la unión soldada. 
Soldadura de Acero galvanizado
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SOLDADURA DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
www.cat.ernet.in/.../laser/ico2/lmpweld.html
UNIÓN DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
Cuando se suelda cobre con acero, la dilución de tan 
sólo pequeñas cantidades (5%) de Cu produce fisuración
caliente en el acero. 
El Cu se difunde por los límites de grano en la ZAC del 
acero y los fisura.
Formación de dos fases durante la solidificación que 
provocan una menor resistencia a la corrosión.
Por lo tanto, se debe evitar al máximo la difusión del Cu 
al interior del acero.
UNIÓN DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
Para secciones delgadas:
Proceso GTAW pulsado con varilla de aleación de cobre .
Para secciones gruesas:
Usar “enmantequillado” (buttering). El material de aporte es una 
aleación rica en Cu. Soldar la superficie recubierta al cobre.
UNIÓN DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
En la unión Cu-Fe el cobre se precalienta (200°-500°C) 
para neutralizar su mayor conductividad térmica.
Se puede emplear también comomaterial de aporte 
ERCuAl-A2 (tolera dilución con el Fe)
Se emplea para uniones disímiles : 
• unir aleaciones de Cu con aceros.
•Hierros fundidos, aceros, bronces, aleaciones Cu-Ni
Soldadura de materiales disimiles
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UNIÓN DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
Material de aporte: ERCuAl-A2
UNIÓN DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
MATERIAL DE APORTE: aleación de Ni
Se puede unir cobre a acero ordinario o acero inoxidable 
empleando aleación de Ni. 
Si se emplea el “buttering” se garantiza una mejor 
calidad de la unión
ERNiCu-7 (N04060) 
UNIÓN DE ALEACIÓN DE COBRE CON ACEROS
ERNiCu-7 (aleación base Ni)
UNIÓN DE ALEACIÓN DE CUPRO-NÍQUELES CON ACERO
La conductividad térmica del cupro-niqueles es similar a 
la del acero, con lo que desaparece la necesidad de 
precalentamiento.
Los cupro-níqueles no deben precalentarse por encima 
de 65°C pues hay riesgo de fisuración caliente, por 
precipitación de Fe disuelto y pérdida de resistencia a la 
corrosión-erosión
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UNIÓN DE ALEACIÓN DE CUPRO-NÍQUELES CON ACERO
ERNiCu-7ENiCu-6
ANSI/AWS A5.14ANSI/AWS A5.11
El acero debe ser recubierto empleando ERNi-1 o ERNiCu-7
Usar materiales de aporte base Ni
UNIÓN DE ALEACIÓN DE CUPRO-NÍQUELES CON ACERO
Pasada 1: ENi-1, ERNi-1, NIiCu-
7, o ERNiCu-7; esmerilar para dar 
espacio a pasada 2
Pasada 2: ECuNi o ERCuNi
Biselar el lado del acero para 
permitir accesibilidad
Pasadas 3,4, etc.: ERNi-1, 
ENiCu-7, o ERNiCu-7
UNIÓN DE ALEACIÓN DE NÍQUEL CON ACERO
Estas soldaduras disímiles son fáciles de realizar 
empleando como material de aporte base Ni, pues existe 
un amplio rango de dilución entre ambos metales
SOLDADURA DE 
ALUMINIO CON 
ACERO
Soldadura de materiales disimiles
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UNIÓN DE ALUMINIO CON ACERO
Fe Al2
Fe2 Al5
UNIÓN DE ALUMINIO CON ACERO
UNIÓN DE ALUMINIO CON ACERO
Una forma de soldar aluminio a 
acero es mediante el empleo de 
insertos de transición Al/Fe
Otra forma es a 
través de la 
técnica del 
enmantequillado
UNIÓN DE ALUMINIO CON ACERO
Metalúrgicamente la unión por soldadura entre Al y acero es 
compleja pues ambos elementos tienden a formar compuestos 
intermetálicos frágiles
Se recomienda depositar una capa intermedia de Zn o Sn (mediante 
flama o por inmersión en baño fundido) para luego proceder a 
depositar un consumible de aleación de Al (mediante TIG)
CAPA 
INTERMEDIA
acero/Al99,5 Sn Al99,5 80 MPa
acero/AlMn Zn AlSi 100 MPa
acero/AlMg Zn AlMg 120 MPa
CUPLA CONSUMIBLE
σB
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UNIÓN DE ALUMINIO CON ACERO
Soldadura Al- acero inoxidable
1.Empleo de insertos de transición
2.Empleo de capas de Al sobre acero inoxidable (por 
inmersión en caliente)
3.Empleo de enmantequillado con aleacion de Al-Si 
Luego se puede soldar el acero inoxidable al aluminio 
empleando GTAW (dirigiendo el arco hacia el aluminio)