¿Cómo se aplica una capa de soldadura para crear tuberías revestidas de acero inoxidable?

Los fundamentos del revestimiento de superposición de soldadura

La superposición de soldadura, también conocida como revestimiento o revestimiento de soldadura, es un proceso de fabricación utilizado para crear tubo revestido de acero inoxidable depositando una capa de aleación resistente a la corrosión sobre la superficie interna de un tubo de soporte de acero al carbono o de baja aleación menos costoso. A diferencia de los métodos de unión por rodillo o por explosión, la superposición de soldadura construye la capa de revestimiento metalúrgicamente mediante soldadura por fusión. El proceso implica el uso de un sistema de soldadura automatizado para aplicar cordones de soldadura sucesivos y superpuestos a lo largo de todo el interior de la tubería. Esto crea una capa de acero inoxidable homogénea y completamente densa que está unida integralmente al material base. El objetivo principal es combinar la resistencia mecánica y la economía del acero al carbono con la resistencia específica a la corrosión, la erosión o las altas temperaturas de una aleación de acero inoxidable, lo que da como resultado una solución rentable para entornos de servicio exigentes.

Procesos de soldadura primaria para aplicaciones de superposición

La aplicación de la capa revestida se logra mediante técnicas de soldadura automatizadas y de precisión que garantizan consistencia y calidad. La elección del proceso depende de factores como el tamaño de la tubería, el espesor del revestimiento deseado, la tasa de producción y la composición de la aleación.

Soldadura por arco sumergido (SAW)

La soldadura por arco sumergido es un método frecuente para revestimientos de superposición de soldadura en tuberías de gran diámetro. El arco se genera debajo de una capa de fundente fusible granular, que evita la contaminación atmosférica, las salpicaduras y la radiación ultravioleta. SAW ofrece altas tasas de deposición y penetración profunda, lo que lo hace eficiente para aplicar capas de revestimiento gruesas. Normalmente se utiliza con electrodos en tira (por ejemplo, de 60 mm de ancho) para obtener máxima productividad y una superficie de superposición suave y diluida.

Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW/TIG)

La soldadura por arco de tungsteno con gas emplea un electrodo de tungsteno no consumible y un gas protector inerte. Conocido por su precisión y excelente control sobre el aporte de calor, GTAW produce depósitos de soldadura de alta pureza y baja dilución. Esto es fundamental cuando se recubre con aleaciones de alto rendimiento como Inconel o Hastelloy, donde minimizar la mezcla de acero al carbono del tubo base es esencial para mantener la resistencia a la corrosión del revestimiento. A menudo se utiliza para diámetros más pequeños o para el paso de raíz crítico.

Soldadura por arco metálico con gas (GMAW/MIG)

La soldadura por arco metálico con gas utiliza un electrodo de alambre consumible alimentado continuamente y gas protector. Los procesos GMAW automatizados modernos, como la transferencia de metal en frío (CMT), son muy eficaces para el revestimiento. CMT reduce drásticamente el aporte de calor, minimizando la dilución y la distorsión al tiempo que permite la deposición a alta velocidad. Esto lo hace adecuado para una amplia gama de tamaños de tuberías y tipos de aleaciones, ofreciendo un buen equilibrio entre calidad y productividad.

Control y parámetros clave del proceso

Una superposición de soldadura exitosa exige un control estricto sobre varios parámetros para garantizar la integridad y el rendimiento de la capa de revestimiento. La desviación puede provocar defectos que comprometan el producto final.

• Entrada de calor: El control preciso del amperaje, el voltaje y la velocidad de desplazamiento es primordial. El aporte excesivo de calor aumenta la dilución (el porcentaje de metal base mezclado en la soldadura), lo que puede reducir el contenido de cromo y níquel en el revestimiento, degradando su resistencia a la corrosión. También puede causar una distorsión excesiva y tensiones residuales.
• Control de dilución: El objetivo suele ser alcanzar niveles de dilución inferiores al 10-15%. Técnicas como el uso de una capa de "untado con mantequilla", la optimización de los parámetros de soldadura y el empleo de cabezales de soldadura oscilantes ayudan a minimizar la mezcla del metal base y garantizar que la química del revestimiento cumpla con las especificaciones.
• Temperatura entre pasadas: Controlar la temperatura entre pasadas de soldadura sucesivas es crucial para evitar grietas, especialmente con aceros inoxidables austeníticos que son susceptibles a la sensibilización (precipitación de carburo de cromo).
• Colocación y superposición de cuentas: Los sistemas automatizados planifican meticulosamente la trayectoria de la antorcha para garantizar una geometría de cordón consistente y una superposición suficiente (generalmente entre 30 y 50 %) entre cordones adyacentes. Esto elimina los defectos de falta de fusión y crea una capa de revestimiento uniformemente gruesa.

Selección de materiales: consumibles y tuberías base

La selección de los consumibles de soldadura define directamente las propiedades de la capa revestida. El metal de aportación debe elegirse basándose en la resistencia a la corrosión de servicio requerida, no simplemente coincidiendo con la aleación nominal.

El tubo base, o acero de respaldo, suele ser acero al carbono (p. ej., ASTM A106 Gr. B) o acero de baja aleación. Su función principal es proporcionar resistencia estructural y contención de presión. La superficie debe limpiarse a fondo (mediante esmerilado o mecanizado) e inspeccionarse antes del revestimiento para eliminar óxidos, incrustaciones o contaminantes que podrían causar defectos de unión.

Procesamiento e inspección posteriores a la solicitud

Una vez que se aplica la capa de soldadura, el tubo revestido se somete a varios pasos críticos de acabado y verificación. La superficie del revestimiento interno a menudo se maquina o rectifica para lograr una tolerancia dimensional final suave y para eliminar cualquier irregularidad de la superficie que pueda atrapar contaminantes o impedir el flujo. Luego, la tubería se somete a una rigurosa batería de exámenes no destructivos (NDE). La prueba de tintes penetrantes (PT) o la prueba de partículas magnéticas (MT) comprueban si hay grietas en la superficie. Las pruebas ultrasónicas (UT) se utilizan ampliamente para medir el espesor final del revestimiento de manera uniforme a lo largo de la tubería y para detectar cualquier falta de unión entre el revestimiento y el metal base. Finalmente, la tubería se trata térmicamente si así lo requiere la especificación (generalmente tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar la tensión) y se somete a pruebas hidrostáticas para validar su integridad de presión como estructura compuesta.

Ventajas y limitaciones del método de superposición de soldadura

Comprender los pros y los contras de este método es vital para la selección adecuada de materiales en el diseño del proyecto.

• Ventajas: Ofrece una flexibilidad de diseño excepcional para revestir geometrías complejas como accesorios, válvulas y codos de tuberías. Permite la aplicación de una amplia gama de grados de aleaciones, incluidas superaleaciones a base de níquel y cobalto. El proceso puede reparar componentes dañados y reconstruir superficies desgastadas. Permite la creación de "juntas de transición" entre metales diferentes.
• Limitaciones: Generalmente es un proceso más lento y que requiere más mano de obra en comparación con el pegado por rodillos para secciones de tubería largas y rectas. El calentamiento y enfriamiento cíclicos pueden introducir tensiones residuales significativas. Lograr una dilución extremadamente baja requiere un control de proceso avanzado. Existe el riesgo de que se produzcan defectos como porosidad, agrietamiento o fusión incompleta si los parámetros no se controlan perfectamente.

En conclusión, la creación de tuberías revestidas de acero inoxidable mediante una capa de soldadura es un proceso sofisticado y diseñado que transforma una tubería de acero al carbono en un producto bimetálico. A través de un control meticuloso de la soldadura automatizada, los parámetros y la ciencia de los materiales, ofrece una solución robusta y económica donde la resistencia a la corrosión y la resistencia estructural son primordiales.