¿Se puede soldar acero inoxidable con acero al carbono? Sí, los aceros inoxidables pueden soldarse a aceros al carbono (suaves) de forma fiable si se utilizan los consumibles, el procedimiento de soldadura y la estrategia de control de la corrosión adecuados. La práctica habitual del sector es utilizar metales de aportación de transición (normalmente de la familia ER309/309L, a veces Inconel para servicios exigentes), controlar la dilución y el aporte de calor, cualificar el procedimiento de soldadura según el código aplicable (ASME/ASME IX, AWS D1.6 o el código que rija la estructura) y planificar la prevención de la corrosión galvánica en el nivel de ensamblaje. Cuando se siguen estos pasos, las soldaduras disimilares ofrecen un rendimiento mecánico aceptable y una larga vida útil; cuando se ignoran, los resultados típicos son fallos por agrietamiento o corrosión.

Por qué son necesarias las soldaduras de acero inoxidable al carbono

• Piezas de transición embridadas y reductores donde se requiere resistencia a la corrosión del acero inoxidable en la zona húmeda mientras las tuberías de acero al carbono continúan aguas arriba o aguas abajo.

• Los sistemas de escape, las conexiones de los intercambiadores de calor y las camisas que formen parte del conjunto deben resistir la oxidación o la corrosión a alta temperatura.

• Conexiones estructurales en las que se fijan piezas decorativas/fabricadas de acero inoxidable a armazones de acero al carbono.

• Operaciones de reparación y retroadaptación en las que retirar la estructura de carbono existente no resulta rentable.

Estas aplicaciones son comunes en la generación de energía, la industria petroquímica, el procesamiento de alimentos y los servicios de construcción. La decisión de soldar metales distintos suele ser un compromiso entre coste, resistencia a la corrosión y sencillez de fabricación.

Antecedentes metalúrgicos: ¿qué hace de éste un caso especial?

Diferencias clave que hay que recordar:

• Química: Los aceros inoxidables austeníticos (por ejemplo, 304/316) contienen una cantidad significativa de cromo y níquel; los aceros al carbono contienen muy poco Cr/Ni. La soldadura provoca la dilución del metal de soldadura con metales base; la química final de la soldadura determina el comportamiento frente a la corrosión y la microestructura.

• Transformación de fase: Los aceros al carbono pueden formar martensita y pueden requerir precalentamiento/poscalentamiento para evitar el agrietamiento inducido por hidrógeno; la mayoría de los aceros inoxidables austeníticos no son templables y no requieren precalentamiento. Esto crea una conflicto precalentamiento/poscalentamiento a través de la articulación que debe resolverse en el diseño del procedimiento.

• Dilatación térmica y tensión residual: Las aleaciones inoxidables suelen tener coeficientes de dilatación térmica más elevados que los aceros al carbono, por lo que las soldaduras experimentan un desarrollo de la deformación diferente, que puede provocar grietas en las zonas frágiles de aportación o soldadura si no se tiene en cuenta.

• Diferencia de potencial galvánico: Los aceros inoxidables son más nobles; en entornos húmedos, un conjunto inoxidable/carbono puede provocar corrosión galvánica, dejando que el acero al carbono se corroa preferentemente si no se diseña correctamente.

¿Puedes soldarlos?

Sí, pero el metal de soldadura debe elegirse de forma que:

1. Contiene suficiente aleación (Cr, Ni, Mo) para resistir una dilución excesiva y evitar la formación de microestructuras mixtas duras y quebradizas cerca de la cara de acero al carbono.

2. Proporciona unas propiedades mecánicas equivalentes (o ligeramente superiores) a las del metal de base más débil.

3. El procedimiento de soldadura trata el metal base más restrictivo para aspectos como el precalentamiento, la temperatura entre pasadas y la cualificación del soldador.

Por ello, los metales de aportación como ER309 / ER309L / ER312 se recomiendan habitualmente para uniones de acero inoxidable austenítico con acero al carbono. Estos rellenos introducen más cromo y níquel para que el metal de soldadura resista el agrietamiento y los problemas de dilución. En ciclos mecánicos o térmicos muy exigentes, a veces se utilizan rellenos de base níquel (por ejemplo, de la familia Inconel) como capa de transición.

Procesos de soldadura habituales y su comparación para uniones disimilares

Regla práctica: Utilizar un proceso que permita controlar el aporte de calor y la mezcla del baño de soldadura para minimizar la dilución del relleno de transición y evitar microestructuras inaceptables en la parte de acero al carbono.

Selección del metal de aportación: las opciones estándar y por qué funcionan

Rellenos recomendados (aplicaciones típicas)

• ER309 / ER309L (inoxidable austenítico): la "primera elección" estándar para unir inoxidables austeníticos comunes (304/316) con aceros al carbono. Proporciona mayor Cr/Ni para resistir la dilución y reduce el riesgo de martensita/dureza cerca del lado del carbono. Bueno para la mayoría de las condiciones de servicio.

• ER312: mayor resistencia y diferente equilibrio de ferrita; a veces se utiliza cuando la resistencia es más importante.

• Familia ER316L: no es ideal como relleno de transición porque el Cr/Ni es menor comparado con el 309; elija 316 sólo cuando ambos progenitores sean 316 y la unión sea menor.

• Rellenos a base de níquel (por ejemplo, Inconel 82/182, familia Inconel 625): Se utilizan en entornos de temperatura o corrosión severas, o cuando el desajuste de la expansión térmica y el riesgo de agrietamiento son inaceptables. Proporcionan un amortiguador resistente a la corrosión y al agrietamiento y son habituales en aplicaciones de termopozos y calderas.

Principios de selección

1. Igualar o superar ligeramente los requisitos mecánicos inferiores (el metal de soldadura debe ser al menos tan fuerte/resistente como el más débil).

2. Proporcionar suficiente aleación para evitar las fases frágiles y proporcionar resistencia a la corrosión en el entorno de servicio previsto.

Montaje, preparación y diseño de juntas

• Soldaduras a tope con un bisel moderado son los preferidos para las aplicaciones estancas a la presión: permiten controlar la dilución y permiten una penetración completa con la masilla elegida.

• Capas de soporte o mantecado: Para combinaciones difíciles, depositar primero una capa de aportación de base níquel o ER309 sobre el acero al carbono para crear una transición graduada; a continuación soldar el inoxidable a la zona untada. Esto reduce la dilución del metal de soldadura final con la base de carbono.

• Revestimiento: En algunos diseños es más sensato revestir los componentes de acero al carbono con una capa de acero inoxidable en lugar de realizar una unión por fusión: el revestimiento minimiza la exposición del acero al carbono y evita una vía galvánica continua.

• Limpieza: Elimine la cascarilla de laminación, el óxido pesado, los aceites y los revestimientos en la zona de soldadura inmediata; las capas de óxido dificultan la fusión adecuada y favorecen los defectos. Las superficies inoxidables deben manipularse para evitar la contaminación de las herramientas de acero dulce.

Control térmico: precalentamiento, temperatura entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)

Esta suele ser la parte más complicada: los aceros al carbono suelen beneficiarse del precalentamiento para evitar el agrietamiento por hidrógeno, pero los aceros inoxidables pueden resultar dañados por las altas temperaturas (sensibilización) y, por lo general, no necesitan precalentamiento.

Cómo resolver el conflicto:

1. Cumplir el requisito más restrictivo para evitar el agrietamiento, normalmente el lado del acero al carbono. Si el acero al carbono requiere precalentamiento, aplique un precalentamiento controlado y cuidadoso localizado solo en el lado del carbono, minimice la temperatura en el lado inoxidable (utilice barras enfriadoras, técnicas de calentamiento local o mantecado).

2. Temperatura límite entre pasadas a un nivel que evite la sensibilización de la parte inoxidable (para los austeníticos, evite las exposiciones largas en el rango de 450-850°C si es necesario). Utilizar procesos de bajo calor (láser, TIG pulsado) para minimizar la permanencia en rangos de sensibilización.

3. PWHTCiclo PWHT: poco frecuente para los inoxidables austeníticos; para los aceros de baja aleación, a veces es necesario. Si se necesita PWHT para el acero al carbono, debe elegirse el relleno y el diseño compatibles para tolerar el ciclo PWHT elegido. Comprobar siempre el código vigente.

Corrosión y estrategias de control galvánico

El problema: El acero inoxidable es más noble que el acero al carbono; en entornos electrolíticos (húmedos), una célula galvánica favorecerá la corrosión del acero al carbono cerca de la unión, a veces de forma agresiva.

Enfoques de mitigación:

• Revestimientos: pintar o revestir el acero al carbono y, si es posible, revestir también el acero inoxidable cerca de la junta para romper el contacto eléctrico directo. Recubra el acero al carbono sólo cuando sea necesario para mantener una relación ánodo/cátodo favorable.

• Aislamiento: utilice juntas no conductoras, manguitos o casquillos dieléctricos en las fijaciones y uniones atornilladas.

• Diseño por relación de área: Mantener una superficie de carbono grande en comparación con el inoxidable (ánodo grande a cátodo pequeño) para frenar el ataque galvánico; evitar pequeñas manchas de carbono directamente adheridas a grandes componentes inoxidables en servicio marítimo/húmedo.

• Drenaje y ventilación: Evitar grietas y trampas de agua en la zona de soldadura; diseñar detalles que desprendan líquido y permitan el secado.

• Elección del material y protección sacrificial: en algunos sistemas añadir ánodos de sacrificio o aceptar la inspección/reemplazo rutinario de un elemento de ánodo localizado.

Nota: El acabado de la superficie y el perfil de la soldadura son importantes: una soldadura rugosa que atrapa la humedad acelera el ataque local. Pintar o revestir la cara de carbono a poca distancia de la junta (normalmente se recomiendan 25-40 mm) es una solución sencilla.

Cualificación, códigos y END

• La cualificación es obligatoria para los trabajos críticos. Utilice la sección IX de ASME (para trabajos en recipientes a presión) o los códigos estructurales de AWS, según corresponda (AWS D1.6 es el código estructural de acero inoxidable y rige la cualificación de las soldaduras de acero inoxidable; las uniones de acero al carbono con acero inoxidable suelen estar sujetas a las normas de soldadura disimilares y deben cualificarse).

• Cupones de prueba debe utilizar los mismos materiales de base y metales de aportación, el mismo proceso de soldadura y los parámetros de soldadura que se ajusten a la producción: esto demuestra la aceptación mecánica y metalúrgica.

• Métodos comunes de END: visual, colorante penetrante para grietas superficiales, partículas magnéticas en el lado del acero al carbono (no en el inoxidable austenítico), radiografía para defectos volumétricos, ultrasonidos (prestando atención a las diferentes propiedades acústicas). En la validación del servicio pueden utilizarse análisis químicos / cupones de corrosión.

• Examen metalúrgico puede ser necesario para soldaduras críticas disimilares para garantizar que no existan microzonas de baja tenacidad cerca del lado del carbono.

Problemas típicos y soluciones

Procedimiento práctico de soldadura paso a paso

1. Identificar los metales comunes y el entorno de servicio.

2. Seleccionar relleno (ER309L común; considerar base níquel para servicio extremo).

3. Decidir el proceso (raíz GTAW + relleno GMAW es común para el equilibrio de la producción).

4. Preparar la juntaLimpiar, biselar, ajustar. Eliminar las incrustaciones/contaminación. Mantener el acero inoxidable separado de la contaminación del utillaje CS siempre que sea posible.

5. Mantequilla o revestimiento lado de carbono si es necesario para un servicio severo.

6. Definir y registrar los límites de precalentamiento/interpass por material más restrictivo (documento en WPS).

7. Calificar el procedimiento con un PQR y cualquier prueba destructiva exigida por el código vigente.

8. Realizar soldaduras de producción con operador cualificado a los mismos parámetros PQR.

9. Inspeccione visualmente y con los END necesarios; aplicar medidas de protección contra la corrosión.

10. Documento WPS/PQR y registros de inspección para la trazabilidad.

Tablas - referencia rápida

Tabla A - Opciones de relleno habituales y usos típicos

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Tabla B - Proceso y blindaje (orientación práctica)

Inspección, pruebas y criterios de aceptación

• Pruebas mecánicas en los cupones de cualificación del procedimiento suele incluir ensayos de tracción y flexión, macrograbado y ensayos de CV/impacto si se espera una carga dinámica o a baja temperatura.

• Radiografía Identifica defectos volumétricos pero puede pasar por alto la falta de fusión planar cerca de interfaces disímiles; combinar con métodos penetrantes o magnéticos según proceda.

• Metalografía de muestras representativas es la única forma definitiva de comprobar si existen fases o perfiles de dilución indeseables en servicio crítico.

Cuándo no soldar: alternativas a tener en cuenta

• Revestimiento (soldadura superpuesta de inoxidable sobre carbono) cuando la resistencia a la corrosión está localizada.

• Unión mecánica (bridas, acoplamientos) cuando la dilatación térmica diferencial o los problemas galvánicos son dominantes.

• Unión explosiva o unión por difusión en aplicaciones especializadas.

• Sustituir la parte de carbono por inoxidable si el riesgo de corrosión o el coste de mantenimiento lo justifican.

Ejemplos reales y casos prácticos

• Transiciones de tuberías y bridas: La solución común es un carrete corto de acero inoxidable soldado a una brida de carbono utilizando relleno ER309L para la soldadura y una junta dieléctrica para evitar el acoplamiento galvánico.

• Termopozos y penetraciones de calderas: suelen utilizar rellenos a base de níquel para compensar las tensiones térmicas y de corrosión; los fallos se asocian históricamente con el uso exclusivo de 309 en entornos térmicos muy cíclicos.

• Reparaciones in situ: SMAW con varillas 309L es una solución de campo frecuente para uniones pequeñas en las que no resulta práctica una soldadura a tope completa en taller. Para los sistemas a presión siguen siendo necesarios procedimientos y soldadores cualificados.

Preguntas frecuentes

1. ¿Es siempre ER309L la masilla adecuada para soldar acero inoxidable con carbono?
No. ER309L es la primera opción más común y económica debido a su contenido de aleación que resiste los problemas de dilución. Pero para ciclos térmicos severos, servicio a alta temperatura o entornos corrosivos agresivos, pueden ser necesarias cargas de base níquel (familia Inconel) o aleaciones más especializadas. Adapte siempre el relleno a los requisitos del servicio y del código.

2. ¿Puedo utilizar una masilla estándar 316 para unir acero inoxidable 316 con acero dulce?
No se recomienda. El material de aportación 316 tiene menor contenido de aleación que el 309 y se diluirá más fácilmente; esto aumenta el riesgo de fases frágiles cerca del lado del carbono y una peor resistencia a la corrosión en el metal de soldadura. Utilizar la familia 309 para uniones disimilares a menos que un estudio metalúrgico avale la 316.

3. ¿Necesito precalentar cuando sueldo acero inoxidable con acero al carbono?
Depende de la templabilidad y el espesor del acero al carbono. Puede ser necesario el precalentamiento para evitar el agrietamiento por hidrógeno en el acero al carbono. El procedimiento de soldadura debe documentar el precalentamiento y la aplicación debe controlar la temperatura para evitar el sobrecalentamiento de la parte inoxidable.

4. ¿Cómo puedo evitar la corrosión galvánica en la junta?
Las opciones incluyen el revestimiento del acero al carbono, el aislamiento dieléctrico, el diseño de la relación de área adecuada, el revestimiento o los ánodos de sacrificio. Revestir el acero al carbono a poca distancia de la junta (25-40 mm) es una medida práctica habitual.

5. ¿Qué códigos rigen la cualificación de las soldaduras disimilares?
Normalmente se hace referencia a ASME Sección IX (procedimiento de soldadura y cualificación del soldador) y AWS D1.6 para trabajos estructurales en acero inoxidable; el diseñador debe confirmar el código aplicable al proyecto y cualificar la combinación disímil exacta según dicho código.

6. ¿Es el revestimiento una mejor opción a largo plazo?
A menudo sí para servicio de corrosión severa. El revestimiento evita una vía de contacto galvánico continua y reduce el número de juntas de fusión críticas; sin embargo, puede ser más costoso y requiere procedimientos adecuados.

7. ¿Qué END es mejor para estas juntas?
Utilice una combinación: visual + penetrante (grietas superficiales), radiografía o ultrasonidos (volumétrica), y metalografía para comprobaciones de microestructura si es necesario. Las partículas magnéticas solo funcionan en zonas de acero al carbono.

8. ¿Puedo soldar inoxidable austenítico con carbono sin aporte (autógeno)?
No se recomienda para combinaciones disimilares porque la dilución del metal base producirá una soldadura con baja aleación (en el lado del carbono) y un rendimiento mecánico y de corrosión deficiente. Utilizar un relleno de transición.

9. ¿Qué importancia tiene la selección del gas de protección?
Crucial para GMAW/TIG: los gases ricos en argón para austeníticos reducen la oxidación y la porosidad; pequeñas adiciones de CO₂ u O₂ cambian el modo de transferencia pero pueden perjudicar el acabado superficial o la resistencia a la corrosión si se aplican mal.

10. ¿Cuál es la principal causa de fallo en las soldaduras de acero inoxidable con carbono?
Falta de cualificación adecuada de los procedimientos y ausencia de solución a los conflictos de corrosión galvánica y precalentamiento/interpaso. En la práctica, la mala planificación supera a la metalurgia como causa principal.

Resumen: lista de comprobación de ingeniería antes de soldar

1. Identificar el código y la vía de cualificación (ASME, AWS, especificación del cliente).

2. Elija el relleno (ER309L por defecto; níquel si es necesario).

3. Diseño para el control de la corrosión (revestimientos, aislamiento, relaciones de área).

4. Resolver conflictos de precalentamiento/PWHT en el WPS.

5. PQR completo y cualificación del soldador: pruebas en los materiales exactos.

Últimos consejos prácticos de la tienda

• Realice siempre un pequeño simulacro de soldadura y pruebas destructivas en cupones antes de pasar a producción.

• Registrar el análisis químico de cada lote de relleno (certificados de fábrica) para su trazabilidad.

• Para las soldaduras de campo, asegúrese de que los electrodos y los alambres se mantienen secos y de que el operario sigue estrictamente los parámetros PQR.

• Considere la posibilidad de aplicar una capa de manteca al unir secciones finas o termosensibles.

• En caso de duda para sistemas de seguridad o presión, consulte a un ingeniero de soldadura y haga referencia a la edición exacta del código de control.

Referencias autorizadas

• Nickel Institute - Guidelines for Welding Dissimilar Metals (directrices técnicas en PDF)
• Lincoln Electric - ER309 / ER309L metal de aportación producto y datos de uso
• AWS D1.6 - Código de soldadura estructural - Acero inoxidable (resumen del código y requisitos)
• Instituto del Níquel - Gestión de la corrosión galvánica (prevención y mitigación prácticas)