ALVARADO, SOLDADURA TIG APLICADA AL ACERO INOXIDABLE Y SUS ALEACIONES
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Soldadura TIG aplicada al acero inoxidable y sus
aleaciones
Marı́a Fernanda Alvarado Moraga
maria.alvaradomoraga@estudiantec.cr
Escuela de Ingenierı́a Electromecánica
Instituto Tecnológico de Costa Rica
Resumen—La selección del proceso de soldadura involucra
muchos parámetros, por lo que cada proceso tiene sus ventajas
y desventajas. Por esto, este trabajo considera el proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno y gas inerte
aplicado al acero inoxidable y sus aleaciones. Primeramente, se
toman los parámetros de este proceso y cuales serı́an estos en
el caso del acero. Seguidamente se explica la metodologı́a de
la soldadura TIG. En tercer lugar, se habla de los principales
tipos de aceros inoxidables y sus propiedades fı́sicas. Finalmente
se habla de las ventajas y desventajas de aplicar este tipo de
soldadura a este material.
Palabras clave—TIG, GTAW, acero inoxidable, arco eléctrico,
soldadura
I.
INTRODUCCI ÓN
La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas
Tungsten Arc Welding) es un proceso donde como electrodo se
toma una varilla de tungsteno. El charco de fusión y el material
de aporte son protegidos de la atmósfera por un gas inerte. El
resultado de este proceso es una soldadura limpia y de alta
calidad, con un acabado fino. Para lograr esto, se deben de
tomar en cuenta parámetros según el material a soldar, como
lo es la corriente, el voltaje, el gas de protección, entre otros.
Este proceso favorece la soldadura de aceros inoxidables ya
que, como se mencionó anteriormente, es una soldadura limpia
al no producir escoria, por lo que no afecta la resistencia a la
oxidación de este material.
II.
II-A.
MARCO TE ÓRICO
Parámetros
II-A1. Corriente: La soldadura TIG puede hacerse con
corriente continua o directa, pero para el caso de soldar
aceros inoxidables, se recomienda corriente continua [3]. Para
seleccionar la corriente adecuada, se debe de tomar en cuenta
el diámetro del electrodo, el tipo de gas y la polaridad.
Mientras mayor sea la corriente, mejor es el refinamiento del
grano, se reduce la dureza y aumenta la tasa de deposición
[2].
Cuadro I
D I ÁMETRO DEL ELECTRODO Y CORRIENTE SUGERIDA EN POSICI ÓN
PLANA [5]
Espesor del
material
Calibre 18
Calibre 16
Calibre 14
Calibre 12
Calibre 10
3/16”
1/4”
5/16”
3/8”
1/2”
3/4”
1”
Diámetro del
electrodo
Corriente en
amperios (A)
3/32”
50-80
1/8”
90-135
1/8” o 5/32”
120-175
5/32” o 3/16”
140-200
200-275
3/16” o 1/4”
250-350
1/4”
325-400
II-A2. Voltaje: El largo y el cono del arco dependen
del voltaje, mientras mayor sea este, la longitud del arco
aumentará y el cono se ensanchará. Por esto, iniciar la
soldadura con un voltaje alto permite iniciar el arco de
manera más sencilla y otorga más rango de distancia entre el
electrodo y el material. Al contrario de la longitud del arco y
el cono, la profundidad de penetración disminuye al aumentar
el voltaje. Lo mismo pasa con la tasa de deposición [2].
II-A3. Polaridad: Con la soldadura TIG pueden usarse
3 polaridades diferentes, según ya sea corriente alterna o
corriente directa. Si se tiene corriente directa y la pieza a
trabajar está conectada a la terminal positiva, se tiene la
polaridad llamada DCEN, de lo contrario, si está conectada
a la terminal negativa, se llama DCEP. Si se tiene corriente
alterna, a la polaridad se le refiere como AC.
Para el caso de DCEN, 70 % del calor va hacia la pieza y el
resto hacia el electrodo. Esto produce un charco de fundición
hondo pero estrecho. Lo mismo pasa, pero de forma viceversa
para DCEP, creando un charco de fundición poco profundo.
Sin embargo, la polaridad DCEP provoca que el electrodo
se caliente rápidamente y que por lo tanto se degrade la punta.
En la polaridad AC, 50 % del calor va hacia la pieza y
50 % hacia el electrodo [2].
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Figura 1. Geometrı́a del charco de fundición y del electrodo para diferentes
polaridades
II-A4. Velocidad: Al aumentar la velocidad se reduce la
entrada de calor y de la sección transversal de la soldadura,
por lo que se afecta la penetración. Se creerı́a que afecta al
arco eléctrico, pero no lo hace, ya que este depende de la
corriente [4].
II-A5. Geometrı́a del electrodo: Esta afecta la temperatura
del arco eléctrico, ya que aumenta conforme se acerca a la
punta, en el caso en que esta sea afilada. Si se aumenta
el ángulo de la punta, la temperatura disminuye. Esto se
debe a que los electrodos más afilados tienen menor sección
transversal, dando como resultado puntas más calientes. La
geometrı́a también afecta la velocidad del arco, ya que, al
aumentar el ángulo, la velocidad disminuye. Lo mismo pasa
con la densidad de corriente.
2
protección de la atmósfera al tener mejor resistencia al
aire.
Helio: Hace que la zona afectada por el calor sea menor
y hace que el arco se caliente más que si se utilizara
argón.
Hidrógeno: Aumenta el voltaje del arco, por lo tanto,
también la temperatura, lo que a su vez aumenta la penetración y velocidad. Gracias a esto mejora la apariencia
de la soldadura.
Mezcla de argón e hidrógeno: Producen un arco angosto
y una soldadura más rápida y limpia.
Mezcla de argón y nitrógeno: Produce más energı́a en la
pieza a soldar.
Mezcla de argón y helio: Permite iniciar el arco a mayor
distancia. Mientras mayor sea el porcentaje de argón,
aumenta la distancia entre la punta de tungsteno y el
material a soldar.
Para el caso de aceros inoxidables se recomienda el uso del
argón. Si fuera acero inoxidable austenı́tico, se suele usar
mezclas de argón con 5 % de hidrógeno. Para el caso de acero
inoxidable con nı́quel, se recomienda la mezcla de argón e
hidrógeno [4].
II-A7. Electrodos de tungsteno: La longitud estándar del
electrodo es de 7 pulgadas y tienen variedad de diámetros:
0.040, 1/16, 3/32, 1/8, 5/32 pulgadas. Estos se codifican por
color según el tipo de tungsteno. Para el caso de aceros
inoxidables se recomienda el tungsteno para acero con 2 %
de torio (Th), este tiene la punta roja.
Figura 3. Electrodo de tungsteno con 2 % Th
También se tiene el tungsteno para acero inoxidable con
2 % de cerio, el cual tiene punta naranja. Este electrodo se
recomienda para aceros inoxidables de aleación de nı́quel
titanio [3].
Figura 2. Geometrı́a de la punta del electrodo según su ángulo
II-A6. Gas protector: Los gases de protección se utilizan
para prevenir que el material soldado entre en contacto con
la atmósfera. Esta contaminación disminuye la calidad de la
soldadura, haciéndola más débil. También el gas ayuda dando
estabilidad al arco eléctrico. Si se selecciona un gas con bajo
potencial de ionización, generar el arco eléctrico es más fácil.
Además, si se selecciona un gas con baja conductividad termal,
se aumenta la estabilidad del arco. Los gases más utilizados
son:
Argón: Es el más utilizado para este tipo de soldadura.
Permite un arco suave y estable, es barato y otorga mejor
Figura 4. Electrodo de tungsteno para acero inoxidable con 2 % cerio
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III.
3
METODOLOG ÍA DE LA SOLDADURA TIG
Para realizar una soldadura TIG, se necesita de la antorcha
TIG con un electrodo de tungsteno, fuente de alimentación
CC o CA, la pinza de masa y un cilindro, mangueras y
un manómetro. Se pueden realizar dos tipos de conexiones:
conexión enfriada por aire o conexión enfriada por agua.
Figura 7. Esquema de los principios de la soldadura TIG
IV.
T IPOS DE ACEROS INOXIDABLES
A pesar de que el acero inoxidable ya en sı́ es una aleación
de hierro, carbono y un 10 a 12 % de cromo, este puede
contener metales como molibdeno, nı́quel o tungsteno. Se
tienen 5 tipos principales de aceros [6]:
Figura 5. Esquema de conexión enfriado por aire
Figura 6. Esquema de conexión enfriado por agua
Al tener ya todo lo mencionado se deben de considerar los
parámetros, dependiendo de variables como el entorno donde
se realizará la soldadura, presupuesto, material y habilidad
del soldador. La soldadura TIG es un proceso de soldadura
por medio de arco eléctrico, donde se usa una varilla no
consumible de tungsteno como electrodo. El área de soldadura
se protege de la atmósfera utilizando gases de protección. Para
este tipo de soldadura se puede usar material de aporte, pero
para el caso del acero inoxidable la gran mayorı́a pueden
ser soldados sin necesidad de este, tampoco suelen necesitar
tratamientos de calor [4].
Primeramente, al energizar la fuente de poder, la energı́a pasa
a través del soplete y se entrega al electrodo. Luego, el arco
eléctrico se crea entre el electrodo y la pieza a soldar. Este
arco puede alcanzar temperaturas hasta los 20000 °C, esta alta
temperatura permite derretir el acero y por ende soldarlo.
Aceros inoxidables austenı́sticos:
Es el más recomendado para soldar debido a su baja
conducción termal y eléctrica. Debido a esto, no se
necesita de tanto calor para soldar ya que este no se disipa
al resto de la pieza tan rápidamente. El material de aporte
debe de ser muy similar al material base pero debe de
tener un poco de ferrito para evitar el agrietamiento en
calor.
Aceros inoxidables ferrı́ticos:
No se les puede aplicar tratamientos de calor. Si se aplica
un material de aporte este debe de tener la misma o
mayor cantidad de cromo que el material base. Para
minimizar el crecimiento del grano, se debe de disminuir
el calor de la soldadura.
Aceros inoxidables martensı́ticos:
Estos aceros se transforman en austenita al calentarse, por
lo que al enfriarse se forma mantensita, permitiendo ser
endurecido. Sin embargo, si la martensita que se forma es
quebradiza, la soldadura puede agrietarse en el proceso
de enfriamiento. El material de aporte debe de contener
los mismos niveles de cromo y carbono que el material
base.
Aceros inoxidables dúplex:
Se solidifican totalmente como ferrito, pero al enfriarse,
50 % de este se transforma en martensita. Estos aceros
son ferromagnéticos, son más resistentes que el acero
austenı́stico y tienen la misma resistencia a la corrosión
que los aceros ferrı́ticos.
Aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación:
Se subdivide en tres categorı́as:
• Martensı́ticos: Se pueden templar por enfriamiento
desde la temperatura de austenización. La martensita
que se produce no es muy dura y el endurecimiento
se obtiene principalmente del envejecimiento (reacción de precipitación).
• Semi austenı́sticos: No se forma martensita ya que
para que esta se forme, se debe de tener una temperatura menor a la ambiente.
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• Austenı́sticos: Solo se endurecen por la reacción de
envejecimiento. Son de los aceros más difı́ciles de
soldar debido al agrietamiento por calor.
Es importante saber qué tipo de acero utilizar según la aplicación, ya que la soldadura TIG tiene varias áreas de aplicación,
como lo es la industria alimenticia, naval y aeroespacial,
reparación y mantenimiento. Por esto se debe de ser muy
selectivo de qué acero utilizar y que material de aporte tiene
las mismas o similares propiedades fı́sicas.
VI-B.
4
Agrietamiento en calor
Es causada por materiales de bajo punto de fusión, los
cuales tienden a penetrar los lı́mites del grano. Esto causa que,
al enfriarse, se produzcan grietas y tensiones de contracción
[6].
Esto se puede evitar ajustando el material base y el material
de aporte de tal manera que la microestructura contenga un
poco de ferrito en la matriz de austenita.
VII.
V.
V ENTAJAS
Dentro de las ventajas de este proceso, es que produce
cordones resistentes, dúctiles y menos sensibles a la corrosión,
debido a que el gas protector impide el contacto entre la
atmósfera y el charco de fusión. Además, comparándolo con
procesos como GMAW, consume 1/3 de gas [1]. Otra ventaja
es que el proceso en si es limpio, al no producir escoria ni
salpicadura. Gracias a esto la soldadura resultante es de alta
calidad, también gracias al alto control de salida de calor y
la adición de material de aporte. Se pueden lograr soldaduras
de alta calidad debido al alto control de salida de calor y
adición de material de aporte. Finalmente, este proceso tiene
la ventaja de poder usarse en cualquier posición, lo que facilita
la soldadura en lugares de difı́cil acceso [7].
C ONCLUSIONES
El objetivo de este artı́culo era resumir y orientar sobre
que parámetros seguir en la soldadura TIG aplicada a aceros
inoxidables, por lo que se concluye que aunque hay parámetros
generales a aplicar, si se desea una soldadura de la mejor
calidad posible según la aplicación que se necesite, son
muchos los puntos a tomar en cuenta. También se debe de
considerar que este proceso de soldadura suele ser utilizado
para aplicaciones altamente especializadas como lo son las
industrias aeroespaciales, navales o alimenticias, donde el
cumplimiento de estándares altos es esencial.
R EFERENCIAS
[1] N. Ansari, L. Singh, Review paper on TIG (tungsten inert gas welding) or
GTAW(gas tungsten arc welding)”, International Journal of Innovations
in Engineering and Science, vol. 12, no. 12, pp. 9-12, 2019.
[2] P. P. Thakur, A. N. Chapgaon, .A Review on Effects of GTAW Process
Parameters on weld”, International Journal for Research in Applied
Science Engineering Technology, vol. 4, no. 1, Enero, pp. 136-140, 2016
VI.
D ESVENTAJAS
A pesar de que este proceso produce una soldadura de
alta calidad y estéticamente agradables, esto conlleva ciertos
puntos a considerar como desventajas. Primeramente, dentro
de todos los procesos, es el más lento de todos ya que tiene
una tasa de deposición baja. También reduce la portabilidad
debido a la necesidad de gas de protección, por lo que habrı́a
que llevar el cilindro de gas. Además, por esta necesidad no
se recomienda soldar al aire libre ya que interrumpirı́a el flujo
de gas.
Por otro lado, es un proceso más caro ya que la mano de
obra es mucho más especializada al necesitar destreza de
parte del operador [3]. Otra desventaja es la contaminación
del electrodo de tungsteno al hacer contacto con el material
fundido, ya que produce discontinuidades en la soldadura [8].
Finalmente, dos de las grandes desventajas especı́ficas para los
aceros inoxidables son:
VI-A.
Sensibilización
La sensibilización se produce por la formación de carburo
de cromo y la precipitación en los lı́mites del grano ubicado
en el charco de fusión. La formación de este carburo a su vez
provoca que parte del cromo del acero se desplace, lo que
reduce la resistencia a la oxidación de esa área. Esto se puede
solucionar seleccionando como material base, aceros con poco
carbono o usando material de aporte para diluir la cantidad de
carbono [6].
[3] Empresas Lary, ”Proceso TIG”, Abril, 2019. [Online]. Disponible en:
https://www.empresaslary.com/catalogos/PROCESO TIG.pdf [Accesado
4 de abril, 2022]
[4] B. J. Kutelu, S. O. Seidu, G. I. Eghabor, Review of GTAW Welding
Parameters”, Journal of Minerals and Materials Characterization and
Engineering, vol. 6, Agosto, pp. 541-554, 2018.
[5] A. M. Marı́n Herrera, ”Soldadura y Estructuras, Proceso GTAW”, Abril,
2016. [Online]. Disponible en: http://soldadurayestructuras.com/procesogtaw.html
[6] D. Kotecki, F. Armao, ”Stainless Steels, Welding Guide”, Lincoln Goblar
Inc, 2014.
[7] RSF Maquinaria, ”SVentajas y desventajas de la soldadura TIG Máquinas de soldar para taller de chapa y pintura”, Junio, 2013. [Online].
Disponible en: https://rsf-maquinaria.blogspot.com/2013/06/ventajas-ydesventajas-de-la-soldadura.html [Accesado 7 de abril, 2022]
[8] S. Kalpakjian, S. R. Schmid, Manufactura, ingenierı́a y tecnologı́a,
procesos de manufactura. México: Pearson, 2014.