Características Metalúrgicas y Control de Calidad de la Soldadura en la Soldadura Electroslag

1. Principios Metalúrgicos de la Soldadura Electroslag
El comportamiento metalúrgico de la soldadura electroslag (ESW) determina fundamentalmente la calidad de la soldadura, influyendo directamente en la composición química, microestructura y propiedades mecánicas.

1.1 Interacción Escoria-Metal
La piscina de escoria conductor (por ejemplo, flux basado en CaF2-Al2O3) genera temperaturas estables de 1,700-2,000℃, desempeñando dos roles:
Purificación: La escoria absorbe óxidos (por ejemplo, SiO2, MnO) y sulfuros (por ejemplo, FeS), reduciendo las impurezas.
Ajuste de Aleación: Componentes como CaO y TiO2 regulan el contenido de silicio/manganeso, mejorando la tenacidad.
Estudio de Caso: El flux HJ360, con 8-12% de MnO, aumenta la resistencia al impacto Charpy de las soldaduras de acero de bajo carbono a ≥80J a temperatura ambiente.

1.2 Transferencia y Distribución de Elementos
Los electrodos (alambres o placas) suministran elementos de aleación. Debido a la residencia prolongada del charco fundido (hasta minutos), la eficiencia de transición para elementos como Ni/Cr supera el 95%. Consideraciones clave:
Pérdida de Carbono: Compensada añadiendo carbono a los alambres (por ejemplo, H08Mn2SiA con 0.10-0.15% C).
Gestión del Hidrógeno: Los fluoruros (CaF2) en la escoria enlazan el hidrógeno en gas HF, minimizando los riesgos de fisuración.

1.3 Evolución Microestructural
Cristales Columnares: El crecimiento grueso de granos verticales requiere una normalización posterior a la soldadura.
Zona Térmicamente Afectada (ZTA): Una zona de 10-20 mm de ancho dominada por bainita requiere enfriamiento controlado para evitar el embritamiento.

factores Críticos para el Control de Calidad de Soldadura
La garantía de calidad depende de la optimización de parámetros, compatibilidad de materiales y fiabilidad del equipo.

2.1 Optimización de Parámetros
Corriente (400-1,000A): Gobierna la velocidad de deposición; valores excesivos inducen turbulencia y porosidad.
Voltaje (35-55V): Afecta al ancho de la soldadura; un aumento de 5V expande el ancho en 2-3 mm.
Velocidad de Avance (0.5-1.5m/h): Velocidades lentas causan sobrecalentamiento; velocidades altas arriesgan una fusión incompleta.
Ejemplo de Optimización: Para acero de 300 mm de grosor en el Proyecto Tres Gorges, 800A/45V/0.8m/h equilibró la penetración y el ancho.

2.2 Compatibilidad de Flux y Electrodo
Selección de Flux:
HJ170: Alta conductividad pero mala despegabilidad, ideal para la iniciación de escoria.
HJ431: Versátil para aceros de bajo carbono/bajo aleación con excelente eliminación de escoria.
Materiales de Electrodo:
Alambre H10Mn2: 1,5-1,8% de Mn para soldaduras de acero Q345.
Placas de Boquilla Q295: Coincide con la composición del metal base para minimizar el estrés interfacial.

2.3 Equipamiento y Normas Operativas
Mantenimiento del Zapato Refrescado con Agua: Asegurar un flujo de refrigerante ≥10L/min para evitar fugas.
Reciclaje de Flux: Lograr >95% de reutilización para evitar la acumulación de impurezas.

3. Análisis de Defectos y Estrategias de Mitigación

3.1 Porosidad e Inclusión de Escoria
Causas: Cobertura incompleta de escoria o flujo contaminado con humedad (>0,1% H2O).
Soluciones:
Secar previamente el flujo (300℃×2h).
Aumentar la profundidad del charco de escoria a 40-60mm para escape de gas.

3.2 Grietas (Caliente/Frío)
Grietas Calientes: Causadas por eutectoides de bajo punto de fusión (p. ej., FeS); suprimirlas mediante una relación Mn/S >40.
Grietas Frías: Inducidas por hidrógeno; controlar la humedad del flujo (<0,05%) y aplicar enfriamiento lento.

3.3 Falta de Fusión y Subcorte
Falta de Fusión: Corriente insuficiente o separaciones estrechas (<28mm); ajustar parámetros o ensanchar separaciones.
Subcorte: Pobre fluidez; emplear oscilación del alambre (2-3Hz).

4. Prácticas de Control de Calidad Industrial

4.1 Fabricación de Torres de Turbinas Eólicas
Desafío: Placas de 60-150mm que cumplen con los estándares EN 1011-2.
Solución:
ESW de doble alambre (IK-ESW5000) aumenta la eficiencia de deposición en un 50%.
Normalización post-soldadura (920℃×2h) refinamiento de granos de ZAC a ASTM 5-6.

4.2 Vísceras de Reactores Nucleares
Estándar: ASME Sección III exige >99.5% de tasa de aprobación UT.
Medidas:
Flujo ultra puro (S/P <0.015%).
Monitoreo en tiempo real del charco de escoria (±10℃ precisión) para prevenir segregación.

5. Tendencias Emergentes

Monitoreo Inteligente: sensores IoT para análisis químico y térmico en tiempo real.
Flujos Ecológicos: formulaciones con bajo contenido de fluoruros (F <5%) para reducir el impacto ambiental.

Conclusión

Dominar los principios metalúrgicos y las estrategias de control de calidad del ESW permite obtener uniones consistentes y de alto rendimiento en diversas industrias. A través de un ajuste preciso de parámetros, sinergia de materiales y equipos avanzados, este proceso une la precisión de laboratorio con la fiabilidad a escala industrial.