Larga vida útil

El acero inoxidable permite la fabricación de equipos con una vida útil mayor que la de los materiales sustitutos

Facilidad de Conformado

El acero inoxidable ofrece un gran potencial en aplicaciones de conformado gracias a sus propiedades mecánicas. El alto ratio resistencia/peso del material y sus considerables propiedades de alargamiento y endurecimiento por deformación plástica significa que se pueden realizar diseños de gran complejidad.

Facilidad de conservación

Facilidad de conservación

Material rentable

Su relación costo beneficio a largo plazo es favorable y garantiza la rentabilidad de los proyectos

Como un ejemplo de lo anterior, en la gráfica de abajo se observa que el acero inoxidable 316L es la opción de menor costo del ciclo de vida para una tubería de conducción de gas. En la misma gráfica se observa como otros aceros inoxidables, acero al carbono y otras aleaciones de níquel tienen un costo de ciclo de vida mayor en función de la magnitud de los flujos de gas.

Comparación del costo de ciclo de vida de tubería en la conducción de gas.

Material inerte

Al almacenar, transportar o transformar petróleo y sus derivados, éstos no pierden sus propiedades

Alta resistencia a impactos y a cambios bruscos de temperatura y presión

No requiere de inhibidores de corrosión

Elimina la necesidad de inhibidores de corrosión. Al usar tubería de inoxidable para transportar petróleo y gas corrosivo húmedo no se requiere inyectar un inhibidor de corrosión por lo que se minimiza el riesgo de contaminación de los alrededores o de las aguas subterráneas debido a los derrames.

Superficie tersa

El acero inoxidable permite tener un acabado de rugosidad mínima, facilitando la remoción de incrustaciones que pudieran generar corrosión y disminución en la velocidad de los fluidos en tuberías.

Óptimo para las demandas de transferencia de calor.

Los intercambiadores de calor en acero inoxidable proporcionan la solución óptima para las demandas de la trasferencia de calor y la resistencia a largo plazo a la corrosión en el equipo, el cual es virtualmente imposible de proteger por medio de inhibidores de corrosión.

Ahorro económico al usarse como revestimiento

El acero inoxidable cuando se usa para revestimiento de tanques y recipientes a presión, representa un ahorro económico muy considerable. La práctica de revestir los tanques de acero al carbono con acero inoxidable data desde 1920; en un inicio fue utilizado por la industria química; posteriormente y hasta la actualidad es una técnica que se utiliza en la industria del petróleo y del gas, así como en cualquier proceso donde se requiera protección para el acero al carbono.

Fuente: Stainless Steel sheet lining of steel tanks and pressure vessels

Reciclable

El acero inoxidable después de una larga vida útil de servicio es un material que se puede reciclar al 100%.

Aceros inoxidables austeníticos:

Contienen cromo del 16 al 26% y su contenido de carbono se mantiene bajo hasta 0.15% máximo. Se les adiciona níquel (Serie 300 AISI) y manganeso y nitrógeno (Serie 200 AISI). También se les puede adicionar titanio, niobio y molibdeno.

Poseen las siguientes características:

• No son magnéticos pero adquieren cierto magnetismo debido al trabajo en frío.
• No son endurecibles por tratamiento térmico pero si por deformación en frío.
• Excelente soldabilidad.
• Elevada resistencia a la corrosión.
• Baja conductividad térmica.

Los aceros inoxidables austeníticos más utilizados en la industria del petróleo son: el 304, 304 L, 309, 310, 316, 316L, 321 y 347.

Los 304, 304L, 321 y 347 se utilizan para tubos calentadores, tubos intercambiadores de calor, componentes de bombas, recubrimientos y componentes internos de reactores. El 304 y 316 además de las aplicaciones anteriores se utilizan para columnas internas de purificación o regeneración –pero no para los componentes internos de reactores.

Los 304, 316, 321 y 347 se utilizan para tuberías en general; el 304,309 y 310 para anclas refractarias; el 304, 316, 321 y 347 para termocrisoles; el 304,316, 321 y 347 para componentes estructurales; el 304, 309 y 310 para boquillas de purga de flama y el 304, 309 y 310 para tuberías de vapor.

Composición química:

Propiedades mecánicas a temperatura ambiente:

Dúplex

Su contenido de cromo varía del 18 al 26% y el de níquel de 4.5 a 6.5%. Se le añaden elementos como nitrógeno, molibdeno, cobre, silicio y tungsteno.
Poseen las siguientes características:

• Son magnéticos.
• No pueden ser endurecidos por tratamiento térmico.
• Buena soldabilidad.
• Mejora la resistencia a la corrosión de fractura bajo tensión en ambientes con iones cloro.
• Son significativamente resistentes a altas temperaturas.

El acero inoxidable dúplex más utilizado en la industria del petróleo es el 2205.

Composición química:

Introducción

El principio básico en la refinación del crudo radica en los procesos de destilación y de conversión, donde se calienta el petróleo en hornos de proceso y pasa por torres de separación o fraccionamiento y por plantas de conversión. En las distintas unidades se separan los productos de acuerdo a las exigencias del mercado: Gas, gasolina, keroseno, diesel, combustibles y asfalto.

En muchas de estas operaciones de refinación se emplean satisfactoriamente acero al carbono o aceros de bajo contenido de cromo. Sin embargo existen operaciones específicas, en las que se requiere una elevada resistencia a la corrosión que proporcionan varios tipos de aceros inoxidables.

Como regla general, se utilizan los aceros inoxidables para combatir la corrosión a temperaturas elevadas (por ejemplo por encima de los 260°C).

Ventajas de usar acero inoxidable en la refinación:

Inoxidables empleados en la refinación:

Separación catalítica de fluido:
Es el proceso de conversión más importante utilizado en las refinerías de petróleo (Fluid Catalyic Crackig –FCC) para convertir el petróleo en gasolina y materias primas petroquímicas. Originalmente, la separación de hidrocarburos de petróleo se hacía por procedimientos térmicos lo que ha sido reemplazado por procedimientos catalíticos.
Los tipos de acero inoxidable utilizados en este proceso son comúnmente los austeníticos tipos 304, 321 y 347, aunque también hay algunas aplicaciones con martensíticos tipos 405 y 410 y austeníticos 316L y 317L. Los grados austeníticos tienen excelentes características de resistencia a altas temperaturas y son resistentes también a la oxidación y sulfuración.

El mezclador lateral de flujo de la torre de vacío contiene aceites lubricantes de distintas gravedades. Los precipitados de la torre de vacío se cargan a la columna utilizada para producir productos de asfalto. Típicamente, las secciones media y superiores de la torre se revisten con acero inoxidable.

En este diagrama se muestra en color más tenue las partes del proceso que están hechas con acero inoxidable.

En todos los casos, la selección de un grado en particular de acero inoxidable está sujeto a la corrosividad del crudo. Se utilizan aceros inoxidables martensíticos como los tipos 405 y 410. Estos grados son aptos para todas las concentraciones de azufre y temperaturas con que se encuentren. Si existen cantidades significativas de ácido nafténico, se requieren de grados más resistentes como los austeníticos 316L ó 317L para ciertos componentes y recubrimiento de la torre de vacío.

Equipo para la separación catalítica de fluido. el reformado catalítico (Cluster de ciclones) está montado y conectado a una cámara. Plenos y ciclones se hacen generalmente de acero inoxidable tipo 304 para que tengan una buena resistencia a las temperaturas elevadas y resistencia a la oxidación. Fuente: The role of Stainless Steel in petroleum refining.

Típica tapa de una válvula que se utiliza en una planta catalítica de gas. Fuente: The roll of Stainless Steel in petroleum refining.

Cocción retardada:

La cocción retardada es un proceso en el que se mejora el crudo reducido, asfalto, alquitrán, aceite de esquisto y gilsonita en productos más valiosos.

En el siguiente diagrama se muestran en color más tenue las partes de este proceso que son hechas con acero inoxidable y en la explicación de abajo se indican qué tipos de inoxidable son utilizados:

1) Bomba intercambiadora.
2) Calentador.
3) Tubería de transportación (austenítico 304).
4) Bridón (martensítico 410 S) recubrimiento.
5) Efluentes de los tambores (austenítico 304 y 316).
6) Flujo recirculante entre el fraccionador y los tambores de cocción (austenítico 316 con ácido nafténico, martensítico 410 sin ácido nafténico).
7) Intercambiador de calor (martensítico 410, y austenítico 304).
8) Urificador de vapor (asuteníticos 304 y 316).
9) Racionador condensador superior (austeníticos 304 y 316).

Torre de destilación al vacío. Tiene acero inoxidable tipo 316 como revestimiento para protección contra la corrosión por ácido nafténico. Fuente: The role of stainless steel in petroleum refining.

Hidrotratamiento (Hidrodesulfurización e hidronitrogenización)

Los procesos de hidrotratamiento son procesos catalíticos que utilizan hidrógeno para realizar una ligera hidrogenización del azufre y nitrógeno en hidrocarburos. El azufre y el nitrógeno se convierten en sulfuro de hidrógeno y amoniaco para una fácil separación.

En el siguiente diagrama se muestran en color más tenue las partes de este proceso que son hechas con acero inoxidable así como un listado que indica para cada una de éstas el grado de acero inoxidable empleado.

1) Intercambiadores de calor de efluentes de entrada (austenítico 347).
2) Tubos calientes de efluentes de entrada (austeníticos 347, 324 y 304).
3) Tubos calentadores de fuego directo (austeníticos 347, 321 y 304).
4) Tubos de reactor (austeníticos 347, 321 y 304).
5) Reactores de baja presión (austeníticos 347, 321 y 304L).
6) Tubos de reactor (austeníticos 347, 321 y 304).
7) Intercambiador fraccionador de alimentación (austenítico 304, martensítico 410, ferrítico 430).
8) Enfriador (austenítico 330 cuando existe hidrosulfuro de amonio presente).
9) Bandejas fraccionadoras (martensítico 410, austenítico 304).
10 y 11) Enfriadores de gas y de nafta (austeníticos 304 y 316).

Típica bomba de hidrocarburos. Muchas partes húmedas de la misma son de inoxidable para que sean resistentes a la corrosión. Fuente: The role of stainless steel in petroleum refining.

Reformado catalítico:

El reformado catalítico aumenta la calidad antidetonante de la mezcla de combustibles de motor. La principal reacción es una deshidrogenización de los naftenos para formar aromáticos. Como resultado se produce hidrógeno, del cual se recicla algo para mantener la presión del reactor reformador y para reducir la formación de coque.

En siguiente diagrama se muestran en color más tenue las partes de este proceso que son hechas con acero inoxidable así como un listado que indica para cada una de éstas el grado de acero inoxidable empleado.

1) Internos del reactor -recubrimientos, termocrisoles, dispositivos de soporte de la catálisis y pantallas- (austenítico 304).
2) Enfriador reformador final (austenítico 329 por la posible formación de cloruro de amonio).
3) Estabilizador – bandejas, tubos verticales de bajada y vigas- (austenítico 304).

Hidroseparación

Es una desulfurización combinada y una operación de fragmentación que puede convertir un amplio rango de hidrocarburos en productos más valiosos. La conversión ocurre en presencia de hidrógeno a alta presión.

En siguiente diagrama se muestran en color más tenue las partes de este proceso que son hechas con acero así como un listado que indica para cada una de éstas el grado de acero inoxidable empleado.

Este diagrama presenta un proceso en específico. Sin embargo, los procesos pueden ser diferentes de una planta a otra, particularmente en el número de reactores y en la disposición de los intercambiadores de calor.
1) Intercambiadores de calor (austeníticos 347, 321 y 304).
2) Tubería de alimentación (austeníticos 347 y 321).
3) Alimentador de calor (austeníticos 304, 321 y 347), preferentemente aluminizados para evitar escamación.
4) Coraza del reactor, por lo general no es de inoxidable pero se puede usar el 347.
5) Tercer intercambiador alimentador de efluentes (430, 329, 330).
6) Enfriador de aire (austenítico 330) por erosión corrosión en acero al carbono.
7) Fraccionador y estabilizador (partes internas), endurecibles por preciptación 304, 309, 310, 330.

Planta de Hidrógeno:

El hidrógeno para el hidrotratamiento e hidroseparación se produce por la clásica reacción agua-gas de vapor con carbón (gas en la refinería) a temperaturas elevadas en un catalizador. Los reformadores de vapor de metano utilizan un catalizador base níquel en los reactores tubulares a fuego directo. El metano se reforma en hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono.

En siguiente diagrama se muestran en color más tenue las partes de este proceso que son hechas con acero inoxidable así como un listado que indica para cada una de éstas el grado de acero inoxidable empleado.

1) Desulfurizador, rara vez se usa acero inoxidable.
2) Tubos supercalentadores (704-733°C) (austeníticos 304 y 330).
3) Reformador vertical (704°C arriba, 954 abajo), ACI HK40;
4) Pigtails (816°C) (austenítico 330, Incoloy 800).
5) Tuberías del intercambiador y de flujo de gas.
6) y 8) Contenedores.
7) Enfriador intermedio (austenítico 304).
9) Calentador de solvente.
10) Tubería de conducción.
11) Regenerador y el purificador.
12) Recalentador (austenítico 304) (turbulencia).
13) Enfriador de solvente (austenítico 304) (turbulencia).
14) Tubería de conducción de dióxido de carbono húmedo.
15) Condensador enfriador.
16) Tubos conductores de condensado.
17) Receptor (austenítico 304).

Galería Visual

Introducción:

El gas licuado es una mezcla de hidrocarburos compuesta principalmente de propano y butano; su producción se registra desde principios de siglo; sin embargo, en 1946 se inicia su comercialización como estrategia para sustituir en las casas habitación de las zonas urbanas, la utilización de combustibles vegetales. Es una de las principales fuentes de energía en nuestro país, aunque por años, su uso se ha enfocado principalmente al sector residencial; recientemente, el comportamiento de la demanda ha mostrado un crecimiento importante en sectores como la industria y el transporte.

Ventajas de usar acero inoxidable en la industria del gas:

El acero al carbono tiene que ser protegido contra la corrosión por medio de una inyección de un inhibidor de la misma. Las aleaciones de acero inoxidable con níquel utilizadas para el revestimiento de tuberías, facilitan el transporte de gas húmedo corrosivo, sin la necesidad de añadirle este inhibidor de la corrosión.

Fotos: Nickel Institute.

Las aleaciones de acero inoxidable que contienen un 9% de níquel son una opción rentable para los tanques de los buques de almacenamiento de gas natural licuado, asegurando una excelente trayectoria y un servicio seguro ya que este tipo de acero tiene una alta resistencia a temperaturas criogénicas.

Foto: Nickel Institute.

Los intercambiadores de calor se utilizan para mover el calor de un medio a otro. Por lo general en las plantas de gas, el problema es enfriarlo. Las aleaciones de níquel para los intercambiadores de calor son una solución idónea para las demandas de transferencia de calor y de resistencia a la corrosión a largo plazo.

Foto: Nickel Institute.

Inoxidables empleados:

Planta de Gas:

Las plantas de gas estabilizan las naftas mediante la separación de las más ligeras y valiosas mezclas de gasolinas, gases domésticos e industriales LP y productos petroquímicos. Las naftas ligeras y pesadas son desulfurizadas y reformadas.

En las plantas de gas hay componentes y áreas donde la corrosión es muy alta y utilizar acero inoxidable es más rentable.

Los agentes corrosivos en la separación de nafta y gas húmedo son: sulfuro de hidrógeno, amoniaco, cianuro de hidrógeno, agua y cloro.

En el siguiente diagrama se muestran en color más tenue las partes de este proceso que son hechas con acero inoxidable así como un listado que indica para cada una de éstas el grado de acero inoxidable empleado.

Las plantas de gas usualmente tienen una sección llamada fraccionaria. En este diagrama se omite esta parte, ya que no es corrosiva y se utiliza acero al carbono satisfactoriamente.

1) Compresor inter enfriador.
2) Enfriadores posteriores (austeníticos 304, 316 y 329).
3) Sección del purificador (austeníticos 304 y 316) recubrir la coraza o para las líneas y para componentes de los recipientes.
4) Parte superior del des etanizador -condensación de gotas de agua, cloruro de amonio, sulfuro de amonio, cianuro- (austenítico 304) -forros e interiores de la torre.
5) Enfriador de agua (austenítico 304).
6) Recalentador des etanizador.
7) Calentador des pentanizador (austenítico 329).
8) Columnas del despentanizador (austeníticos 304 y 316).
9) Recalentador des pentanizador (austeníticos 329 y 330).
10) Parte superior del des propanizador (martensítico 410).
11) Parte superior del des butanizador (martensítico 410).

Galería Visual

Diseño de uniones o juntas

El diseño de uniones o juntas en particular, requiere de cuidadosa atención para mantener la óptima resistencia a la corrosión. Especialmente para aquellas que se pueden humedecer por el clima, el rocío, la inmersión o la condensación, etc. Se debe estudiar la posibilidad de evitar o reducir los problemas asociados a la corrosión ubicando las juntas lejos de la fuente de humedad. De forma alterna, puede ser posible eliminar la fuente de humedad, por ejemplo, en el caso de la condensación, por la ventilación adecuada o al asegurar que la temperatura ambiente dentro de la estructura permanezca por debajo de la temperatura del punto de rocío.

Donde no es posible impedir que una junta, que contiene acero al carbono y acero inoxidable, se humedezca, debe tenerse precaución para impedir la corrosión bimetálica. Siempre debe evitarse el uso de tornillos de acero al carbono con elementos de acero estructural. En las juntas atornilladas que podrían estar sujetas a un grado inaceptable de corrosión, debe tomarse la precaución de aislar eléctricamente los elementos de acero al carbono y de acero inoxidable. Esto implica el uso de rondanas aisladoras y, posiblemente, forros de metal.

En la siguiente figura se muestran los detalles de una conexión de materiales desiguales para evitar la corrosión bimetálica:

Fuente: Design Manual for Structural Stainless Steel.

Respecto a las juntas de soldadura que contienen aceros inoxidables y al carbono, generalmente se recomienda que cualquier sistema de pintura aplicado al acero al carbono sea extendido sobre el conjunto de partes soldadas y cubrir alguna área de acero inoxidable.

Debe tenerse cuidado al seleccionar los materiales adecuados de acuerdo al medio ambiente, con el fin de evitar la corrosión por grietas en las juntas atornilladas.

El ciclo de calentamiento y enfriamiento involucrados en la soldadura afecta la microestructura de todos los aceros inoxidables, aunque a algunos grados más a que otros, y esto es de particular importancia para los materiales dúplex. Es esencial que se utilicen los consumibles y procesos de soldadura adecuados y que el trabajo sea llevado a cabo por soldadores calificados.

Las uniones pueden ser diseñadas para distribuir las fuerzas internas en forma adecuada, teniendo en cuenta la rigidez relativa de los elementos que componen la junta. Las fuerzas internas deben estar en equilibrio con los momentos y las fuerzas aplicadas. Cada elemento que participa en las trayectorias de carga asumidas debe ser capaz de resistir las fuerzas asumidas en el análisis y en la deformación implícita dentro de la capacidad de deformación del elemento.

Las partes de una unión deberán normalmente estar organizadas con sus ejes centroidales en un punto. En el caso de uniones con ángulos o camisetas conectados por al menos dos pernos o tornillos en cada unión, el ajuste de las líneas para los pernos en los ángulos y camisetas puede ser sustituido por los ejes centroidales con el objetivo de determinar la intersección de las juntas.

Cuando las juntas son sujetos de impacto, vibración o están expuestas a un estrés significativo, la soldadura es el mejor método de unión. Y estas conexiones deben ser revisadas por el efecto de la fatiga.

La facilidad de fabricación y montaje son factores que deben considerarse en el diseño de todas las uniones y empalmes. Se debe poner atención a:

• El uso de detalles estandarizados.
• Las distancias necesarias para el montaje seguro.
• Las distancias necesarias para apretar los afianzadores.
• La necesidad de acceso.
• Los requerimientos de los procesos de soldadura.
• Los efectos de las tolerancias angulares y longitudinales sobre el montaje.

Introducción

El acero inoxidable no es un material difícil de trabajar. Muchos procesos de fabricación y de unión son similares a los utilizados para el acero al carbono, pero las características diferentes del acero inoxidable requieren especial atención en áreas específicas. Es importante que se establezca una comunicación efectiva entre el diseñador y el fabricante desde el inicio del proyecto para garantizar las buenas prácticas de fabricación.

Un objetivo primordial es mantener la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Es esencial que se tomen todas las precauciones necesarias en todas las etapas del proyecto de fabricación: desde el almacenamiento, manejo del material y transformación para minimizar los riesgos que pueden dañar la capa pasiva del acero inoxidable. Se debe poner especial atención y cuidado en las zonas de soldadura. Las precauciones son simples y, en general, son cuestiones de buenas prácticas de fabricación.

Almacenamiento y manipulación

Generalmente, se requiere de mayor atención al almacenar y manipular el acero inoxidable que el acero al carbono, para prevenir el daño del acabado superficial, especialmente de los acabados brillantes recocidos o de los pulidos. También para evitar la contaminación por acero al carbono y hierro. Los procedimientos para el almacenaje deben comprender los siguientes puntos:

• El acero inoxidable debe tener un protector de plástico u otro recubrimiento, el cual se debe dejar el mayor tiempo posible, eliminándolo justo antes de la fabricación final.
• El almacenamiento del acero inoxidable en atmósferas húmedas saladas debe evitarse. Los bastidores de almacenamiento de carbono no deben tener superficies de fricción con el acero y, por consiguiente, debe estar protegido por listones de madera, de goma o de plástico o envolturas. Las hojas y placas preferiblemente deben ser apiladas verticalmente.
• Las cadenas, ganchos y abrazaderas de acero al carbono para manipular el inoxidable deben evitarse.
• El contacto con productos químicos, incluidas las cantidades excesivas de aceites y grasas deben evitarse.
• Una condición ideal es que se trabaje en áreas separadas el acero al carbono del acero inoxidable. Y que se designen herramientas específicas a cada tipo de acero, sin usarlas para ambos.
• Como medida de precaución durante la fabricación y montaje, es conveniente asegurar que las rebabas generadas durante las operaciones de corte se eliminen.

Operaciones de conformación

Los aceros inoxidables austeníticos endurecen de manera significativa durante el trabajo en frío. Esto puede ser una característica útil, porque permite una amplia formación durante la conformación por estirado, sin riesgo de fractura prematura. Sin embargo se le tiene que poner especial atención durante el mecanizado, específicamente a las velocidades y avances que se requieren.

Operaciones de corte

El acero inoxidable puede cortarse utilizando los métodos habituales, por ejemplo, cizallado y aserrado, pero los requisitos de energía serán mayor que las de los espesores similares de acero al carbono, debido al endurecimiento por deformación.

Para el corte de líneas rectas, la guillotina es ampliamente utilizada.

Otras técnicas como las de corte por plasma también se utilizan y son particularmente útiles para el corte de placas gruesas y perfiles y donde los bordes de corte son a mecanizar, por ejemplo para la preparación de la soldadura. El corte oxiacetilénico no es recomendable para cortar acero inoxidable, a menos que se utilice una técnica de fundente en polvo.

Deformación en frío

Comúnmente, al acero inoxidable se le da forma con facilidad usando técnicas de formado en frío como el curvado, girado, presionado y embutición profunda. Para las aplicaciones estructurales, el curvado con plegadora es la técnica más relevante aunque para productos de calibre delgado de gran volumen el laminado (Roll forming) puede ser más económico.

El requerimiento de potencia para curvar el acero inoxidable será mayor que el requerimiento para curvar el acero al carbono debido al endurecimiento por deformación (aproximadamente un 50% en el caso de los aceros inoxidables austeníticos o más en el caso de los grados dúplex). También, el acero inoxidable tiene que ser sobre-curvado a un grado ligeramente mayor que el acero al carbono para contrarrestar los efectos de la recuperación elástica (spring back).

La alta ductilidad del acero inoxidable permite que se formen pequeños radios, quizás tan bajos como la mitad del espesor de los materiales recocidos.

Perforaciones

Las perforaciones pueden ser taladradas o punzonadas. Durante el taladrado se debe utilizar brocas afiladas, con los ángulos correctos de inclinación y las velocidades de corte correctas. Para el punzonado no se recomienda utilizar punzones con puntas redondeadas ya que endurecerían la superficie del acero inoxidable austenítico. Ya sea que se use un taladro de centrado o una perforadora de centrado, deben ser con punta triangular.

Las perforaciones por punzonado en el acero inoxidable austenítico pueden hacerse en láminas de hasta 20 mm de espesor; los dúplex tienen mayor resistencia, lo cual permite mayores espesores en las láminas a punzonar.

Soldadura

La soldadura de los aceros inoxidables austeníticos y dúplex se llevan a cabo con éxito utilizando los procesos normales con los consumibles adecuados. La limpieza general y la ausencia de contaminación son importantes para el logro de una buena calidad en la soldadura. Las marcas de aceites u otros hidrocarburos y crayones de cera deben ser eliminadas para evitar su descomposición y el riesgo de la absorción de carbono. La soldadura debe estar libre de zinc –incluyendo el originado en los productos galvanizados– y de cobre y sus aleaciones.

Es más importante en el acero inoxidable que en el acero al carbono reducir los sitios en los cuales la corrosión por cavidad puede iniciar. Los defectos en la soldadura como la socavación, falta de penetración, salpicadura de soldadura, escoria y los golpes de arco potencializan su inicio, por lo tanto, deben ser minimizados.

Para los procesos de soldadura se requiere:

• Verificar el método de soldadura detallando sus requisitos y las pruebas de los procedimientos de soldadura.
• Personal calificado (soldadores).
• Controlar las operaciones de soldadura durante su preparación, realización y el tratamiento posterior a la misma.
• El nivel de inspección y las técnicas de pruebas no destructivas a ser aplicadas.
• Los criterios de aceptación para el nivel permitido de defectos de la soldadura.

Procesos de soldadura

Los métodos de fusión comunes de soldadura que se utilizan en el acero al carbono, se puede utilizar en el acero inoxidable. La siguiente tabla muestra los procesos ideales para las diferentes gamas de espesor. En la soldadura MIG o TIG, el gas protector no debe contener dióxido de carbono debido a la posibilidad de descomposición que lleva a la absorción de carbono y, en el caso de los grados dúplex, también se debe evitar el nitrógeno.

Consumibles

Los consumibles comerciales han sido formulados para dar depósitos de soldadura de fuerza y resistencia a la corrosión equivalente al metal base y para minimizar el riesgo de agrietamiento de solidificación. Para los usos especializados, como en los ambientes agresivos o donde se requieren propiedades no magnéticas, se debe pedir consejo de los productores del acero y los fabricantes de los consumibles. Todos los consumibles deben conservarse libres de contaminantes y almacenados según las instrucciones del fabricante.

Distorsión en la soldadura

Igual que con otros metales, el acero inoxidable sufre deformación debido a la soldadura. Los tipos de deformación (angular, arqueo, contracción, etc.) son similares en naturaleza a los encontrados en las estructuras de acero al carbono. Sin embargo, la deformación del acero inoxidable, particularmente de los grados austeníticos, es mayor que la del acero al carbono debido a los coeficientes más altos de expansión térmica y las conductividades térmicas menores.

La distorsión de soldadura puede ser controlada, más no eliminada. A continuación describimos algunas recomendaciones:

Para el diseño…

• Reducir la extensión de la soldadura.
• Usar juntas simétricas.
• Diseñar para contener tolerancias dimensionales más amplias.

Para el fabricante:

• Usar plantillas con abrazaderas eficientes. Si es posible, la plantilla debe incorporar barras de cobre o aluminio para ayudar a conducir el calor fuera del área de la soldadura.
• Cuando las plantillas no sean posibles, usar la soldadura por punto cerradamente espaciada puesta en una secuencia equilibrada.
• Asegurar que se obtengan buenas alineaciones y montaje antes de la soldadura.
• Usar el menor aporte de calor acorde con el proceso de soldadura seleccionado.
• Usar las secuencias apropiadas y soldadura equilibrada (por ejemplo, secuencias de bloque y retroceso).

Consideraciones generales de la soldadura en los aceros inoxidables austenítcos

Formación de precipitados en los grados austeníticos:

En los aceros austeníticos, la zona afectada por el calor es relativamente tolerante al crecimiento del grano y a la precipitación de fases intermetálicas y quebradizas. Los procesos de soldadura generalmente están diseñados para controlar el tiempo durante el que se está en el rango de temperatura crítica para los efectos de precipitación (450 -900 ° C). La reparación excesiva por soldadura naturalmente incrementa el tiempo de exposición. Por lo general está restringida a tres reparaciones mayores.

Solidificación de grietas en los grados austeníticos:

El agrietamiento de solidificación de las soldaduras se evita cuando la estructura de soldeo contiene aproximadamente 5% de ferrita. Los fabricantes de acero equilibran la composición y el tratamiento térmico de los grados comunes de acero austenítico para asegurar que éstos virtualmente no contengan ferrita cuando son entregados pero formarán suficiente ferrita en una soldadura autógena –soldadura por fusión también conocida como oxiacetilénica; la combustión se realiza por la mezcla de acetileno y oxígeno.

Aún así, para reducir cualquier probabilidad de agrietamiento, es prudente minimizar los aportes de calor, las temperaturas de interpaso y la fijación cuando se hagan soldaduras autógenas. En los materiales más espesos se añade metal de relleno y el uso de consumibles de buena calidad asegurará que se forme la cantidad apropiada de ferrita. Generalmente no es necesario medir la cantidad precisa de ferrita formada, los procesos de soldadura y los consumibles apropiados harán que no ocurrirá el agrietamiento por solidificación.

Tratamiento posterior de soldadura

Es mejor, tanto técnica como comercialmente, producir estructuras mediante soldadura. El tratamiento post-soldadura es generalmente necesario, especialmente si se emplearon los procesos de soldadura por arco. Es importante definir el tratamiento requerido posterior a la soldadura para evitar un costo excesivo y el posible mal rendimiento del servicio.

Una buena práctica es eliminar todos los rastros del tinte producido por el calor de la soldadura. Sin embargo, cuando el inoxidable brinda un buen margen de resistencia en el medio ambiente en el que estará expuesto, el tinte no implica mayor riesgo, salvo por apariencia. Cuando por motivos de apariencia debe ser eliminado, se puede hacer por decapado o chorreado a través de perlas de vidrio. El decapado puede llevarse a cabo por inmersión en un baño o mediante el uso de pastas de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

Granallar la superficie de una soldadura es un tratamiento benéfico posterior a la soldadura. Esto introduce esfuerzo de compresión en la superficie, lo que mejora la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión o fatiga y la apariencia estética. No obstante, el granallado no puede hacerse para justificar un cambio en la evaluación de fatiga.

Inspección de soldaduras

La siguiente tabla muestra los métodos de inspección utilizados en las soldaduras de acero inoxidable y soldaduras de acero al carbono.

Los métodos se utilizan dependiendo del grado de integridad estructural y del grado de resistencia a la corrosión requerida para el medio ambiente en que se desempeñará el acero. La inspección visual debe llevarse a cabo durante todas las etapas de soldadura, ya que puede prevenir muchos problemas que se vuelven difíciles conforme continúa la fabricación. La revisión de la superficie del acero inoxidable es más importante que la del acero al carbono, ya que el acero inoxidable se utiliza principalmente para combatir la corrosión e incluso una pequeña imperfección en la superficie pude hacer que el material sea propenso al ataque de la corrosión.

Acabado

El acabado de la superficie del acero inoxidable es un criterio de diseño importante y debe estar claramente especificado de acuerdo a los requisitos arquitectónicos o funcionales. Aquí es donde darán resultado las precauciones adoptadas con anterioridad en el manejo de la soldadura.

La superficie del acero inoxidable debe ser restaurada a su condición original de resistente a la corrosión mediante la eliminación de toda la contaminación generada en los procesos de transformación. El decapado en un baño ácido que soltará cualquier contaminante, permitiendo que sea limpiado con un cepillo de cerdas y también disolverá cualquier partícula de acero al carbono y hierro incrustada.

El pulido electrolítico elimina una capa delgada de la superficie. Se puede producir una gama de acabados desde mate hasta lustre brillante, dependiendo en gran parte de la superficie inicial del material.

Es importante destacar nuevamente que la superficie del acero inoxidable debe estar libre de contaminantes en la estructura ensamblada. Debe prestarse especial atención a la posibilidad de contaminación derivadas de los trabajos sobre estructuras de acero al carbono aledañas, especialmente de polvo esmerilado. Una buena práctica es proteger al inoxidable con una película de plástico adherible, y/ o la limpieza final después de terminar la estructura.

Limpieza

El inoxidable necesita limpiarse para mantener su buena apariencia y para preservar su resistencia a la corrosión.

Si se selecciona el acabado terso y se siguen las buenas prácticas de fabricación y mantenimiento, el inoxidable permanecerá en buen estado a lo largo del tiempo.

Si se utiliza un acero de baja aleación, la acumulación de suciedad y contaminación puede conducir a la concentración de substancias que disminuyen la resistencia a la corrosión. En casos severos, éstas pueden llevar a la corrosión, la cual puede evitarse mediante procedimientos adecuados de limpieza.

Para el caso de estructuras, aunque éstas no quedan ocultas, sus dimensiones y ubicaciones en general no facilitan la ejecución de un programa de limpieza. Por lo anterior, el mantenimiento de tiene un enfoque preventivo y es particularmente riguroso para evitar la corrosión.

Los cuidados de mantenimiento preventivo se deben considerar antes de la puesta en marcha del proyecto, es decir, durante el proceso constructivo y particularmente para prevenir la corrosión galvánica, que ocurre cuando dos metales distintos están en contacto en presencia de humedad.

Cuidados de mantenimiento preventivo:

Dentro del grupo de cuidados de mantenimiento preventivo podemos mencionar los siguientes:

• El contacto con sustancias químicas incluyendo tintes, pegamentos, cinta adhesiva, cantidad inadecuada de aceite y grasa, deberán evitarse.
• Un error común es el uso de elementos de unión que no están fabricados con acero inoxidable como por ejemplo, tornillos galvanizados o remaches de aluminio. Los tornillos galvanizados pueden oxidarse rápidamente si se utilizan para unir láminas de inoxidable. Además, el óxido resultante puede contaminar el inoxidable, crear manchas y puede inducir corrosión por picaduras.
• Utilizar elementos de unión, como tornillos y tuercas, de acero inoxidable para conectar elementos de acero inoxidable.
• Evitar el uso de anclajes de acero al carbono galvanizados para mediano o largo plazo en aplicaciones exteriores o donde la humedad esté presente.
• Evitar soldar las fijaciones de inoxidable (si el inoxidable va a ser soldado a acero al carbono, la protección contra la corrosión aplicada al elemento o a la estructura de acero al carbono debe continuar a lo largo de la zona limpia de soldadura y extenderse al menos 20 mm hacia el inoxidable, superponiéndose las capas de una aplicación adecuada de revestimiento).
• En los elementos de unión mantener las roscas limpias y libres de polvo, especialmente de suciedad, grava o arena. Si las roscas se utilizan cuando tienen arena o grava, la probabilidad de gripado en el ensamblaje del elemento de unión. (El gripado es cuando dos superficies metálicas se deslizan una contra la otra, por muy pulidas que estén, siempre existen rugosidades microscópicas que por efectos del rozamiento se desgastan. Si la fricción es muy alta, puede generarse tal cantidad de calor, que las dos partes en movimiento relativo puedan quedar unidas o fundidas).
• Para reducir el gripado: utilizar roscas laminadas, ajustar el par correcto de apriete y lubricar.
• También se recomienda que para los elementos de unión o fijaciones usar aleaciones especiales en determinados casos: algunos fabricantes pueden hacer fijaciones con aleaciones que ofrecen mayor resistencia a las picaduras y a la corrosión por ranuras. Contienen un gran porcentaje de cromo y níquel y al menos 6.0% de molibdeno. Dependiendo de las condiciones exactas, estas aleaciones pueden ser consideradas para uso en aplicaciones críticas de seguridad como por ejemplo, para zonas de techos en albercas. Se debe consultar con el fabricante.
• La contaminación de la superficie del acero inoxidable puede llevar a manchas de óxido localizadas. La contaminación puede ser removida mediante tratamientos químicos como decapado o pasivado que es la eliminación de la cascarilla de óxido mediante la inmersión de una solución ácida. Una pasta de decapado puede ser aplicada con un pincel para remover cascarillas puntuales. La remoción de la cascarilla de óxido es esencial para una buena resistencia a la corrosión.

 Montaje e instalación de elementos de acero inoxidable

Reparación de daños

Si necesitas información sobre cómo reparar daños ya causados al acero inoxidable abre la liga que aparece abajo y encontrarás recomendaciones de mantenimiento correctivo para agentes dañinos como:

• Polvo y suciedad.
• Raspaduras.
• Partículas de hierro sueltas o incrustadas.
• Manchas por calentamiento.
• Salpicaduras de inoxidable.
• Residuos adhesivos.
• Marcas de pintura o grafitis.
• Manchas de agua.
• Herrumbre y otros productos de corrosión.
• Huellas dactilares.

 Guía para el mantenimiento correctivo.