Soldabilidad de los aceros S355, S275 y S235 – Directrices de ingeniería para perfiles WOST

Soldabilidad de los aceros S355, S275 y S235 – Directrices de ingeniería para perfiles WOST

El acero estructural de alta resistencia requiere un proceso de soldadura cuidadosamente planificado. En primer lugar, la soldabilidad del acero S355 y de los grados S235JR y S275JR depende del valor de carbono equivalente CEV. Por ello, en el caso de los perfiles laminados en caliente con un espesor de pared de hasta 20 mm, estos grados se sueldan sin precalentamiento. Además, la selección correcta del aporte térmico del arco protege la zona afectada por el calor (ZAC) frente a la formación de estructuras martensíticas frágiles.

1. Soldabilidad del acero S355 frente al carbono equivalente (CEV)

La evaluación de la soldabilidad de los perfiles de acero se basa en el análisis de su composición química. Por lo tanto, el parámetro clave es el carbono equivalente CEV (Carbon Equivalent Value), calculado mediante la fórmula del Instituto Internacional de la Soldadura (IIW):

CEV = C + (Mn / 6) + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15

Por esta razón, la norma EN 10025-2, disponible en los registros del Comité Polaco de Normalización (PKN), define con precisión los valores límite de CEV. Para los perfiles laminados en caliente de la gama de productos de WOST S.A., como los ángulos de alas iguales o las canales UPN, los umbrales permisibles son:

• S235JR: CEV ≤ 0,35% (para espesor de pared t ≤ 20 mm)
• S275JR: CEV ≤ 0,40% (para espesor de pared t ≤ 20 mm)
• S355J2: CEV ≤ 0,45% (para espesor de pared t ≤ 20 mm)

Como resultado, mantener el CEV por debajo del 0,45% previene la formación de martensita dura. Además, el uso de material de aporte limpio y seco protege eficazmente el cordón de soldadura contra la difusión de hidrógeno y el agrietamiento en frío.

2. Control del aporte térmico y soldabilidad del acero S355

Durante el soldeo por arco de perfiles, el calor aportado genera cambios en la estructura del acero. Por esta razón, la Zona Afectada por el Calor (ZAC) se divide en tres áreas principales:

1. Zona de grano grueso: Se calienta por encima de los 1100 °C, lo que provoca el crecimiento del grano austenítico. En consecuencia, un enfriamiento rápido en esta zona favorece el temple.
2. Zona de grano fino: Se calienta en el intervalo de 900–1000 °C. Gracias a ello, se caracteriza por una resiliencia muy elevada.
3. Zona de recristalización parcial.

Por ello, para mantener unas propiedades mecánicas elevadas en la unión, la soldabilidad del acero S355 requiere un control constante del tiempo de enfriamiento t_8/5. Este valor se regula mediante el aporte térmico del arco E:

E = (k × U × I) / (v × 1000) [kJ/mm]

En la fórmula anterior, U representa la tensión en voltios [V], I la intensidad de corriente en amperios [A], v la velocidad de soldeo en [mm/s] y k el rendimiento térmico del proceso (para MAG 135 es k = 0,8). En consecuencia, el aporte térmico recomendado para los perfiles S355J2 oscila entre 1,0 y 2,5 kJ/mm.

3. Selección de materiales de aporte y gases: soldabilidad del acero S355 en los procesos MAG y MMA

El ingeniero encargado de elaborar la Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS) debe seleccionar adecuadamente los materiales de aporte. Ante todo, el consumible debe igualar las propiedades del material base. Esto se aplica a productos como los perfiles T laminados en caliente y los perfiles especiales.

Materiales de aporte y gases de protección:

• Para los aceros S235 y S275: Se utiliza hilo macizo G3Si1 (según EN ISO 14341-A).
• Para el acero S355J2: Se recomienda hilo macizo G4Si1 o G3Si1 con mayor pureza metalúrgica.
• Además, en el proceso MAG ofrecen el mejor rendimiento las mezclas gaseosas de clase M21 (Ar + 15–25 % de CO₂). Como resultado, el arco se mantiene estable y la proyección de salpicaduras es mínima.

4. Preparación de bordes y soldabilidad de los perfiles S355

El método de biselado de los bordes a unir depende principalmente del espesor de pared del perfil t:

• Para t ≤ 4 mm: Las soldaduras se realizan sin biselar (bordes rectos), con una separación en la raíz de 1,0–1,5 mm.
• Por su parte, para t > 4 mm: Los bordes se biselan en V con un ángulo de α = 60° y un talón de raíz de b = 1–2 mm.

Por encima de todo, antes del montaje es aconsejable calcular el peso exacto de los elementos utilizando la calculadora de peso del acero de WOST. Al mismo tiempo, la relación de dimensiones y tolerancias se encuentra en el catálogo de productos oficial.

Precalentamiento:

Asimismo, los perfiles con un espesor de hasta 20 mm no requieren precalentamiento, siempre que la temperatura ambiente supere los +5 °C. Sin embargo, a temperaturas inferiores, la zona de unión debe precalentarse a 100–150 °C.

5. Resumen: la soldabilidad del acero S355 en la práctica de WOST

En resumen, la soldabilidad del acero S355 y de los grados S235JR y S275JR en los productos de WOST S.A. se sitúa en un nivel excelente. Gracias a ello, el cumplimiento de las directrices de ingeniería garantiza la obtención de soldaduras que cumplen los requisitos para las clases de ejecución EXC1–EXC3 según las normas EN 10025-2, EN 1090-2 y EN ISO 15614-1.