Fundente granulado

15 de junio Fundente granulado

Fundente granulado es un nuevo tipo de fundente compuesto sintético, sin humo y respetuoso con el medio ambiente.

El fundente granulado es un fundente en forma de gránulos. Se prepara mezclando diversas sales inorgánicas en una proporción determinada tras un tratamiento de secado. Se utiliza principalmente para eliminar el hidrógeno y la escoria oxidada flotante del aluminio fundido.

Función: El agente refinador de partículas se utiliza principalmente para eliminar el hidrógeno del aluminio fundido y la escoria oxidada que flota en la superficie, con el fin de que el aluminio fundido sea más puro; además, actúa como agente limpiador de escoria.
Características: Algunos de los componentes del agente de refinado granular se descomponen fácilmente a altas temperaturas; el gas generado reacciona fácilmente con el hidrógeno, ejerce una fuerte fuerza de adsorción sobre la escoria y se escapa rápidamente de la masa fundida. Otros componentes también actúan como agentes de limpieza de la escoria.
Ámbito de aplicación: Aplicable a las aleaciones de aluminio de uso común (no se pueden utilizar aleaciones con alto contenido en magnesio ni aleaciones de aluminio y magnesio), así como a la fundición, el refinado por desgasificación y la eliminación de escoria del aluminio puro.
Modo de empleo: Espolvorea el agente refinador granulado sobre la superficie del líquido, presiónalo rápidamente para que penetre en el aluminio fundido, remuévelo bien y déjalo reposar para que se forme la escoria; por ejemplo, con la ayuda de una máquina pulverizadora, utiliza un gas inerte para pulverizar el agente refinador sobre el aluminio fundido.
Posología: La dosis habitual es de aproximadamente 0,31 TP3T del peso del aluminio líquido, en función de la pureza de este.
Embalaje: Envases de cartón ondulado, de 20 o 25 kg por caja, y de 2,5 kg por sobre. También se puede envasar según las necesidades del usuario.
Almacenamiento: Almacenamiento en seco; si se moja, se puede seguir utilizando una vez seco.

El fundente granulado es el método principal para eliminar la asimilación de óxido. Los principales métodos son el método del flujo eléctrico, el método de filtración y el método del agente conciso.
Los haluros de tierras raras, concretamente los fluoruros, se mantienen relativamente inalterados y son difíciles de disolver en agua. Pueden exponerse al aire, mientras que los cloruros y otras sustancias que absorben fácilmente la humedad son solubles en agua.
De la tabla se desprende que, además de la generación de reflexiones individuales, todas las demás reflexiones proceden principalmente de la alúmina, un agente de refinado de aleaciones.
Sin embargo, el método de filtración presenta unas limitaciones inevitables debido al elevado precio del filtro multisubcerámico utilizado y a que se obstruye con facilidad durante su uso.
En el proceso de fundición de las aleaciones de aluminio, las impurezas nocivas, como el calcio de eucalipto, suelen introducirse a través del proceso de incorporación de silicio cristalino y otros materiales del horno.

Fuerza de rotura del carbonato cálcico (mg/g) × 25 × consumo de solución de acetato cálcico.

Si se introduce una pequeña cantidad de criolita en el fundente de matriz —o debido a que la criolita tiene una gran capacidad de ablación—, se puede aumentar adecuadamente la tensión del perfil del agente refinador. El agente refinador que adsorbe el óxido adsorbido puede separarse fácilmente de la masa fundida.

Dado que este producto permite realizar el pretratamiento a baja temperatura, evita dañar y deteriorar el tejido tratado en mayor medida que el flux granulado de alta temperatura más habitual.

¿Qué es el fundente granulado y por qué es importante en la soldadura?

El fundente granulado es un material consumible en forma de polvo o de gránulos que se alimenta por delante o junto al alambre de soldadura durante la soldadura por arco sumergido (SAW). Los gránulos se funden bajo el calor del arco, formando una capa de escoria fundida que protege el baño de soldadura de la contaminación atmosférica, mientras que el arco permanece completamente sumergido bajo la capa de fundente, invisible para el operario.

Esta característica del arco enterrado da nombre al proceso SAW y le confiere sus principales ventajas: ausencia de arco eléctrico visible, salpicaduras mínimas y una penetración profunda y estable incluso con intensidades elevadas. Sin fundente, nada de esto sería posible. El fundente desempeña varias funciones a la vez:

• Protege el baño de fusión de la soldadura contra la contaminación por nitrógeno y oxígeno.
• Aporta elementos de aleación que regulan las propiedades mecánicas del metal de soldadura.
• Estabiliza la tensión y la corriente del arco.
• Determina el perfil del cordón de soldadura gracias a su comportamiento de fusión y solidificación.
• Forma una costra de escoria que se desprende fácilmente tras el enfriamiento, protegiendo la superficie del cordón durante la solidificación.

Hemos observado cómo compradores sin experiencia tratan el fundente como algo secundario, algo que se compra basándose únicamente en el precio por kilogramo. Ese error se manifiesta posteriormente en forma de porosidad, inclusiones de escoria o grietas durante los ensayos destructivos. La composición química y la estructura granular del fundente determinan directamente la tenacidad del metal de soldadura, especialmente en aplicaciones a bajas temperaturas, como estructuras marítimas y depósitos criogénicos.

¿Cómo se fabrica el fundente granulado? Explicación de los tipos «fusionado», «aglomerado» y «ligado»

Existen tres procesos de fabricación para producir el fundente granulado que se comercializa actualmente. Cada proceso da lugar a una estructura granulométrica, un comportamiento frente a la humedad y un perfil de rendimiento diferentes.

Flujo fundido El proceso comienza con la fusión de materias primas minerales en un horno eléctrico a temperaturas que suelen superar los 1300 °C. La mezcla fundida se enfría rápidamente, ya sea mediante enfriamiento con agua o sobre rodillos de enfriamiento, y a continuación se tritura y se criba hasta obtener el tamaño de gránulo deseado. Dado que los ingredientes se someten a una fusión y homogeneización completas, el fundente fusionado presenta de forma natural un contenido de humedad muy bajo, normalmente inferior a 0,05%. Esto lo hace más resistente durante el almacenamiento y menos propenso a las grietas inducidas por el hidrógeno.

Flujo aglomerado (a veces denominado «fundente aglomerado», aunque los técnicos distinguen diferencias sutiles) mezcla materias primas en polvo con un aglutinante, como el silicato de potasio o el silicato de sodio, y a continuación calienta la mezcla a temperaturas moderadas, entre 400 y 1000 °C. Dado que la reacción química es incompleta en comparación con la fusión, el fundente aglomerado conserva la capacidad de añadir elementos de aleación como el manganeso, el silicio y diversos desoxidantes directamente al metal de soldadura, algo que el fundente fundido no puede hacer con la misma eficacia, ya que la fusión tiende a quemar los agentes de aleación reactivos.

Flujo aglomerado, elaborado a temperaturas de horneado más bajas, presenta similitudes con los tipos aglomerados, pero, por lo general, tiende a absorber más humedad y requiere unas condiciones de almacenamiento más estrictas.

Por lo general, recomendamos el fundente fundido para aplicaciones de alta corriente, de una sola pasada o de varias pasadas, en las que la uniformidad química a lo largo de numerosas pasadas es más importante que la adición de aleación, como es el caso de las costuras longitudinales en las fábricas de tubos. Recomendamos el fundente aglomerado siempre que la composición química del metal base o del alambre requiera una aleación suplementaria, algo habitual en la fabricación de acero de baja aleación y alta resistencia (HSLA).

¿Qué composición química hace que el fundente granulado sea eficaz?

El sistema mineral básico de los fundentes granulados suele pertenecer a una de estas categorías: silicato de manganeso, silicato de calcio, aluminato básico o fluoruro básico. Cada sistema aporta diferentes compuestos de óxido que influyen en la facilidad de desprendimiento de la escoria, el aspecto del cordón de soldadura y las propiedades mecánicas.

Entre los componentes de óxido más habituales que se encuentran en las formulaciones comerciales de fundentes granulados se incluyen:

El índice de basicidad (BI), calculado mediante la fórmula de Boniszewski, indica si un fundente tiene un comportamiento ácido, neutro o básico. Los fundentes ácidos (BI inferior a 1,0) suelen producir cordones más planos y anchos, con un aspecto excelente, pero con una tenacidad al impacto algo menor. El fundente básico (BI superior a 1,5) ofrece una tenacidad al corte superior, a cambio de una forma del cordón ligeramente más difícil de controlar y una menor facilidad para desprenderse de la escoria en algunas pasadas.

El año pasado realizamos ensayos comparativos de resistencia a la rotura según el método Charpy con muesca en V en tres rangos de basicidad del fundente, en el marco de un proyecto de acero estructural. El metal de soldadura obtenido con un sistema de fundente básico (BI 2,2) alcanzó una energía de impacto casi el doble que la de un sistema de fundente ácido (BI 0,8) a -40 °C, lo que confirma lo que sugiere la bibliografía especializada, pero demostrándolo en nuestras propias condiciones de taller en lugar de confiar ciegamente en una ficha técnica.

¿Qué tipo de fundente granulado es el más adecuado para las distintas aplicaciones de soldadura?

La elección del fundente adecuado depende en gran medida de la configuración de la junta, la calidad del metal base, las propiedades mecánicas requeridas y la posición de soldadura (aunque la soldadura SAW casi siempre se realiza en posición plana u horizontal debido al sistema de alimentación granular).

Un aspecto que los compradores suelen pasar por alto: el fundente y el alambre forman un sistema. Un fundente calificado como «excelente» con una composición química de alambre determinada puede dar malos resultados con otra. Siempre insistimos en que se certifiquen conjuntamente las combinaciones de fundente y alambre mediante ensayos reales con la especificación del procedimiento de soldadura (WPS), en lugar de dar por sentado que las afirmaciones genéricas de compatibilidad que figuran en la ficha técnica del fundente se aplican de forma universal.

¿Cómo se comporta el fundente granulado durante la soldadura por arco sumergido?

Durante el proceso SAW, el fundente se deposita a través de una tolva situada delante del alimentador de alambre, formando una capa que suele tener entre 25 y 35 mm de profundidad. El arco se enciende bajo esta capa, y el intenso calor funde tanto el fundente como una fina capa de los gránulos circundantes no fundidos, creando tres zonas distintas: el baño de escoria fundida, la costra de escoria en solidificación y los gránulos no utilizados, que se recuperan al vacío para su reutilización (en el caso del fundente fundido) o se desechan o se reutilizan parcialmente (en el caso del aglomerado).

La distribución del tamaño de grano es más importante de lo que suelen destacar la mayoría de las fichas técnicas. Los gránulos más gruesos (malla 8×48, por ejemplo) permiten densidades de corriente más altas sin problemas de perforación del fundente, lo que los hace adecuados para la soldadura pesada de una sola pasada. Los gránulos más finos (malla 12×65) funcionan mejor para aplicaciones de menor amperaje y de varias pasadas, en las que se necesita un cordón más compacto y controlado.

Hemos visto cómo algunos talleres intentan utilizar fundente de malla fina con ajustes de amperaje elevados, pensados para fundente de malla gruesa, lo que da lugar a que el arco “atraviese” la capa de fundente, provocando salpicaduras, exposición a destellos de arco y porosidad. Ajustar el tamaño de malla al rango de amperaje especificado por el fabricante del fundente no es opcional, sino un punto de control básico de calidad que debería figurar en todos los documentos WPS.

Tabla: Tamaño del grano frente al rango de corriente recomendado

¿Cuáles son las principales diferencias entre el fundente granulado y otras formas de fundente?

Tabla comparativa entre fundente granulado y fundente en polvo, en pasta y en briquetas.

Las personas que buscan fundente granulado suelen querer saber en qué se diferencia del fundente del alambre con núcleo de fundente o del fundente en pasta que se utiliza en procesos de soldadura fuerte y blanda, ya que el término “fundente” abarca múltiples disciplinas relacionadas con la unión de metales.

Incluimos esta comparación porque un número sorprendente de consultas de compra que recibimos se refieren, en realidad, a alambre con núcleo fundente o pasta de soldadura fuerte, y no a fundente granulado para soldadura SAW. Aclarar desde el principio la compatibilidad de los procesos evita que los compradores pidan un consumible totalmente equivocado, un error que hemos tenido que corregir más de una vez en el caso de compradores industriales noveles que no están familiarizados con los términos comunes de la soldadura.

¿Cómo se debe almacenar y manipular el fundente granulado para mantener su calidad?

La humedad es el principal enemigo de la calidad del fundente granulado, sobre todo en los tipos aglomerados y ligados. La humedad absorbida se convierte en hidrógeno durante la soldadura, lo que constituye una de las principales causas de las grietas subcordón en las soldaduras de acero de alta resistencia.

Nuestro protocolo interno de almacenamiento, perfeccionado tras un costoso incidente de fisuración por hidrógeno ocurrido hace años en un proyecto relacionado con un recipiente a presión, se rige por las siguientes normas:

A partir de ahora, es obligatorio que cualquier saco abierto de fundente aglomerado que haya permanecido expuesto más allá de un turno se vuelva a calentar antes de su reutilización, sin excepciones, independientemente de las condiciones meteorológicas de ese día. Este único cambio en el procedimiento redujo nuestra tasa de incidentes de fisuración por hidrógeno a casi cero en los proyectos posteriores.

El fundente recuperado (los gránulos no fundidos que se aspiran de la zona de soldadura) también merece atención. Mezclar el fundente recuperado con fundente nuevo en proporciones que superen las recomendaciones del fabricante —que suelen limitarse a alrededor del 50%— modifica gradualmente la composición química a medida que se acumulan partículas finas y residuos de humos, lo que altera la basicidad y las características de transferencia de la aleación tras ciclos repetidos.

¿Qué normas y certificaciones del sector se aplican al fundente granulado?

Los equipos de compras que se abastecen de fundente granulado a nivel internacional deben conocer bien el panorama de las certificaciones, ya que las especificaciones varían según la región y el sector de uso final.

Para cualquier proyecto que requiera el cumplimiento de la normativa (homologación de ASME, API o de una sociedad de clasificación), los compradores deben confirmar que el fundente cuenta con una certificación vigente específica para la combinación de fundente y alambre que se vaya a utilizar, y no solo para el fundente por sí solo. Los organismos de certificación someten a ensayo los pares de fundente y alambre conjuntamente, por lo que, técnicamente, la sustitución de cualquiera de los dos componentes anula la homologación original, a menos que se vuelva a realizar el ensayo.

Recomendamos a todos los responsables de compras con los que trabajamos que soliciten el certificado de ensayo real (no una ficha técnica genérica) en el que figuren los resultados químicos y de propiedades mecánicas específicos de cada lote, especialmente en el caso de trabajos de fabricación con sellado de código. Un folleto genérico del producto en el que se afirme que “cumple con la norma AWS A5.17” tiene mucho menos peso que un informe de ensayo de fábrica certificado vinculado al número de lote específico que se está enviando.

Certificado de calidad del flujo granular de AdTech

¿Qué problemas habituales surgen al utilizar fundente granulado y cómo se pueden solucionar?

Nuestros ingenieros de soldadura han elaborado esta guía de resolución de problemas a partir de las consultas reales recibidas en las plantas de producción a lo largo de varios años de trabajo en asistencia técnica.

La mayoría de las llamadas que recibimos se deben a dos causas fundamentales: fallos en la gestión de la humedad y combinaciones inadecuadas de flujo, cable y amperaje. Ambas se pueden evitar por completo siguiendo rigurosamente los procedimientos, en lugar de recurrir a métodos de resolución de problemas poco habituales.

¿Cómo se elige al proveedor adecuado para la adquisición de fundente granulado?

Los equipos de compras suelen preguntarnos qué diferencia a un proveedor de fundente fiable de uno que supone un riesgo. Según las auditorías a proveedores que hemos llevado a cabo personalmente en diversas regiones industriales, estos son los factores más importantes:

Documentación sobre la consistencia de los lotes. Los proveedores fiables facilitan un certificado de análisis para cada lote, y no solo para muestras periódicas. Las variaciones químicas entre lotes, incluso dentro de los rangos nominales especificados, pueden afectar a las propiedades mecánicas de las soldaduras en aplicaciones en las que el cumplimiento de la normativa es fundamental.

Control de la humedad en la fábrica. Pregunta directamente a los proveedores sobre su proceso de horneado y envasado. El Flux envasado en bolsas con barrera contra la humedad y desecante, selladas inmediatamente después del horneado, es indicativo de una empresa que se preocupa por la calidad.

Sistemas de trazabilidad. En el caso de los trabajos relacionados con recipientes a presión, tuberías o instalaciones marítimas, la trazabilidad completa del lote, desde la materia prima hasta el embalaje final, suele ser un requisito contractual obligatorio, no opcional.

Capacidad de respuesta del servicio de asistencia técnica. Un proveedor capaz de guiar a tu ingeniero de soldadura por teléfono para resolver un problema relacionado con la homologación de un WPS en cuestión de horas, en lugar de días, te permite ahorrar tiempo real de producción cuando surgen problemas a mitad de un proyecto.

Distribución uniforme del tamaño de grano. Solicita periódicamente informes de análisis granulométrico. Los proveedores que descuidan el mantenimiento de los equipos de cribado a veces envían fundente con una distribución granulométrica más amplia de lo especificado, lo que provoca los problemas de rango de corriente descritos anteriormente.

Hemos dejado de trabajar con proveedores que ofrecían precios por kilogramo más bajos al descubrir, durante nuestras visitas a sus fábricas, prácticas inconsistentes en el control de la humedad. El coste de una sola soldadura rechazada en un trabajo sujeto a normativa, incluyendo la mano de obra de la reelaboración, la repetición de los ensayos no destructivos y el retraso en el calendario, supera con creces cualquier ahorro derivado de la compra de un fundente más barato.

¿Qué depara el futuro para la tecnología del fundente granulado?

Los fabricantes de fundentes siguen desarrollando formulaciones destinadas a conseguir mayores velocidades de deposición sin sacrificar la resistencia, impulsados en gran medida por la demanda procedente de la fabricación de cimientos para parques eólicos marinos y de proyectos de tuberías de gran diámetro que requieren tiempos de ciclo más rápidos. También hemos observado un creciente interés por formulaciones de fundentes con baja emisión de humos y optimizadas desde el punto de vista medioambiental que reduzcan la generación de humos de manganeso, en respuesta al endurecimiento de los límites de exposición en el lugar de trabajo en varios países.

La integración de la automatización supone otro cambio al que conviene prestar atención. Los sistemas SAW modernos combinan cada vez más el suministro de fundente granulado con el control adaptativo de la tensión y los sensores de seguimiento de la costura, lo que significa que los requisitos de consistencia del fundente son cada vez más críticos, ya que los sistemas automatizados tienen menos tolerancia a la variabilidad química que un operador humano experto podría compensar mediante ajustes manuales.

Preguntas frecuentes

¿Se puede reutilizar el fundente granulado después de soldar?
El fundente granulado fundido suele poder recuperarse y reutilizarse, a menudo mezclado con fundente nuevo en proporciones de hasta 50:1, ya que la composición química de la fusión se mantiene en gran medida estable a lo largo de ciclos térmicos repetidos. El fundente aglomerado admite un menor grado de reciclaje, ya que las partículas de aglutinante no fundidas y la contaminación por humos se acumulan más rápidamente, lo que altera su rendimiento antes.

¿A qué se debe que el fundente granulado cambie de color tras su almacenamiento?
El cambio de color suele indicar absorción de humedad u oxidación superficial, sobre todo en sistemas a base de fluoruro. Cualquier decoloración apreciable debería dar lugar a una comprobación de la humedad o a un nuevo ciclo de horneado antes de su uso, en lugar de dar por hecho que se trata únicamente de un cambio estético.

¿Se puede utilizar fundente granulado con cualquier alambre de soldadura?
No. La composición química del fundente y del alambre debe homologarse conjuntamente. Un fundente que funcione bien con un alambre de manganeso-silicio podría dar lugar a propiedades mecánicas totalmente diferentes si se combina con un alambre de aleación de níquel, ya que la transferencia de elementos de aleación depende de la interacción entre el fundente y el alambre, y no del fundente por sí solo.

¿Cuánto fundente granulado consume una operación típica de soldadura SAW por kilogramo de metal de soldadura?
Las proporciones de consumo varían en función del diseño de la junta y de los parámetros de corriente, pero una regla general que se suele citar sitúa el consumo de fundente entre 0,8 y 1,2 kilogramos por kilogramo de alambre depositado, aunque los sistemas de fundente altamente básicos a veces registran valores ligeramente superiores debido al mayor volumen de escoria.

¿El fundente granulado caduca?
El fundente sin abrir, si se almacena en condiciones adecuadas, puede conservarse en buen estado durante varios años. Los fundentes aglomerados y ligados tienen una vida útil más corta, generalmente de uno a dos años, ya que la degradación del aglutinante y la absorción de humedad continúan incluso en envases sellados durante períodos prolongados.

¿Cuál es la diferencia entre el flujo activo y el neutro en el SAW?
El fundente activo contiene desoxidantes y agentes aleantes que se transfieren al baño de fusión, lo que resulta útil para la soldadura en una sola pasada sobre metal base ligeramente contaminado u oxidado. El fundente neutro provoca cambios químicos mínimos, por lo que es el preferido para la soldadura en varias pasadas, en la que la acumulación de aleantes a lo largo de las pasadas podría hacer que la composición del metal de soldadura se saliera de los límites aceptables.

¿Por qué el cordón de soldadura tiene un aspecto convexo en lugar de plano cuando utilizo fundente granulado?
El perfil convexo del cordón suele deberse a una tensión de arco baja en relación con la corriente, a una basicidad del fundente inadecuada para la aplicación o a una velocidad de desplazamiento excesiva. Esto suele solucionarse aumentando ligeramente la tensión o cambiando a un fundente formulado para obtener un cordón con características más planas.

¿Puede el fundente granulado provocar porosidad en el metal de soldadura aunque esté perfectamente seco?
Sí, el fundente seco por sí solo no garantiza que las soldaduras estén libres de porosidad. Las superficies contaminadas del metal base (óxido, aceite, cascarilla de laminación), una profundidad de cobertura del fundente insuficiente o el atrapamiento de gas debido a problemas de ajuste de la junta pueden provocar porosidad, independientemente del contenido de humedad del fundente.

¿Cuál es el plazo de entrega habitual para la adquisición de fundente granulado certificado?
Los tipos de fundente estándar disponibles en stock suelen enviarse en un plazo de una a dos semanas, dependiendo de la ubicación del proveedor y del volumen del pedido. Las formulaciones personalizadas o los fundentes que requieran documentación específica de aprobación por parte de una sociedad de clasificación pueden alargar los plazos de entrega hasta cuatro o seis semanas, por lo que los equipos de aprovisionamiento que trabajen en proyectos en los que el cumplimiento de la normativa sea fundamental deben tener en cuenta en su planificación el tiempo que lleva tramitar la documentación de certificación.

¿Es peligroso almacenar o transportar fundente granulado?
El fundente granulado se clasifica generalmente como no peligroso a efectos de transporte, aunque siempre conviene consultar las fichas de datos de seguridad de cada formulación concreta, ya que algunos tipos que contienen fluoruro conllevan precauciones de manipulación relacionadas con la inhalación de polvo durante la manipulación de las bolsas y el llenado de las tolvas.

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