Este documento describe los conceptos fundamentales de la metalurgia de la soldadura. Explica que la metalurgia de la soldadura estudia los procesos de calentamiento, fusión, solidificación y enfriamiento que ocurren durante la soldadura y cómo esto afecta la estructura y propiedades mecánicas del material. También describe cómo factores como la composición química, estructura cristalina, tamaño de grano y velocidad de enfriamiento influyen en las propiedades del material soldado.

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE
VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR
PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA,
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
METALURGIA DE LA
SOLDADURA
Profesora:
Ing. Amalia Palma
Bachiller:
Barreto Cristopher C.I: 26.190.201
Maturín, Septiembre 2017

2. La metalurgia es el estudio de los metales, tanto en estado puro
como aleado. La metalurgia de la soldadura es por lo tanto la aplicación de
todo lo que tiene que ver con ésta área relacionado con la aplicación de la
soldadura. La metalurgia de la soldadura comprende las especificaciones de
un metal base, de la aleación de un metal de soldadura y su tratamiento.
Además hace énfasis en las necesidades en cuanto a métodos de
fabricación y control de las variaciones que en un momento dado pueden
ocurrir.
La metalurgia de la soldadura se enfoca en el análisis de los
procesos de calentamiento, fusión, solidificación y enfriamiento que giran en
torno a la soldadura, este proceso es uno de los métodos más usados
actualmente para la unión de materiales metálicos, a la vez es el más
complejo desde el punto de vista metalúrgico. Prácticamente todos los tipos
de fenómenos metalúrgicos ocurren durante la realización de una soldadura:
 Fusión.
 Solidificación.
 Reacciones gas-metal.
 Fenómenos de superficie.
 Reacciones en estado sólido.
Estas reacciones son sumamente rápidas, si las comparamos con lo
que sucede en las los diferentes procesos metalúrgicos. La estructura de un
cordón de soldadura, es el resultado de diferentes pasos, los cuales
comienzan con las reacciones en estado líquido y terminan con las
reacciones en el estado sólido. En el momento en el que comienza la
solidificación, se empiezan a formar las diferentes estructuras
cristalográficas, después de esto se dan las transformaciones
termomecánicas las cuales solo se pueden realizar en un estado sólido,
acabados estos procesos se llega al resultado final.

3. Propiedades mecánicas de los materiales:
¨ Resistencia.
¨ Dureza.
¨ Ductilidad.
¨ Impacto.
¨ Resistencia A La Fatiga.
¨ Resistencia A La Abrasión.
Estas propiedades pueden verse afectadas por los tratamientos
metalúrgicos a los que se somete el metal durante la soldadura, o los
requerimientos de fabricación; estas propiedades son afectadas por varios
factores metalúrgicos, los cuales incluyen:
Adición De Elementos Aleantes.
Tratamientos Térmicos.
Tratamientos Mecánicos.
Pre-calentamiento.
Post-Calentamiento.
Control De Temperatura Entre Pases.
Control De Calor De Aporte.
Equilibrio Térmico.
Relevo De Esfuerzos.
Debido a que la metalurgia de la soldadura incluye muchas facetas,
no se debe pensar en incluir todos sus aspectos, sólo se hará un pequeño

4. resumen de dichos cambios y se dividirán a su vez en dos importantes
categorías.
Categoría uno:
Son cambios que ocurren en un metal cuando éste se calienta desde
la temperatura ambiente hasta altas temperaturas.
Categoría dos:
Estos cambios involucran el efecto de las propiedades de los
metales, cuando variamos la velocidad en la cual estos cambios de
temperatura ocurren. Un ejemplo de ello ocurre cuando enfriamos un material
caliente a altas velocidades. Este factor recibe el nombre de velocidad de
enfriamiento. La metalurgia de la soldadura hace especial énfasis en los
cambios que ocurren en los metales cuando sufren un calentamiento
localizado en el metal por el arco de soldadura. Este calentamiento y
enfriamiento no uniforme hace necesario tener consideraciones adicionales,
tales como alivios térmicos
Las características físicas, químicas y mecánicas de los materiales,
tienen una influencia muy significativa en cualquier operación de soldadura.
Las propiedades de los materiales pueden clasificarse de la siguiente
manera:
Características Químicas
Son las que influyen en los fenómenos de corrosión, oxidación y
reducción.
LA CORROSIÓN es una destrucción progresiva del metal por
efectos de los elementos atmosféricos.
LA OXIDACIÓN consiste en la formación de óxidos metálicos
por la combinación de los metales con el oxígeno.

5. LA REDUCCIÓN consiste en la eliminación de oxigeno de las
inmediaciones del baño de fusión para evitar los efectos de la
contaminación atmosférica.
En cualquier proceso de soldadura hay que recordar que el oxígeno
es un elemento altamente reactivo. Cuando se pone en contacto con un
metal, especialmente a elevadas temperaturas, se forman óxidos y gases
indeseables, que dificultan la operación de soldadura. Así el éxito de la
soldadura depende en gran medida de lo bien que se evite la contaminación
del baño de fusión por el oxígeno.
Características Físicas
Son las que definen el comportamiento del metal cuando este se
somete al calor necesario para soldar. Podemos citar como más importantes
la temperatura de fusión, la conductividad térmica y la estructura granular.
Los metales sólidos pasan al estado líquido (fusión) a diferentes
temperaturas. Cuando se enfrían desde el estado líquido, los átomos se
ordenan formando distintos modelos de cristales (redes cristalinas). La
resistencia de las soldaduras depende, con mucha frecuencia, de cómo se
controlen estas redes cristalinas y de cuanto calor es necesario para la
correcta fusión del metal.
También es importante tener en cuenta que algunos metales
presentan una elevada conductividad térmica, mientras que otros la tienen
muy baja. También es necesario entender cómo afecta el calor a la
estructura y al grano de los metales, pues tanto el tamaño del grano como la
estructura cristalina, tienen una influencia directa sobre la resistencia de la
junta soldada.

6. Características mecánicas de los metales abrasión
Es el desgaste producido por el rozamiento de un cuerpo
(relativamente blando) sobre una superficie. Como ejemplo podemos
mencionar el rozamiento de la tierra sobre la cuchilla de un arado.
EROSIÓN
Es el desgaste producido por el choque de partículas relativamente
pequeñas que viajan en un fluido sobre una superficie.
Ejemplo; El desgaste producido sobre las hélices o paletas de una
turbina por la arena que lleva el agua.
FRICCIÓN METAL-METAL
Aquí nos referimos al desgaste producido por el rozamiento de un
metal al deslizarse sobre otro metal.
RESISTENCIA AL IMPACTO
Es la resistencia de un cuerpo para soportar el choque de otro.
Ejemplo: el impacto que soporta un martillo al choque contra otro
metal.
CORROSIÓN
Es el desgaste causado por agentes químicos que son capaces de
disolver un material. Ejemplo: la acción de un ácido sobre el hierro
Estructura De Los Metales
Cuando examinamos al microscopio una pieza perfectamente pulida,
observamos unos pequeños granos. Cada uno de estos granos está
constituido por otras partículas más pequeñas llamadas átomos. (Toda la
materia se compone de átomos). Los granos, o cristales como se les llama a
menudo, pueden presentar distintas formas y tamaños. La disposición
relativa de los átomos determina la forma de la red cristalina. En general, los

7. cristales de la mayoría de los metales, tienen sus átomos ordenados según
tres tipos de redes cristalinas. Una red cristalina es una representación visual
de la ordenación geométrica que toman los átomos de todos los metales al
pasar de líquidos a sólidos.
Entre los metales que presentan esta estructura cristalina podemos
citar el cadmio (Mg), el titanio (Ti) y el cinc (Zn). Los metales que cristalizan
en el sistema cubico de caras centradas son generalmente dúctiles; es decir
son plásticos y fáciles de trabajar. Los que cristalizan en el sistema
hexagonal compacto, a excepción del circonio (Zr) y el titanio, carecen de
plasticidad, por lo que no se pueden conformar en frío. Los metales del
sistema cubico centrado en el cuerpo tienen mayor resistencia que los del
sistema cubico de cara centradas, pero presentan una menor aptitud para la
conformación en frío.
Cristalización De Los Metales
Todos los metales solidifican en forma de cristales. Cada metal tiene
su propio sistema de cristalización. En algunos metales se produce un
cambio de estructura cristalina al variar la temperatura. Por ejemplo, el hierro,
que a temperatura ambiente presenta una red cubica centrada en el cuerpo,
cambia al sistema cubico de caras centradas a la temperatura de 910° c
(1670°f).
En el enfriamiento, el metal líquido pierde energía térmica (calor) a
través del aire y de las paredes del molde. Al alcanzar la temperatura de
solidificación, los átomos del metal van asumiendo su estructura cristalina
característica. Los cristales se van formando, al azar, en los puntos del
líquido que tienen menor energía. Cuanto mayor es la velocidad del
enfriamiento, mayor es el número de cristales que se forman en un momento
dado.

8. Al ser mayor el número de cristales que están creciendo
simultáneamente, disminuye el tamaño del grano en el metal solidificado.
El tamaño de grano tiene una gran influencia sobre las propiedades
del material. Así los aceros de grano fino tienen características mecánicas
superiores a los de grano grueso. Según esto, es de suma importancia que el
soldador tome las medidas adecuadas para conservar el tamaño del grano
del metal base. Los calentamientos excesivos conducen a pequeñas
velocidades de enfriamiento, lo que origina una estructura de grano grueso y
fragiliza la soldadura.
Efectos Del Calentamiento Sobre La Estructura De Los Aceros:
Cuando el acero, que es una aleación de hierro y carbono, se
calienta desde la temperatura ambiente hasta unos 835°c (1333°f), los
granos de perlita pasan a una estructura cubica centrada en el cuerpo a la
estructura cubica de caras centradas. Esta última disposición de los átomos
de hierro recibe el nombre de hierro gamma.
Además, cuando el acero alcanza su temperatura crítica
(temperatura por encima de la cual hay que calentar el acero para
endurecerlo por temple), el carburo de hierro se descompone en hierro y
carbono, distribuyéndose este uniformemente en el hierro. El producto
resultante recibe el nombre de austenita. Si se prosigue el calentamiento por
encima de la temperatura critica, va aumentando el tamaño de grano hasta
que se alcanza la temperatura de fusión. Cuando el acero funde, la
estructura cristalina se destruye totalmente, quedando los átomos libres y sin
ninguna relación definida entre los mismos.
Efectos Del Enfriamiento Sobre La Estructura Granular De Los
Aceros:
Si se enfría el metal desde el estado de fusión hasta la temperatura
ambiente, bajo condiciones adecuadas, se producen exactamente las

9. transformaciones opuestas a las que experimenta el metal durante el
calentamiento. A medida que el metal se va enfriando, los cristales de hierro
inician la solidificación. A esto sigue la cristalización de los granos de
austenita hasta que se produce la solidificación completa.
Cuales se produce la solidificación del acero, este pasa por distintos
grados de solidificación, desde un estado pastoso a la forma de solución
sólida. Mientras se encuentra en estado pastoso, se puede deformar
fácilmente. Por el contrario, después de alcanzado el estado sólido, aunque
aún se encuentre caliente, solo puede deformarse por aplicación de grandes
presiones o golpes por forja. Si continuamos el enfriamiento del metal sólido,
la austenita se va contrayendo uniformemente a medida que la temperatura
desciende. Cuando se alcanza la temperatura de transformación, esta se
estabiliza por un tiempo. En este momento se produce la transformación de
hierro gamma en hierro alfa, así como la separación de carburo de hierro y
hierro puro en los granos de perlita.
En la transformación del material desde el estado líquido hasta el
estado sólido, es muy importante la velocidad de enfriamiento, pues de esta
depende la estructura final en que se disponen los átomos. Por ejemplo: si
un acero de 0.83% de carbono se enfría rápidamente hasta por debajo de su
temperatura crítica, algunas de las transformaciones mencionadas
anteriormente no se verifican. El resultado es que aparece un constituyente
que recibe el nombre de martensita, de gran dureza y muy frágil. Finalmente,
el acero queda con estas propiedades. Por el contrario, si el mismo acero de
0.83% de carbono se enfría más lentamente, la estructura final será mucho
más dúctil.
Influencia Del Carbono En El Acero

10. El carbono es el principal elemento de aleación en los aceros y de el
depende la estructura y propiedades de los aceros al carbono. La influencia
del carbono sobre la dureza y resistencia de los aceros depende del
contenido del mismo y de su micro-estructura. Los aceros al carbono
enfriados lentamente presentan una micro-estructura de ferrita y perlitica, en
cantidades que dependen directamente de la cantidad de carbono.
Entre menos carbono mayor cantidad de ferrita y más blando será, a
mayor carbono mayor cantidad de perlita y su dureza aumenta. Mientras que
los aceros al carbono enfriados bruscamente tienen una micro-estructura
martensitica de gran resistencia y dureza, pero muy frágil.
A temperatura ambiente, los átomos de un acero al carbono se
disponen según el sistema cubico centrado en el cuerpo. Esto se conoce
como hierro alfa. Cada grano de la estructura del hierro alfa está formado por
capas de hierro puro (ferrita) y una combinación de hierro y carbono (carburo
de hierro), que recibe el nombre de cementita. La cementita es muy dura y
prácticamente no tiene ductilidad.
Si el acero tiene 0.83 % de carbono, presenta una estructura
totalmente perlitica, es decir, todos los granos son como los descritos
anteriormente: láminas de ferrita con láminas de cementita. Recibe el nombre
de acero eutectoide. Si el acero tiene menos de 0.83% de carbono, presenta
una estructura ferritico-perlitica y recibe el nombre de acero hipoeutectoide.
El examen de esta estructura nos muestra granos de ferrita y granos de
perlita.
Cuando el acero tiene más del 0.83% de carbono, la estructura está
formada por una mezcla de perlita y cementita y recibe el nombre de acero
hipereutectoide. Al observar en el microscopio la micro-estructura de dicho
acero vemos como los granos de perlita están rodeados de cementita. En
general, los aceros utilizados en la industria suelen tener menos del 0.83%
de carbono por lo que pertenecen al grupo de los hipoeutectoides.

11. Otros Factores Que Alteran La Resistencia Y Estructura
Cuando un metal se trabaja en frío por ejemplo: laminación,
martilleado, trefilado etc., los granos de ferrita y deperlita se hacen más
pequeños, aumentando la dureza y resistencia del material. Si después del
trabajo en frío el metal se calienta y se deja enfriar lentamente, vuelve a
aumentar el tamaño del grano y el material se ablanda y pierde resistencia.
El tamaño de grano de algunos metales se reduce y la resistencia
aumenta, mediante un proceso de calentamiento y enfriamiento posterior.
Por ejemplo si un acero con alto contenido de carbono se calienta a una
temperatura determinada y luego se enfría bruscamente en agua o en aceite
(proceso de temple), el tamaño de grano permanece fino. Por el contrario si
el mismo acero se calienta por un largo periodo de tiempo, el tamaño de
grano aumenta y el material se fragiliza. Este punto es de tener muy en
cuenta en la soldadura de diversos aceros aleados.
El problema de los cambios de estructura no es demasiado grave en
la soldadura en los aceros de bajo contenido de carbono. Sin embargo, los
aceros de alto contenido de carbono y aceros aleados están muy
influenciados en la resistencia por la variación de estructura y el tamaño de
grano. Según esto, hay que tomar grandes precauciones durante la
soldadura, para evitar un excesivo calentamiento o un tratamiento
inadecuado durante el enfriamiento y evitar así alteraciones sustanciales en
la estructura del metal.
Efectos Del Calor Aplicado Durante El Proceso De Soldadura
En soldadura pueden ocurrir enfriamientos muy rápidos de algunas
zonas, lo que puede producir puntos duros, los cuales pueden ser origen de
fisuras o grietas en el cordón. Además, hay que tener en cuenta que
mientras una zona de la pieza se encuentra en estado de fusión, el resto de
la misma tiene temperaturas variables entre amplios límites:

12. Desde zonas que están a una temperatura próxima a la de fusión
hasta otras que se mantienen a temperatura ambiente.
Esto implica que mientras en unas zonas la estructura cristalina está
totalmente rota o a punto de romperse, en otras se está iniciando la
recristalización.
CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES.
El termino fundición de hierro es un nombre genérico que se refiere a
una familia de materiales que difieren ampliamente en sus propiedades. Las
fundiciones son aleaciones de hierro de hierro, carbono y silicio que
contienen también manganeso, fósforo, azufre, etc., su contenido en carbono
es de 1.7% a 4.5%, puede estar disuelto en la austenita o en forma libre.
(Grafito)
Clases De Fundiciones
La fundición de hierro es la forma más simple del producto obtenido a
partir del arrabio; las fundiciones coladas son hierros de segunda (acero) que
los ingenieros emplean como material de construcción.
El término hierro colado, es generalmente un sinónimo de hierro gris
suave. Esto es un error sabiendo que hay un rango muy extenso a partir de
la fundición gris suave a los hierros colados nodulares, cada uno con
diferentes propiedades y características cuyas variadas aplicaciones lo
hacen un material común, asociado con otro más costoso.
Las diferentes fundiciones de hierro se dividen en los siguientes
grupos:
Fundición De Hierro Gris.
Fundición De Hierro Blanco.
Fundición De Hierro Maleable O Dúctil.
Fundición De Hierro Nodular O Esferoidal.

13. Fundición De Hierro Austeníticos.
Fundición De Hierro Gris
En esta clase de hierro, el carbono se presenta como carbono libre
en forma de grafito, y la fractura debe ser de color obscuro.
Como es de suponerse es un metal suave y de fácil maquinado.
La fundición gris tiene una alta resistencia a la corrosión y puede
alcanzar una resistencia a la tensión de 9 a 26 tn /pul. Cuadrada, y su
esfuerzo a la compresión es aprox. Cuatro veces mayor. Esto significa que
es material dúctil. Posee buenas cualidades de resistencia a la abrasión y el
desgaste, gracias a la presencia del grafito libre, como tan bien buena
conductividad térmica.
Usos de la fundición gris
La fundición gris es usada en ingeniería para diversos procesos tales
como partes de máquinas – herramientas, cigüeñales automotrices, platos de
presión de embragues, tambores de frenos, monoblocks y componentes
eléctricos.
Fundición Blanca
Esta forma de hierro colado tiene bajo contenido de silicio y carbono
combinado y es producida en el proceso normal de enfriamiento. Por lo cual
este es un material de alta dureza y quebradizo, mostrando una fractura
blanca.
Normalmente la fundición blanca no es maquinable excepto por
esmerilado. La fundición blanca se usa para casos especiales donde la
resistencia a la fricción es esencial, por ejemplo, trabajos de rolado de
metales, partes de trapiches, equipos de limpieza por impacto, plantas de
ladrillo y de cemento.

14. Fundición De Hierro Maleable
El grupo de las fundiciones maleables se caracteriza por tener buena
resistencia a los esfuerzos por tensión, resistencia al impacto y ductilidad.
Hay dos distintos procesos para producir la fundición maleable a
partir de la fundición blanca ( que usualmente contiene menos del 1 % de
silicio ) .
Estos métodos se diferencian por el color de la fractura y son
llamados:
Proceso De Corazón Blanco.
 Proceso De Corazón Negro.
El Proceso De Corazón Blanco
Es el más conveniente para secciones delgadas y el hierro utilizado
para este proceso contiene generalmente:
· 3.3 % De Carbono.
· 0.6% De Silicio.
· 0.5% De Manganeso.
· 0.25% De Azufre.
· 0.1% De Fósforo
Las fundiciones de corazón blanco son usadas en todas las ramas de
la industria, por ejemplo como conexiones de gas, aire, agua y vapor, tubería
para accesorios eléctricos, motocicletas, partes de maquinaria agrícola,
industria textil, transportadores de cadena, etc.

15. Los dos grados de fundición en el proceso de corazón blanco, han
sido clasificados por la norma: B.s. 309 de 1958.
El Proceso De Corazón Negro
En este proceso la fundición de hierro blanco es tratada sin ser
descarburada previamente. Un hierro adecuado contiene:
Este es un material blando, dúctil y de fácil maquinado. Su ductilidad
se aproxima a la fundición de acero.
Existe otro grupo de fundiciones y son a saber:
 Fundición De Hierro Maleable Perlático.
 Fundición De Hierro Nodular.
 Fundiciones Aleadas Al Cr, Ni, Mn, Cu, V.
 Fundición De Hierro Forjado.
 Fundición De Acero.
 Fundición Semi-Acero O Hierro Concha.
La Soldabilidad
Es la capacidad que tienen los materiales, de la misma o diferente
naturaleza para ser unidos de manera permanente mediante procesos de
soldadura, sin presentar transformaciones estructurales perjudiciales,
tensiones o deformaciones que puedan ocasionar alabeos.
La Soldabilidad de un material constituye una propiedad del mismo
muy compleja y en muchas ocasiones queda condicionada a variaciones
metalúrgicas y sus propiedades. Esto significa que un material puede tener
buena soldabilidad, cuando se puede lograr una unión soldada con
propiedades mecánicas y físico-químicas adecuadas, por cualquiera de los
procesos de soldadura y sin necesidad de utilizar técnicas auxiliares. [23]

16. Tipos De Soldabilidad
La Soldabilidad de una material encierra tres aspectos esenciales,
estos son:
Soldabilidad Metalúrgica:
Es la capacidad de los materiales de no presentar transformaciones
estructurales en la unión soldada o variaciones en las propiedades físico-
químicas, como si se presenta en los aceros aleados donde existe la
posibilidad de formar estructuras de martensita y en los aceros inoxidables
austeníticos, que al precipitarse los carburos de Cr, disminuye su resistencia
a la corrosión.
Soldadura Operatoria:
Responde a la operación de soldadura, en lo que respecta a
cuestiones tecnológicas y de ejecución de las uniones soldadas por cualquier
proceso de soldadura. Ejemplo: El caso del Aluminio, Aceros Aleados al Cr,
en donde los óxidos que forman dificultan la soldadura y se debe por ello
recurrir al uso de limpieza, fundentes y técnicas auxiliares.
Soldabilidad Constructiva:
Concierne a las propiedades físicas del material base, tales como
dilatación y contracción que provocan deformaciones y tensiones, las cuales
pueden generar agrietamientos de la unión soldada, como ocurre en el caso
del Hierro Fundido que por su poca plasticidad no tiene capacidad de
absorber deformaciones y hay que recurrir a recursos tecnológicos de pre y
postcalentamiento para evitar esta soldabilidad condicionada. En conclusión
se considera que un metal tiene:
 Buena soldabilidad cuando cumple con los 3
aspectos anteriores.

17.  Soldabilidad Regular o condicionada cuando no
cumple con alguno de ellos, pero que por medio de soluciones
tecnológicas se puede obtener una unión soldada de calidad.
 Mala Soldabilidad cuando no cumple con dos o más
de los aspectos citados y no se puede resolver para la obtención
de buenas propiedades mecánicas y químicas en la soldadura.
Factores Que Afectan O Influyen En La Soldabilidad
El concepto de Soldabilidad analizado anteriormente, se enfoca hacia
la obtención de una soldadura que pueda cumplir los requisitos técnicos para
lo cual ella está diseñada y sobre este concepto influyen una serie de
factores que deben ser tomados muy en cuenta cuando se realiza.
1. Tipo del material base, su espesor
2. Influencia de los elementos aleantes
3. Tipo de junta y procesos de soldadura
4. Velocidad de enfriamiento
5. Energía suministrada
6. Temperatura de precalentamiento
7. Secuencia de la soldadura