¿Cómo soldar hierro fundido? Guía comparativa de métodos de soldadura

Introducción

La soldadura de hierro fundido representa un desafío técnico notable debido a las propiedades de este material, caracterizado por su alta fragilidad y su tendencia a desarrollar tensiones internas bajo la aplicación de calor. Pese a estas limitaciones, el hierro fundido sigue siendo ampliamente utilizado en diversas industrias gracias a su resistencia a la compresión, durabilidad y capacidad de maquinado.

Este artículo ofrece una guía integral de ¿cómo soldar hierro fundido?, explorando los métodos más efectivos, los tipos de electrodos recomendados y los pasos necesarios para lograr un trabajo de alta calidad, minimizando riesgos de defectos y maximizando la durabilidad de las uniones.

Hierro fundido y sus retos en la soldadura

El hierro fundido es un material de alta resistencia a la compresión, pero también muy frágil debido a su estructura granular de alto contenido de carbono. Estas propiedades complican los procesos de soldadura, ya que el calor aplicado puede causar grietas, tensiones internas y defectos en la unión. 

Se caracteriza por no ser maleable ni apto para deformaciones plásticas, lo que limita su versatilidad en ciertos procesos de manufactura. Sin embargo, es maquinable, relativamente duro y ofrece buena resistencia tanto a la corrosión como al desgaste, características que lo convierten en una opción valiosa en aplicaciones específicas a pesar de su limitada soldabilidad.

Tipos de hierros fundidos

Existen cuatro tipos principales de hierro fundido, cada uno con propiedades y características que afectan su soldabilidad. A continuación, se detalla cada tipo y su nivel de soldabilidad:

Hierro fundido gris

Es el más común, con un alto contenido de carbono (2.5%-4%) y grafito en forma de hojuelas o escamas. Su estructura lo hace resistente a la compresión pero frágil frente a esfuerzos de tracción.

• Soldabilidad: Su alta fragilidad y el riesgo de formación de grietas térmicas hacen que sea complicado de soldar. 
• Recomendaciones: Precalentamiento y enfriamiento lento para minimizar tensiones. Utilizar electrodos de níquel puro o níquel-ferro para una mejor adherencia y ductilidad.

Hierro fundido nodular (o dúctil)

Este tipo contiene grafito en forma de nódulos o esferas, lo que mejora su ductilidad y resistencia en comparación con el hierro fundido gris.

• Soldabilidad: Tiene menor riesgo de grietas que el hierro gris, pero aún más susceptible a tensiones térmicas.
• Recomendaciones: Usar precalentamiento moderado (150-250 °C) y electrodos de níquel-hierro o bronce. Es ideal para reparaciones estructurales o piezas críticas.

Hierro fundido blanco

En este tipo, el carbono está presente como cementita (carburo de hierro), formando una estructura dura y frágil. Es extremadamente resistente al desgaste, pero muy difícil de mecanizar.

• Soldabilidad: La estructura dura y la ausencia de grafito dificultan la soldadura, con alta probabilidad de formación de grietas.
• Recomendaciones: Se considera prácticamente no soldable. Para la unión de este material se emplean métodos como el brazing o el uso de materiales de aporte con bronce para reparaciones menores.

Hierro fundido maleable

Este tipo se fabrica mediante un tratamiento térmico del hierro blanco, transformando el carburo en grafito en forma nodular (carbono recocido). Es más dúctil y maleable que otros tipos de hierro fundido.

• Soldabilidad: Mejor soldabilidad en comparación con el hierro blanco y gris, pero aún requiere precauciones térmicas.
• Recomendaciones: Usar métodos de soldadura con arco (SMAW) y electrodos de níquel-hierro. Es común en piezas automotrices y tuberías.

Comparativa de soldabilidad entre tipos de hierro fundido

Tipo de hierro fundido	Ductilidad	Facilidad de soldadura	Electrodo recomendado	Método alternativo
Gris	Baja	Moderada	Níquel puro o Níquel -hierro	Precalentamiento y enfriamiento controlado
Nodular	Moderada	Buena	Níquel -hierro o bronce	Brazing
Blanco	Muy baja	Muy difícil	No aplicable	Brazing o métodos de reparación
Moldable	Alta	Buena	Níquel -hierro	Reparación en frío

Métodos de soldadura para hierro fundido

Existen varios métodos efectivos para soldar hierro fundido, cada uno con ventajas y limitaciones. A continuación, se presentan los más utilizados:

Soldadura por arco con electrodo revestido (SMAW)

Es ampliamente utilizado gracias a su adaptabilidad y eficacia en la reparación de piezas de hierro fundido.

Electrodos recomendados

• Electrodo de Níquel puro (ENi-CI): Excelente ductilidad, minimiza grietas. Ideal para reparaciones en frío y mecanizado posterior. 
• Níquel-Hierro (ENiFe-CI): Mayor resistencia mecánica y compatibilidad con estructuras sometidas a esfuerzos.
• Electrodos de bronce: Útiles en piezas menos críticas, brindan alta resistencia a la corrosión.

Soldadura TIG (Gas Tungsten Arc Welding)

Permite un control preciso del arco y es ideal para trabajos delicados en hierro fundido.

Consumibles recomendados

• Varillas de níquel puro (AWS A5.15 ERNi-CI): Garantizan una unión dúctil y minimizan las tensiones internas.
• Varillas de bronce o latón: Adecuadas para reparaciones menores o decorativas.

Soldadura MIG (Gas Metal Arc Welding)

Es una opción más rápida para unir piezas de hierro fundido, especialmente en reparaciones grandes.

Electrodos recomendados

• Alambre sólido de níquel (AWS A5.15 ERNi-CI): Ideal para aplicaciones estructurales.
• Alambres de bronce (CuSn6 o CuSn8): Proporcionan buena resistencia a la corrosión y soldaduras suaves.

Soldadura de oxiacetileno

Este método de soldadura tradicional es útil para reparar piezas antiguas o realizar soldaduras bimetálicas suaves.

Consumibles recomendados

• Varillas de níquel: Brindan buena adherencia y ductilidad en las uniones.
• Varillas de bronce con flujo incorporado: Ideales para reparaciones menores y uniones decorativas.

Brazing (Soldadura fuerte)

Es una técnica no convencional pero efectiva para unir piezas de hierro fundido.

Consumibles recomendados

• Aleaciones de bronce o latón: Se utilizan con fundente para mejorar la fluidez y adherirse a la superficie del metal base (humectación).
• Varillas de plata (AWS A5.8 BAg): Adecuadas para uniones de alta calidad y baja carga estructural.

Comparación entre métodos

Método	Precisión	Costo	Riesgos de grietas	Reparaciones grandes	Reparaciones finas
SMAW	Media	Moderado	Moderado	Si	Parcialmente
TIG	Alta	Bajo	Bajo	No	Si
MIG	Media	Moderado	Moderado	Si	No
Oxiacetileno	Baja	Moderado	Moderado	No	Si
Brazing	Media	Bajo	Bajo	No	Si

Proceso para soldar hierro fundido

Antes de comenzar, se realiza una buena preparación de superficie y posteriormente continuar con el proceso, como se indica a continuación:

• Limpieza de la superficie: Eliminar óxido, grasa, pintura o cualquier otro contaminante.

• Inspección de grietas: Identificar defectos estructurales y eliminar las grietas con herramientas mecánicas, antes de soldar, tratando que el desbaste quede en forma de U sin áreas puntiagudas. 
• Elección del método y electrodo: Esto depende de la aplicación, se seleccionará entre las opciones disponibles.
• Precalentamiento: Para reducir el choque térmico se debe precalentar el material de manera lenta y uniforme entre 260 °C y 648°C, dependiendo del grosor y método de soldadura.
• Soldar sin precalentamiento: El tamaño de la pieza puede requerir que la soldadura se realice sin precalentamiento. En este caso, la temperatura de la superficie debe estar en aproximadamente 38 °C y realizar cordones de soldadura cortos de aproximadamente 2,50 cm. 
• Granallado (Peening): En el granallado, la superficie de la soldadura, aun caliente, se golpea con martillo de bola, permitiendo así expandir la capa superficial, formando tensión residual compresiva beneficiosa en esas áreas. 
• Enfriamiento lento: El enfriamiento es significativo en el proceso de soldadura de hierro fundido. Cuanto más lento sea el enfriamiento, mejores serán los resultados. Al momento de terminar la soldadura, es recomendable envolverla con mantas de aislamiento térmico para prolongar el enfriamiento el mayor tiempo posible, lo cual es una buena práctica

Normas para soldadura de hierro fundido

AWS D11.2/D11.2M:2023 – Guide for Welding Iron Castings

Proporciona pautas para la soldadura de distintos tipos de hierro fundido, como el hierro gris, nodular y blanco. Ayuda a seleccionar los procedimientos adecuados, los consumibles y las técnicas de precalentamiento y enfriamiento, reduciendo el riesgo de grietas.

ISO 1071 – Welding Consumables for Cast Iron

Especifica los requisitos para los materiales de aportación utilizados en la soldadura de hierro fundido, como electrodos y varillas. Garantiza que los consumibles seleccionados sean compatibles con el tipo de hierro fundido y la aplicación.

Recomendaciones prácticas para soldar hierro fundido

• Prueba previa: Realizar ensayos en materiales similares antes de soldar la pieza final.
• Enfriamiento controlado: Enfriar lentamente para evitar tensiones internas.
• Capas delgadas: Aplicar soldadura en múltiples capas finas en lugar de pases gruesos para reducir el riesgo de grietas.

Aplicaciones más comunes de la soldadura de hierro fundido

• Industria automotriz: Reparación de bloques de motor, culatas y carcasas de transmisiones.
• Maquinaria industrial: Recuperación de piezas como engranajes, ejes y bases de maquinaria.
• Infraestructura: Restauración de componentes arquitectónicos y estructurales, históricos.
• Generación de energía: Reparación de carcasas de turbinas, válvulas y equipos de plantas térmicas.
• Industria minera: Reparación de carcasas de bombas y componentes de equipos pesados.
• Herrería artística y decorativa: Restauración de barandillas, esculturas y otros elementos de diseño en hierro fundido.

Casos de éxito y aplicaciones industriales

En la industria automotriz

En talleres de reparación de motores, los bloques de motor de hierro fundido agrietados se restauran utilizando soldadura con electrodos de níquel. Este proceso permite recuperar piezas que, de otra manera, serían descartadas, ahorrando costos significativos.

Piezas históricas

En la restauración de estructuras y elementos decorativos de hierro fundido, como farolas, barandillas o puentes antiguos, se utiliza la soldadura de oxiacetileno para mantener la estética original.

En la industria minera

En minas, se han soldado engranajes y carcasas de bombas de hierro fundido utilizando el método SMAW con electrodos ENiFe-CI. Esto ha permitido reducir tiempos muertos al evitar la necesidad de fabricar componentes nuevos.

Industria del petróleo y gas

Las válvulas y carcasas de bombas de hierro fundido utilizadas en refinerías han sido reparadas con soldadura MIG, evitando el reemplazo de equipos críticos.

Conclusión

Dominar la soldadura del hierro fundido requiere comprender sus propiedades, elegir el método adecuado y aplicar las mejores prácticas. Técnicas como el uso de electrodos de níquel o la soldadura brazing deben adaptarse a los desafíos específicos de cada proyecto. Cumplir con las normas de soldadura no solo garantiza resultados óptimos, sino también la durabilidad y calidad en reparaciones o construcciones.

Referencias

1. https://www.weldingtipsandtricks.com/tig-welding-cast-iron-vise.html
2. https://xpressmobilewelding.com/metal-fabrication/how-to-fix-cast-iron-without-welding/