Una técnica expande el uso industrial de las aleaciones de acero de alta resistencia

Un científico brasileño desarrolla un método innovador de soldadura por láser a altas temperaturas para aceros de ultra alta resistencia, destinado a aplicaciones automovilísticas y aeroespaciales

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – El aumento de los requisitos de seguridad de los pasajeros, el desempeño de los vehículos y el ahorro de combustible hicieron que se incrementase la demanda de aleaciones de acero de alta resistencia proveniente de la industria automovilística durante los últimos años.

Las aleaciones de acero de alta resistencia, que poseen una mayor rigidez y una mejor capacidad de absorción de los choques durante una colisión en comparación con las aleaciones de acero convencionales, se han venido utilizando en lugares de las carrocerías de los vehículos que son críticos para la seguridad con el objetivo de absorber energía durante los impactos.

Con todo, algunas de esas aleaciones de acero de alta resistencia terminan endureciéndose durante la soldadura. Y al sometérselas al proceso de conformado en una industria automovilística –cuando las chapas soldadas adquieren las formas deseadas, como las de una carrocería, mediante de la aplicación de una fuerza vertical–, terminan rompiéndose.

“Esto inviabiliza la utilización de esos aceros avanzados no sólo en la industria automovilística, sino también en otras áreas, como la aeroespacial”, declaró Milton Sergio Fernandes de Lima, investigador del Instituto de Estudios Avanzados (IEAv) del Comando de la Aeronáutica de Brasil, a Agência FAPESP.

Fernandes de Lima desarrolló un método innovador de soldadura por láser a altas temperaturas para aceros de ultra alta resistencia mecánica destinados a aplicaciones aeroespaciales que puede solucionar este problema.

Los resultados de este estudio, realizado durante una pasantía que Fernandes de Lima realizó en la Colorado School of Mines, en Estados Unidos, con beca de la FAPESP, salieron publicados en Welding Journal.

La técnica desarrollada consistió en calentar las chapas de acero tipo 22MnB5 –la aleación más prometedora de la industria automovilística en el proceso de conformado en caliente– a una temperatura de alrededor de 450 °C y 10 minutos antes de la soldadura por láser, de manera tal de ecualizarlas.

Una vez soldadas, se mantuvo a las chapas a una temperatura elevada durante 10 minutos para dar origen a una estructura bainítica. Se trata de un microconstituyente del acero con altos valores de tenacidad –que es la cantidad de energía que puede absorber un material antes de fracturarse– y resistencia a los esfuerzos de tensión.

Los análisis indicaron que las placas soldadas a temperaturas elevadas exhibieron bainita en su microestructura y una dureza bastante reducida en comparación con las chapas soldadas a temperatura ambiente, que tenían el microconstituyente martensita, de menor tenacidad y resistencia a los esfuerzos de tensión en comparación con la bainita.

Los ensayos de resistencia a la tracción –el esfuerzo necesario para romper un material por estiramiento– también revelaron que las chapas sometidas a la soldadura a temperatura más elevada exhibieron una mayor tenacidad. “Logramos producir soldaduras resistentes directamente en la zona bainítica, sin necesidad de aplicar tratamientos térmicos extras”, comentó Fernandes de Lima.

Posibles aplicaciones

De acuerdo con el investigador, la técnica desarrollada puede aplicarse fácilmente en el sector industrial para mejorar la soldadura por láser de aleaciones de acero de alta y ultra alta resistencia mecánica.

En la industria automovilística se utiliza la soldadura por láser para unir chapas de acero (blancks) y efectuar el estampado para la fabricación de componentes estructurales de las carrocerías de los automóviles, tales como las columnas y los rieles de techos y laterales, además de los túneles y las barras de las puertas, de manera más rápida y confiable que con la soldadura convencional.

En el área aeroespacial, los fabricantes extranjeros de aeronaves, tales como Boeing y Airbus, y algunas pequeñas empresas del sector aeroespacial de Europa, han venido utilizando la soldadura por láser con el objetivo de aumentar la confiabilidad de la soldadura de estructuras destinadas a aeronaves, cohetes, mísiles y satélites, además de vehículos de reentrada atmosférica, antenas, sistemas empotrados y drones.

“Las estructuras para la aplicación en esta área deben ser capaces de resistir temperaturas y presiones extremas. Por eso deben tener niveles de confiabilidad muy elevados”, dijo Fernandes de Lima.

Pese a que los estudios se encuentran en un estadio inicial, se estima que el acero bainítico puede convertirse en un excelente material para blindajes, debido a que absorbe muy bien la energía mecánica, explicó el investigador.

“Existen muchos materiales desarrollados por la industria aeroespacial que no llegan a volar debido a los criterios elevadísimos de confiabilidad. Pero muchas veces algunos de sus subproductos pueden tener aplicaciones y pueden introducirse fácilmente en otros sectores, tales como la industria automovilística”, dijo Fernandes de Lima.

El investigador lleva adelante actualmente un proyecto, también con el apoyo de la FAPESP, en cuyo marco pretende nacionalizar la técnica que desarrolló y utilizar un material de amplio uso en el sector aeroespacial: los aceros maraging, que actualmente se emplean en la cámara de combustión de los cohetes y los mísiles brasileños.

Puede leerse el artículo intitulado Microstructure and Mechanical Behavior of Induction Assisted laser Welded AHS Steels, de M.S. F. Lima, D. Gonzáles y S. Liu, en Welding Journal, en el siguiente enlace: s3.amazonaws.com/WJ-www.aws.org/supplement/WJ_2017_10_s376.pdf.