CODESOL S.A.: soldadura orbital aplicada en la reparación de la corrosión en la industria del vino

También aplicable a situaciones de características semejantes en cuanto a agresividad de los líquidos. Son éstas - brevemente definidas- las bases de los tipos de corrosión que pueden afectar a este proceso; con una explicación de las nuevas técnicas de purga y de soldadura orbital que pueden ayudarnos.

Con esta exposición se pretende una visión breve y básica sobre el soldeo de tuberías inoxidables destinadas a contener productos alcohólicos fermentados, con la única intención de evitar engorrosos y costosos problemas derivados de la corrosión por una mala preparación y ejecución de la soldadura. Asimismo, los principios básicos de este artículo pueden aplicarse a cualquier otro material soldado.

Podemos distinguir 4 tipos de corrosión relacionados con el proceso de soldeo y con la aplicación posterior de la estructura soldada.
Durante la soldadura:
2.1) Corrosión a alta temperatura (en la zona afectada térmicamente)
2.2) Corrosión en metales líquidos (en el cordón de soldadura)
Durante el uso posterior
2.3.) Corrosión localizada cordón (aireación diferencial-levaduras )
2.4.) Corrosión por ácidos orgánicos

Fundamento general
Cuando un metal está expuesto a un gas oxidante a elevadas temperaturas, se pueden producir reacciones químicas entre el gas y el metal, o entre el gas y el óxido protector del metal, dando lugar al crecimiento de nuevas capas cerámicas (óxidos, sulfuros...).
La razón es que a esas altas temperaturas, los gases se encuentran disociados y existe adsorción y difusión atómica, es decir, los átomos del gas pueden penetrar en la estructura metálica ayudándose de defectos que encuentren en la red.

En el caso de los aceros inoxidables:
Al situar un acero inoxidable a altas temperaturas, tal y como ocurre en un proceso de soldadura al arco (MIG o TIG) donde las temperaturas del material base en las zonas cercanas al cordón están entre los 1400-500ºC, se pueden producir reacciones químicas si en el momento de soldar nos encontramos aire en la tubería ( humedad y gas oxidante : O2 ) entre dicho O2 y la capa superficial protectora de Cr2O3 que acompaña siempre a los aceros inoxidables.
Podríamos pensar que esa nueva capa de óxido que se forma nos será útil porque así nos podría proteger más la superficie, pero esto es falso, porque la capa formada aparte de que podría ser porosa o no distribuirse homogéneamente sobre toda la superficie, a altas temperaturas deja de ser protectora, se fisura.
Por regla general, a más contenido de Cr y de Ni del acero inoxidable, más alta es esta temperatura a la que el óxido de cromo deja de ser protector.

Además, la presencia de humedad en el aire, a altas temperaturas provoca la entrada de hidrógeno atómico dentro de la estructura, lo que nos puede dar lugar también a fragilización y fisuras.

2.2. CORROSIÓN EN METALES LÍQUIDOS

Este es el fenómeno de oxidación que tiene lugar en el cordón de soldadura. El material base se ha fundido, pasando a estado líquido y al encontrarse con oxígeno atmosférico se forman diferentes óxidos.
Este proceso es sumamente rápido, ya que la velocidad de difusión del oxígeno en el metal líquido es muy elevada y termodinámicamente es muy favorable.
Para mostrarles este efecto, hemos soldado tubos AISI-316L con procedimiento TIG sin eliminar el oxígeno atmosférico y también desplazándolo mediante purga con Argón.

En las fotografías siguientes pueden apreciar la diferencia. Se pueden observar los dos tipos de corrosión mencionados hasta ahora : la oxidación del cordón de soldadura (color negro) y la corrosión de la zona afectada térmicamente (color marrón-amarillento característica del óxido de hierro).
La foto de la derecha muestra la tubería purgada con gas inerte, no se observa ninguno de los tipos de corrosión

Dos de los factores que se unen para acelerar el proceso de corrosión son el mal acabado superficial y la creación de zonas de aireación diferencial.
Cuanto más pulida y uniforme sea la superficie del cordón de soldadura interno, más difícil es que las levaduras implicadas en el proceso de fermentación queden retenidas y aniden en las rebabas, dando lugar a zonas del material poco oxigenadas y a otras más oxigenadas. Espontáneamente observaremos una oxidación de las zonas con menos oxígeno, que en nuestro caso serán las que estén cubiertas por las levaduras, que se habrán adherido por rugosidades y mal acabado interno del cordón.

Al seleccionar el acero inoxidable a utilizar en nuestras bodegas, es escogido de manera que no surjan problemas de corrosión con los ácidos que van a contener, la concentración de dichos ácidos, el tiempo que van a permanecer en contacto con el material...
Los mostos de uva además de azúcares contienen mezclas de unos 22 ácidos diferentes ( aunque un 90% de la acidez viene dado por la acción conjunta de los ácidos tartárico COOH-CHOH-CHOH-COOH y málico COOH-CH2-CHOH-COOH ).
El problema de estos ácidos, no es que sean fuertes (Ka elevada), sino que la presencia de contaminantes multiplica la capacidad oxidante de estas mezclas.

Las diferentes formas de corrosión explicadas anteriormente podrían evitarse utilizando :

3.1. SISTEMAS DE PURGA

Evitaremos la presencia del O2 atmosférico, introduciendo un gas inerte frente al cual no se produce la oxidación. De desplazar el oxígeno atmosférico de la superficie de la soldadura ya se ocupa el cabezal del equipo orbital, ahora bien, para proteger la raíz de la soldadura será necesario disponer de un método adecuado.

3.1.1.Balones inflables
Se trata de posicionar en el interior de la tubería los dos balones deshinchados e interconectados con una válvula, a una distancia equidistante de la junta a soldar. Una vez hinchados con gas inerte se abre automáticamente la válvula, el espacio se rellena con gas inerte y los gases atmosféricos son evacuados hacia el exterior.

3.1.2 Tapones de goma
Se trata de introducir un tapón de goma expandible ( nylon ) en cada uno de los extremos, que se adapta perfectamente al diámetro interior de la tubería y que permite la incorporación de la entrada de gas inerte, el desplazamiento de los gases atmosféricos, el cierre total o la penetración de una sonda de oxígeno.
3.1.3 Monitor de purga
El monitor o sonda de oxígeno permite conocer la concentración de oxígeno que hay en el interior de la tubería. De esta manera se conoce en qué momento iniciar el soldeo con total garantía de que la purga ha sido correcta y que el oxígeno no formará óxidos con el metal base.

Utilizando este sistema, el acabado del cordón es uniforme, liso, sin proyecciones, lo que evita que las levaduras puedan acabar reteniéndose sobre el cordón, no se crean zonas de aireación diferencial y de esta manera se dificulta la corrosión.

¿ En qué consiste ?
Es un proceso semiautomático de soldadura por fusión generada por arco eléctrico ( TIG o MIG ) y recibe este nombre debido a que es el electrodo colocado en el cabezal el que “orbita” o gira describiendo un movimiento de rotación sobre la junta circular a soldar.

3.2.1.Elementos implicados en el sistema
a) Generador
Incluye controles y pantalla que permite seguir la variación de los parámetros durante el proceso, memoria para procedimientos de soldadura pre-programados. Permite además, dividir el ángulo de giro en sectores para aportar diferentes niveles de energía en cada uno de ellos si fuese necesario.

3.2.2. Accesorios
El sistema de soldadura orbital requiere una perfecta preparación en el corte y biselado de los tubos a soldar.
a) Máquinas de corte y biselado de tubos
Se consiguen cortes perpendiculares al eje central del tubo, sin deformaciones ni rebabas de forma rápida.
b) Máquinas refrentadoras o biseladoras
Se utilizan cuando el tubo se suministra ya cortado y sólo se necesita biselar la sección transversal.

Los sistemas de purga de tubería y de soldadura orbital deberían emplearse en el soldeo de tuberías de la industrias relacionadas con la fermentación alcohólica ( vino, cerveza...) y en general en todas aquellas industrias que necesitan evitar depósitos biológicos en sus cordones : industria farmacéutica, bioquímica...

- Corrosion, Metals Handbook, 9th edition. Vol.13 ASM, Metals Park, OH (1990)
- Corrosion tables for stainless steels and titanium, Jernkontoret (1979)
- “Fundamentos y aplicaciones de la soldadura orbital”- Revista Soldadura y Tecnologías de unión – Año XI nº 66. Nov- Dic.2000 –