Artículo original
Comparación de la ZAC en aceros inoxidables AISI
304 en soldaduras GTAW manuales y automáticas
Comparison of the Haz in AISI 304 stainless steel in manual and
automatic GTAW welds
Ernesto Quishpe Sacancela: Instituto Superior Universitario Central Técnico, Doctor en Ciencias de la
Educación: Investigación, Evaluación y Formulación de Proyectos
https://orcid.org/0000-0001-5773-8485
Autor de correspondencia: qshernesteim@gmail.com
Recibido: 08 agosto 2025
Publicado: 25 septiembre 2025
Resumen:
Este trabajo realiza un análisis comparativo de la Zona Afectada por el Calor (ZAC) en acero
inoxidable AISI 304 en las posiciones 1G y 3G, utilizando procedimientos de soldadura GTAW
manual y automático. El objetivo es determinar cómo varía la ZAC en función de parámetros como
espesor de la placa, intensidad, materiales de aporte y velocidad de soldadura, con el fin de
optimizar las condiciones para minimizar el tamaño de la ZAC. La metodología incluye una revisión
de las propiedades, clasificación y tratamientos térmicos del acero inoxidable, seguida de un análisis
experimental comparando probetas con diferentes composiciones de carbono y condiciones de
soldadura. Los resultados indican que un mayor contenido de carbono incrementa la extensión de
la ZAC, aunque en aceros de bajo carbono la influencia es menor. Además, la dirección del flujo de
calor y la velocidad de soldadura afectan significativamente el tamaño de la ZAC; velocidades
menores aumentan la extensión, mientras que en espesores mayores la diferencia es menos
notable. Esta investigación compara soldaduras GTAW manuales y automáticas en acero inoxidable
AISI 304. Analiza la ZA), evaluando cómo el enfriamiento, amperaje y la composición del material
influyen en la microestructura y la calidad de la unión soldada.
Palabras clave: Soldadura GTAW, Tratamientos térmicos, ZAC, Acero inoxidable.
Abstract:
This study presents a comparative analysis of the Heat-Affected Zone (HAZ) in AISI 304 stainless
steel at positions 1G and 3G, utilizing both manual and automatic GTAW welding procedures. The
primary objective is to evaluate how the HAZ varies as a function of parameters such as plate
thickness, welding current, filler materials, and welding speed, with the aim of optimizing conditions
to minimize the HAZ size. The methodology encompasses a review of the properties, classification,
and thermal treatments of stainless steel, followed by an experimental analysis comparing
specimens with different carbon contents and welding conditions. Results demonstrate that higher
carbon content increases the extent of the HAZ, although its impact is less significant in low-carbon
steels. Furthermore, heat flow direction and welding speed substantially influence the HAZ size;
lower speeds tend to enlarge the zone, whereas in thicker plates, the differences are less
pronounced. This investigation compares manual and automatic GTAW welding in AISI 304 stainless
steel. It analyzes the ZA, evaluating how cooling, amperage, and material composition influence the
microstructure and quality of the welded joint.
Keywords: GTAW welding, Heat treatments, ZAC, Stainless steel.
UNANCHAY Revista de Ciencias de la Ingeniería Volumen 4. Número 2. Año 2025, p. 76-96
ISSN 2953-6707 julio - diciembre 2025
https://tecnoecuatoriano.edu.ec/revistaunanchay/index.php/RCU/index
Como citar la obra: Quishpe Sacancela, E. (2025). Comparación de ZAC en aceros inoxidables AISI 304 en
soldadura GTAW manuales y automáticas. Revista Científica Unanchay, 4(2), 76-96
doi: https://doi.org/10.64424/rcu42202581
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La soldadura es un proceso fundamental en diversas ramas de la
industria, cuya durabilidad contribuye a la creación de productos seguros y
confiables. Se ha convertido en una tecnología de vanguardia, lo que exige
una mayor investigación para su continuo desarrollo (Arciniegas, 2014). La
investigación propuesta se orienta a profundizar en el análisis de la zona
afectada por el calor, desde este punto, el fenómeno será denominado (ZAC);
este aspecto es crucial para lograr una unión permanente y segura en áreas
críticas, ya que, debido a sus características, la ZAC se presenta como la
zona más débil en la soldadura (Villavicencio Cevallos, 2010). El proceso
GTAW ofrece importantes beneficios teórico y práctico para la industria tales
como: alta calidad y limpieza, precisión y control, soldadura sin distorsión,
versatilidad y principal beneficio es el control del crecimiento del grano que
minimiza la sensibilidad en los aceros inoxidables (Jaramillo, 2015).
Generalmente, a menor velocidad de soldadura, aumenta el tamaño del
grano en la ZAC y en la zona fundida; esto, a su vez, provoca alteraciones
en las propiedades mecánicas finales, esfuerzos residuales y distorsiones en
las juntas soldadas (Badajos Huaytalla, 2024). La ventaja de la soldadura lisa
es que se emplea en diversas uniones y posiciones consiguiendo soldadura
de alta calidad, se requiere gran habilidad por parte del soldador y no resulta
económico para espesores mayores de 10 mm (Gamarra Yepez, 2020).
Para evaluar la calidad de una soldadura se emplean tres métodos
principales: 1. La inspección visual, 2. Ensayos no destructivos realizando la
inspección con tintas penetrantes y 3. Las pruebas mecánicas de dobles y
tracción mediante ensayos destructivos. La inspección visual es el primer
paso y se centra en la apariencia del cordón, buscando uniformidad en ancho
y altura, buena penetración y la ausencia de defectos superficiales como
porosidad, fisuras o salpicaduras. El análisis microestructural se enfoca en la
ZAC, evaluando su anchura, el tamaño de grano y el riesgo de sensibilización
en materiales como el acero inoxidable, ya que el exceso de calor puede
afectar las propiedades del material. Por último, se eligieron la inspección
visual y tintas penetrantes por su rapidez, bajo costo y eficacia para detectar
defectos superficiales; ambos métodos permiten una evaluación inicial
confiable en el desarrollo experimental, priorizando practicidad y resultados
inmediatos.
La calidad general de una soldadura depende de la interacción entre
las características de la máquina, como el control de arco de la soldadora
Fronius TransSteel 2700, y el tipo de material, lo que afecta directamente a
los indicadores evaluados. Las soldadoras FRONIUS Trans-Steel 2700
(manual) y FRONIUS Flextrack 45 PRO (automática) ofrecen diferentes
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Introducción
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ventajas según su uso. La Trans Steel 2700 permite regular el amperaje para
ajustar la soldadura según la densidad del material, evitando durezas y
fisuras, y ofrece opciones como el diámetro de la varilla (ER308L) y el gas
Argón (Ar). En cambio, la Flextrack 45 PRO es una soldadora automática con
diferentes tipos de rieles, ideal para trabajos en superficies con geometrías
variadas y en lugares donde se requiere movilidad, ya que es ligera y fácil
de trasladar (Fronius, 2015).
En este estudio, se verificó la reacción del acero inoxidable AISI 304
mediante prácticas experimentales, con el fin de establecer las diferencias
entre los procesos proporcionados por las soldadoras FRONIUS Trans-Steel
2700 en modo manual y FRONIUS Flextrack 45 Pro en modo automático. Un
aspecto a estudiar es el efecto del calentamiento, que influye durante el ciclo
térmico de la soldadura.
El acero inoxidable es una aleación principalmente compuesta por un
11% de cromo, lo que le confiere resistencia a la corrosión. Se clasifica en
tres categorías: ferríticos, con resistencia moderada a buena y poca
soldabilidad; martensíticos, con resistencia mecánica elevada y fortalecidos
por tratamiento térmico; y austeníticos, que ofrecen la mejor resistencia a la
corrosión, son no magnéticos, fáciles de soldar y adecuados para
temperaturas extremas. El AISI 304, un acero austenítico, destaca por su alta
ductilidad, excelente soldabilidad y uso en diversas industrias, debido a su
composición mayoritaria en cromo, níquel y manganeso (Badajos Huaytalla,
2024).
El acero inoxidable AISI 304 es una aleación austenítica, no
magnética, reconocida por su excelente conformabilidad, soldabilidad y
propiedades higiénicas (Flores Suárez, 2020). Se puede utilizar en
temperaturas criogénicas y elevadas, siendo ideal para aplicaciones en
industrias química, alimenticia, médica, así como en tanques y tuberías como
se muestra en la siguiente tabla.
Tabal 1
Composición química
Compuesto
%
Compuesto
%
Compuesto
%
Carbono (C)
0,08
Cromo (Cr)
18,20
Níquel (Ni)
8-10,5
Manganeso (Mn)
2
Silicio (Si)
1
Fosforo (P)
0,03
Azufre (S)
Ausente o en cantidades muy bajas
Nota. AISI 304 es una aleación austenítica
Sus propiedades destacan por: Alta ductilidad y excelentes propiedades
mecánicas, facilidad para procesos de embutición profunda, rodado y corte,
alta resistencia a la corrosión y facilidad de limpieza, lo que lo hace adecuado
para aplicaciones higiénicas y de alta exigencia (Pérez Puig, 2014)
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El material de aporte recomendado para la soldadura GTAW (Gas
Tungsten Arc Welding) del acero inoxidable AISI 304 debe ser una aleación
que conserve las propiedades de resistencia a la corrosión, ductilidad y
compatibilidad con la base. Generalmente, se utilizan electrodos de
tungsteno con un material de aporte en forma de varillas o alambres de acero
inoxidable austenítico, similares en composición química al material base
(Bonilla Falconi, 2024). La varilla de aportación es igual al núcleo del
electrodo, pero sin revestimiento. Estas se clasifican en:
Tabla 2
Material de aporte
Material
Designación
Material
Designación
Acero inoxidable
TIG WELD 304L,
308L, 309L, 316L
Acero al carbono
Acero al carbono
Níquel
Alloy 82
Aluminio
TIG 4043
Core
APSIL 0, LOW
FUMING BRONCE
RF, LOW FUMING
BRONCE
Plata
OXIWELD 600,
OXIWELD 800
Nota. Varilla de aporte (Pazmiño chimba, 2023)
La varilla de aporte ER308L es la opción más utilizada para soldar el
acero inoxidable AISI 304, especialmente cuando se requiere una unión de
alta calidad y resistencia a la corrosión. Tiene un diámetro típico de 1.6 mm,
aunque existen otros diámetros y longitudes que se seleccionan en función
del espesor de la placa a soldar.
Tabla 3
Propiedades y usos de la varilla de aporte ER308L
Características
Descripción
Bajo contenido de
carbono
Contiene aproximadamente 0.02% de carbono, lo que ayuda a
prevenir la precipitación de carburos en la zona de soldadura,
evitando así la corrosión intergranular.
Propósito principal
Está diseñada para procesos de soldadura que requieren
mantener la resistencia a la corrosión y las propiedades
mecánicas del acero inoxidable AISI 304 y sus variantes (como
304L, 308L, 321, 347)
Dimensiones
La varilla de aporte ER308L está disponible en diámetros de 1.6,
2.0, 2.4 y 3.2 mm, con una longitud estándar de 915 mm
Aplicación
AISI 304, asegurando una unión de alta calidad y resistencia a la
corrosión
Nota. Facilita la soldadura sin la necesidad de precalentamiento (Canahua, 2022)
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Actualmente, no se ha caracterizado de manera precisa cómo las
condiciones de soldadura manual vs. Automática, con equipos FRONIUS,
afectan la ZAC, en acero inoxidable AISI 304, ni cómo estas variaciones
inciden en las propiedades mecánicas y la calidad superficial de la unión. La
falta de información comparativa limita la capacidad para seleccionar el
proceso más adecuado, optimizar parámetros y garantizar soldaduras de alta
calidad y seguridad industrial. Por ello, el problema central es determinar y
comparar el impacto de ambos métodos de soldadura sobre la ZAC y las
propiedades del material, utilizando ensayos destructivos (tracción y doblez)
y no destructivos (tintas penetrantes), para establecer criterios técnicos que
permitan mejorar el desempeño y la confiabilidad de las uniones soldadas.
El proceso de soldadura GTAW produce una ZAC, más estrecha y
controlada en comparación con la soldadura manual, lo que es un beneficio
clave. El control preciso sobre el calor, posible gracias a equipos como la
FRONIUS TransSteel 2700, minimiza la ZAC. Esto a su vez reduce el
crecimiento del grano y previene la sensibilización en aceros inoxidables
como el AISI 304, manteniendo su resistencia a la corrosión y propiedades
mecánicas. La calidad de la soldadura se evalúa visualmente, mediante
análisis microestructural de la ZAC y pruebas mecánicas, garantizando una
unión fuerte y duradera (Cely, 2018). En la práctica de soldadura manual y
automática, se empleó un electrodo de tungsteno de lantano de color azul,
debido a su bajo nivel de radiactividad y su seguridad, logrando obtener
soldaduras con altas características mecánicas y estéticas. Este electrodo se
utilizó específicamente en la soldadura de aceros inoxidables AISI 304 con
corriente alterna, incorporando un 2% de torio para mejorar la estabilidad del
arco y la calidad de la unión. El electrodo de tungsteno de torio, de color rojo,
es ampliamente utilizado en la industria para soldar con arco protegido por
gases inertes, ya que su punta apenas se desgasta tras un uso prolongado,
garantizando una buena estabilidad durante el proceso. Sin embargo, el torio
es un material radiactivo que puede almacenarse en los huesos y, con el
tiempo, causar cáncer óseo. Aunque el electrodo en sí no presenta peligro
en su manipulación, el riesgo radica en la inhalación de limaduras o humos
generados durante la soldadura, los cuales contienen partículas radiactivas
y pueden afectar la salud. Por otro lado, el electrodo de tungsteno de color
gris es uno de los más recomendados en soldadura TIG con corriente
continua, ya que proporciona mayor firmeza a la unión, no se deforma
fácilmente y evita la dispersión excesiva de calor y residuos en la punta,
problemas comunes en electrodos de color verde. Este tipo de electrodo es
preferido por su durabilidad y eficiencia en aplicaciones industriales (Giraldo,
2022).
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Tabla 4
Comparativa de electrodos de tungsteno para soldadura TIG
Tipo
Características
Aplicaciones
Aleación
Composición
Materiales
a soldar
Tungsteno
puro
Buena
estabilidad de
arco eléctrico
para soldadura
en CA con
punta redonda
Corriente
alterna CA
Ninguno
99,5% de
tungsteno
Aluminio
magnesio
Cerio 2%
Buen
desempeño en
soldadura con
CC, bajo
amperaje,
excelente en
CA
Corriente
continua CC
Cerio
97,3%
tungsteno,
1,8-2,2%
Cerio y otros
Acero al
carbono,
acero
inoxidable,
aleación
de níquel,
titanio
Lantano
1,5%
Sustituto del
electrodo de
tungsteno, sin
riesgo de
radiación,
buena
conductividad
eléctrica
Corriente
continua CC.
Corriente
alterna CA.
Inverso
Lantano
97,3%
tungsteno,
1,3-1,7%
lantano, otros
Acero al
carbón,
Acero
inoxidable,
Aleación
de
níquel,
Titanio.
Lantano
2%
Mejor
estabilidad de
arco reemplaza
al de 2% de
Torio
Corriente
continua CC.
Corriente
alterna CA.
Inverso
Lantano
97,3%
tungsteno,
1,8-2,2%
lantano, otros
Acero al
carbón,
Acero
inoxidable,
Aleación
de
níquel,
Titanio.
Torio 2%
Gran
conductividad
eléctrica, arco
estable, peligro
de radiación
Corriente
continua CC
Torio
97,3%
tungsteno,
1,7-2,2%
lantano, otros
Acero al
carbón,
Acero
inoxidable,
Aleación
de
níquel,
Titanio,
Cobre
Nota. Características, aplicaciones y materiales de electrodos de tungsteno Autor, (2025)
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Los gases de protección en soldadura cumplen la función de proteger
el baño de soldadura de la influencia del medio ambiente, evitando la
oxidación y la absorción de nitrógeno, además de estabilizar el arco eléctrico.
Los principales gases utilizados son argón, helio y dióxido de carbono (Pérez
O. H., 2020). El argón proporciona estabilidad del arco y facilidad de
encendido, siendo ideal para soldar diversos metales y aleaciones,
especialmente en el método TIG (Ramírez Márquez, 2024). El helio permite
una soldadura a altas velocidades gracias a su alto potencial de ionización,
aunque requiere caudales elevados para mantener la protección (Torres
Salinas, 2024). El dióxido de carbono, más económico y con gran capacidad
de penetración, aumenta la velocidad de soldadura, pero genera más
salpicaduras y oxidación, por lo que a menudo se combina con argón para
mitigar estos efectos (Morales, 2024).
La utilización del equipo de protección personal (EPP) se relaciona
directamente con los puntos expuestos anteriormente, ya que es el elemento
final y más crucial para garantizar un proceso de soldadura seguro y de alta
calidad (Camapaza, 2018). Mientras que la soldadora FRONIUS TransSteel
2700 ofrece un control preciso del arco y tecnologías avanzadas para
uniones de calidad, y la varilla de aporte asegura las propiedades mecánicas
y la resistencia a la corrosión del material, la seguridad del soldador es
indispensable para que estos beneficios se materialicen (Moncada Santos,
2024). Los riesgos para la salud es el fundamento teórico y práctico que
justifica la obligatoriedad del uso de EPP. La máscara, la mascarilla y los
tapones auditivos no son solo accesorios, son barreras críticas que protegen
al soldador de la inhalación de humos tóxicos, la exposición a metales
peligrosos y el ruido excesivo que causan los problemas de salud
(Camapaza, 2018).
La ZAC, es la región del metal base que sufre cambios durante la
soldadura debido al calentamiento y enfriamiento, afectando sus
propiedades metalúrgicas y mecánicas en función de los parámetros de
soldadura y tratamientos térmicos (Badajos, 2024). Esta zona se identifica
por bandas de colores, conocidas como manchas térmicas, que resultan de
la oxidación superficial y reflejan la temperatura alcanzada. La tonalidad de
estos colores depende de factores como el contenido de cromo en el acero,
la presencia de oxígeno, la rugosidad superficial y la contaminación externa,
como pintura o aceite (Huallparimachi Leiva, 2023). Los diferentes colores
indican distintos niveles de temperatura y penetración de la soldadura,
siendo el amarillo claro el mínimo y tonos como marrón o azul oscuro los más
elevados. Sin embargo, algunos productos térmicos pueden debilitar la ZAC,
promoviendo la formación de microgrietas que, si no se controlan, pueden
comprometer la integridad estructural y provocar fallas en la soldadura
(Morales, 2024).
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La soldadora Fronius Trans Steel 2700, en modo manual, operó con
un amperaje de 92 A, alcanzando una temperatura de soldadura de 490°C,
con un voltaje de 220 V, en posición plana 1G, utilizando argón y soldando a
una velocidad de 30 cm/min con varilla de tungsteno azul. Por otro lado, la
soldadora Fronius Flextrack 45 Pro, en modo automático, funcionó con un
amperaje de 113 A, logrando una temperatura de 551°C, también con 220 V
y en posición plana 1G, con argón, con velocidades de soldadura de 5 a 150
cm/min en posición horizontal y de 5 a 100 cm/min en posición vertical,
usando igualmente varilla de tungsteno azul.
Metodología
El estudio del proceso de soldadura se divide en dos partes
principales: una fase exploratoria y teórica, enfocada en analizar la ZAC, y
una fase práctica, centrada en el comportamiento estructural de dicha zona.
La soldadura implica altas temperaturas que afectan significativamente las
propiedades mecánicas del material debido a la transferencia de calor, la cual
no toda se transfiere al material, sino que se denomina "calor aportado", ya
que el área de influencia es pequeña en comparación con el tamaño total de
la pieza (Mendoza, 2024). La velocidad de enfriamiento, determinada por la
disipación de energía hacia el ambiente, el material base y la zona soldada,
es crucial para definir la estructura final del metal. Un precalentamiento
adecuado puede reducir esta velocidad, especialmente en materiales de alta
densidad, que presentan un flujo de calor tridimensional (Núñez Velázquez,
2024). En contraste con los de menor densidad, que tienen un flujo
bidimensional. El tiempo de solidificación, influido por el calor aportado y la
temperatura inicial del material, afecta profundamente las propiedades
mecánicas. Para la cual, se emplearon ensayos destructivos de doblez y
tracción para evaluar la resistencia estructural, y tintas penetrantes para
detectar defectos superficiales, asegurando así una caracterización integral
de la zona soldada. (Pérez C. R., 2024).
La ZAC, se forma en función de temperaturas que, aunque no funden
el metal, producen cambios estructurales significativos. La recristalización en
este proceso de soldadura GTAW, ocurre cuando un metal deformado
previamente se somete a recocido, formando nuevos granos libres de
esfuerzos residuales, lo que reduce la dureza. Con temperaturas y tiempos
mayores, los granos recristalizados crecen, influenciados por la energía
superficial, y la estructura microestructural evoluciona en función del ciclo
térmico y las propiedades térmicas del material. La zona afectada por el calor
puede dividirse en subzonas, cuya extensión está determinada por el ciclo
térmico completo, incluyendo calentamiento y enfriamiento, influenciado por
el movimiento del arco y las propiedades térmicas del material (Rodríguez,
2024).
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Estas subzonas incluyen: metal depositado, fusión incompleta, campo
de sobrecalentamiento, campo normalizado, recristalización incompleta,
zona de recristalización y zona de fragilidad. El control principal de los
cambios se basa en la cantidad de calor aplicada durante el proceso de
precalentamiento y soldadura. Un enfriamiento rápido incrementa la
resistencia mecánica del acero, pero reduce su ductilidad. La temperatura y
las propiedades mecánicas del material se modifican en función de la
estructura microestructural resultante. En particular, el sobrecalentamiento
puede disminuir la ductilidad y aumentar la fragilidad, especialmente en
aceros simples con bajo contenido de carbono, aunque en estos casos, los
cambios en las zonas cercanas a la soldadura no afectan significativamente
la resistencia global del material (García & Vargas, 2020).
El método de inspección con tintas penetrantes es una técnica no
destructiva fundamental para detectar imperfecciones superficiales en
soldaduras, especialmente en componentes de acero inoxidable realizados
mediante soldadura TIG. Este proceso consiste en aplicar un líquido
penetrante sobre la superficie, que infiltra fisuras, poros y otras
discontinuidades abiertas. Tras un tiempo de penetración, se remueve el
exceso y se utiliza un revelador que facilita la visualización de las
imperfecciones, garantizando la integridad estructural del componente. Para
garantizar la fiabilidad del ensayo, se emplearon tintas penetrantes que
cumplen con normativas internacionales, como la norma ASTM E1417 o la
ISO 3452 (Arcos Aguilar, 2011), que establecen requisitos específicos de
sensibilidad, compatibilidad y procedimientos de aplicación. Este método es
especialmente importante en la soldadura de acero inoxidable con proceso
TIG, donde la detección de fisuras o poros en la superficie puede prevenir
fallas estructurales futuras. La correcta aplicación de las tintas penetrantes,
siguiendo las normas técnicas, asegura la detección efectiva de defectos,
contribuyendo a la calidad, seguridad y cumplimiento de los estándares en la
fabricación de componentes soldadas.
Tabla 5
Proceso de soldadura Fronius
Soldadura
Amperaje
Temperat
ura
(oC)
Voltaje
Plana 1G
Material
de
soldadura
Gas
Velocidad
de cordón
Electrodo
de aporte
Fronius
Trans
Steel
2700
92
490
220/
60Hz
Plana
Varilla de
aporte
ER308L
Argón
30cm/min
Varilla de
tungsteno
azul
Fronius
Flextrack
45 PRO
113
551
220/
60Hz
Plana
Varilla de
aporte
ER308L
Argón
Horizontal 5-
150cm/min
Vertical
5-100
cm/min
Varilla de
tungsteno
azul
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El ensayo de doblez se realizó para evaluar la deformación y la
resistencia de las placas soldadas, verificando la integridad de la soldadura
y detectando posibles agrietamientos. La prueba se efectuó en una probeta
de 5 mm de espesor, sometida a un doblez automático a 20°C y humedad
relativa de 60±20%, utilizando un equipo EQP-012 en posición 3G y un pie
de rey para medición.
Tabla 6
Registro de ensayos de tracción
ILPM ENGINEERING CIA. LTDA
Ingeniería Líder en Proyectos y Materiales
REGISTRO DE ENSAYO DE TRACCIÓN
NORMAS: ASTM A370 / ASTM E8
INFORME N°. ILPM 2024 - 514 – T
Cliente
ISUCT
Fecha de ensayo
Enero 2024
Material
INOX
304
Probeta elaborada
por
ILPM
Equipo
ENS-09
Máquin
a de
ensayo
de
Tensión
Calibració
n
Oct-2018
Verificación
Ene-2024
Temperatura
20±3°C
Humedad Relativa
60±20%
Objetivo del
ensayo
Control de calidad de soldadura
Probet
a #
Espes
or
Menor
Ancho
Menor
Longitud
Inicial
Longitu
d final
OBSERVACIONES:
APROBADO
mm
mm
mm
mm
AUTO-
T1
4,97
22,29
50,00
60,46
MAN-
T2
4,94
20,60
50,00
53,45
Probeta #
Area
Carga de
fluencia
Límite de
fluencia Sy
U=+-0.097
Carga
máxima
Resistencia
de la
tracción
SUT
U=+-0,13%
Mpa
Elongación
50mm
U=+-0,65%
Localizació
n de rotura
mm2
KN
KSI
MPa
KN
KSI
MPa
%
Auto-
T1
110,78
33,88
44,36
306
59,36
77,72
536
21
FJS
Man-
T2
101,76
31,74
45,24
312
41,42
59,03
407
7
FJS
Nota. Registro de ensayos de tracción. Autor, (2025)
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El proceso experimental se realizó con chapas metálicas inoxidables
304, aplicando técnicas rigurosas de evaluación. La metodología
experimental empleó electrodos de tungsteno de lantano y gas argón,
explorando un acero austenítico con composición de 18-20% cromo y 8-
10.5% níquel. La comparativa sobre la ZAC, en soldaduras GTAW de acero
inoxidable AISI 304, desarrollada en ILPM ENGINEERING CIA. LTDA, bajo
condiciones ambientales estándar de 22°C. El estudio utilizó una muestra de
46 estudiantes de la carrera de Mecánica Industrial, empleando dos equipos
de soldadura: FRONIUS Trans Steel 2700 (manual) y FRONIUS Flextrack 45
PRO (automático).
Estos ensayos destructivos de doblez y tracción se comparó conforme
las normas AWS B4.0 y AWS B4.0M, respectivamente, garantizando una
evaluación muy confiable de la resistencia y ductilidad de las soldaduras.
Para los ensayos no destructivos, en la inspección visual como el método de
tintas penetrantes siguieron los estándares AWS D1.1 y AWS D3.6M,
permitiendo comparar la calidad superficial y detectar posibles
discontinuidades. Los resultados obtenidos bajo estas normas evidenciaron
claramente las diferencias significativas en las características metalúrgicas y
estructurales entre los procesos manual y automático con las soldadoras
Fronius, validando la metodología aplicada. La metodología incluyó ensayos
no destructivos mediante tintas penetrantes y ensayos destructivos de dobles
y tracción, con el objetivo de analizar comparativamente las características
metalúrgicas de las soldaduras.
La Fronius TransSteel 2700 es una máquina inversora multiproceso,
lo que significa que puede realizar soldadura MIG/MAG, MMA y TIG (GTAW)
(Fronius, 2015) Su diseño compacto y sus funciones avanzadas la hacen
ideal para una variedad de aplicaciones. La soldadora FRONIUS TransSteel
2700 es una máquina multiproceso versátil, lo que le permite soldar una gran
variedad de metales y grosores. Su preciso control de arco es fundamental
para el proceso GTAW, ya que permite al soldador manipular la intensidad y
la estabilidad para una mayor calidad del cordón. Además, incluye
tecnologías específicas como Hot Start y Anti-Stick que mejoran la eficiencia
del proceso y reducen los defectos desde el inicio.
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Resultados
La investigación comparó los procesos de soldadura manual y
automática GTAW en acero inoxidable AISI 304, ZAC), mediante ensayos
destructivos y no destructivos. Los resultados revelaron diferencias
significativas entre ambas técnicas como se muestran en las tablas
anteriores. La soldadura manual (92 A, 490°C) mostró mayor variabilidad en
la ZAC, con rangos de color entre 8,45 y 45 mm, mientras que la soldadura
automática (113 A, 551°C) presentó mayor uniformidad, con rangos más
reducidos y controlados. Los ensayos de tracción evidenciaron
comportamientos mecánicos distintos: la probeta automática exhibió mayor
ductilidad (estiramiento de 10,46 mm, límite de fluencia 306 MPa) comparada
con la manual (3,45 mm, 312 MPa). El ensayo de doblez confirmó la calidad
de las soldaduras, con una fisura de 1,67 mm dentro de los parámetros
aceptables. Las tintas penetrantes detectaron discontinuidades superficiales
menores, y el análisis metalográfico demostró que el proceso automático
ofrece mayor consistencia térmica y estructural. Conclusivamente, la
soldadura automática GTAW mostró ventajas en uniformidad, control térmico
y propiedades mecánicas del acero inoxidable AISI 304.
En el resultado también se mostró una fisura de 1,67 mm en la cara
doblada, considerada dentro de los límites de tolerancia aceptables para
estructuras metálicas, garantizando la calidad y la resistencia de la unión
soldada. La norma técnica de referencia para chapas metálicas Inox 304:
UNE-EN 10088-2:2014 - Acero inoxidable (Morales, 2024). Los materiales.
Especificaciones para productos de acero inoxidable. Parte 2: Clasificación
de los productos y requisitos particulares para los tipos de productos de acero
inoxidable austenítico, incluyendo las chapas de Inox 304.
Tabla 7
Registro de ensayo de doblado automático
ILPM ENGINEERING CIA. LTDA
Ingeniería Líder en Proyectos y Materiales
REGISTRO DE ENSAYO DE DOBLADO
INFORME N°. ILPM 2024 - 514 – D Auto DCI
Nombre
ISUCT
APROBADO
Solicitado Por
ISUCT
Temperatura
20°C±3°
Humedad Relativa
60°C±20%
Identificación Soldador
Automatic DCL
Equipo Utilizado
EQP-012
Dobladora/INST-07
Pie de Rey
Probeta
Posición
Tipo de Ensayo
Observaciones (U=±0,01 mm)
AUTO-DCI
3G
Doblado de Cara
Indicación 1,67 mm dentro de la tolerancia
Nota. Ensayo de doblado en proceso de soldadura automática. ILPM. Autor, (2025)
Comparación de la ZAC en aceros inoxidables AISI 304 en soldaduras GTAW manuales y automáticas
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Probeta de 5 mm de espesor sometida a ensayo destructivo de doblez
de cara en condiciones ambientales de 20°C y humedad relativa de 60% ±
20%, utilizando soldadura automática. Con equipo EQP-012 y pie de rey en
posición 3G, se realizó prueba según normas ASME IX, AWS D1.1 y ASTM
E290 (Rabia, 2017), cuyo objetivo fue evaluar la integridad estructural del
cordón de soldadura. El método de doblez, ejecutado a 180°, busca
determinar la ductilidad y sanidad del material mediante deformación
controlada. El resultado reveló ausencia total de fisuras, indicando soldadura
de alta calidad, adecuada fusión y correcta técnica de unión. La probeta
demostró excelente comportamiento mecánico, superando
satisfactoriamente los criterios de aceptación establecidos en la normativa
técnica de ensayos destructivos.
Tabla 8
Registro de ensayo de doblado automático
ILPM ENGINEERING CIA. LTDA
Ingeniería Líder en Proyectos y Materiales
REGISTRO DE ENSAYO DE DOBLADO
INFORME N°. ILPM 2024 - 514 – D Auto DCI
Nombre
ISUCT
APROBADO
Solicitado Por
ISUCT
Temperatura
20°C±3°
Humedad Relativa
60°C±20%
Identificación Soldador
Automatic DCL
Equipo Utilizado
EQP-012
Dobladora/INST-07
Pie de Rey
Probeta
Posición
Tipo de Ensayo
Observaciones (U=±0,01 mm)
AUTO-DCI
3G
Doblado de Cara
Ausencia de indicaciones
Las probetas analizadas satisfacen los requerimientos de AWS D1.6 Ed.2017. Sección VI para la
aceptación de ensayos de doblado
Nota. Ensayo de doblado en proceso de soldadura manual. ILPM. Autor, (2025)
Ensayo de tracción. Estudio de ensayo destructivo en probetas de
soldadura, evaluando tracción automática y manual. Probeta automática
(4,97mm, 22,29mm) presentó estiramiento de 10,46mm y límite de fluencia
de 306 MPa. Probeta manual (4,94mm, 20,60mm) mostró estiramiento de
3,45mm con límite de fluencia de 312MPa. Metodología basada en normas
ASTM E8/E8M, ISO 6892-1, AWS D1.1 y ASME IX. Resultados revelan
comportamiento mecánico similar, con ligeras variaciones dimensionales y
de deformación, confirmando integridad estructural de la soldadura mediante
técnicas de tracción controlada.
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Resultado gráfico de la tracción en probeta con soldadura automática.
Probeta de acero inoxidable AISI 304, espesor 5 mm, soldada
automáticamente, sometida a ensayo de tracción. Gráfico revela
comportamiento mecánico con punto de estiramiento máximo en 306 MPa,
marcando transición entre deformación elástica y plástica. Punto final de
tracción alcanzado a 536 MPa, indicando máxima resistencia antes de
fractura. Análisis basado en normas ASTM E8/E8M e ISO 6892-1, evidencia
la ductilidad y capacidad estructural del material, demostrando
características típicas de aceros inoxidables austeníticos bajo esfuerzo de
tensión.
Tabla 9
Gráfico de tracción de probeta con soldadura manual y automática. TIG
Resultado gráfico de la tracción en
probeta con soldadura automática
Resultado gráfico de la tracción en
probeta con soldadura manual
Probeta INÓX_AISI 304 de 5mm, soldada
automáticamente, deforma entre 306 MPa
y 536 MPa, revelando comportamiento
estructural bajo tensión.
Probeta AISI 304 soldada manualmente
deforma entre 312 MPa y 407 MPa,
evidenciando menor ductilidad respecto a
soldadura automática.
Nota. Registro de ensayo de tracción manual y automática. Lab. ILPM. Autor, (2025)
Las gráficas obtenidas en el ensayo de tracción muestran el
comportamiento típico de un material dúctil, con una zona elástica inicial,
seguida de una zona plástica y finalmente la fractura. Al comparar ambos
métodos de soldadura, se observa que la probeta soldada de forma
automática presentó mayor estiramiento antes de la ruptura (10.46 mm) y un
límite de fluencia de 306 MPa, lo que evidencia mejor ductilidad y una ZAC,
más controlada y uniforme. Por otro lado, la probeta soldada manualmente
mostró menor estiramiento (3.45 mm) y un límite de fluencia ligeramente
superior (312MPa); sin embargo, la menor deformación indica una ZAC más
amplia y menos controlada, afectando negativamente la ductilidad y
generando una transición más repentina hacia la fractura, lo que sugiere
Comparación de la ZAC en aceros inoxidables AISI 304 en soldaduras GTAW manuales y automáticas
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lo que sugiere mayor variabilidad térmica y posibles concentraciones de
esfuerzos.
Tintas penetrantes. Las Probetas de acero inoxidable AISI 304
(200mm x 50mm x 5mm) tuvieron las siguientes características: 1. Material:
Placas inoxidables AISI 304. 2. Dimensiones: 200mm x 50mm x 5mm. 3.
Biselado: 30° con 1mm de cara de raíz. 4. Separación entre placas: 1mm. 5.
Proceso de Soldadura: GTAW (Soldadura TIG). Estas fueron sometidas a
ensayo de tintas penetrantes mediante proceso GTAW. Se utilizaron tres
tintas: limpiador, penetrante y revelador. Siguiendo normativa AWS
D1.1:2010 (Aguilar Sisa, 2023), el método permite inspección no destructiva
para detectar discontinuidades superficiales en soldaduras, garantizando la
calidad e integridad estructural de las uniones metálicas.
Tabla 10
Registro de ensayo de doblado automático
INSTITUTO SUPERIOR UNIVERSITARIO
CENTRAL TÉCNICO
CARRERA DE MECÁNICA INDUSTRIAL
REGISTRO PRÁCTICA TINTAS PENETRANTES
Objetivo: Detectar discontinuidades superficiales en soldaduras de placas metálicas mediante
inspección no destructiva.
Proceso:
GTAW
Código:
AWS D1.1:2010
Material:
INOX 304
Consumible
Argón-Tungsteno azul
Fecha:
Enero 2024
ESQUEMA DE LA JUNTA LISTA PARA EL ENSAYO NO DESTRUCTIVO
TABLA DE IDENTIFICACION DE DISCONTINUIDADES
Numero de
discontinuidad
Tipo de discontinuidad
Tamaño
Aceptable/No
Aceptable
1
Falta de fusión Visible
0.72 mm
No aceptable
Mordeduras
0.5 mm
No aceptable
Socavación
≤1/32
No aceptable
Porosidades en la superficie
≤1/2
No aceptable
2
Falta de fusión Visible
Dentro del
parámetro
Aprobado
Mordeduras
Dentro del
parámetro
Aprobado
Socavación
Dentro del
parámetro
Aprobado
Porosidades en la superficie
Dentro del
parámetro
Aprobado
Nota. Ensayos no destructivos. Norma ANSI B31.3. Taller Soldadura ISUCT. Autor, (2025)
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Discusión
El estudio analiza comparativamente la ZAC, en soldaduras GTAW de
acero inoxidable AISI 304, utilizando procedimientos manuales y automáticos
con soldadoras FRONIUS Trans Steel 2700 y Flextrack 45 Pro. La
investigación reveló que el contenido de carbono influye significativamente
en la extensión de la ZAC, con incrementos más pronunciados en aceros con
mayor concentración de carbono. Las velocidades de soldadura demostraron
un impacto directo en las características microestructurales, donde
velocidades menores aumentan el tamaño de la ZAC, especialmente en
espesores menores. Los resultados evidenciaron que un amperaje mínimo
de 250 Amperios garantiza una fusión adecuada.
La comparación de los resultados obtenidos en función de las
probetas realizadas, se verifica claramente varias coincidencias importantes:
los ensayos de doblez confirman la alta ductilidad del AISI 304, alineándose
con investigaciones previas sobre su comportamiento mecánico. Los
ensayos destructivos tanto de dobles como de tracción muestran que
parámetros como el amperaje y la velocidad de soldadura influyen
directamente en la resistencia, corroborando hallazgos similares en estudios
comparativos de procesos GTAW con la soldadora Fronius. Finalmente, las
pruebas con tintas penetrantes evidencian que una correcta preparación y
control de parámetros minimizan defectos superficiales, respaldando la
efectividad de este método no destructivo en la detección temprana de
discontinuidades.
El análisis comparativo de la ZAC, en las soldaduras GTAW de acero
inoxidable AISI 304, realizado con equipos FRONIUS Trans Steel 2700 de
forma manual y automático, permitió identificar diferencias significativas en
la microestructura y propiedades mecánicas de las juntas. El contenido de
carbono demostró ser un factor determinante en la extensión de la ZAC, ya
que una mayor concentración de carbono promueve la formación de
carburos y puede incrementar la susceptibilidad a la fragilización local,
especialmente en procesos con menor control térmico.
En torno a los parámetros de soldadura, se verificó que velocidades
de avance más bajas favorecen el crecimiento de la ZAC, lo que puede
afectar la homogeneidad de la microestructura y la distribución de esfuerzos
residuales. La soldadura automática, al operar con mayor uniformidad
térmica (amperaje promedio de 113 A y temperatura de 551°C), generó una
ZAC más estrecha y controlada, mientras que la manual mostró mayor
variabilidad (amperaje de 92 A y temperatura de 490°C), lo que se traduce
en rangos de color y tamaño de ZAC más amplios.
Comparación de la ZAC en aceros inoxidables AISI 304 en soldaduras GTAW manuales y automáticas
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Los ensayos de tracción revelaron que las probetas automáticas
alcanzaron mayor estiramiento (10.46 mm) y presentaron una transición
suave entre las zonas elástica y plástica, lo que indica una microestructura
homogénea y una mejor capacidad de absorción de energía. Por el contrario,
las probetas manuales mostraron menor estiramiento (3.45 mm) y una
transición más brusca hacia la fractura, evidenciando una mayor variabilidad
térmica y posibles concentraciones de esfuerzos.
En los ensayos de doblez, ambas variantes mantuvieron la ductilidad
característica del AISI 304, con fisuras dentro de parámetros aceptables
(1.67 mm), aunque la soldadura automática mostró menor tendencia a la
formación de discontinuidades. Las pruebas no destructivas con tintas
penetrantes confirmaron que una adecuada preparación superficial y el
control estricto de los parámetros de soldadura minimizan la aparición de
defectos superficiales, validando la efectividad de este método para la
detección temprana de discontinuidades.
En conjunto, los resultados confirman que el ajuste preciso de
amperaje (mínimo 250 A), velocidad de soldadura y técnicas de enfriamiento
entre pases son fundamentales para optimizar la calidad de la ZAC y las
propiedades mecánicas de las juntas soldadas. Estos hallazgos se alinean
con investigaciones previas y destacan la importancia del control de
parámetros en procesos industriales de soldadura de precisión.
Conclusiones
La investigación compara el comportamiento de la ZAC, en soldaduras
GTAW de acero inoxidable AISI 304, empleando equipo de soldadura
FRONIUS en modo manual y automático. Se evidencia que velocidades de
soldadura más lentas y mayor variabilidad térmica, especialmente en el
modo manual, incrementan el tamaño de grano y la extensión de la ZAC, lo
que afecta directamente las propiedades mecánicas del material. Esto se
confirma en los ensayos destructivos: las probetas automáticas presentaron
mayor estiramiento (10.46 mm) y una microestructura más homogénea,
mientras que las manuales mostraron menor ductilidad (3.45 mm) y mayor
variabilidad. En el ensayo de doblez, ambas técnicas se mantuvieron dentro
de parámetros aceptables, aunque la soldadura manual evidenció mayor
riesgo de fisuración. Los ensayos no destructivos de tintas penetrantes
demostraron que la uniformidad térmica del proceso automático reduce la
presencia de discontinuidades superficiales. Por lo tanto, el control preciso
de los parámetros térmicos y de soldadura es fundamental para optimizar la
integridad estructural y la calidad de las uniones, resaltando la sensibilidad
metalúrgica del AISI 304 a las condiciones específicas del proceso.
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La optimización del proceso de soldadura GTAW en acero inoxidable
requiere una selección meticulosa de parámetros críticos. La implementación
de un amperaje mínimo de 250 Amperios asegura una fusión metalúrgica
óptima, mientras que la técnica de enfriamiento entre pases permite reducir
significativamente la ZAC. La elección estratégica del electrodo de tungsteno
de lantano (color azul) emerge como una solución innovadora que minimiza
los riesgos de contaminación radiactiva, manteniendo simultáneamente la
estabilidad del arco eléctrico. Este enfoque sistemático representa una
aproximación integral para mejorar la calidad y seguridad de las uniones
soldadas.
Se evidenció claramente las características diferenciales de las
soldadoras FRONIUS Trans Steel 2700 (manual) y FRONIUS Flextrack 45
PRO (automática), evidenciando sus particulares contribuciones al proceso
de soldadura en acero inoxidable AISI 304. La soldadora manual Trans Steel
2700 ofrece una flexibilidad superior en la regulación del amperaje,
permitiendo ajustes precisos según la densidad del material, mientras que la
Flextrack 45 PRO destaca por su versatilidad geométrica y movilidad en
superficies complejas. Ambos equipos comparten características técnicas
similares como voltaje de red (115/230V), capacidad de carga (15 kg) y un
rango de temperatura de trabajo diferenciado, lo que sugiere que la selección
del equipo debe realizarse considerando las condiciones específicas de cada
aplicación industrial. El estudio concluye que la elección entre modo manual
y automático dependerá de factores como precisión requerida, geometría de
la pieza, espesor del material y complejidad de la unión soldada. Elementos
clave de comparación: Regulación de amperaje; Velocidad de
desplazamiento; Rango de temperatura; Versatilidad geométrica y la
Capacidad de carga.
El control preciso de los parámetros térmicos y mecánicos en la
soldadura GTAW de acero inoxidable AISI 304 es esencial para optimizar la
calidad de la unión. Los ensayos de doblez y tracción confirman la alta
ductilidad y resistencia del material, en línea con estudios recientes, mientras
que las pruebas de tintas penetrantes evidencian la eficacia de este método
para detectar discontinuidades superficiales. El equipo de soldadura Fronius
conjuntamente con la aplicación de procedimientos normalizados, permite
minimizar defectos y asegurar la integridad estructural, respaldando la
importancia de la evidencia científica actualizada en el desarrollo de
procesos industriales seguros y eficientes.
Se recomienda implementar un protocolo integral de control de
parámetros de soldadura que considere: a) selección del electrodo de
tungsteno de lantano (color azul), b) mantenimiento de un amperaje mínimo
de 250 Amperios, c) aplicación de técnicas de enfriamiento entre pases, y d)
evaluación sistemática de la velocidad de soldadura. La elección del equipo
(manual FRONIUS Trans Steel 2700 o automático Flextrack 45 PRO)
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debe realizarse considerando las especificidades del proyecto, priorizando la
minimización de la ZAC, y garantizando la integridad metalúrgica de la unión.
Esta aproximación metodológica permitirá optimizar la calidad, seguridad y
rendimiento de las soldaduras en acero inoxidable, reduciendo potenciales
defectos estructurales y mejorando las propiedades mecánicas del material
soldado.
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