Este artículo de Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. explica qué considerar al especificar metales de aporte para soldar acero inoxidable.
Las capacidades que hacen que el acero inoxidable sea tan atractivo, la capacidad de personalizar sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión y oxidación, también aumentan la complejidad de seleccionar un metal de aporte adecuado para la soldadura.Para cualquier combinación dada de material base, cualquiera de varios tipos de electrodos puede ser apropiado, dependiendo de los costos, las condiciones de servicio, las propiedades mecánicas deseadas y una gran cantidad de problemas relacionados con la soldadura.
Este artículo brinda los antecedentes técnicos necesarios para que el lector pueda apreciar la complejidad del tema y luego responde algunas de las preguntas más comunes que se hacen a los proveedores de metales de aporte.Establece pautas generales para seleccionar los metales de aporte de acero inoxidable apropiados, ¡y luego explica todas las excepciones a esas pautas!El artículo no cubre los procedimientos de soldadura, ya que ese es un tema para otro artículo.
Cuatro grados, numerosos elementos de aleación
Hay cuatro categorías principales de aceros inoxidables:
austenítico
martensítico
ferrítico
Dúplex
Los nombres se derivan de la estructura cristalina del acero que normalmente se encuentra a temperatura ambiente.Cuando el acero con bajo contenido de carbono se calienta por encima de 912°C, los átomos del acero se reorganizan desde la estructura llamada ferrita a temperatura ambiente hasta la estructura cristalina llamada austenita.Al enfriarse, los átomos vuelven a su estructura original, la ferrita.La estructura de alta temperatura, austenita, no es magnética, es plástica y tiene menor resistencia y mayor ductilidad que la forma de ferrita a temperatura ambiente.
Cuando se agrega más del 16% de cromo al acero, la estructura cristalina a temperatura ambiente, la ferrita, se estabiliza y el acero permanece en la condición ferrítica a todas las temperaturas.Por lo tanto, el nombre de acero inoxidable ferrítico se aplica a esta base de aleación.Cuando se agrega más del 17 % de cromo y 7 % de níquel al acero, la estructura cristalina de alta temperatura del acero, la austenita, se estabiliza para que persista a todas las temperaturas, desde la más baja hasta casi fundirse.
El acero inoxidable austenítico se conoce comúnmente como el tipo 'cromo-níquel', y los aceros martensíticos y ferríticos se denominan comúnmente tipos 'cromo puro'.Ciertos elementos de aleación utilizados en aceros inoxidables y metales de soldadura se comportan como estabilizadores de austenita y otros como estabilizadores de ferrita.Los estabilizadores de austenita más importantes son el níquel, el carbono, el manganeso y el nitrógeno.Los estabilizadores de ferrita son cromo, silicio, molibdeno y niobio.El equilibrio de los elementos de aleación controla la cantidad de ferrita en el metal de soldadura.
Los grados austeníticos se sueldan más fácil y satisfactoriamente que aquellos que contienen menos del 5% de níquel.Las uniones soldadas producidas en aceros inoxidables austeníticos son fuertes, dúctiles y tenaces en su estado de soldadura.Normalmente no requieren precalentamiento o tratamiento térmico posterior a la soldadura.Los grados austeníticos representan aproximadamente el 80 % del acero inoxidable soldado, y este artículo introductorio se centra principalmente en ellos.
Tabla 1: Tipos de acero inoxidable y su contenido de cromo y níquel.
inicio{c,80%}
cabeza{Tipo|% Cromo|% Níquel|Tipos}
tdata{Austenítico|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensítico|11 - 18 %|0 - 5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferrítico|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Dúplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
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Cómo elegir el metal de aporte inoxidable correcto
Si el material base en ambas placas es el mismo, el principio rector original solía ser: 'Empiece por hacer coincidir el material base'.Eso funciona bien en algunos casos;para unir el Tipo 310 o 316, elija el Tipo de relleno correspondiente.
Para unir materiales diferentes, siga este principio rector: 'elija un relleno que coincida con el material de mayor aleación'.Para unir 304 a 316, elija un relleno 316.
Desafortunadamente, la 'regla de coincidencia' tiene tantas excepciones que un mejor principio es consultar una tabla de selección de metales de aporte.Por ejemplo, el tipo 304 es el material base de acero inoxidable más común, pero nadie ofrece un electrodo tipo 304.
Cómo soldar acero inoxidable tipo 304 sin un electrodo tipo 304
Para soldar acero inoxidable tipo 304, use relleno tipo 308, ya que los elementos de aleación adicionales en el tipo 308 estabilizarán mejor el área de soldadura.
Sin embargo, el 308L también es un relleno aceptable.La designación 'L' después de cualquier tipo indica bajo contenido de carbono.Un acero inoxidable Tipo 3XXL tiene un contenido de carbono de 0,03 % o menos, mientras que el acero inoxidable Tipo 3XX estándar puede tener un contenido máximo de carbono de 0,08 %.
Debido a que un relleno tipo L cae dentro de la misma clasificación que el producto que no es L, los fabricantes pueden, y deben considerar seriamente, usar un relleno tipo L porque un menor contenido de carbono reduce el riesgo de problemas de corrosión intergranular.De hecho, los autores afirman que el relleno tipo L se usaría más ampliamente si los fabricantes simplemente actualizaran sus procedimientos.
Los fabricantes que utilizan el proceso GMAW también pueden querer considerar el uso de un relleno Tipo 3XXSi, ya que la adición de silicio mejora la humectación.En situaciones donde la soldadura tiene una corona alta o áspera, o donde el charco de soldadura no se une bien en los extremos de una junta de filete o solape, el uso de un electrodo GMAW tipo Si puede suavizar el cordón de soldadura y promover una mejor fusión.
Si le preocupa la precipitación de carburos, considere un relleno Tipo 347, que contiene una pequeña cantidad de niobio.
Cómo soldar acero inoxidable con acero al carbono
Esta situación ocurre en aplicaciones donde una parte de una estructura requiere una cara exterior resistente a la corrosión unida a un elemento estructural de acero al carbono para reducir el costo.Al unir un material base sin elementos de aleación con un material base con elementos de aleación, use un relleno sobrealeado para que la dilución dentro del metal de soldadura se equilibre o tenga una aleación más alta que el metal base inoxidable.
Para unir acero al carbono con el tipo 304 o 316, así como para unir aceros inoxidables diferentes, considere un electrodo tipo 309L para la mayoría de las aplicaciones.Si se desea un mayor contenido de Cr, considere el Tipo 312.
Como nota de precaución, los aceros inoxidables austeníticos exhiben una tasa de expansión que es aproximadamente un 50 por ciento mayor que la del acero al carbono.Cuando se unen, las diferentes tasas de expansión pueden causar grietas debido a las tensiones internas, a menos que se use el electrodo y el procedimiento de soldadura adecuados.
Utilice los procedimientos correctos de limpieza de preparación para soldadura.
Al igual que con otros metales, primero elimine el aceite, la grasa, las marcas y la suciedad con un solvente sin cloro.Después de eso, la regla principal de la preparación de la soldadura de acero inoxidable es 'Evite la contaminación del acero al carbono para evitar la corrosión'.Algunas empresas utilizan edificios separados para su 'taller de acero inoxidable' y 'taller de carbón' para evitar la contaminación cruzada.
Designe las muelas abrasivas y los cepillos de acero inoxidable como 'solo de acero inoxidable' cuando prepare los bordes para soldar.Algunos procedimientos exigen la limpieza de dos pulgadas hacia atrás desde la junta.La preparación de las juntas también es más crítica, ya que compensar las inconsistencias con la manipulación de los electrodos es más difícil que con el acero al carbono.
Utilice el procedimiento correcto de limpieza posterior a la soldadura para evitar la oxidación.
Para empezar, recuerde lo que hace que un acero inoxidable sea inoxidable: la reacción del cromo con el oxígeno para formar una capa protectora de óxido de cromo en la superficie del material.El acero inoxidable se oxida debido a la precipitación de carburos (ver más abajo) y porque el proceso de soldadura calienta el metal de soldadura hasta el punto en que se puede formar óxido ferrítico en la superficie de la soldadura.Dejada en la condición de soldada, una soldadura perfectamente sana podría mostrar 'huellas de óxido' en los límites de la zona afectada por el calor en menos de 24 horas.
Para que una nueva capa de óxido de cromo puro pueda reformarse correctamente, el acero inoxidable requiere una limpieza posterior a la soldadura mediante pulido, decapado, esmerilado o cepillado.Nuevamente, use amoladoras y cepillos dedicados a la tarea.
¿Por qué el alambre de soldadura de acero inoxidable es magnético?
El acero inoxidable totalmente austenítico no es magnético.Sin embargo, las temperaturas de soldadura crean un grano relativamente grande en la microestructura, lo que hace que la soldadura sea sensible a las grietas.Para mitigar la sensibilidad al agrietamiento en caliente, los fabricantes de electrodos agregan elementos de aleación, incluida la ferrita.La fase de ferrita hace que los granos austeníticos sean mucho más finos, por lo que la soldadura se vuelve más resistente al agrietamiento.
Un imán no se adherirá a un carrete de relleno de acero inoxidable austenítico, pero una persona que sostenga un imán podría sentir un ligero tirón debido a la ferrita retenida.Desafortunadamente, esto hace que algunos usuarios piensen que su producto ha sido mal etiquetado o que están usando el metal de relleno incorrecto (especialmente si rompieron la etiqueta de la canasta de alambre).
La cantidad correcta de ferrita en un electrodo depende de la temperatura de servicio de la aplicación.Por ejemplo, demasiada ferrita hace que la soldadura pierda su tenacidad a bajas temperaturas.Por lo tanto, el relleno Tipo 308 para una aplicación de tubería de GNL tiene un número de ferrita entre 3 y 6, en comparación con un número de ferrita de 8 para el relleno Tipo 308 estándar.En resumen, los metales de aporte pueden parecer similares al principio, pero las pequeñas diferencias en la composición son importantes.
¿Existe una manera fácil de soldar aceros inoxidables dúplex?
Normalmente, los aceros inoxidables dúplex tienen una microestructura que consta de aproximadamente un 50 % de ferrita y un 50 % de austenita.En términos simples, la ferrita proporciona una alta resistencia y cierta resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, mientras que la austenita proporciona una buena tenacidad.Las dos fases en combinación dan a los aceros dúplex sus atractivas propiedades.Hay disponible una amplia gama de aceros inoxidables dúplex, siendo el más común el tipo 2205;este contiene 22% de cromo, 5% de níquel, 3% de molibdeno y 0,15% de nitrógeno.
Al soldar acero inoxidable dúplex, pueden surgir problemas si el metal de soldadura tiene demasiada ferrita (el calor del arco hace que los átomos se organicen en una matriz de ferrita).Para compensar, los metales de aporte deben promover la estructura austenítica con un mayor contenido de aleación, típicamente de 2 a 4 % más de níquel que en el metal base.Por ejemplo, el alambre con núcleo fundente para soldar tipo 2205 puede tener un 8,85 % de níquel.
El contenido de ferrita deseado puede oscilar entre el 25 y el 55 % después de la soldadura (pero puede ser mayor).Tenga en cuenta que la velocidad de enfriamiento debe ser lo suficientemente lenta como para permitir que la austenita se vuelva a formar, pero no tan lenta como para crear fases intermetálicas, ni demasiado rápida como para crear un exceso de ferrita en la zona afectada por el calor.Siga los procedimientos recomendados por el fabricante para el proceso de soldadura y el metal de aporte seleccionado.
Ajuste de parámetros al soldar acero inoxidable.
Para los fabricantes que constantemente ajustan los parámetros (voltaje, amperaje, longitud de arco, inductancia, ancho de pulso, etc.) cuando sueldan acero inoxidable, el culpable típico es la composición inconsistente del metal de aporte.Dada la importancia de los elementos de aleación, las variaciones en la composición química de un lote a otro pueden tener un efecto notable en el rendimiento de la soldadura, como una mala humectación o una difícil liberación de la escoria.Las variaciones en el diámetro del electrodo, la limpieza de la superficie, el molde y la hélice también afectan el rendimiento en las aplicaciones GMAW y FCAW.
Precipitación de carburos de control de control en acero inoxidable austenítico
A temperaturas en el rango de 426-871 °C, el contenido de carbono superior al 0,02 % migra a los límites de grano de la estructura austenítica, donde reacciona con el cromo para formar carburo de cromo.Si el cromo está ligado al carbono, no está disponible para la resistencia a la corrosión.Cuando se expone a un ambiente corrosivo, se produce corrosión intergranular, lo que permite que se devoren los límites de los granos.
Para controlar la precipitación de carburos, mantenga el contenido de carbono lo más bajo posible (0,04 % como máximo) soldando con electrodos de bajo contenido de carbono.El carbono también puede estar ligado al niobio (anteriormente columbio) y al titanio, que tienen una mayor afinidad por el carbono que el cromo.Los electrodos tipo 347 están hechos para este propósito.
Cómo prepararse para una discusión sobre la selección del metal de aporte
Como mínimo, recopile información sobre el uso final de la pieza soldada, incluido el entorno de servicio (especialmente las temperaturas de funcionamiento, la exposición a elementos corrosivos y el grado de resistencia a la corrosión esperado) y la vida útil deseada.La información sobre las propiedades mecánicas requeridas en las condiciones de funcionamiento es de gran ayuda, incluida la resistencia, la tenacidad, la ductilidad y la fatiga.
La mayoría de los principales fabricantes de electrodos proporcionan guías para la selección de metales de aporte, y los autores no pueden enfatizar demasiado este punto: consulte una guía de aplicaciones de metales de aporte o comuníquese con los expertos técnicos del fabricante.Están allí para ayudar a seleccionar el electrodo de acero inoxidable correcto.
Para obtener más información acerca de los metales de aporte de acero inoxidable de TYUE y comunicarse con los expertos de la compañía para recibir asesoramiento, visite www.tyuelec.com.
Hora de publicación: 23-dic-2022