Como seleccionar metais de recheo para soldar aceiro inoxidable

Este artigo de Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. explica o que hai que ter en conta ao especificar metais de recheo para soldar aceiro inoxidable.

As capacidades que fan que o aceiro inoxidable sexa tan atractivo -a capacidade de adaptar as súas propiedades mecánicas e a resistencia á corrosión e á oxidación- tamén aumentan a complexidade de seleccionar un metal de recheo axeitado para soldar.Para calquera combinación de material base, calquera dos varios tipos de electrodos pode ser apropiado, dependendo dos problemas de custo, condicións de servizo, propiedades mecánicas desexadas e unha serie de problemas relacionados coa soldadura.

Este artigo proporciona os antecedentes técnicos necesarios para darlle ao lector unha apreciación da complexidade do tema e, a continuación, responde a algunhas das preguntas máis comúns que se fan aos provedores de metal de recheo.Establece pautas xerais para seleccionar metais de recheo de aceiro inoxidable axeitados e, a continuación, explica todas as excepcións a esas directrices.O artigo non abarca os procedementos de soldadura, xa que é un tema para outro artigo.

Catro graos, numerosos elementos de aliaxe

Hai catro categorías principais de aceiros inoxidables:

austenítico
martensítico
ferrítico
Dúplex

Os nomes derivan da estrutura cristalina do aceiro que normalmente se atopa a temperatura ambiente.Cando o aceiro con baixo contido de carbono se quenta por encima de 912 °C, os átomos do aceiro reordenan desde a estrutura chamada ferrita a temperatura ambiente ata a estrutura cristalina chamada austenita.Ao arrefriarse, os átomos volven á súa estrutura orixinal, a ferrita.A estrutura de alta temperatura, a austenita, é non magnética, plástica e ten menor resistencia e maior ductilidade que a forma de ferrita a temperatura ambiente.

Cando se lle engade máis do 16% de cromo ao aceiro, a estrutura cristalina a temperatura ambiente, a ferrita, estabilizase e o aceiro permanece en condicións ferríticas a todas as temperaturas.De aí o nome de aceiro inoxidable ferrítico aplícase a esta base de aliaxe.Cando se lle engaden máis do 17% de cromo e un 7% de níquel ao aceiro, a estrutura cristalina de alta temperatura do aceiro, a austenita, estabilizase de xeito que persiste a todas as temperaturas desde a máis baixa ata case fundindo.

O aceiro inoxidable austenítico é comunmente denominado tipo "cromo-níquel", e os aceiros martensíticos e ferríticos son comunmente chamados tipos "cromo recto".Determinados elementos de aliaxe utilizados en aceiros inoxidables e metais de soldadura compórtanse como estabilizadores de austenita e outros como estabilizadores de ferrita.Os estabilizadores de austenita máis importantes son o níquel, o carbono, o manganeso e o nitróxeno.Os estabilizadores de ferrita son cromo, silicio, molibdeno e niobio.O equilibrio dos elementos de aliaxe controla a cantidade de ferrita no metal de soldadura.

As calidades austeníticas son máis fáciles e satisfactorias soldadas que as que conteñen menos do 5% de níquel.As unións de soldadura producidas en aceiros inoxidables austeníticos son fortes, dúctiles e resistentes no seu estado de soldadura.Normalmente non requiren tratamento térmico de precalentamento ou post-soldadura.Os graos austeníticos representan aproximadamente o 80% do aceiro inoxidable soldado, e este artigo introductorio céntrase moito neles.

Táboa 1: Tipos de aceiro inoxidable e o seu contido en cromo e níquel.

tstart{c,80%}

thead{Tipo|% Cromo|% Níquel|Tipos}

tdata{Austenítico|16 - 30 %|8 - 40 %|200, 300}

tdata{Martensitic|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}

tenden{}

Como elixir o metal de recheo inoxidable correcto

Se o material de base en ambas as placas é o mesmo, o principio reitor orixinal adoitaba ser: "Comezar combinando o material base".Iso funciona ben nalgúns casos;para unir o Tipo 310 ou 316, escolla o Tipo de recheo correspondente.

Para unir materiais diferentes, siga este principio reitor: "escolla un recheo que coincida co material máis aliado".Para unir 304 a 316, escolle un recheo 316.

Desafortunadamente, a "regra de coincidencia" ten tantas excepcións que un principio mellor é consultar unha táboa de selección de metal de recheo.Por exemplo, o tipo 304 é o material base de aceiro inoxidable máis común, pero ninguén ofrece un electrodo tipo 304.

Como soldar inoxidable tipo 304 sen electrodo tipo 304

Para soldar inoxidable tipo 304, use recheo tipo 308, xa que os elementos de aliaxe adicionais do tipo 308 estabilizarán mellor a zona de soldadura.

Non obstante, 308L tamén é un recheo aceptable.A designación "L" despois de calquera tipo indica baixo contido de carbono.Un inoxidable Tipo 3XXL ten un contido de carbono de 0,03% ou menos, mentres que o inoxidable Tipo 3XX estándar pode ter un contido máximo de carbono de 0,08%.

Debido a que un recheo de tipo L cae dentro da mesma clasificación que o produto non-L, os fabricantes poden e deben considerar encarecidamente o uso dun recheo de tipo L porque o menor contido de carbono reduce o risco de problemas de corrosión intergranular.De feito, os autores afirman que o recheo tipo L sería máis utilizado se os fabricantes simplemente actualizasen os seus procedementos.

Os fabricantes que usan o proceso GMAW tamén poden querer considerar o uso dun recheo Tipo 3XXSi, xa que a adición de silicio mellora a humedad.En situacións nas que a soldadura ten unha coroa alta ou rugosa, ou nas que o charco de soldadura non se axusta ben aos dedos dun filete ou da xunta de solapa, o uso dun electrodo GMAW tipo Si pode suavizar o cordón de soldadura e promover unha mellor fusión.

Se a precipitación do carburo é unha preocupación, considere un recheo Tipo 347, que contén unha pequena cantidade de niobio.

Como soldar aceiro inoxidable a aceiro carbono

Esta situación ocorre en aplicacións nas que unha parte dunha estrutura require unha cara exterior resistente á corrosión unida a un elemento estrutural de aceiro ao carbono para reducir o custo.Ao unir un material base sen elementos de aliaxe a un material base con elementos de aliaxe, use un recheo sobrealiado para que a dilución dentro do metal de soldadura equilibre ou sexa máis aliado que o metal base inoxidable.

Para unir aceiro carbono ao tipo 304 ou 316, así como para unir aceiros inoxidables diferentes, considere un electrodo tipo 309L para a maioría das aplicacións.Se se desexa un contido de Cr máis alto, considere o Tipo 312.

Como advertencia, os aceiros inoxidables austeníticos presentan unha taxa de expansión aproximadamente un 50 por cento maior que a do aceiro carbono.Cando se unen, as diferentes velocidades de expansión poden causar rachaduras debido a tensións internas a non ser que se utilice o electrodo e o procedemento de soldadura adecuados.

Use os procedementos correctos de limpeza da preparación da soldadura

Como ocorre con outros metais, primeiro elimine o aceite, a graxa, as marcas e a sucidade cun disolvente non clorado.Despois diso, a regra principal da preparación de soldaduras inoxidables é "Evitar a contaminación do aceiro carbono para evitar a corrosión".Algunhas empresas usan edificios separados para a súa 'tenda de inoxidable' e 'tenda de carbono' para evitar a contaminación cruzada.

Designar moas abrasivas e cepillos inoxidables como "só inoxidable" ao preparar os bordos para soldar.Algúns procedementos requiren limpar dúas polgadas cara atrás da articulación.A preparación das xuntas tamén é máis crítica, xa que compensar inconsistencias coa manipulación dos electrodos é máis difícil que co aceiro carbono.

Use o procedemento correcto de limpeza posterior á soldadura para evitar a oxidación

Para comezar, lembra o que fai que un aceiro inoxidable sexa inoxidable: a reacción do cromo co osíxeno para formar unha capa protectora de óxido de cromo na superficie do material.Ferruxe inoxidable debido á precipitación do carburo (ver máis abaixo) e porque o proceso de soldadura quenta o metal de soldadura ata o punto no que se pode formar óxido ferrítico na superficie da soldadura.Deixada na condición de soldada, unha soldadura perfectamente sólida pode mostrar "rastros de ferruxe" nos límites da zona afectada pola calor en menos de 24 horas.

Para que unha nova capa de óxido de cromo puro poida reformarse adecuadamente, o aceiro inoxidable require unha limpeza posterior á soldadura mediante pulido, decapado, esmerilado ou cepillado.De novo, usa moedores e pinceis dedicados á tarefa.

Por que o fío de soldadura de aceiro inoxidable é magnético?

O aceiro inoxidable totalmente austenítico é non magnético.Non obstante, as temperaturas de soldadura crean un gran relativamente grande na microestrutura, o que fai que a soldadura sexa sensible ás fisuras.Para mitigar a sensibilidade ás fisuras en quente, os fabricantes de electrodos engaden elementos de aliaxe, incluída a ferrita.A fase de ferrita fai que os grans austeníticos sexan moito máis finos, polo que a soldadura faise máis resistente ás fisuras.

Un imán non se pegará a unha bobina de recheo inoxidable austenítico, pero unha persoa que sostén un imán pode sentir un tirón leve debido á ferrita retida.Desafortunadamente, isto fai que algúns usuarios pensen que o seu produto foi etiquetado incorrectamente ou que están a usar o metal de recheo incorrecto (especialmente se arrincaron a etiqueta da cesta de arame).

A cantidade correcta de ferrita nun electrodo depende da temperatura de servizo da aplicación.Por exemplo, demasiada ferrita fai que a soldadura perda a súa dureza a baixas temperaturas.Así, o recheo Tipo 308 para unha aplicación de tubaxe de GNL ten un número de ferrita entre 3 e 6, en comparación cun número de ferrita de 8 para o recheo estándar Tipo 308.En resumo, os metais de recheo poden parecer similares ao principio, pero as pequenas diferenzas na composición son importantes.

Hai un xeito sinxelo de soldar aceiros inoxidables dúplex?

Normalmente, os aceiros inoxidables dúplex teñen unha microestrutura formada por aproximadamente un 50% de ferrita e un 50% de austenita.En termos sinxelos, a ferrita proporciona unha alta resistencia e certa resistencia ao agrietamento por corrosión por tensión mentres que a austenita proporciona unha boa tenacidade.As dúas fases en combinación dan aos aceiros dúplex as súas propiedades atractivas.Dispón dunha ampla gama de aceiros inoxidables dúplex, sendo o máis común o tipo 2205;contén un 22% de cromo, un 5% de níquel, un 3% de molibdeno e un 0,15% de nitróxeno.

Ao soldar aceiro inoxidable dúplex, poden xurdir problemas se o metal de soldadura ten demasiada ferrita (a calor do arco fai que os átomos se dispoñan nunha matriz de ferrita).Para compensar, os metais de recheo necesitan promover a estrutura austenítica con maior contido de aliaxe, normalmente entre un 2 e un 4% máis de níquel que no metal base.Por exemplo, o fío con núcleo de fluxo para soldar tipo 2205 pode ter un 8,85 % de níquel.

O contido de ferrita desexado pode variar entre o 25 e o 55% despois da soldadura (pero pode ser maior).Teña en conta que a velocidade de arrefriamento debe ser o suficientemente lenta para permitir que a austenita se reforme, pero non tan lenta como para crear fases intermetálicas, nin demasiado rápida como para crear un exceso de ferrita na zona afectada pola calor.Siga os procedementos recomendados polo fabricante para o proceso de soldadura e o metal de recheo seleccionado.

Axuste de parámetros ao soldar aceiro inoxidable

Para os fabricantes que axustan constantemente os parámetros (tensión, amperaxe, lonxitude do arco, inductancia, ancho de pulso, etc.) ao soldar aceiro inoxidable, o típico culpable é a composición inconsistente do metal de recheo.Dada a importancia dos elementos de aliaxe, as variacións de lote a lote na composición química poden ter un efecto notable no rendemento da soldadura, como unha mala molladura ou a difícil liberación da escoura.As variacións no diámetro do electrodo, a limpeza da superficie, a fundición e a hélice tamén afectan o rendemento nas aplicacións GMAW e FCAW.

Control de precipitación de carburo de control en aceiro inoxidable austenítico

A temperaturas no rango de 426-871 °C, o contido de carbono superior ao 0,02% migra aos límites dos grans da estrutura austenítica, onde reacciona co cromo para formar carburo de cromo.Se o cromo está atado co carbono, non está dispoñible para a resistencia á corrosión.Cando se expón a un ambiente corrosivo, prodúcese a corrosión intergranular, o que permite que os límites dos grans sexan consumidos.

Para controlar a precipitación do carburo, manteña o contido de carbono o máis baixo posible (máximo 0,04 %) soldando con electrodos de baixo carbono.O carbono tamén pode estar unido polo niobio (anteriormente columbio) e o titanio, que teñen unha afinidade máis forte polo carbono que o cromo.Os electrodos do tipo 347 están feitos para este fin.

Como prepararse para unha discusión sobre a selección de metal de recheo

Como mínimo, recompila información sobre o uso final da peza soldada, incluíndo o ambiente de servizo (especialmente as temperaturas de funcionamento, a exposición a elementos corrosivos e o grao de resistencia á corrosión esperada) e a vida útil desexada.A información sobre as propiedades mecánicas requiridas nas condicións de funcionamento axuda moito, incluíndo resistencia, tenacidade, ductilidade e fatiga.

A maioría dos principais fabricantes de electrodos proporcionan guías para a selección de metal de recheo e os autores non poden enfatizar demasiado este punto: consulte unha guía de aplicacións de metal de recheo ou póñase en contacto cos expertos técnicos do fabricante.Eles están aí para axudar a seleccionar o electrodo de aceiro inoxidable correcto.

Para obter máis información sobre os metais de recheo de aceiro inoxidable de TYUE e contactar cos expertos da compañía para obter asesoramento, vaia a www.tyuelec.com.