Como seleccionar metais de recheo para soldar aceiro inoxidable

Este artigo de Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. explica que ter en conta ao especificar metais de aporte 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 súa resistencia á corrosión e á oxidación) tamén aumentan a complexidade de seleccionar un metal de aporte axeitado para a soldadura. Para calquera combinación de materiais base, pode ser apropiado calquera dos varios tipos de eléctrodos, dependendo de cuestións de custo, condicións de servizo, propiedades mecánicas desexadas e unha serie de cuestións relacionadas coa soldadura.

Este artigo proporciona os coñecementos técnicos necesarios para que o lector comprenda a complexidade do tema e, a continuación, responde algunhas das preguntas máis frecuentes que se lles fan aos provedores de metais de aporte. Establece directrices xerais para seleccionar metais de aporte de aceiro inoxidable axeitados e, a continuación, explica todas as excepcións a esas directrices. O artigo non aborda os procedementos de soldadura, xa que ese 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 se atopa normalmente a temperatura ambiente. Cando o aceiro con baixo contido en carbono se quenta por riba dos 912 °C, os átomos do aceiro reórdanse desde a estrutura chamada ferrita a temperatura ambiente ata a estrutura cristalina chamada austenita. Ao arrefriar, os átomos volven á súa estrutura orixinal, a ferrita. A estrutura de alta temperatura, a austenita, non é magnética, é 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, estabilízase e o aceiro permanece no estado ferrítico a todas as temperaturas. De aí o nome de aceiro inoxidable ferrítico que se lle aplica a esta base de aliaxe. Cando se lle engaden máis do 17 % de cromo e do 7 % de níquel ao aceiro, a estrutura cristalina a alta temperatura do aceiro, a austenita, estabilízase de xeito que persista a todas as temperaturas, desde a máis baixa ata case a fusión.

O aceiro inoxidable austenítico denomínase habitualmente tipo "cromo-níquel", e os aceiros martensíticos e ferríticos denomínanse habitualmente tipos "cromo directo". Certos elementos de aliaxe empregados en aceiros inoxidables e metais de soldadura compórtanse como estabilizadores da austenita e outros como estabilizadores da ferrita. Os estabilizadores da austenita máis importantes son o níquel, o carbono, o manganeso e o nitróxeno. Os estabilizadores da ferrita son o cromo, o silicio, o molibdeno e o niobio. O equilibrio dos elementos de aliaxe controla a cantidade de ferrita no metal de soldadura.

Os tipos austeníticos soldanse máis facilmente e de forma satisfactoria que os que conteñen menos do 5 % de níquel. As unións soldadas producidas en aceiros inoxidables austeníticos son fortes, dúctiles e tenaces no seu estado de soldadura. Normalmente non requiren prequecemento nin tratamento térmico posterior á soldadura. Os tipos austeníticos representan aproximadamente o 80 % do aceiro inoxidable soldado e este artigo introdutorio céntrase especialmente neles.

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

inicio{c,80%}

thead{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}

tender

Como elixir o metal de recheo de aceiro inoxidable correcto

Se o material base de ambas placas é o mesmo, o principio rector orixinal adoitaba ser: "Comeza por facer coincidir o material base". Iso funciona ben nalgúns casos; para unir o tipo 310 ou 316, escóllese o tipo de recheo correspondente.

Para unir materiais diferentes, siga este principio orientador: "escolla unha recheo que coincida co material máis aliado". Para unir 304 con 316, escolla unha recheo 316.

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

Como soldar aceiro inoxidable tipo 304 sen un eléctrodo tipo 304

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

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

Dado que un recheo de tipo L se inclúe na mesma clasificación que o produto non-L, os fabricantes poden, e deben, considerar seriamente, o uso dun recheo de tipo L porque un menor contido de carbono reduce o risco de problemas de corrosión intergranular. De feito, os autores sosteñen que o recheo de tipo L usaríase máis amplamente se os fabricantes simplemente actualizasen os seus procedementos.

Os fabricantes que empregan o proceso GMAW tamén poden considerar o uso dun recheo tipo 3XXSi, xa que a adición de silicio mellora a humidade. En situacións nas que a soldadura ten unha coroa alta ou rugosa, ou nas que o charco de soldadura non se une ben nos dedos dunha unión de filete ou de solape, o uso dun eléctrodo GMAW tipo Si pode alisar o cordón de soldadura e promover unha mellor fusión.

Se a precipitación de carburo é un problema, considere un recheo tipo 347, que contén unha pequena cantidade de niobio.

Como soldar aceiro inoxidable a aceiro ao carbono

Esta situación ocorre en aplicacións onde 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, utilízase un recheo sobrealeado para que a dilución dentro do metal de soldadura se equilibre ou sexa máis aleada que o metal base inoxidable.

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

Como nota de precaución, os aceiros inoxidables austeníticos presentan unha taxa de expansión aproximadamente un 50 % maior que a do aceiro ao carbono. Ao unirse, as diferentes taxas de expansión poden causar rachaduras debido ás tensións internas, a menos que se utilice o eléctrodo e o procedemento de soldadura axeitados.

Empregar os procedementos correctos de limpeza da preparación da soldadura

Do mesmo xeito que 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 da soldadura de aceiro inoxidable é "Evitar a contaminación do aceiro ao carbono para previr a corrosión". Algunhas empresas usan edificios separados para o seu "taller de aceiro inoxidable" e o "taller de carbono" para previr a contaminación cruzada.

Designe as rebarbas e os cepillos de aceiro inoxidable como "só de aceiro inoxidable" ao preparar os bordos para a soldadura. Algúns procedementos requiren a limpeza a cinco centímetros da unión. A preparación da unión tamén é máis crítica, xa que compensar as inconsistencias coa manipulación de eléctrodos é máis difícil que co aceiro ao carbono.

Empregar 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. O aceiro inoxidable oxídase debido á precipitación de carburo (véxase 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 soldadura, unha soldadura perfectamente sólida podería mostrar "marcas de ferruxe" nos límites da zona afectada pola calor en menos de 24 horas.

Para que unha nova capa de óxido de cromo puro se poida reformar correctamente, o aceiro inoxidable require unha limpeza posterior á soldadura mediante pulido, decapado, esmerilado ou cepillado. De novo, use amoladoras e cepillos dedicados á tarefa.

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

O aceiro inoxidable totalmente austenítico non é 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 eléctrodos engaden elementos de aliaxe, incluída a ferrita. A fase de ferrita fai que os grans austeníticos sexan moito máis finos, polo que a soldadura se volve máis resistente ás fisuras.

Un imán non se pegará a un carrete de recheo de aceiro inoxidable austenítico, pero unha persoa que sosteña un imán pode sentir unha lixeira tracción debido á ferrita retida. Desafortunadamente, isto fai que algúns usuarios pensen que o seu produto foi mal etiquetado 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 eléctrodo depende da temperatura de servizo da aplicación. Por exemplo, demasiada ferrita fai que a soldadura perda a súa tenacidade a baixas temperaturas. Polo tanto, o recheo tipo 308 para unha aplicación de tubaxes de GNL ten un número de ferrita entre 3 e 6, en comparación cun número de ferrita de 8 para o recheo tipo 308 estándar. En resumo, os metais de recheo poden parecer similares ao principio, pero as pequenas diferenzas na composición son importantes.

Hai algunha maneira sinxela de soldar aceiros inoxidables dúplex?

Normalmente, os aceiros inoxidables dúplex teñen unha microestrutura que consiste aproximadamente nun 50 % de ferrita e un 50 % de austenita. En termos sinxelos, a ferrita proporciona unha alta resistencia e certa resistencia á corrosión baixo tensión, mentres que a austenita proporciona unha boa tenacidade. As dúas fases en combinación confiren aos aceiros dúplex as súas atractivas propiedades. Hai dispoñible unha ampla gama de aceiros inoxidables dúplex, sendo o máis común o tipo 2205; este 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 deben promover a estrutura austenítica cun maior contido de aliaxe, normalmente de 2 a 4 % máis de níquel que no metal base. Por exemplo, o arame con núcleo fundente para soldar o 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 aporte seleccionado.

Axuste de parámetros na soldadura de aceiro inoxidable

Para os fabricantes que axustan constantemente os parámetros (tensión, amperaxe, lonxitude do arco, inductancia, ancho do pulso, etc.) ao soldar aceiro inoxidable, o culpable típico é a composición inconsistente do metal de aporte. 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 humidade ou unha difícil liberación da escoria. As variacións no diámetro do eléctrodo, a limpeza da superficie, a fundición e a hélice tamén afectan o rendemento nas aplicacións GMAW e FCAW.

Control da precipitación de carburos en aceiro inoxidable austenítico

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

Para controlar a precipitación de carburo, manteña o contido de carbono o máis baixo posible (0,04 % como máximo) soldando con eléctrodos baixos en carbono. O carbono tamén pode ser ligado por niobio (antes columbio) e titanio, que teñen unha afinidade polo carbono máis forte que o cromo. Os eléctrodos de tipo 347 fabrícanse para este propósito.

Como prepararse para unha conversa 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 a resistencia, a tenacidade, a ductilidade e a fatiga.

A maioría dos principais fabricantes de eléctrodos proporcionan guías para a selección de metais de aporte, e os autores non poden subliñar demasiado este punto: consulte unha guía de aplicacións de metais de aporte ou póñase en contacto cos expertos técnicos do fabricante. Están alí para axudar a seleccionar o eléctrodo de aceiro inoxidable correcto.

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