Aquest article de Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. explica què cal tenir en compte a l'hora d'especificar metalls d'aportació per soldar acer inoxidable.
Les capacitats que fan que l'acer inoxidable sigui tan atractiu, la capacitat d'adaptar les seves propietats mecàniques i la resistència a la corrosió i l'oxidació, també augmenten la complexitat de seleccionar un metall d'aportació adequat per a la soldadura.Per a qualsevol combinació de material base determinada, qualsevol dels diversos tipus d'elèctrodes pot ser adequat, depenent dels problemes de cost, les condicions de servei, les propietats mecàniques desitjades i una sèrie de problemes relacionats amb la soldadura.
Aquest article proporciona els antecedents tècnics necessaris per donar al lector una apreciació de la complexitat del tema i després respon a algunes de les preguntes més habituals que es fan als proveïdors de metall d'aportació.Estableix directrius generals per seleccionar els metalls d'aportació d'acer inoxidable adequats, i després explica totes les excepcions a aquestes directrius.L'article no cobreix els procediments de soldadura, ja que aquest és un tema per a un altre article.
Quatre graus, nombrosos elements d'aliatge
Hi ha quatre categories principals d'acers inoxidables:
austenític
martensític
ferrític
Dúplex
Els noms es deriven de l'estructura cristal·lina de l'acer que es troba normalment a temperatura ambient.Quan l'acer baix en carboni s'escalfa per sobre de 912 °C, els àtoms de l'acer es reorganitzen des de l'estructura anomenada ferrita a temperatura ambient fins a l'estructura de cristall anomenada austenita.En refredar-se, els àtoms tornen a la seva estructura original, la ferrita.L'estructura d'alta temperatura, l'austenita, és no magnètica, plàstica i té menor resistència i major ductilitat que la forma de ferrita a temperatura ambient.
Quan s'afegeix més del 16% de crom a l'acer, l'estructura cristal·lina a temperatura ambient, la ferrita, s'estabilitza i l'acer es manté en condicions ferrítiques a totes les temperatures.D'aquí que el nom d'acer inoxidable ferrític s'aplica a aquesta base d'aliatge.Quan s'afegeix més d'un 17% de crom i un 7% de níquel a l'acer, l'estructura cristal·lina d'alta temperatura de l'acer, l'austenita, s'estabilitza de manera que persisteixi a totes les temperatures des de la més baixa fins a gairebé la fusió.
L'acer inoxidable austenític es coneix comunament com el tipus "crom-níquel", i els acers martensítics i ferrítics s'anomenen tipus "crom recte".Alguns elements d'aliatge utilitzats en acers inoxidables i metalls de soldadura es comporten com estabilitzadors d'austenita i d'altres com estabilitzadors de ferrita.Els estabilitzadors d'austenita més importants són el níquel, el carboni, el manganès i el nitrogen.Els estabilitzadors de ferrita són crom, silici, molibdè i niobi.L'equilibri dels elements d'aliatge controla la quantitat de ferrita en el metall de soldadura.
Els graus austenítics es solden més fàcilment i satisfactòriament que els que contenen menys del 5% de níquel.Les juntes de soldadura produïdes en acers inoxidables austenítics són resistents, dúctils i resistents en el seu estat de soldadura.Normalment no requereixen tractament tèrmic de preescalfament o postsoldadura.Els graus austenítics representen aproximadament el 80% de l'acer inoxidable soldat, i aquest article introductori se centra molt en ells.
Taula 1: Tipus d'acer inoxidable i el seu contingut en crom i níquel.
tstart{c,80%}
thead{Tipus|% Crom|% Níquel|Tipus}
tdata{Austenític|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitic|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferrític|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Dúplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
tendeix{}
Com triar el metall de farciment inoxidable correcte
Si el material base de les dues plaques és el mateix, el principi rector original solia ser "Comenceu fent coincidir el material base".Això funciona bé en alguns casos;per unir-se al tipus 310 o 316, trieu el tipus de farciment corresponent.
Per unir materials diferents, seguiu aquest principi rector: "trieu un farcit que coincideixi amb el material més altament aliat".Per unir-vos al 304 al 316, trieu un emplenament 316.
Malauradament, la "regla de concordança" té tantes excepcions que un principi millor és consultar una taula de selecció de metall d'aportació.Per exemple, el tipus 304 és el material base d'acer inoxidable més comú, però ningú ofereix un elèctrode tipus 304.
Com soldar l'acer inoxidable tipus 304 sense un elèctrode tipus 304
Per soldar inoxidable tipus 304, utilitzeu farciment tipus 308, ja que els elements d'aliatge addicionals del tipus 308 estabilitzaran millor l'àrea de soldadura.
Tanmateix, 308L també és un farciment acceptable.La designació "L" després de qualsevol tipus indica un baix contingut de carboni.Un inoxidable tipus 3XXL té un contingut de carboni del 0,03% o menys, mentre que l'acer inoxidable tipus 3XX estàndard pot tenir un contingut màxim de carboni del 0,08%.
Com que un farcit de tipus L es troba dins de la mateixa classificació que el producte que no és L, els fabricants poden i haurien de considerar fermament l'ús d'un farciment de tipus L perquè un contingut de carboni més baix redueix el risc de problemes de corrosió intergranular.De fet, els autors afirmen que el farciment de tipus L s'utilitzaria més àmpliament si els fabricants simplement actualitzessin els seus procediments.
Els fabricants que utilitzen el procés GMAW també poden voler considerar l'ús d'un farciment tipus 3XXSi, ja que l'addició de silici millora l'humitat.En situacions en què la soldadura té una corona alta o rugosa, o on el bassal de soldadura no s'uneix bé als dits d'un filet o unió de solapa, l'ús d'un elèctrode GMAW tipus Si pot suavitzar el cordó de soldadura i promoure una millor fusió.
Si la precipitació de carbur és una preocupació, considereu un farciment tipus 347, que conté una petita quantitat de niobi.
Com soldar acer inoxidable a acer al carboni
Aquesta situació es produeix en aplicacions on una part d'una estructura requereix una cara exterior resistent a la corrosió unida a un element estructural d'acer al carboni per reduir el cost.Quan s'uneix un material base sense elements d'aliatge a un material base amb elements d'aliatge, utilitzeu un farciment sobrealiat perquè la dilució dins del metall de soldadura s'equilibri o sigui més altament aliat que el metall base inoxidable.
Per unir acer al carboni al tipus 304 o 316, així com per unir acers inoxidables diferents, considereu un elèctrode tipus 309L per a la majoria d'aplicacions.Si es desitja un contingut de Cr més alt, considereu el tipus 312.
Com a advertència, els acers inoxidables austenítics presenten una taxa d'expansió aproximadament un 50 per cent més gran que la de l'acer al carboni.Quan s'uneixen, les diferents velocitats d'expansió poden provocar esquerdes a causa de tensions internes tret que s'utilitzi l'elèctrode i el procediment de soldadura adequats.
Utilitzeu els procediments correctes de neteja de preparació de soldadura
Com amb altres metalls, primer traieu l'oli, el greix, les marques i la brutícia amb un dissolvent no clorat.Després d'això, la regla principal de la preparació de la soldadura inoxidable és "Evitar la contaminació de l'acer al carboni per evitar la corrosió".Algunes empreses utilitzen edificis separats per a la seva "botiga d'inoxidable" i "botiga de carboni" per evitar la contaminació creuada.
Designeu les moles i els raspalls inoxidables com a "només inoxidables" quan prepareu les vores per a la soldadura.Alguns procediments requereixen netejar dues polzades enrere de l'articulació.La preparació de la junta també és més crítica, ja que compensar les inconsistències amb la manipulació dels elèctrodes és més difícil que amb l'acer al carboni.
Utilitzeu el procediment correcte de neteja posterior a la soldadura per evitar l'oxidació
Per començar, recordeu què fa que un acer inoxidable sigui inoxidable: la reacció del crom amb l'oxigen per formar una capa protectora d'òxid de crom a la superfície del material.Rovells inoxidables a causa de la precipitació del carbur (vegeu més avall) i perquè el procés de soldadura escalfa el metall de soldadura fins al punt que es pot formar òxid ferrític a la superfície de la soldadura.Si es deixa en l'estat de soldadura, una soldadura perfectament sòlida podria mostrar "pistes d'òxid del vagó" als límits de la zona afectada per la calor en menys de 24 hores.
Perquè una nova capa d'òxid de crom pur es pugui reformar correctament, l'acer inoxidable requereix una neteja posterior a la soldadura mitjançant poliment, decapat, mòlta o raspallat.De nou, utilitzeu esmoladores i raspalls dedicats a la tasca.
Per què és magnètic el filferro de soldadura d'acer inoxidable?
L'acer inoxidable totalment austenític no és magnètic.Tanmateix, les temperatures de soldadura creen un gra relativament gran a la microestructura, la qual cosa fa que la soldadura sigui sensible a les esquerdes.Per mitigar la sensibilitat a l'esquerdament calent, els fabricants d'elèctrodes afegeixen elements d'aliatge, inclosa la ferrita.La fase de ferrita fa que els grans austenítics siguin molt més fins, de manera que la soldadura es torna més resistent a les esquerdes.
Un imant no s'enganxarà a una bobina de farciment inoxidable austenític, però una persona que sosté un imant pot sentir una lleugera estirada a causa de la ferrita retinguda.Malauradament, això fa que alguns usuaris pensin que el seu producte s'ha etiquetat erròniament o que estan utilitzant el metall de farciment incorrecte (sobretot si han arrencat l'etiqueta de la cistella de filferro).
La quantitat correcta de ferrita en un elèctrode depèn de la temperatura de servei de l'aplicació.Per exemple, un excés de ferrita fa que la soldadura perdi la seva tenacitat a baixes temperatures.Així, el farciment tipus 308 per a una aplicació de canonades de GNL té un nombre de ferrita entre 3 i 6, en comparació amb un nombre de ferrita de 8 per al farcit estàndard del tipus 308.En resum, els metalls d'aportació poden semblar similars al principi, però les petites diferències en la composició són importants.
Hi ha una manera fàcil de soldar acers inoxidables dúplex?
Normalment, els acers inoxidables dúplex tenen una microestructura que consta d'aproximadament un 50% de ferrita i un 50% d'austenita.En termes senzills, la ferrita proporciona una alta resistència i certa resistència a l'esquerda per corrosió per tensió, mentre que l'austenita proporciona una bona tenacitat.Les dues fases combinades donen als acers dúplex les seves propietats atractives.Hi ha disponible una àmplia gamma d'acers inoxidables dúplex, sent el més comú el tipus 2205;conté un 22% de crom, un 5% de níquel, un 3% de molibdè i un 0,15% de nitrogen.
Quan es solda acer inoxidable dúplex, poden sorgir problemes si el metall de soldadura té massa ferrita (la calor de l'arc fa que els àtoms s'organitzin en una matriu de ferrita).Per compensar, els metalls d'aportació han de promoure l'estructura austenítica amb un contingut d'aliatge més alt, normalment entre un 2 i un 4% més de níquel que en el metall base.Per exemple, el filferro amb nucli de flux per a la soldadura tipus 2205 pot tenir un 8,85% de níquel.
El contingut de ferrita desitjat pot variar entre el 25 i el 55% després de la soldadura (però pot ser superior).Tingueu en compte que la velocitat de refredament ha de ser prou lenta per permetre que l'austenita es reformi, però no tan lenta com per crear fases intermetàl·liques, ni massa ràpida com per crear un excés de ferrita a la zona afectada per la calor.Seguiu els procediments recomanats pel fabricant per al procés de soldadura i el metall d'aportació seleccionat.
Ajust de paràmetres en soldar acer inoxidable
Per als fabricants que ajusten constantment els paràmetres (tensió, amperatge, longitud de l'arc, inductància, amplada de pols, etc.) quan solden acer inoxidable, el culpable típic és la composició inconsistent del metall de farciment.Donada la importància dels elements d'aliatge, les variacions de lot a lot en la composició química poden tenir un efecte notable en el rendiment de la soldadura, com ara una mala humitat o un alliberament d'escòria difícil.Les variacions en el diàmetre de l'elèctrode, la neteja de la superfície, la fosa i l'hèlix també afecten el rendiment en aplicacions GMAW i FCAW.
Control de la precipitació de carbur de control en acer inoxidable austenític
A temperatures del rang de 426-871 °C, el contingut de carboni superior al 0,02% migra als límits de gra de l'estructura austenítica, on reacciona amb el crom per formar carbur de crom.Si el crom està lligat amb el carboni, no està disponible per a la resistència a la corrosió.Quan s'exposa a un entorn corrosiu, es produeix una corrosió intergranular, que permet que els límits del gra es mengin.
Per controlar la precipitació de carbur, manteniu el contingut de carboni el més baix possible (0,04% màxim) soldant amb elèctrodes de baix carboni.El carboni també pot estar lligat pel niobi (abans columbi) i el titani, que tenen una afinitat més forta pel carboni que el crom.Els elèctrodes tipus 347 es fabriquen amb aquesta finalitat.
Com preparar-se per a una discussió sobre la selecció del metall d'aportació
Com a mínim, recopila informació sobre l'ús final de la peça soldada, inclòs l'entorn de servei (especialment les temperatures de funcionament, l'exposició a elements corrosius i el grau de resistència a la corrosió esperada) i la vida útil desitjada.La informació sobre les propietats mecàniques necessàries en condicions de funcionament ajuda molt, incloent-hi la resistència, la tenacitat, la ductilitat i la fatiga.
La majoria dels principals fabricants d'elèctrodes ofereixen guies per a la selecció del metall d'aportació, i els autors no poden exagerar aquest punt: consulteu una guia d'aplicacions de metall d'aportació o poseu-vos en contacte amb els experts tècnics del fabricant.Estan allà per ajudar a seleccionar l'elèctrode d'acer inoxidable correcte.
Per obtenir més informació sobre els metalls d'acer inoxidable de TYUE i per contactar amb els experts de l'empresa per obtenir assessorament, aneu a www.tyuelec.com.
Hora de publicació: 23-12-2022