Soldadura d'acer inoxidable

La soldadura d'acer inoxidable requereix una atenció especial a les propietats del material, el control de la calor i la neteja per evitar defectes com la distorsió, l'esquerdament i la sensibilització. Durant la soldadura, les temperatures de l'acer inoxidable adjacent a la soldadura assoleixen nivells en què es produeixen transformacions microestructurals i, per tant, la soldadura TIG és la tècnica més habitual per la seva precisió i adequació a les característiques de l'acer inoxidable.

 

Descripció

 

L'acer inoxidable es classifica en diferents tipus segons la seva microestructura i composició, que influeixen en les seves propietats mecàniques, resistència a la corrosió i soldabilitat. Els principals tipus són els acers inoxidables austenítics, ferrítics, martensítics, dúplex i endurits per precipitació-, i cada tipus té consideracions específiques de soldadura i tècniques de soldadura adequades a causa de les diferències en la conductivitat tèrmica, l'expansió tèrmica i la susceptibilitat a defectes com la fissuració o la sensibilització.

 

 

Tipus d'acer inoxidable i tècniques de soldadura

 

Els acers inoxidables són aliatges de base de ferro-que contenen un 15% o més de crom juntament amb un percentatge determinat de níquel, que poden proporcionar propietats resistents a la corrosió-extraordinàries. El contingut de crom es pot ajustar juntament amb altres elements d'aliatge per satisfer els requisits específics d'ús final o de fabricació, i a continuació es mostra una visió general dels tipus d'acer inoxidable més comuns.

 

• √Acer inoxidable austenític

Alt crom (16-26%) i níquel (6-22%), sovint amb molibdè (p. ex., 304, 316). No és magnètic, té una excel·lent resistència a la corrosió i una bona conformabilitat, i és propens a la sensibilització (precipitació de carbur) si s'exposa a 450-850 graus durant períodes prolongats, provocant corrosió intergranular. A més, té una alta expansió tèrmica i una baixa conductivitat tèrmica, la qual cosa augmenta el risc de distorsió. Els graus populars són 304, 304L (baix carboni), 316, 316L (baix carboni), 321 (estabilitzat amb titani). A causa de la seva bona propietat resistent a la corrosió, s'utilitzen àmpliament en equips de processament d'aliments, dipòsits químics, canonades, construcció, infraestructures, telecomunicacions i indústries mèdiques.

Tècniques de soldadura adequades

1. 1. La soldadura TIG (GTAW) és molt recomanable per a seccions primes i aplicacions crítiques a causa del control precís de la calor, minimitzant la sensibilització i la distorsió. Utilitzeu gas de protecció argó o argó-heli.
2. 2. La soldadura MIG/MAG (GMAW) és més adequada per a seccions més gruixudes i una producció més ràpida, utilitzant un gas tri-mescla (argó, heli, CO2) per estabilitzar l'arc i reduir les esquitxades.
3. 3. La soldadura amb pal (SMAW) s'utilitza normalment per a reparacions de camp o aplicacions no-crítiques amb elèctrodes de baix-carboni (p. ex., E308L per a 304L).

•  
• √Acer inoxidable ferrític

Alt crom (10,5-30%), baix níquel i baix carboni (per exemple, 430), és magnètic, resistència a la corrosió moderada i un cost més baix que els graus austenítics. Mentrestant, és menys propens a la sensibilització, però susceptible al creixement i la fragilitat del gra a altes temperatures, i té una expansió tèrmica menor que els graus austenítics, reduint el risc de distorsió. Els graus comuns són 409, 430, 439, i aquest tipus de metall ferrític s'ha utilitzat àmpliament per a sistemes d'escapament d'automòbils, aparells de cuina i equips industrials.

Tècniques de soldadura adequades:

1. 1. La soldadura TIG (GTAW) és adequada per a seccions primes i soldadures d'alta-qualitat, que poden proporcionar un bon control de l'entrada de calor per evitar el creixement del gra.
2. 2. Soldadura MIG/MAG (GMAW) eficaç per a materials més gruixuts i soldadura més ràpida. Utilitzeu gas de protecció a base d'argó- amb baix CO2 per evitar una oxidació excessiva.
3. 3. Soldadura amb pal (SMAW) acceptable per a aplicacions no-crítiques amb elèctrodes adequats (p. ex., E430).

 

• √Acer inoxidable martensític

Crom alt (11,5-18%), carboni moderat i níquel baix (p. ex., 410), i és magnètic, d'alta resistència i duresa, però amb menor resistència a la corrosió en comparació amb altres tipus. Per tant, és susceptible a l'esquerda-induïda per l'hidrogen i requereix un preescalfament i un tractament tèrmic posterior a la soldadura per evitar la fragilitat. Té una alta conductivitat tèrmica i una menor expansió tèrmica. Els graus comuns són 410, 420, 440 i s'utilitzen àmpliament per a instruments quirúrgics i pales de turbina.

Tècniques de soldadura adequades:

1. 1. Soldadura TIG (GTAW), adequada per a la precisió i el control de l'entrada de calor mitjançant l'ús de gas de protecció argó.
2. 2. Stick Welding (SMAW), molt utilitzat per a reparacions o seccions més gruixudes amb elèctrodes coincidents (per exemple, E410).
3. 3. Soldadura MIG/MAG (GMAW), menys habitual però que es pot utilitzar per a materials més gruixuts amb paràmetres controlats.

 

• √Dúplex d'acer inoxidable

Barreja equilibrada d'austenita i ferrita amb alt crom (20-30%), molibdè i nitrogen (per exemple, 2205), i combina una alta resistència i una excel·lent resistència a la corrosió, especialment en ambients de clorur. Tot i que, és susceptible a la formació de fase sigma (intermetàl·lic fràgil) si està malament soldat a altes temperatures. Té una expansió tèrmica i conductivitat moderades. Els graus comuns són 2205, 2507, etc., i s'utilitzen àmpliament en oleoductes i gasoductes, processament químic, entorns marins.

Tècniques de soldadura adequades:

1. 1. Soldadura TIG (GTAW), ideal per a soldadures d'alta-qualitat amb entrada de calor controlada per evitar la formació de fase sigma mitjançant l'ús d'argó o gas de protecció de nitrogen-argó.
2. 2. Soldadura MIG/MAG (GMAW), adequada per a seccions més gruixudes amb gas de protecció adequat (barreja d'argó-heli amb baix CO2).
3. 3. Stick Welding (SMAW) per a la soldadura de camp amb elèctrodes dúplex-específics (p. ex., E2209).

 

• √Precipitació-Acer inoxidable endurit

Conté elements d'aliatge com l'alumini, el coure o el niobi per reforçar-los mitjançant tractament tèrmic (p. ex., 17-4 PH) i té una alta resistència i una resistència a la corrosió moderada, que requereix una soldadura controlada per evitar el sobre-envelliment o la pèrdua de propietats mecàniques. Els graus populars són 17-4 PH, 15-5 PH i s'utilitzen àmpliament per a components aeroespacials, reactors nuclears, elements de fixació d'alta resistència.

Tècniques de soldadura adequades:

1. 1. Soldadura TIG (GTAW) per a la precisió i la mínima aportació de calor per preservar les propietats mecàniques.
2. 2. Soldadura MIG/MAG (GMAW), apta per a seccions més gruixudes amb paràmetres controlats.

 

 

Consideracions per a la soldadura d'acer inoxidable

 

L'acer inoxidable té una alta conductivitat tèrmica i una baixa expansió tèrmica, cosa que comporta un major risc de distorsió i deformació durant la soldadura. A més, és propens a la sensibilització (pèrdua de resistència a la corrosió) si s'exposa a altes temperatures durant massa temps, especialment en graus austenítics com 304 i 316. Per evitar aquests defectes de soldadura, el soldador ha de tenir en compte els següents aspectes:

 

• √Pre{0}}neteja

Netegeu la junta de soldadura de contaminants com pintures, oli, greix, imprimacions, compostos de tall i altres hidrocarburs. Aquests contaminants poden introduir carboni a la soldadura, perjudicar la resistència a la corrosió i debilitar la junta. Una nota molt important és que el soldador ha d'utilitzar un raspall d'acer inoxidable dedicat per netejar l'articulació i assegureu-vos que no utilitzeu un raspall, utilitzat anteriorment en acer al carboni, ja que això podria contaminar la peça d'acer inoxidable.

• √Selecció de farciment

Escollir el material de farciment adequat en funció de l'abast del treball, i ha de coincidir amb el grau de l'acer inoxidable, aconseguint gairebé les mateixes propietats.

• √Disseny de juntes de soldadura

El disseny de la junta de soldadura complementa l'estructura de la soldadura, la tècnica de soldadura i el material, i és un dels principals factors que determinarà la resistència i la qualitat de les soldadures. Per tant, és fonamental entendre les forces aplicades a les soldadures, i integrar-les en el disseny de la junta evitarà fallades estructurals.

• √Selecció de grau

Selecció de grau, diferents graus (p. ex., austenític, ferrític, martensític, dúplex) es comporten de manera diferent, els graus de baix-carboni (p. ex., 304L, 316L) poden minimitzar el risc de precipitació de carburs i corrosió intergranular.

• √Control d'entrada de calor

Control d'entrada de calor, la calor excessiva pot provocar el creixement del gra, la distorsió i la pèrdua de resistència a la corrosió, i és aconsellable utilitzar una entrada de calor baixa i evitar l'exposició prolongada a altes temperatures. En general, el corrent de soldadura hauria de ser aproximadament un 20% menor que l'acer al carboni per evitar la corrosió.

• √Gas de protecció

Shielding Gas, l'elecció del gas de protecció en processos com la soldadura MIG i TIG és crucial per protegir el conjunt de soldadura de la contaminació. La composició correcta del gas de protecció reduirà el risc de defectes de soldadura i millorarà el resultat general de la soldadura.

 

Per tant, per fer una soldadura sòlida, un soldador experimentat ha de tenir en compte un paràmetre complet que inclou el grau d'acer inoxidable, la tècnica de soldadura, l'entrada de calor, el gas de protecció, la font d'alimentació, l'angle de la torxa, la velocitat de viatge i la taxa de deposició. Només utilitzant eficaçment aquests paràmetres de soldadura, el soldador pot aconseguir soldadures d'alta i constant qualitat.

 

Defectes i Prevencions

 

Els defectes de soldadura més comuns a l'acer inoxidable inclouen esquerdes, porositat, inclusions d'escòria, manca de fusió, penetració incompleta, socavacions, esquitxades i distorsió, juntament amb la contaminació per partícules de ferro, tints de calor i decadència de la soldadura. Aquests defectes redueixen les propietats mecàniques i la resistència a la corrosió de la soldadura i poden derivar-se d'una neteja inadequada, d'una configuració incorrecta d'elèctrodes/gas, d'una entrada de calor excessiva o d'una baixa conductivitat tèrmica.

 

• √Deformació

L'acer inoxidable té una conductivitat tèrmica baixa i una alta expansió tèrmica, cosa que el fa susceptible a la deformació. L'entrada de calor excessiva durant la soldadura o un canvi ràpid de temperatura posa el metall sota estrès, donant lloc a una distorsió a mesura que es refreda. La solució més habitual és reduir l'entrada de calor evitant la mala qualitat de la soldadura a causa de la fusió incompleta entre les peces de treball, i una altra solució és crear un dissipador de calor subjectant coure o llautó darrere o al costat de la soldadura, absorbint la calor innecessària.

 

• √Esquerdament

Les esquerdes es poden produir durant o després de la soldadura i es poden veure influenciades per una gran tensió tèrmica o velocitats de refrigeració inadequades.

Hi ha dos tipus principals d'esquerdes: cracking en calent i cracking en fred. L'esquerdament en calent es produeix durant la solidificació del procés de soldadura a causa d'una quantitat excessiva d'impureses com el sofre o el fòsfor a la soldadura, que poden reduir el punt de fusió de determinades zones, fent que es formin esquerdes a mesura que el metall es solidifica. Sovint es produeix a les zones-d'alta temperatura de la soldadura. L'esquerdament en fred es produeix després que la soldadura s'ha refredat durant un temps que va d'unes hores a pocs dies, i sovint és causada per l'estrès residual que queda al metall després de la soldadura o per l'hidrogen que s'absorbeix a la soldadura. Per evitar esquerdes, és aconsellable utilitzar els materials de farciment adequats i controlar la velocitat de refrigeració amb molta cura, mentre que el preescalfament del material base podria ser una bona manera de reduir l'estrès tèrmic abans de soldar.

 

• √Porositat

És un defecte on les butxaques de gas estan atrapades a les soldadures, donant lloc a petits buits o cavitats, i sovint és causada per contaminants com la brutícia, l'oli, l'òxid, que poden introduir gasos a la soldadura. Aquests gasos queden atrapats a la piscina de soldadura fosa, formant buits a mesura que el metall es refreda. L'ús de gas de protecció inadequat també pot causar porositat. La humitat i la humitat del material base o els farcits es poden vaporitzar durant la soldadura, creant bombolles de gas a la soldadura. Per tant, és important mantenir el material base i les barres de farciment nets i secs, i utilitzar el gas protector correcte per mantenir un flux constant durant tot el procés de soldadura.

 

• √Pobra fusió

La fusió deficient es produeix quan el metall de soldadura no es fusiona correctament amb el material base i crea punts febles a la unió on els dos materials no estan completament units. Això pot reduir seriosament la resistència general de la soldadura i augmenta el risc de fallada. Aquest defecte sovint és causat per una calor insuficient, angle de soldadura incorrecte, velocitat de desplaçament ràpida.

 

• √Esquitxades de soldadura

Són petites gotes de metall fos que s'expulsen de la piscina de soldadura durant la soldadura, i realment no debiliten la soldadura. No obstant això, afecten l'aspecte, cosa que pot provocar un treball innecessari després del tractament. Les esquitxades sovint són causades per configuracions de corrent elevat que poden produir esquitxades excessives a mesura que el metall fos s'expulsa violentament de la piscina de soldadura. La longitud de l'arc incorrecta i el gas de protecció inadequat també poden provocar esquitxades durant la soldadura d'acer inoxidable. Per tant, és important reduir les esquitxades, ajustar la configuració actual i mantenir un arc estable mentre s'utilitza el gas protector correcte amb un flux constant per tota la soldadura.

 

 

La soldadura d'acer inoxidable requereix atenció a molts paràmetres com ara les propietats del material, el gas de protecció, els farcits, l'entrada de calor i la neteja per evitar defectes com la distorsió, l'esquerdament i la sensibilització. Els soldadors experimentats de Fabmann segueixen les millors pràctiques per configurar la màquina amb la tensió i l'amperatge correctes i saben soldar amb la velocitat de desplaçament correcta en funció del gruix del material d'acer inoxidable i del tipus d'acer inoxidable per aconseguir soldadures resistents a la corrosió-d'alta qualitat. Fabmann subministra suports personalitzats d'acer inoxidable d'alta qualitat per a la indústria de l'energia solar, peces de maquinària icobertes de ventilacióper al sector de la construcció d'habitatges.