¿Cómo es posible que soldar acero al carbono sea a la vez una práctica habitual y un reto complejo? Esta guía explora el intrincado mundo de la soldadura del acero al carbono, cubriendo los tipos de acero al carbono, su soldabilidad y las técnicas específicas para garantizar uniones fuertes y fiables. Los lectores conocerán las diferencias entre soldar acero con bajo, medio y alto contenido en carbono, así como las precauciones necesarias para evitar los defectos de soldadura más comunes. Sumérjase para comprender los pasos cruciales y las mejores prácticas para soldar con éxito acero al carbono.
1. ¿Qué es el acero al carbono?
El acero se clasifica en dos categorías principales en función de su composición química: acero al carbono y acero aleado. El acero al carbono se subdivide a su vez en tres tipos según su contenido de carbono:
El acero bajo en carbono, también conocido como acero dulce, contiene menos de 0,25% de carbono. Se caracteriza por:
Las aplicaciones incluyen:
Algunos aceros con bajo contenido en carbono se someten a carburación u otros tratamientos de endurecimiento superficial para mejorar la resistencia al desgaste en aplicaciones mecánicas específicas.
2. Acero al carbono medio
El acero de carbono medio, con un contenido de carbono de 0,25% a 0,60%, ofrece:
Características clave:
Aplicaciones:
3. Acero con alto contenido en carbono
El acero con alto contenido en carbono, a menudo denominado acero para herramientas, contiene entre 0,60% y 1,70% de carbono. Se caracteriza por:
Aplicaciones basadas en el contenido de carbono:
Los aceros con alto contenido en carbono suelen someterse a un tratamiento térmico (templado y revenido) para conseguir unas propiedades mecánicas óptimas para las aplicaciones previstas.
La soldabilidad del acero depende principalmente de su composición química, siendo el contenido de carbono el factor más crítico. Aunque otros elementos de aleación del acero pueden afectar a la soldadura, su impacto es generalmente menos significativo en comparación con el carbono.
El acero bajo en carbono (normalmente 25 mm), temperaturas ambiente bajas (0,05%), son necesarias precauciones adicionales:
Los aceros de carbono medio (0,25-0,60% C) son más susceptibles a la fisuración en frío durante la soldadura. A medida que aumenta el contenido de carbono, aumenta la templabilidad de la ZAT, lo que aumenta la probabilidad de fisuración en frío y reduce la soldabilidad. Los elevados niveles de carbono en el material base también aumentan el contenido de carbono en el metal de soldadura, lo que, combinado con cualquier azufre presente, puede promover el agrietamiento en caliente. Para mitigar estos problemas al soldar aceros de carbono medio:
Los aceros con alto contenido en carbono (>0,60% C) son los que presentan mayores problemas de soldadura debido a su alto contenido en carbono. Durante la soldadura, se desarrollan importantes tensiones térmicas, la ZAT se vuelve muy susceptible al endurecimiento y al agrietamiento en frío, y el metal de soldadura es propenso al agrietamiento en caliente. Por consiguiente, el acero con alto contenido en carbono es el que menos se puede soldar de las tres categorías. Por lo general, se evita su uso en estructuras soldadas, limitándose las aplicaciones a la soldadura de reparación o al recargue de componentes resistentes al desgaste. Cuando sea necesario soldar acero con alto contenido en carbono
El acero al carbono medio se refiere al acero al carbono con un contenido de carbono de 0,25% a 0,60%, que incluye el carbono de alta calidad. calidades de acero estructural como 30, 35, 45, 50, 55 y grados de acero al carbono fundido como ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 y ZG340-640.
Debido al mayor contenido de carbono en el acero de carbono medio en comparación con el acero de carbono bajo, su soldabilidad es inferior. Cuando la fracción másica de carbono se aproxima a 0,30% y el contenido de manganeso no es elevado, la soldabilidad sigue siendo buena, pero a medida que aumenta el contenido de carbono, la soldabilidad empeora gradualmente.
Cuando la fracción másica de carbono alcanza aproximadamente 0,50%, la soldabilidad empeora significativamente.
Los problemas que pueden surgir al soldar acero medio al carbono son los siguientes:
Debido al alto contenido en carbono del acero, la zona afectada por el calor puede producir fácilmente dureza y fragilidad. estructura martensítica durante la soldadura, lo que provoca grietas frías.
Si se utilizan materiales de soldadura inadecuados o el proceso de soldadura no se formula correctamente, también pueden producirse fácilmente grietas frías en la soldadura.
Durante la soldadura, el material base con alto contenido en carbono se fundirá e introducirá carbono en la soldadura, aumentando así el contenido de carbono en la soldadura. El carbono puede intensificar el efecto del azufre y el fósforo en los metales y provocar grietas calientes.
Por lo tanto, al soldar aceros de carbono medio, es fácil que se produzcan grietas calientes en la soldadura. Esto es especialmente cierto cuando el contenido de azufre y fósforo en el material de base o... material de soldadura no se controlan estrictamente, por lo que es más probable que se produzcan grietas calientes.
Además, el alto contenido de carbono en el acero también puede aumentar la tendencia de la soldadura a producir poros de gas CO.
Debido a la propensión de los aceros de medio carbono a formar defectos como grietas en frío y en caliente cuando se sueldan, es necesario aplicar medidas técnicas especiales para garantizar el éxito de la soldadura.
Se pueden emplear varios métodos de soldadura por arco para el carbono medio soldadura de acero. Dado que el acero al carbono medio se utiliza normalmente en la producción de piezas de maquinaria más que en estructuras de soldadura a gran escala, el metal protegido soldadura por arco es el más utilizado.
Para evitar la formación de grietas frías y calientes en la soldadura, se suelen utilizar electrodos de bajo contenido en hidrógeno en las soldaduras blindadas. arco metálico soldadura. Estos electrodos no sólo mantienen un bajo contenido de hidrógeno en la soldadura, sino que también presentan efectos desulfurantes y desfosforantes, mejorando la plasticidad y tenacidad de la soldadura.
Cuando el acero tiene un menor contenido de carbono y la junta presenta menos rigidez, pueden utilizarse electrodos de rutilo o básicos. Sin embargo, deben aplicarse medidas técnicas rigurosas, como minimizar la relación de fusión, precalentar estrictamente la pieza y controlar la temperatura entre capas.
Si no es posible el precalentamiento, pueden utilizarse electrodos de acero inoxidable austenítico, como E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407).
El precalentamiento es la técnica más eficaz para evitar la fisuración al soldar aceros de carbono medio. El precalentamiento no solo reduce la velocidad de enfriamiento de la unión, impidiendo la formación de martensita, sino que también reduce la tensión de soldadura y acelera la difusión del hidrógeno.
En la mayoría de los casos, es necesario precalentar y mantener la temperatura de la capa intermedia.
La selección de las temperaturas de precalentamiento e intercalado depende del equivalente en carbono del acero, el espesor del metal base, la rigidez de la estructura y el tipo de electrodo.
La temperatura de precalentamiento puede determinarse mediante ensayos de soldadura o mediante la fórmula empírica T0=550(C-0,12)+0,4δ. En esta fórmula, T0 representa la temperatura de precalentamiento (℃), C representa la fracción másica de carbono en el metal base que se está soldando (%), y δ representa el espesor del chapa de acero (mm).
Las temperaturas de precalentamiento y entre capas para soldar acero 30, 35 y 45 pueden consultarse en la Tabla 1.
Tabla 1 Temperatura de precalentamiento y temperatura de revenido posterior a la soldadura para el carbono soldadura de acero
| Grado de acero | Espesor de la soldadura /mm | Proceso operativo | Varilla de soldadura categoría | Nota | |
| Temperatura de precalentamiento de la capa intermedia /℃ | Temperatura de revenido /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Varilla de soldadura sin bajo contenido en hidrógeno | 1. El rango de calentamiento a ambos lados de la ranura para el precalentamiento local es de 150-200 mm. 2. Durante el proceso de soldadura, se puede utilizar el martilleo para reducir la soldadura tensión residual. |
| Varilla de soldadura de bajo contenido en hidrógeno | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Tipo bajo en hidrógeno | ||
| >150 | Tipo no bajo en hidrógeno | ||||
| 50-100 | >150 | Tipo bajo en hidrógeno | |||
| 45 | -100 | >200 | Tipo bajo en hidrógeno | ||
Lo ideal es que la pieza tenga una ranura en forma de U o V para reducir la proporción de metal base que se funde en la soldadura. Si se reparan defectos en piezas de fundición, la ranura excavada debe tener un exterior liso para minimizar la cantidad de metal base que se funde en la soldadura.
Para soldar debe utilizarse corriente continua de polaridad inversa. Para soldadura multicapa, electrodos de pequeño diámetro, baja corriente y lenta. velocidad de soldadura ya que la proporción de metal base que se funde en la primera capa de la soldadura puede alcanzar hasta 30%.
Tras la soldadura, lo ideal es someter inmediatamente la pieza a un tratamiento térmico de alivio de tensiones. Esto es especialmente importante en el caso de soldaduras de gran espesor, estructuras muy rígidas y soldaduras sometidas a cargas dinámicas o de impacto.
La temperatura para aliviar el estrés recocido suele estar entre 600 y 650 grados Celsius.
Si no se puede realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones inmediatamente después de la soldadura, se debe realizar un postcalentamiento, que consiste en calentar ligeramente por encima del temperatura de precalentamientocon un tiempo de mantenimiento de aproximadamente 1 hora por cada 10 mm de espesor.
(I) 35 Acero y ZG270-500 Acero al carbono fundido
La fracción másica de carbono en el acero 35 es de 0,32% a 0,39%, y la del acero al carbono fundido ZG270-500 es de 0,31% a 0,40%. El equivalente en carbono es de aproximadamente 0,45%, por lo que la soldabilidad de este acero es muy buena. tipo de acero es aceptable.
Sin embargo, en la zona afectada por el calor durante la soldadura, se forma una capa dura y quebradiza. estructura martensítica que tiende a agrietarse. Por lo tanto, deben tomarse ciertas medidas técnicas al soldar este tipo de acero.
Al utilizar la soldadura por arco con electrodo, si un costura de soldadura Si se requiere un cordón de soldadura de igual resistencia que el material base, pueden utilizarse las varillas de soldadura E5016 (J506) o E5015 (J507). Si no se requiere un cordón de soldadura de igual resistencia que el material base, pueden seleccionarse las varillas de soldadura E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423), etc.
Para la soldadura por arco sumergido, se pueden seleccionar los fundentes HJ430 o HJ431 y los alambres H08MnA o H10Mn2.
Para la soldadura con escoria, se pueden seleccionar los fundentes HJ430, HJ431, HJ360 y los alambres H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA.
Al soldar acero 35 y acero fundido ZG270-500, la temperatura típica de precalentamiento y la temperatura entre capas para las piezas soldadas son de alrededor de 150℃. Si la rigidez de las piezas soldadas es relativamente grande, la temperatura de precalentamiento y la temperatura entre capas deben aumentarse a 200-250℃.
El rango de calentamiento para el precalentamiento local es de 150-200 mm a ambos lados de la ranura.
Para piezas soldadas de gran espesor, alta rigidez o que trabajen bajo cargas dinámicas o de impacto, el recocido de alivio de tensiones debe realizarse inmediatamente después de la soldadura. La temperatura de recocido suele ser de 600-650℃.
Para las piezas soldadas de espesor general, se puede utilizar el poscalentamiento para permitir la salida de la difusión de hidrógeno.
La temperatura de postcalentamiento suele ser de 200-350℃, y el tiempo de mantenimiento es de 2-6 horas, dependiendo del grosor de las piezas soldadas.
(II) Acero 45 y acero al carbono fundido ZG310-570
La fracción másica de carbono en el acero 45 es de 0,42% a 0,5%, y la del acero moldeado ZG310-570 es de 0,41% a 0,50%. El equivalente en carbono es de aproximadamente 0,56%. Este acero tiene una mayor tendencia a endurecerse y es propenso a agrietarse, por lo que su soldabilidad es relativamente mala.
Para la soldadura por arco con electrodo, deben elegirse varillas de soldadura con bajo contenido en hidrógeno. Si se requiere un cordón de soldadura de igual resistencia que el material base, pueden utilizarse varillas de soldadura E5516-G (J556) o E5515-G (J557).
Si no se requiere un cordón de soldadura de igual resistencia que el material base, pueden seleccionarse las varillas de soldadura E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423), etc.
Para la soldadura por arco sumergido, pueden seleccionarse fundentes HJ350 o SJ101 e hilos H08MnMoA.
Al soldar acero 45 y acero al carbono fundido ZG310-570, debe elegirse una corriente de soldadura menor para reducir la relación de fusión del cordón de soldadura y disminuir la cantidad de carbono que pasa del material base al cordón de soldadura.
Para soldar este tipo de acero, lo mejor es precalentar toda la pieza a una temperatura superior a 200℃.
En el caso de las juntas en T, al tener más direcciones de disipación del calor que las juntas a tope, la velocidad de enfriamiento del junta soldada aumentará, aumentando la tendencia a producir grietas frías.
Por lo tanto, la temperatura de precalentamiento debe aumentarse adecuadamente a 250-400℃, en función del grosor de las piezas soldadas.
La temperatura entre capas no debe ser inferior a la temperatura de precalentamiento.
Tras la soldadura, las piezas soldadas deben someterse inmediatamente a un recocido de alivio de tensiones. La temperatura de recocido es de 600-650℃.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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