Elegir los materiales de soldadura adecuados es fundamental para garantizar soldaduras fuertes y duraderas. Esta guía explora los principios y las mejores prácticas para seleccionar los materiales de soldadura en función de los requisitos de rendimiento de las uniones soldadas, las consideraciones del proceso de fabricación y los factores económicos. Desde el acero al carbono hasta el acero inoxidable, el artículo proporciona criterios detallados para diversos materiales, ayudándole a tomar decisiones informadas para lograr resultados óptimos de soldadura. Tanto si se enfrenta a condiciones de alta temperatura como si busca soluciones rentables, encontrará información valiosa para mejorar sus proyectos de soldadura.
Para obtener uniones soldadas de alta calidad, la selección de los materiales de soldadura debe ser razonable. Debido a las grandes diferencias en las condiciones de funcionamiento de los componentes soldados, las propiedades de los materiales y la composición del material base varían enormemente, y el proceso de fabricación de los componentes es complejo y diverso.
Por lo tanto, es necesario considerar exhaustivamente varios aspectos para determinar los materiales de soldadura correspondientes.
La selección de los materiales de soldadura debe seguir los siguientes principios:
(1) Cumplir los requisitos de junta de soldadura rendimiento, incluida la resistencia a corto plazo a temperatura ambiente y a alta temperatura, el rendimiento a la flexión, la tenacidad al impacto, la dureza, la composición química y los requisitos de rendimiento especiales para juntas en normas técnicas y planos de diseño, como la resistencia a largo plazo, el límite de fluencia, la resistencia a la oxidación a alta temperatura, la resistencia a la corrosión, etc.
(2) Cumplir los requisitos de rendimiento del proceso de fabricación y del proceso de soldadura de uniones soldadas.
Los componentes que forman la junta soldada necesitan inevitablemente diversos procesos de conformado y corte durante el proceso de fabricación, como estampado, laminado, doblado, torneado, cepillado, etc., lo que exige que la junta soldada tenga cierta capacidad de deformación plástica, rendimiento de corte, rendimiento integral a altas temperaturas, etc.
El proceso de soldadura requiere un buen rendimiento del proceso del material de soldadura y la capacidad de resistir defectos como el agrietamiento en función de las diferencias en las propiedades de soldadura del material base.
(3) Economía razonable.
A la vez que se cumplen los requisitos mínimos de prestaciones diversas y rendimiento de fabricación mencionados anteriormente, deben elegirse materiales de soldadura baratos para reducir los costes de fabricación y aumentar los beneficios económicos.
Por ejemplo, cuando se sueldan aceros con bajo contenido en carbono para componentes importantes mediante soldadura por arco manual, se deben preferir los electrodos con revestimiento alcalino porque están totalmente desoxidados, desulfurados y tienen un bajo contenido en hidrógeno, con una buena resistencia a las fisuras y tenacidad al impacto del metal de soldadura.
Para algunos componentes no críticos, se pueden utilizar electrodos ácidos porque pueden seguir cumpliendo los requisitos de rendimiento de los componentes no críticos, tienen una buena procesabilidad y son baratos, lo que puede reducir los costes de fabricación.
Al seleccionar materiales de soldadura para acero al carbono y bajo acero aleado (incluidos los aceros resistentes al calor de baja aleación y los aceros de alta resistencia de baja aleación), deben tenerse en cuenta los siguientes factores:
(1) Principios de igual fuerza e igual dureza
Para los componentes que soportan presión, los cálculos de resistencia suelen basarse en el esfuerzo de tracción admisible del material.
La tensión de tracción admisible está relacionada con el límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del material, es decir, la tensión admisible [σ] = σb / nb (los valores de nb varían según las distintas normas), donde [σ] es el esfuerzo de tracción admisible del material, σb es el límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del material, y nb es el factor de seguridad (los valores de nb varían según las distintas normas).
Por lo tanto, como parte del componente, la resistencia a la tracción de la soldadura no debe ser inferior al límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del material base.
Al mismo tiempo, debe prestarse atención al hecho de que la resistencia a la tracción del metal depositado del material de soldadura no debe ser muy superior a la resistencia a la tracción del material base, lo que puede provocar una reducción de la plasticidad de la soldadura y un aumento de la dureza, lo que no favorece los procesos de fabricación posteriores.
Aunque los cálculos de resistencia sólo tienen en cuenta la resistencia a la tracción del material y diversas normas de evaluación de procesos no exigen la límite elástico de la soldadura, al seleccionar los materiales de soldadura, también debe considerarse que el límite elástico del metal depositado del material de soldadura no sea inferior al límite elástico del material base, y debe prestarse atención a garantizar una cierta relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción.
Cuando la junta funciona a altas temperaturas, el cálculo de la tensión admisible suele basarse en el límite inferior de la resistencia a la tracción a alta temperatura a corto plazo especificada por el material a la temperatura de trabajo (o temperatura de diseño), es decir, [σt] = σbt / nbdonde [σt] es la tensión admisible calculada a partir del límite inferior de la resistencia a la tracción a alta temperatura a corto plazo a la temperatura t, σbt es el límite inferior de la resistencia a la tracción a alta temperatura a corto plazo especificada por el material a la temperatura t, o la tensión admisible se calcula basándose en la resistencia a largo plazo y el límite de fluencia del material a la temperatura de trabajo, es decir, [σD t] = σDt / nDdonde [σDt] es la tensión admisible calculada a partir de la resistencia a largo plazo a la temperatura t, σDt es la resistencia a largo plazo del material a la temperatura t, y nD es el factor de seguridad (los valores de nD varían según las distintas normas).
Por lo tanto, al seleccionar materiales de soldadura para uniones soldadas que funcionen a alta temperatura, su resistencia a la tracción a alta temperatura a corto plazo o su resistencia a largo plazo no deben ser inferiores a los valores correspondientes del material base.
Para el acero al carbono y el acero ordinario de baja aleación, la selección de los materiales de soldadura tiene en cuenta principalmente la resistencia a la tracción del material de soldadura, y puede que no se considere la coincidencia de composición química entre el metal depositado y el metal base.
Sin embargo, en el caso del acero Cr-Mo resistente al calor, la selección de los materiales de soldadura no sólo debe tener en cuenta la igualdad de su resistencia, sino también la coincidencia con el elementos de aleación para garantizar que el rendimiento global de la unión soldada sea coherente con el metal base.
En casos especiales en los que los componentes se diseñan en función del límite elástico del material, el principio de igual límite elástico debe ser un factor de consideración importante.
Debido a las diferentes condiciones de funcionamiento de los componentes, a menudo se produce una fractura frágil durante el funcionamiento debido a una tenacidad insuficiente, especialmente en el caso de componentes que trabajan a bajas temperaturas o componentes de paredes gruesas de alta resistencia.
Por lo tanto, las normas pertinentes tienen requisitos claros para la tenacidad al impacto de las uniones soldadas. Al seleccionar los materiales de soldadura, es necesario asegurarse de que la tenacidad al impacto de la soldadura cumple los requisitos de las normas pertinentes.
Sin embargo, las diferentes normas tienen diferentes requisitos para la tenacidad al impacto de la unión. El Reglamento de Supervisión de la Seguridad de las Calderas de Vapor estipula que la tenacidad al impacto de la unión soldada no debe ser inferior al límite inferior de la tenacidad al impacto especificada por el material base.
Si el material de base no tiene un índice de tenacidad al impacto, no deberá ser inferior a 27J. La dirección Recipientes a presión de acero La norma GB150 especifica que el valor de la tenacidad al impacto de la junta se determina en función de la resistencia a la tracción más baja del acero. Para el acero al carbono y el acero de baja aleación, la tenacidad mínima al impacto de la junta es:
Para los recipientes de baja temperatura, el valor de la tenacidad al impacto no debe ser inferior al límite inferior del valor especificado del material de base.
Sin embargo, la normativa ASME VIII-1 determina si la junta debe garantizar la resistencia al impacto en función del nivel de resistencia, el espesor, la temperatura de trabajo y la relación entre la tensión de diseño y la tensión admisible del material.
Si la junta tiene requisitos de tenacidad al impacto, el valor mínimo garantizado de tenacidad al impacto se especifica en función del nivel de resistencia y el espesor del material.
En resumen, al seleccionar los materiales de soldadura, debemos determinar los requisitos de tenacidad al impacto de la unión de acuerdo con las normas de diseño, fabricación e inspección del producto, y seleccionar los materiales de soldadura adecuados para cumplir los requisitos de la norma, es decir, los requisitos de rendimiento de uso.
Al considerar los requisitos de tenacidad al impacto, debe prestarse atención a la temperatura de diseño y a la temperatura de funcionamiento de la estructura.
Si la temperatura de funcionamiento es igual o superior a la temperatura ambiente, sólo es necesario mantener la tenacidad al impacto a temperatura ambiente de la junta; si es inferior a la temperatura ambiente, debe garantizarse el valor de tenacidad al impacto especificado en la norma o el dibujo a la temperatura correspondiente.
Por supuesto, el rendimiento de la unión soldada no sólo está relacionado con los materiales de soldadura, sino también con las características específicas de la unión. proceso de soldadura.
Por lo tanto, la selección de los materiales de soldadura para la unión es una cuestión complicada.
(2) Considerar los requisitos e impactos de los procesos de fabricación
Después de soldar los componentes, suelen tener que someterse a varias procesos de conformado como laminar, prensar, doblar y calibrar.
Por lo tanto, las juntas soldadas y los materiales de base deben tener una cierta capacidad de deformación, especialmente la capacidad de deformación en frío, que se mide mediante la prueba de flexión de la junta. Muchas normas han establecido requisitos claros para la prueba de flexión de las uniones soldadas de diversos materiales.
Las "Normas de Supervisión Técnica de la Seguridad de las Calderas de Vapor" estipulan que el diámetro del eje de flexión D=3a (a es el espesor de la probeta) durante el ensayo de flexión, y el acero al carbono está calificado para un ángulo de flexión de 180°, mientras que el acero de baja aleación está cualificado para 100°.
GB150-99 Recipientes a presión de acero y ASME Sección IX estipulan que cuando cualquier material se somete a la prueba de flexión, el diámetro del eje de flexión D=4a, y el ángulo de flexión de 180° es cualificado.
Por lo tanto, al seleccionar los materiales de soldadura, el rendimiento de flexión del metal de soldadura debe cumplir los requisitos de las normas anteriores.
Además, la selección de los materiales de soldadura también debe tener en cuenta los efectos de los procesos de tratamiento térmico posterior a la soldadura (como el recocido posterior a la soldadura, la normalización, temple y revenidoetc.) sobre las propiedades del metal de soldadura.
Debe tenerse en cuenta que la soldadura posterior recocido El tratamiento térmico, especialmente la normalización posterior a la soldadura, puede provocar cambios significativos en las propiedades del metal de soldadura. Cuando el componente a soldar es relativamente fino, no es necesario un tratamiento térmico de alivio de tensiones tras la soldadura.
Siempre que el rendimiento del metal de soldadura en el estado tal como se suelda cumpla los requisitos pertinentes. Para los componentes de soldadura de pared gruesa, de acuerdo con las normas de fabricación pertinentes, debe realizarse un recocido de alivio de tensiones después de la soldadura si el grosor de la pared supera un determinado límite.
Diferentes temperaturas de calentamiento y tiempos de mantenimiento durante el tratamiento térmico darán lugar a diferentes cambios en las propiedades del metal de soldadura.
En ingeniería, el parámetro Larson-Miller, también conocido como parámetro de revenido, se utiliza para analizar las propiedades de las uniones afectadas por la temperatura de calentamiento y el tiempo de mantenimiento del recocido de distensión. La fórmula del parámetro de revenido es:
[P]=T(20+logt)×10-3
Donde T es la temperatura absoluta en grados Kelvin, y t es el tiempo en horas.
Parámetros de templado〔P〕=T（20+Logt）×10-3
En general, a medida que aumenta el valor [P], disminuyen la resistencia a la tracción y el límite elástico del metal de soldadura, aumenta el alargamiento y fluctúa la tenacidad al impacto.
Las figuras 1 y 2 muestran la relación entre los parámetros de revenido del metal depositado y las propiedades mecánicas para las varillas de soldadura CMA96 y CMA106, respectivamente.
Por lo tanto, al seleccionar el tratamiento térmico posterior a la soldadura para los materiales de soldadura, es necesario considerar si las propiedades mecánicas del metal depositado en el valor [P] correspondiente cumplen las normas pertinentes.
Debe tenerse en cuenta que cuando la unión soldada necesita someterse a estampación en caliente, calibrado en caliente, laminación en caliente u otros procesos de conformado en caliente después de la soldadura, si la temperatura de calentamiento alcanza por encima de la temperatura AC3 del material y se mantiene durante un periodo de tiempo antes de enfriarse en aire en calma, la velocidad de enfriamiento durante proceso de normalización es mucho más lento que durante el proceso de soldadura.
El proceso normalizado hará que el metal de soldadura permanezca más tiempo a 800-500℃ que durante el proceso de soldadura.
Permitir que el acero se caliente por encima de AC3 durante el proceso de normalización provocará una austenitización completa, seguida de una recristalización durante el enfriamiento, que destruye la estructura originalmente sobreenfriada del metal de soldadura y reduce en gran medida la resistencia de la soldadura.
La reducción más severa puede superar los 100 MPa. Por lo tanto, para las uniones soldadas que deban someterse a procesos de conformado en caliente, el material de soldadura seleccionado debe tener un nivel de resistencia entre 50 y 100 MPa superior al del material soldado en estado tal cual o con tratamiento de alivio de tensiones.
Por ejemplo, para el 19Mn6, el alambre de soldadura por arco sumergido en condiciones as-weld es H08MnMO, mientras que para condiciones normalizadas y templadas, debe utilizarse H08Mn2Mo en su lugar.
Para el SA675, un material de varilla de elevación de tambor de vapor de 300.000 kW con una resistencia mínima a la tracción de 485 MPa, se utiliza normalmente la varilla de soldadura J507 para la soldadura por arco manual.
Sin embargo, en el caso de uniones soldadas en perfiles curvados que se someten a un tratamiento de curvado en caliente y normalizado, se recomienda la norma J607 basándose en los resultados experimentales.
A la hora de seleccionar materiales de soldadura para uniones soldadas sometidas a tratamientos de normalización y revenido, no sólo debe considerarse que la resistencia aumente entre 50 y 100 MPa por encima de las condiciones habituales, sino que además la composición química del metal de soldadura debe ser equivalente a la del material base. Esto se debe a que la composición y el contenido de la aleación determinan la temperatura AC3 del material.
Si la composición química del metal de soldadura y del material base difieren mucho, la temperatura AC3 también diferirá mucho. Cuando el material base y el metal de soldadura se normalizan juntos, es imposible determinar la temperatura de normalización adecuada.
Además, si la unión soldada necesita un tratamiento de temple y revenido, también debe tenerse en cuenta el impacto de dicho tratamiento en el rendimiento de la unión. La resistencia del material de soldadura de las uniones templadas y revenidas puede ser inferior a la de las uniones normalizadas y revenidas.
Por ejemplo, para el BHW35, se utiliza H10Mn2NiMo después de la soldadura por arco eléctrico y la normalización, mientras que para el tratamiento de temple y revenido, se puede utilizar H10Mn2Mo en su lugar.
Considere la soldabilidad de los materiales y las características metalúrgicas de los métodos de soldadura. Los diferentes materiales tienen diferente soldabilidad, y existen diferentes requisitos para el contenido de determinados elementos clave. Al seleccionar los materiales de soldadura, debe tenerse en cuenta la soldabilidad del material.
Por ejemplo, el metal de soldadura del acero resistente al calor 2,25Cr-1Mo puede experimentar el denominado fenómeno de fragilización por revenido cuando se mantiene o enfría lentamente en el intervalo de temperaturas de 332-432℃, lo que provoca un aumento significativo de la temperatura de transición frágil del metal de soldadura.
Los estudios han demostrado que la sensibilidad de la fragilización de esta tipo de soldadura es causada por impurezas de P, As, Sb y Sn que se desvían en los límites de grano. Generalmente se cree que la fragilización por revenido a baja temperatura del metal de soldadura está relacionada con el contenido de P y Si. Los contenidos de P y Si en el metal de soldadura deben reducirse a P≤0,015% y Si ≤0,15%.
Por lo tanto, para la soldadura por arco sumergido de acero Cr-Mo resistente al calor, HJ350 flujo de soldadura con manganeso medio y silicio medio debe seleccionarse en lugar de HJ431 emparejado con alambre H08Cr3MnMoA. La sensibilidad de la fragilización por revenido del metal de soldadura depende de la serie de aleación del metal de soldadura. Del mismo modo, los metales de soldadura de las series C-Mo, Mn-Mo y Mn-Ni-Mo también presentan problemas de fragilización por revenido.
Para reducir el contenido de Si en el metal de soldadura, deben utilizarse materiales de soldadura con fundente HJ350 adecuado para el alambre de soldadura por arco sumergido de las series mencionadas. Por ejemplo, el alambre de soldadura por arco sumergido H08Mn2Mo debe combinarse con el fundente HJ350 para soldar BHW35. Si se requiere una mayor resistencia al impacto del metal de soldadura, el fundente de soldadura también debe ser HJ250 o fundente mixto HJ250+HJ350.
Sin embargo, en el caso de los alambres de soldadura con bajo contenido en silicio, como el H08MnA y el H10Mn2, no se produce ningún fenómeno de fragilización por revenido en el metal de soldadura. Estos dos tipos de alambres de soldadura deben utilizarse con el fundente de soldadura de alto contenido en silicio y manganeso HJ431 al soldar acero 20# o 16Mn.
Utilizando fundentes de alto contenido en manganeso y silicio, el baño de soldadura se siliconará, y una cierta cantidad de contenido en silicio en el metal de soldadura es beneficiosa para el proceso de desoxidación del metal de soldadura, evitando la aparición de poros. Al seleccionar los materiales de soldadura, también deben tenerse en cuenta las características metalúrgicas de los distintos métodos de soldadura.
Por ejemplo, para la soldadura por arco metálico con gas con CO2 o CO2+Ar como gas protectorNo hay reacción metalúrgica entre el fundente o el hilo de soldadura y el metal durante el proceso de soldadura. Sin embargo, puede haber una reacción entre el CO2 y el elementos metálicos para formar óxido de hierro FeO.
Por lo tanto, el alambre de soldadura debe contener cantidades adecuadas de silicio y manganeso para reducir la reacción de reducción y garantizar la formación de una estructura de soldadura densa. En tungsteno inerte soldadura con gasno se produce ninguna reacción de oxidación-reducción, y el alambre de relleno y el material de base se refunden realmente.
Por lo tanto, el soldadura por arco de argón El alambre debe estar totalmente desoxidado y no deben utilizarse materiales de acero en ebullición. De lo contrario, se producirán poros en la soldadura. Calma material de acero y no es necesario que el alambre de soldadura tenga un contenido determinado de Si y Mn.
Por ejemplo, cuando se utiliza acero resistente al calor 15CrMo para soldar con arco de argón, debe seleccionarse el alambre de soldadura H08CrMo; mientras que para el electrodo de fusión soldadura con gas de protecciónH08CrMnSiMo.
El principio de la misma resistencia de los materiales de soldadura y los materiales de base no es totalmente aplicable al acero inoxidable austenítico. Cuando se utiliza en entornos corrosivos sin requisitos específicos de resistencia, la principal preocupación son las propiedades anticorrosión de la unión soldada.
Si se utiliza en condiciones de alta temperatura y alta presión con trabajo a corto plazo, se requiere cierta resistencia a alta temperatura y a corto plazo, mientras que el trabajo a largo plazo requiere suficiente resistencia duradera y límite de fluencia del metal de soldadura.
Por ejemplo, cuando los tubos SA213-TP304H se utilizan en condiciones de alta presión y alta temperatura, deben seleccionarse materiales de soldadura E308H.
Al soldar acero inoxidable austenítico, la selección de los materiales de soldadura tiene en cuenta principalmente que la composición química del metal depositado debe ser equivalente a la del material base.
Siempre que la composición química del metal depositado del material de soldadura sea la misma que la del material base, el rendimiento del metal de soldadura puede ser equivalente al del material base, incluidas las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión, etc.
Debe prestarse especial atención a los requisitos especiales de resistencia a la corrosión según las condiciones del proceso de fabricación o los planos.
Para evitar el agrietamiento intergranular durante la soldadura, lo mejor es utilizar materiales de soldadura de acero inoxidable con bajo contenido en carbono (carbono ultrabajo) y que contengan Ti y Nb.
Si el contenido de SO2 en el revestimiento o fundente de la varilla de soldadura es demasiado alto, no es adecuada para soldar aceros austeníticos con alto contenido de níquel.
Para evitar grietas calientes en la soldadura (grietas de solidificación), debe controlarse el contenido de impurezas como P, S, Sb y Sn, y es preferible evitar la formación de una fase única. austenita estructura en el metal de soldadura tanto como sea posible.
Aunque muchos materiales sugieren que el contenido de ferrita en el metal de soldadura de acero inoxidable austenítico es beneficioso para reducir la tendencia de la soldadura agrietamiento del metalDurante muchos años se ha utilizado una gran cantidad de metal de soldadura de acero inoxidable austenítico puro y las uniones han funcionado bien.
Un contenido adecuado de ferrita es ventajoso para la resistencia a la corrosión en determinados medios, pero perjudicial para el impacto del metal de soldadura en condiciones de baja temperatura.
Teniendo en cuenta todos los factores, en general es deseable que el contenido de ferrita en el acero inoxidable austenítico se sitúe entre 4% y 12%, ya que un contenido de ferrita de 5% puede lograr una resistencia satisfactoria a la corrosión intergranular.
El contenido de ferrita en la soldadura puede estimarse utilizando la composición química del metal de soldadura, convertida en Cr equivalente y Ni equivalente, mediante un gráfico de microestructura.
Los gráficos más utilizados son WRC-1988, Esptein y DeLong.
La tabla WRC-1988 es adecuada para los aceros inoxidables de la serie 300 y los aceros inoxidables dúplex, pero no es aplicable a los materiales con N>0,2% y Mn>10%. La tabla Epstein es adecuada para los aceros inoxidables austeníticos reforzados con nitrógeno de la serie 200 con Mn<1,5% y N<0,25%.
Al seleccionar austeníticos soldadura de acero inoxidable materiales, debe prestarse atención a la influencia de los métodos de soldadura en la composición química del metal depositado. La soldadura con gas inerte de tungsteno es la que menos influye en el cambio de la composición química del metal de soldadura, y los demás cambios, excepto el C y el N, son pequeños en el metal de soldadura no diluido.
En particular, la pérdida de C es la mayor. Por ejemplo, cuando el contenido de C del electrodo es de 0,06%, el contenido en el metal depositado no diluido de la soldadura por arco de argón es de 0,04%, y el contenido de N en el metal de soldadura aumenta aproximadamente 0,02%.
El contenido de Mn, Si, Cr, Ni y Mo en el metal depositado puede sufrir ligeros cambios durante la soldadura por arco con electrodo de fusión protegido con gas, mientras que la pérdida de C es sólo 1/4 de la de la soldadura por arco con argón, y el aumento del contenido de N es mucho mayor. La cantidad de aumento difiere según los distintos procesos de soldadura, hasta un máximo de 0,15%.
Durante la soldadura manual por arco y la soldadura automática por arco sumergido, los elementos de aleación del metal de soldadura se ven afectados conjuntamente por el revestimiento, el fundente, el hilo de soldadura y el electrodo.
Especialmente en el caso de materiales de soldadura con transición de elementos de aleación a través del revestimiento o fundente, es imposible estimar la composición química del metal de soldadura por la composición química del hilo o electrodo de soldadura.
Por supuesto, el contenido de ferrita en la soldadura puede estimarse a partir del contenido de aleación en el metal de soldadura, pero este valor de estimación tiene una cierta desviación del valor real porque la velocidad de enfriamiento durante el proceso de soldadura también afecta al contenido de ferrita.
En general, se admite que si el contenido de elementos de aleación en el metal de soldadura es exactamente el mismo, el contenido de ferrita diferirá en función del método de soldadura.
El contenido de ferrita es mayor en el revestimiento de banda y menor en la soldadura por arco con argón. Incluso con el mismo revestimiento de banda, se observó que el contenido de ferrita al principio y al final de la soldadura era aproximadamente 2-3% inferior al del segmento medio.
Con la normalización de materiales de acero inoxidable y materiales de soldadura, la selección de materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico se ha simplificado. Los grados de material de soldadura correspondientes pueden seleccionarse en función de la grados del material de acero inoxidablecomo, por ejemplo, la selección de electrodos E316 para acero inoxidable SA240-316.
Para acero inoxidable martensíticoEn el caso del acero 1Cr13, lo mejor es utilizar materiales de soldadura iguales al material base. Por ejemplo, el acero 1Cr13 debe utilizar materiales de soldadura de la serie E410, y el número de electrodo de soldadura para la soldadura por arco manual es G217.
Sin embargo, la estructura del metal de soldadura de los materiales de soldadura ordinarios correspondientes a 1Cr13 tiene martensita gruesa y ferrita, que es dura y quebradiza y propensa a agrietarse. Además, la soldadura debe precalentarse a 250-350℃.
Para mejorar el rendimiento, debe limitarse el contenido de S y P en los materiales de soldadura, debe controlarse el contenido de Si (≤0,30%) y debe reducirse el contenido de C. Se puede añadir una pequeña cantidad de Ti, Al y Ni para refinar el grano y reducir la templabilidad.
Algunos datos muestran que añadiendo contenido de Nb (hasta aproximadamente 0,8%) a los materiales de soldadura se puede obtener una estructura de ferrita monofásica. En el alambre de soldadura de CO2, deben añadirse elementos de Ti y Mn para lograr el propósito de la desoxidación.
El acero inoxidable martensítico también puede utilizar materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico. En este momento, debe tenerse en cuenta la influencia de la dilución del metal base en la composición del metal de soldadura. Mediante un contenido adecuado de Cr y Ni, la formación de estructura martensítica en el metal de soldadura. Por ejemplo, los materiales de soldadura A312 (E309Mo) pueden utilizarse para soldar acero martensítico 1Cr13.
Para acero inoxidable ferríticoPor lo general, se suelda con materiales de soldadura iguales a los del material de base. Sin embargo, la estructura de ferrita de la soldadura es gruesa y tiene poca tenacidad. La microestructura de la ferrita templada puede mejorarse aumentando el contenido de Nb en los materiales de soldadura.
Mientras tanto, el tratamiento térmico puede utilizarse para mejorar la tenacidad del metal de soldadura. En el caso de los inoxidables ferríticos que no pueden someterse a tratamiento térmico tras la soldadura, también pueden utilizarse materiales de soldadura austeníticos puros para obtener uniones soldadas con propiedades completas.
La soldadura entre el acero de bajo carbono y el acero de baja aleación, que pertenecen ambos al acero ferrítico ordinario, así como la soldadura entre diferentes aceros de baja aleación, pertenece a la soldadura del mismo material acero diferente.
Para soldar este tipo de aceros, los materiales de soldadura se eligen en función del material de grado inferior, refiriéndose a un nivel de resistencia inferior o a un contenido de elementos de aleación inferior, con el fin de garantizar que las propiedades metalúrgicas de la soldadura puedan cumplir los requisitos de los materiales de grado inferior.
La selección de material de calidad inferior también proporciona un mejor rendimiento de soldadura a un precio relativamente más barato, lo que resulta beneficioso para reducir los costes de fabricación.
Por ejemplo, cuando se suelda acero del mismo material diferente para acero 20#, acero al carbono SA106, 16Mn, 19Mn6, 15MnMoV, BHW35 y otros aceros de baja aleación, los materiales de soldadura utilizados son completamente idénticos a los utilizados para soldadura de acero con bajo contenido en carbono sí mismo.
Los materiales de soldadura correspondientes para la soldadura por arco manual, la soldadura por arco sumergido y la soldadura con gas de protección son J507, H08MnA+HJ431 y H08Mn2Si, respectivamente.
Soldadura de acero de baja aleación resistente al calor y acero de aleación media resistente al calor
Debido a la discontinuidad de la composición química del costura de soldadura en el mismo material acero diferente, habrá una discontinuidad correspondiente en el rendimiento. Si esta discontinuidad afecta significativamente el rendimiento de uso, entonces los materiales de soldadura no pueden ser seleccionados sobre la base de principios de bajo grado.
Por ejemplo, al soldar materiales SA213-T91 y SA213-T22, la elección de materiales de soldadura 2,25Cr-1Mo para soldar según el principio habitual de grado inferior daría como resultado un enriquecimiento grave de carbono y descarburización cerca del metal base T91 de la línea de fusión en el lado T91.
Esto se debe a que el T91 contiene aproximadamente 9% de cromo, mientras que el alambre de soldadura 2,25Cr-1Mo contiene aproximadamente 2,25% de carbono.
Tras el tratamiento de recocido posterior a la soldadura, el contenido de cromo en la zona afectada por el calor en el lado T91 es mucho mayor que en el lado del cordón de soldadura, lo que provoca la migración de una gran cantidad de carbono hacia el metal base y da lugar a capas de enriquecimiento de carbono, que aumentan la dureza y provocan una microestructura aún más dura.
Por el contrario, el lado del cordón de soldadura sufre una descarburación severa, con menor dureza y microestructura más blanda, lo que conduce a la degradación del rendimiento de la unión.
Si se elige material de soldadura 9Cr-1Mo, el cordón de soldadura del lado T22 experimentará enriquecimiento de carbono y descarburación del material base. Cabe señalar que cuando los componentes con tales discontinuidades de composición química funcionan a altas temperaturas, la migración de carbono continúa durante mucho tiempo, deteriorando gravemente el rendimiento de la unión y provocando fallos operativos.
Los estudios han demostrado que, para evitar o reducir los fenómenos anteriores, se pueden utilizar para soldar materiales con composiciones químicas intermedias de 5Cr-1Mo, o añadir elementos estabilizadores de carburo, como Nb y V, a los materiales de soldadura para solidificar el elemento de carbono y reducir la aparición de la desviación de carbono.
En experimentos preliminares llevados a cabo por una empresa nacional, el uso de materiales de soldadura T91 que contienen Nb y V, como CM-9cb, TGS-9cb y MGS-9cb, para soldar el acero diferente del mismo material anterior ha dado buenos resultados.
Al soldar uniones de acero disímil de acero al carbono, acero de baja aleación y acero inoxidable austenítico, la selección de los materiales de soldadura debe basarse en la temperatura de trabajo de la unión y las condiciones de tensión.
Para las uniones de aceros disimilares que soportan presión y funcionan a temperaturas inferiores a 315°C, pueden utilizarse materiales de soldadura con alto contenido de aleación de Cr y Ni en acero inoxidable austenítico. En función de la composición química del acero al carbono (acero aleado) y del acero austenítico, así como del tamaño de la relación de fusión, se seleccionan materiales de soldadura adecuados de acero inoxidable austenítico con contenidos apropiados de Cr y Ni según un determinado diagrama de estructura equivalente de níquel y equivalente de cromo para evitar la formación de martensita en grandes cantidades en la soldadura.
Por supuesto, cerca de la línea de fusión del acero al carbono o del acero de baja aleación pueden aparecer pequeñas zonas martensíticas. Al reducir la contenido de carbono de el material de soldadura, la estructura martensítica puede convertirse en martensita de bajo contenido en carbono con mejor plasticidad, lo que puede garantizar un buen rendimiento de la unión.
Para las uniones de aceros disimilares que soportan presión y funcionan a temperaturas superiores a 315°C, deben utilizarse materiales de soldadura a base de níquel. Por ejemplo, ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3, etc. La razón principal es que el uso de materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico ordinario causará los siguientes problemas:
a) Debido a la diferencia significativa en el coeficiente de expansión térmica entre ferrita y austenitaEn caso de funcionamiento a alta temperatura, pueden producirse tensiones térmicas y daños por fatiga térmica.
b) Debido a la gran diferencia en el contenido de elementos de aleación, puede producirse una descarburación severa y capas de enriquecimiento de carbono en la unión soldada bajo operación a alta temperatura, lo que conduce a un deterioro del rendimiento a alta temperatura.
c) Debido a la estructura de la zona de martensita cerca de la línea de fusión, la microestructura local de la soldadura se vuelve templada y revenida.
El uso de materiales de soldadura a base de níquel puede evitar los fenómenos anteriores. Esto se debe a que:
a) El coeficiente de dilatación térmica de los materiales a base de níquel se sitúa entre el de la ferrita y el de la austenita.
b) Los materiales a base de níquel no provocarán descarburación ni enriquecimiento de carbono en la unión soldada.
c) Los materiales a base de níquel no producirán estructura de martensita durante la soldadura.
Esto mejora en gran medida el rendimiento a alta temperatura de la junta.
Sin embargo, en el caso de las uniones soldadas no sometidas a presión que funcionan a altas temperaturas, aunque el uso de electrodos a base de níquel puede satisfacer los requisitos de rendimiento, el coste de fabricación es elevado y no es necesario utilizarlos.
Otros materiales de soldadura más baratos también pueden lograr el mismo propósito. A través de un gran número de estudios experimentales, los países extranjeros han descubierto que para la soldadura sin presión soldaduras en ángulo En la fabricación de calderas, cuando el tubo es de acero al carbono o de acero de baja aleación y el accesorio es de acero inoxidable austenítico, los materiales de soldadura deben seleccionarse según principios de calidad inferior.
Por ejemplo, al soldar tuberías SA210C y accesorios SA240-304, puede utilizarse AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) para la soldadura por arco manual, y MGS-M o TGS-M (materiales de soldadura KOBE) para la soldadura con gas protector en lugar de utilizar materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico.
La razón principal es que el uso de material de soldadura de acero inoxidable austenítico producirá una zona de martensita cerca de la línea de fusión en el lado de la tubería, y si se producen grietas en el lado de la tubería durante el funcionamiento, causará fugas en la tubería. Sin embargo, el uso de materiales de soldadura ordinarios de baja calidad producirá zonas de martensita cerca de la línea de fusión en el lado del accesorio. Aunque se produzcan grietas, no dañarán la tubería en el lado del accesorio.
Por el contrario, cuando el tubo es de acero inoxidable austenítico y el accesorio es de acero con bajo contenido en carbono o acero de baja aleación, debe utilizarse material de soldadura E309Mo(L) para que la zona de martensita se produzca cerca de la línea de fusión en el lado del accesorio.
Estos principios se han aplicado en la producción de tubos de superficie calefactora de 300.000 kW y 600.000 kW y se han aplicado oficialmente en la producción de tubos de superficie calefactora de 200.000 kW.
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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