Soldadura de acero inoxidable
1. Caractersticas del acero inoxidable 2. Varios tipos de acero
inoxidable 3. Propiedades fsicas del acero inoxidable 4.
Consumibles de soldadura recomendados para uniones metlicas
similares 5. Consumibles de soldadura recomendados para uniones de
metales distintos 6. Precalentamiento y postcalentamiento 7.
Soldadura de acero inoxidable revestido 8. Puntos clave de los
procedimientos de soldadura para diversos procesos de soldadura
para aceros inoxidables
1. Caractersticas del acero inoxidableMediante la adicin de
cromo (Cr) al hierro (Fe), el hierro se vuelve resistente a la
corrosin atmosfrica. Cuando el contenido de Cr aumenta de 11 a 12%
o ms, la resistencia a la corrosin del acero se convierte en
notable alto.
Por lo tanto, al acero con una alta cantidad de Cr se le da el
nombre de acero inoxidable, donde "inoxidable" significa estar
libre de manchas de xido.
La razn por la que el acero inoxidable tiene buena resistencia a
la corrosin es que el Cr en ella se oxida en la atmsfera y forma
una pelcula protectora llamada "capa pasiva" en su superficie.
Dependiendo de las condiciones ambientales en las que el acero
inoxidable se pretende utilizar, se incrementa el contenido de Cr y
se aade Ni, as como tambin otros elementos al acero.
Sin embargo, ya que la resistencia a la corrosin se proporciona
principalmente con Cr, el Cr es un elemento esencial para el acero
inoxidable. La norma JIS define acero inoxidable como: "Acero
aleado que contiene Cr o Cr y Ni para mejorar la resistencia a la
corrosin, en general, que contiene aproximadamente 10,5% o ms de
Cr." Del mismo modo, el manual de soldadura AWS (Vol. 4) define
aceros inoxidables como "aleaciones de acero con un contenido de Cr
nominal de al menos 11%, con o sin otras adiciones de aleacin.
El acero inoxidable es muy resistente al calor, as como
resistente a la corrosin, por lo tanto su uso es muy verstil, desde
productos para el hogar hasta equipos qumicos, as como tambin
barcos, material rodante, mquinas de procesamiento de alimentos,
materiales arquitectnicos y equipos de energa nuclear, son algunas
muestras que el acero inoxidable es importante para nuestra
industria.
2. Varios tipos de acero inoxidableEl acero inoxidable puede
dividirse en acero inoxidable con Cr y acero inoxidable con
Cr-Ni.Estos dos grados tambin se pueden clasificar en funcin de su
estructura metalogrfica, como se muestra en la figura 1. El acero
inoxidable con Cr se puede dividir en acero inoxidable martenstico
y acero inoxidable ferrtico, adems el acero inoxidable con Cr-Ni se
puede dividir en acero inoxidable austentico, acero inoxidable de
austenita-ferrita (acero inoxidable dplex) y acero inoxidable de
endurecimiento por precipitacin.
Figura 1. Clasificacin de los aceros inoxidables
(1) Acero inoxidable martensticoUn grado tpico de acero
inoxidable martenstico segn la norma JIS es SUS410 (AISI 410) (Ver
Tabla 1)Contiene 13% de Cr y su estructura metalogrfica es
martenstica a temperatura ambiente, la cual es dura y
quebradiza.
A pesar de las buenas propiedades mecnicas que se pueden obtener
con este grado de acero mediante un tratamiento trmico adecuado
(templado), se considera que es inferior a otros grados de acero
inoxidable en la resistencia a la corrosin, debido a que su
contenido de Cr es bajo.El acero inoxidable martenstico es
utilizado para paletas de turbinas, vlvulas y ejes, los cuales
requieren alta resistencia a la tensin, abrasin y resistencia al
calor.
Tabla 1. Requerimentos qumicos para aceros inoxidables
martensticos(extrado de JIS G 4305-1999 y complementado con
AISI)*1
Grado de acero JIS (AISI)CSiMnPSCr
SUS410 (410)max. 0.15max. 1.00max. 1.00max. 0.040max.
0.03011.50~13.50
SUS410S (410S)max. 0.08max. 1.00max. 1.00max. 0.040max.
0.03011.50~13.50
(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las
especificaciones correspondientes.
(2) Acero inoxidable ferrtico
Tabla 2. Muestra los grados tpicos de acero inoxidable
ferrtico.Contiene alrededor de 18% de Cr y tiene una estructura
metalogrfica de ferrita siendo suave y tener buena maquinabilidad.
Pero da problemas metalrgicos cuando es calentado a temperaturas
altas.
En comparacin con el acero inoxidable martenstico, su
resistencia a la corrosin es mejor e incluso resistente a cido
ntrico (HNO3), porque su contenido de Cr es superior.
Aplicaciones de acero inoxidable ferrtico se encuentran
ampliamente en el interior y exterior de las arquitecturas,
aparatos de cocina, automviles y electrodomsticos.
Tabla 2. Requisitos qumicos de los aceros inoxidables ferrticos
(extrado de JIS G 4305 y complementado con AISI)*1
Grado de aceroJIS (AISI)CSiMnPSCrMoNOtros
SUS405 (405)max. 0.08max. 1.00max. 1.00max. 0.040max.
0.03011.50~14.50Al : 0.10~0.30
SUS430 (430)max. 0.12max. 0.75max. 1.00max. 0.040max.
0.03016.00~18.00
SUS430LX ()max. 0.030max. 0.75max. 1.00max. 0.040max.
0.03016.00~19.00Ti or Nb :0.10~1.00
SUS444 (444)max. 0.025max. 1.00max. 1.00max. 0.040max.
0.03017.00~20.001.75~2.50max. 0.025Ti, Nb, Zr osus totales
8(C%+N%)~0.80
(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las
especificaciones correspondientes.
(3) Acero inoxidable austenticoTabla 3. Muestra los grados
tpicos de acero inoxidable austentico.El grado ms comn de acero
inoxidable austentico es SUS304 o AISI 304 (18% de Cr-8% de Ni).
SUS316 o AISI 316 (18% Cr-12% Ni-2% Mo) ofrece una mejor
resistencia a la corrosin, el cual es tambin ampliamente
utilizado.
El acero inoxidable austentico ofrece una buena resistencia a la
corrosin, facilidad de ser trabajado, propiedades mecnicas y
facilidad de soldadura, por lo que es ampliamente utilizado para la
fabricacin de tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor,
instalaciones de tratamiento de aguas residuales, utensilios de
cocina, tina de bao, lavabos, etc.
Tabla 3. Requisitos qumicos para aceros inoxidables
austenticos(extrado de JIS G 4305 - 1999 cpmplementado con
AISI)*1
Grado de aceroJIS (AISI)CSiMnPSNiCrMoCuNOtros
SUS304 (304)max. 0.08max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.0308.00~10.5018.00~20.00
SUS304L (304L)max. 0.030max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.0309.00~13.0018.00~20.00
SUS304LN (304LN)max. 0.030max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.0308.50~11.5017.00~19.000.12~0.22
SUS309S (309S)max. 0.08max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.03012.00~15.0022.00~24.00
SUS310S (310S)max. 0.08max. 1.50max. 2.00max. 0.045max.
0.03019.00~22.0024.00~26.00
SUS316 (316)max. 0.08max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.03010.00~14.0016.00~18.002.00~3.00
SUS316L (316L)max. 0.030max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.03012.00~15.0016.00~18.002.00~3.00
SUS316LN (316LN)max. 0.030max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.03010.50~14.5016.50~18.502.00~3.000.12~0.22
SUS317 (317)max. 0.08max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.03011.00~15.0018.00~20.003.00~4.00
SUS317L (317L)max. 0.030max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.03011.00~15.0018.00~20.003.00~4.00
SUS321 (321)max. 0.08max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.0309.00~13.0017.00~19.00Ti : 5C% min.
SUS347 (347)max. 0.08max. 1.00max. 2.00max. 0.045max.
0.0309.00~13.0017.00~19.00Nb : 10C% min.
SUS329 J3L*2(31803)max. 0.030max. 1.00max. 2.00max. 0.040max.
0.0304.50~6.5021.00~24.002.50~3.500.08~0.20
SUS329 J4L*2(32250)max. 0.030max. 1.00max. 1.50max. 0.040max.
0.0305.50~7.5024.00~26.002.50~3.500.08~0.30
SUS630*3(S17400)max. 0.07max. 1.00max. 1.00max. 0.040max.
0.0303.00~5.0015.00~17.503.00~5.00Nb : 0.15~0.45
(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las
especificaciones correspondientes.* 2. Acero inoxidable
austenita-ferrita (acero inoxidable Duplex)* 3. Acero inoxidable de
endurecimiento por precipitacin
3. Propiedades fsicas del acero inoxidableTabla 4. Muestra una
comparacin de las propiedades fsicas entre el acero inoxidable y
acero al carbono./p>
Se debe tener precaucin en la soldadura de aceros inoxidables,
ya que hay grandes diferencias en las propiedades fsicas entre el
acero inoxidable y acero al carbono, que afecta la soldabilidad
directa o indirectamente.
Por ejemplo, aunque el coeficiente de expansin trmica del acero
inoxidable martenstico y ferrtico es casi la misma que la de acero
al carbono, el acero inoxidable austentico es 1,5 veces ms que la
de acero al carbono. Esto indica que la deformacin y la tensin se
vuelve considerablemente ms grande en la soldadura de acero
inoxidable austentico que en la soldadura de acero al carbono.
Adems, si una unin de soldadura que consiste en acero inoxidable
austentico y de acero al carbono se somete a ciclos trmicos, surgen
tensiones trmicas debido a la diferencia del coeficiente de
expansin trmica entre los dos materiales. Por lo tanto, es un
problema el utilizar una junta de soldadura de metales diferentes
incluyendo acero inoxidable austentico en un ambiente donde la
temperatura cambia cclicamente.
An ms, como la resistencia elctrica del acero inoxidable es
mucho mayor que la del acero al carbono, tiende a ocurrir la
quemadura de los electrodos con acero inoxidable cubierto de
electrodos en soldadura de arco de metal blindado. Por lo tanto,
las corrientes de soldadura adecuadas son ms bajas que las de los
electrodos de acero al carbono.
Los aceros inoxidables martensticos y ferrticos son
ferromagnticos mientras austentico de acero inoxidable no magntico
es normalmente.
Sin embargo, hay muchos casos en los que el acero inoxidable
austentico de la soldadura de metales est diseado para contener
algn tipo de estructura ferrtica; en tal caso, posee en cierta
medida el magnetismo.
La existencia o no existencia del magnetismo es til para el
juicio aproximado del grado de acero en relacin con el
procedimiento de soldadura. Por ejemplo, el precalentamiento no se
aplica al acero inoxidable no magntico, pero el precalentamiento es
eficaz para acero inoxidable magntico en muchos casos.Tabla 4.
Comparacin de las propiedades fsicas entre acero al carbono y
aceros inoxidables
Acero carbonoAcero inoxidable martensticoAcero inoxidable
ferrticoAcero inoxidable austentico
Conductividad
trmica102Cal/cm/secAprox.11Aprox.6Aprox.6Aprox.4
Coeficiente de expansin
trmica106/Aprox.11Aprox.11Aprox.11Aprox.17
Resistencia elctricacm15576072
MagnetismoSSSNo
4. Consumibles de soldadura recomendados para uniones metlicas
similares(1) Consumibles de soldadura recomendados para acero
inoxidable martenstico y ferrtico
Bsicamente, se seleccionan los consumibles de soldadura con la
composicin qumica similar a la del metal base. (Vase el cuadro
4-5.)
Consumibles de soldadura tipo 309 tambin se pueden utilizar para
el acero inoxidable al Cr. En este caso, sin embargo, se requiere
precaucin porque existe el temor de que pueda ocurrir fatiga trmica
en los ciclos trmicos, debido a que el coeficiente de dilatacin
trmica es diferente entre el metal base y el metal de
soldadura.
Tabla 5 Consumibles de soldadura recomendados para acero
inoxidable martenstico y ferrtico
Grado de aceroJIS (AISI)Consumibles de soldadura
recomendados
Electrodo cubierto SMAWCable de soldadura MAG (FCW)Cable de
soldadura TIG
SUS410 (410)CR40NC39*1DW410CbDW309*1TGS410TGS309*1
SUS410S (410S)CR40NC39*1DW410CbDW309*1TGS410TGS309*1
SUS405 (405)CR40CbNC39*1DW410CbDW309*1TGS410CbTGS309*1
SUS430 (430)CR43NC39*1DW309*1TGS309*1
SUS430LX ()CR43CbNC39*1DW309*1TGS309*1
SUS444 (444)NC36LNC39MoLDW316LDW309MoLTGS316LTGS309MoL
(Nota)* 1. Es mejor evitar el uso de este tipo de consumibles,
cuando las piezas a soldar se va a usar en un entorno de ciclo
trmico o en un entorno corrosivo sensible al Ni.
(2) Consumibles de soldadura recomendados para el acero
inoxidable austentico
Bsicamente, se seleccionan los consumibles de soldadura con la
composicin qumica similar a la del metal base. (Vase el cuadro
4-6.)Cuando se utilizan cables tubulares (con ncleo fundente) para
la soldadura de una estructura que se compone de acero inoxidable
austentico SUS304 (AISI 304) o SUS316 (AISI 316) adecuados para
temperaturas a partir de 500 C, deben utilizarse cables especficos
y adecuados para alta temperatura.Consumibles de soldadura de baja
emisin de carbono pueden ser utilizados para aceros inoxidables con
un contenido de carbono ordinario como SUS304 (AISI 304) y SUS316
(AISI 316). Esto puede no ser aplicable en un entorno de
operaciones donde la resistencia a la alta temperatura (como la
resistencia a la fluencia) es requerida.Aceros inoxidables de bajo
contenido de carbono, tales como SUS304L (AISI 304L) y SUS316L
(AISI 316L) contienen un mximo de 0,03% de carbono, mientras que
los consumibles de soldadura con las caractersticas determinadas
contienen un mximo de 0,04% de carbono, de acuerdo con las normas
respectivas. Por lo tanto, cuando se requiere el mismo contenido de
carbono para el metal de soldadura como para la base de metal, se
deben utilizar consumibles de soldadura de muy baja emisin de
carbono.Tabla 6 Consumibles de soldadura recomendados para acero
inoxidable martenstico y ferrtico
Grado de aceroJIS (AISI)Consumibles de soldadura
recomendados
Electrodo cubierto SMAWCable de soldadura MAG (FCW)Cable de
soldadura TIG
SUS304 (304)NC38NC38H*1DW308DW308H*1TGS308
SUS304L (304L)NC38LDW308LDW308LH*2DW308LP*3DWT308L*4TGS308L
SUS304LN (304LN)DW308LN
SUS309S (309S)NC39DW309DW310*1DW309LP*3DWT309L*4TGS309
SUS310S (310S)NC30DW310TGS310
SUS316 (316)NC36DW316DW316LH*1DW316LP*3TGS316
SUS316L (316L)NC36LDW316LDW316LH*2DW316LP*3DWT316L*4TGS316L
SUS316LN (316LN)NC317LDW317LDW317LP*3TGS317L
SUS317 (317)NC317LDW317LDW317LP*3TGS317L
SUS317L (317L)NC317LDW317LDW317LP*3TGS317L
SUS321 (321)NC37NC37LDW347DW347LH*1TGS347
SUS347 (347)NC37NC37LDW347DW347LH*1TGS347
SUS329J3L (31803)NC329MDW329ADW329AP*3TGS329M
SUS329J4L (32250)NC329MDW329MTGS329M
SUS630 (S17400)TGS630
(Nota)* 1. Para la especificacin de alta temperatura.* 2. Para
la especificacin SR (recocido para liberacin de tensin).* 3. Para
la soldadura en todas las posiciones.* 4. Para para aceros de
espesor delgado o grueso, debido a una amplia gama de corrientes de
soldadura aplicables.
5. Consumibles de soldadura recomendados para uniones de metales
distintosWelding of two kinds of steel different in chemical
composition is called dissimilar metal welding.
La soldadura de dos tipos de aceros diferentes en composicin
qumica, se denomina soldadura de metales dismiles. En la soldadura
de metales dismiles, la seleccin de consumibles de soldadura
requiere una consideracin de resistencia suficiente al
agrietamiento, resistencia a la corrosin y propiedades mecnicas de
acuerdo a la combinacin de los metales base de la soldadura.
La Tabla 4-7 muestra los consumibles de soldadura ms comunes que
se utilizan para la soldadura de metales dismiles. Bsicamente, este
tipo de consumibles de soldadura deben ser utilizados de manera que
cumpla con las propiedades mecnicas de al menos uno de los metales
base de la unin o junta. A continuacin se presentan observaciones
complementarias a la Tabla 4-7.En la soldadura de acero al carbono
con acero inoxidable austentico, se utilizan normalmente
consumibles de soldadura tipo 390 con mayor cantidad de Cr y Ni.
Esto es porque, con consumibles de soldadura tipo 380, el Cr y Ni
se pueden diluir con el metal base de acero al carbono y por lo
tanto la estructura martenstica (estructura quebradiza) se puede
deformar dentro del metal de soldadura.En la soldadura de acero al
carbono con acero inoxidable austentico, ya que estos dos metales
son muy diferentes en el coeficiente de expansin trmica,
consumibles de soldadura tipo Inconel con alto contenido de Ni que
tiene coeficiente intermedio de dilatacin trmica, debe ser usado
donde la soldadura se somete a ciclos trmicos intensos.En la
soldadura de acero al carbono con acero inoxidable al Cr,
cualquiera de los consumibles de soldadura de tipo acero de Cr,
tipo de acero austentico y tipo de alto contenido de Ni, se puede
utilizar considerando las siguientes ventajas y desventajas de cada
tipo.
Consumibles de acero tipo Cr son adecuados para una aplicacin
bajo ciclos trmicos intensos o ambientes de corrosin sensibles al
Ni. Sin embargo, el precalentamiento adecuado y el tratamiento
trmico posterior a la soldadura son requieridos para evitar las
grietas que se generan despus del proceso de soldado. Consumibles
de acero de tipo austentico tienen excelente soldabilidad, pero
causan problemas de tensin trmica en un ambiente donde la soldadura
se expone a ciclos trmicos intensos.
Consumibles de tipo de alto contenido de Ni son costosos y
propensos a generar grietas en caliente; de otro lado, ya que
tienen que soportar ciclos trmicos intensos, son adecuados para la
soldadura que es difcil de tratar trmicamente despus del soldado y
se utiliza en un entorno de ciclos trmicos intensosPara la
soldadura de metales diferentes, no es recomendable un proceso de
soldadura que cuenta con una relacin de dilucin grande como la
soldadura por arco sumergido.Cuando se utilizan los procesos de
soldadura MIG y TIG para la soldadura de metales diferentes, la
penetracin en el acero al carbono debe mantenerse tan pequea como
sea posible.Tabla 4-7. Consumibles de soldadura recomendadas para
soldadura de metales dismiles*1*2
Combinacin demetal baseProceso desoldadoAcero inoxidable
austentico(JIS : US304, 316, 347, etc.)(AISI : 304, 316, 347,
etc.)Acero inoxidable ferrticoy martenstico(JIS : SUS410, 430,
etc.)(AISI : 410, 430, etc.)
Acero dulce,acero de baja aleacinSoldadura de arcometlico
blindadoNC39NIC70ANC39, NIC70ACR43Cb
Soldadura MIGMGS309LSMGS70NCbMGS309LSMGS70NCb
Soldadura FCWDW309, DWN70ADW309, MGS430M,DWN70A
Soldadura TIGTGS309TGS70NCbTGS309TGS70NCb
Acero inoxidable ferrticoy martenstico(JIS : SUS410, 430,
etc.)(AISI : 410, 430, etc.)Soldadura de arcometlico blindadoNC39,
NIC70A
Soldadura MIGMGS309LSMGS70NCb
Soldadura FCWDW309, DWN70A
Soldadura TIGTGS309, TGS70NCb
Acero inoxidableaustenticoCada procesode soldaduraUn consumible
de soldadura quecoincide con la base de metal dealeacin baja
(especialmente Cr y Ni)
(Nota)* 1. Para metales dismiles de soldadura, se utiliza
comnmente un consumible de soldadura tipo 309, pero no es adecuado
para aplicaciones de ciclos trmicos intensos porque su coeficiente
de dilatacin trmica es diferente de la del metal de base ferrtica.*
2. Un consumible de soldadura del tipo Inconel puede proporcionar
soldaduras metalrgicamente estables, pero es costoso y tiende a ser
sensible al agrietamiento en caliente.
6. Precalentamiento y postcalentamiento(1) Soldadura de metales
similares
Las condiciones de precalentamiento y postcalentamiento
adecuadas en la soldadura de metales bsicos de composicin qumica
similares se indican en la Tabla 4-8. En el control del
procedimiento de soldadura, el punto clave es el control de
calor.
Especialmente, con acero inoxidable martenstico y ferrtico
(tambin conocido como acero inoxidable con Cr), el control de calor
de precalentamiento y postcalentamiento determina en gran medida
los resultados de la soldadura.
Tabla 4-8 Condiciones de precalentamiento y postcalentamiento
para soldadura de metal similar
Acero inoxidable martensticoAcero inoxidable ferrticoAcero
inoxidable austentico
Temperatura deprecalentamiento200~400100~200No es necesario
Temperatura depostcalentamiento700~760Normalmente no es
necesario
Propsitos deprecalentamientoEvitar los agrietamientos
posteriores Prevenir que el HAZ se endurezcaAyuda a eliminar el
hidrgenoEvitar los agrietamientos posteriores Ayuda a eliminar el
hidrgenoEl precalentamiento no se aplicanormalmente para evitar la
degradacinde la resistencia a la corrosin
Propsitos depostcalentamientoEvitar los agrietamientos
posteriores Ablandamiento de HAZEliminacin de hidrgenoAtenuar
tensiones residualesMejorar las propiedades mecnicasEvitar los
agrietamientos posteriores Eliminacin de hidrgenoAtenuar tensiones
residualesumento de la tenacidad de la muesca Mejorar la
resistencia a la corrosin y de las propiedades mecnicas(Tratamiento
trmico de solucin slida )Prevencin de la corrosin bajo
tensin(Recocido para el alivio de tensin )
Observaciones Endurecimiento Agrietamiento en caliente
Resistencia a la corrosin de HAZ Fragilizacin a 475 Fragilizacin
por calentamiento a alta temperatura (900 o superior) Fragilizacin
fase Sigma (600 ~ 800 )Agrietamiento en caliente Resistencia a la
corrosine
(Nota)* 1. El calentamiento posterior mencionado en la tabla se
refiere al recocido para atenuar la tensin (SR), excepto el
tratamiento trmico de la solucin slida. En general, SR debe
iniciarse en un horno inmediatamente despus que la soldadura se
termine, pero antes que la soldadura se enfre a temperatura
ambiente. Si esto no se puede ejecutar, la soldadura debe ser
calentada de 300 a 350 durante 30 a 60 minutos justo despus que la
soldadura se ha finalizado para eliminar el hidrgeno del metal de
soldadura, lo cual se llama postcalentamiento inmediato.* 2. Para
soldaduras de acero inoxidable austentico, normalmente no se
realiza el postcalentamiento, excepto de casos especiales.
La siguiente es una explicacin detallada de a en la Tabla
4-8.
Evitar los agrietamientos posteriores
Los agrietamientos posteriores se producen despus que la
soldadura se haya enfriado a la temperatura ambiente. Tres causas
principales que se consideran son: hidrgeno difusible en el metal
de soldadura, endurecimiento del metal de soldadura y HAZ, adems de
la restriccin de la junta. Precalentamiento y recocido para atenuar
la tensin, son eficaces para la prevencin de grietas posteriores
Debido a que el precalentamiento puede reducir la velocidad de
enfriamiento de la soldadura, disminuye efectivamente la dureza del
metal de soldadura y HAZ, adems que mejora la liberacin de hidrgeno
difusible. Los agrietamientos posteriores son un problema con la
pieza soldada de acero inoxidable al Cr, pero no con la pieza
soldada de acero inoxidable austentico. Esto es porque la pieza
soldada de acero inoxidable austentico no se endurece,
independientemente de la velocidad de enfriamiento y el hidrgeno
disuelto no se torna difusible. Por lo tanto, el precalentamiento
no se requiere en la soldadura de acero inoxidable austentico. Por
el contrario, el precalentamiento puede deteriorar la resistencia a
la corrosin.
Tratamiento trmico de solucin slida
El tratamiento trmico de la solucin slida, que se lleva a cabo
principalmente en soldadura de acero inoxidable austentico, es
llevar a cabo la soldadura de 1000 a 1150 durante 2 minutos o ms
por 1 mm de espesor de la placa, seguida de un enfriamiento rpido.
Durante el enfriamiento, la soldadura debe enfriarse lo ms
rpidamente posible en el rango de 500 a 800 para evitar la formacin
de carburo de cromo. Cuando la soldadura se lleva a cabo de 1000 a
1150 , el carburo de cromo, la fase sigma y la ferrita en el metal
de soldadura se separan en la matriz. Con este tratamiento trmico,
se pude mejorar la resistencia a la corrosin, ductilidad y
tenacidad, adems se puede eliminar las tensiones internas causadas
por el trabajo de soldadura.
Recocido para la liberacin de tensin (SR)
Los propsitos principales de SR son la prevencin de
agrietamientos posteriores en soldaduras de acero inoxidable al Cr
y la mejora de las propiedades mecnicas. Mientras que, para piezas
soldadas de acero inoxidable austentico, el propsito principal es
la prevencin de la corrosin bajo tensin. Sin embargo, cuando la
resistencia a la corrosin es importante o cuando la fase sigma
tiende a precipitarse como en el caso del metal de soldadura de
tipo 347 o de tipo 316, SR puede ser perjudicial en muchos casos.
Por lo tanto, SR de piezas soldadas de acero inoxidable austentico
debe evitarse a menos que se considere indispensable despus de
examinar suficientemente el grado de acero, las condiciones de uso
y las experiencias pasadas de la prctica.
Agrietamiento en caliente
Mientras que las grietas en las soldaduras de acero inoxidable
al Cr pueden ocurrir a temperatura ambientey son llamados
agrietamientos posteriores, las grietas del metal de soldadura de
acero inoxidable austentico y de alta aleacin de Ni, pueden ocurrir
en la mayora de los casos, inmediatamente despus de que la
solidificacin se completa y se llaman agrietamientos en caliente.
Con el fin de prevenir la aparicin de agrietamientos en caliente,
consumibles de soldadura para aceros inoxidables austenticos de
propsito general, estn diseados de modo que el metal de soldadura
contiene un pequeo porcentaje de la estructura ferrtica en la
matriz austentica. Para medir el porcentaje de estructura ferrtica
en el metal depositado, algunos mtodos estn disponibles: uno es
utilizar diagramas de estructura metalogrfica; tambin utilizar
instrumentos de medida y el otro es utilizar un microscopio. A
diferencia de soldaduras de acero inoxidable al Cr, las grietas de
las piezas soldadas de acero inoxidable austentico no se pueden
prevenir mediante el precalentamiento y tratamiento trmico
posterior a la soldadura. Para evitar grietas en las soldaduras de
acero inoxidable austentico, es importante seleccionar el
consumible de soldadura apropiado con la mnima cantidad de
impurezas y de utilizar los procedimientos de soldadura
adecuados.
Resistencia a la corrosin de HAZ
El acero inoxidable austentico se produce con el fin de poseer
resistencia uniforme a la corrosin, normalmente por medio de
tratamiento trmico de la solucin slida. Pero, una vez que se
suelda, la resistencia a la corrosin de la HAZ se vuelve inferior a
la de la zona no afectada del metal base porque carburos se
precipitan en la HAZ. Esta zona de precipitacin de carburo se llama
degradacin por soldadura, que se forma por calentamiento en el
rango de 500 a 800 por la soldadura, y como resultado, los carburos
de cromo se precipitan, disminuyendo de ese modo el Cr
independiente en la matriz, que es eficaz para la mejora de la
resistencia a la corrosin. En consecuencia, la resistencia a la
corrosin de la HAZ se deteriora. Aunque hay casos en los que la
descomposicin de soldadura no presenta ningn problema en el uso, se
requieren algunas contramedidas cuando se utiliza la estructura
soldada en un ambiente donde la corrosin intergranular o corrosin
bajo tensin tienden a genera grietas.Los propsitos principales de
SR son la prevencin de agrietamientos posteriores en soldaduras de
acero inoxidable al Cr y la mejora de las propiedades mecnicas.
:
(a)Mientras que, para piezas soldadas de acero inoxidable
austentico, el propsito principal es la prevencin de la corrosin
bajo tensin.(b)Sin embargo, cuando la resistencia a la corrosin es
importante o cuando la fase sigma tiende a precipitar como en el
caso del metal de soldadura de tipo 347 o de tipo 316, SR puede ser
perjudicial en muchos casos.(c)Por lo tanto, SR de piezas soldadas
de acero inoxidable austentico debe evitarse a menos que se
considere indispensable despus de examinar suficientemente el grado
de acero, las condiciones de uso y las experiencias pasadas de la
prctica.
(2) Soldadura de metales dismiles
En cuanto a la temperatura de precalentamiento en la soldadura
de metales diferentes, normalmente se selecciona la temperatura de
precalentamiento superior entre los dos metales de base. Ejemplos
de la temperatura de precalentamiento en la soldadura de metales
diferentes se muestran en la Tabla 4-9. Se requiere precaucin, pues
una temperatura demasiado alta de precalentamiento en la soldadura
de metales diferentes puede dar lugar a una penetracin excesiva y
por lo tanto la composicin qumica del metal de soldadura puede
llegar a ser inadecuada. El uso de consumibles de soldadura para el
acero inoxidable austentico permite reducir la temperatura de
precalentamiento para la prevencin de agrietamientos posteriores.
Pero el uso de temperaturas de precalentamiento inferiores puede
reducir el efecto preventivo contra el endurecimiento de HAZ.
Ejemplos de temperaturas de tratamiento trmico posterior a la
soldadura (PWHT) en la soldadura de metales distintos se muestran
en la Tabla 4-10. A medida que el PWHT de la junta de soldadura de
metales diferentes afectan tanto a los metales bsicos y el metal de
soldadura de diferentes maneras, se requiere un examen a fondo en
cuanto a las condiciones de PWHT o incluso si realmente es
necesario o no su uso.
Si se selecciona una temperatura intermedia o una temperatura ms
alta para PWHT de una junta metlica dismil en comparacin con la
temperatura adecuada PWHT para cada metal base, sta puede exceder
la temperatura de transformacin del metal de base cuya temperatura
adecuada PWHT es menor (normalmente la base metal con menos
elementos de aleacin) y, como resultado, las propiedades del metal
base pueden cambiar por completo. Por lo tanto, la temperatura PWHT
debe ser verificada suficientemente de antemano.
Con una combinacin de aceros ferrticos y austenticos como en la
junta de soldadura de acero al carbono y el acero inoxidable
austentico, es una prctica comn para seleccionar una temperatura
menor de PWHT en el rango de temperaturas recomendado para el acero
ferrtico. La razn por la cual se selecciona una temperatura ms baja
es para minimizar la migracin de carbono en la interface de la
soldadura. Tambin, se debe tener en cuenta que estas temperaturas
PWHT estn en el rango donde el acero inoxidable austentico
precipita carburos y fases sigma.
Tabla 4-9. Temperaturas de precalentamiento e interpasse para
soldadura de metales dismiles.
Acero inoxidableAcero inoxidable austentico(JIS : SUS304, 304L,
316, 316L, 347, 321, etc.)(AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321,
etc.)Acero inoxidable martenstico(JIS : SUS410, etc.)(AISI : 410,
etc.)Acero inoxidable ferrtico(JIS : SUS430, 405, etc.)(AISI : 430,
105, etc.)
Acero dulceAcero de baja aleacin
Acero dulce
Acero de Mo 0,5%
Acero de 1.25%Cr0.5%Mo
Acero de 2.25%Cr1%Mo
Tabla 4-10 Temperatura de tratamiento trmico posterior a la
soldadura (PWHT) para soldadura de metales dismiles
Acero inoxidableAcero inoxidable austentico(JIS : SUS304, 304L,
316,316L, 347, 321, etc.)(AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321,
etc.)*2Acero inoxidable martenstico(JIS : SUS410, etc.)(AISI : 410,
etc.)*1Acero inoxidable ferrtico(JIS : SUS430, 405, etc.)(AISI :
430, 105, etc.)*1
Acero dulceAcero de baja aleacin
Acero dulce
Acero de Mo 0,5%
Acero de 1.25%Cr0.5%Mo
Acero de 2.25%Cr1%Mo
(Nota)* 1. En la soldadura de metales dismiles de acero
inoxidable ferrtico o martenstico de aleacin ligera / baja,
utilizar la temperatura ms alta en el rango de temperatura PWHT
inferior, entre los rangos de temperatura recomendados para los
metales de base individuales.* 2. Para una junta de metal
diferente, uno de cuyos componentes es de acero inoxidable
austentico, PWHT puede degradar la resistencia a la corrosin del
acero inoxidable austentico. Esta es la razn por la que la
necesidad de PWHT debe ser examinada a fondo con antelacin.
7. Soldadura de acero inoxidable revestidoEl acero inoxidable
revestido comprende el sustrato de acero al carbono o acero de baja
aleacin y el metal revestido de acero inoxidable delgado (alrededor
de 2 mm de espesor), que se utiliza para los tanques de
almacenamiento y buques cisterna para productos qumicos. El acero
inoxidable revestido se basa en un concepto que se requiere
resistencia a la corrosin slo en la superficie y que es menos
costoso que el acero inoxidable slido. El punto clave en la
soldadura de acero revestido es cmo soldar la zona de transicin
entre el sustrato (metal base) y el metal revestido donde se
requiere soldadura de metales dismiles.
La seleccin y el mtodo de deposicin en el caso del acero
revestido de SS400 (ASTM A36) y SUS304 (AISI 304) se muestran en la
siguiente figura. Cuando SUS304 (AISI 304) se fusiona en la primera
capa de soldadura, se utiliza un consumible de soldadura tipo 309
en todo el proceso, a travs de la ranura de soldadura hasta la
superficie de la junta. Cuando SUS304 (AISI 304) se fusiona en la
capa final, es necesario utilizar tres tipos diferentes de
consumibles de soldadura como el acero al carbono para SS400 (ASTM
A36), la de tipo 309 para la zona de transicin, y la de tipo 308
para SUS304 (AISI 304).
8. Puntos clave de los procedimientos de soldadura para diversos
procesos de soldadura para aceros inoxidables(1) General
Cuando se suelda aceros inoxidables austenticos, el
precalentamiento por lo general debe omitirse y la temperatura de
inetrpasse debe mantenerse a 150 o ms baja.En el caso de soldadura
de metales dismiles, consulte la Tabla 7 (Consumibles de soldadura
recomendados para soldadura de metales dismiles). La dilucin del
metal de soldadura por el metal base (acero al carbono y acero de
baja aleacin) Tambin debe ser adecuadamente controlada durante la
soldadura. Cuando se utiliza un consumible de soldadura tipo 309
para la soldadura de metales diferentes, es necesario el uso de una
corriente baja de soldadura porque se puede producir el
agrietamiento si la dilucin del metal de soldadura por el metal
base es excesiva.Consumibles de soldadura completamente austenticos
(por ejemplo, NC-30 y DW-310) tienden a generar grietas en caliente
y por lo tanto es necesario el uso de una corriente de soldadura y
velocidad bajas.(2) Soldadura por arco metlico protegido (SMAW)
El uso de una corriente excesivamente alta puede provocar que el
electrodo se queme, lo que provoca mala usabilidad y las
propiedades del metal de soldadura deteriorados. Por lo tanto, se
debe utilizar una corriente de soldadura dentro del rango
recomendado.La longitud del arco deber ser lo ms corto
posible.Cuando se utiliza el entrelazado, su ancho debe mantenerse
hasta 2,5 veces el dimetro del electrodo.(3) Soldadura MAG (con
cables tubulares con fundente)
Fuente de energaUna fuente de energa de voltaje constante CC es
adecuada con el electrodo de polaridad positiva (DCEP). Tambin se
puede utilizar una fuente de energa de inversor controlado. Con una
fuente de energa pulsada, la emisin de salpicaduras puede aumentar,
en este caso, el circuito generador de impulsos debe estar
apagado.Gas de proteccinGas de CO2al 100% es adecuado para cables
de acero inoxidable DW de tipo escoria. Aunque puede utilizarse una
mezcla de Ar con 20 a 50% de CO2, porosidad, tales como pozos y
sopladuras, tiende a ocurrir. La velocidad de flujo del gas de
proteccin se debe mantener de 20 a 25litros/min. Una mezcla de Ar
de 10 a 20% de CO2es adecuado para cables de acero inoxidable de
tipo metlico MX-A.Extensin del cableLa distancia de separacin de la
punta de contacto de metal base debe ser de unos 15 mm para un
dimetro de cable de 0,9 mm, y de 15 a 20 mm para un dimetro de
cable de 1,2 o 1,6 mm. Si la extensin del cable es demasiado corta,
porosidad, tales como pozos y orificios alargados, tiende a
ocurrir. En una mezcla de Ar + CO2, la extensin de alambre debe ser
un poco ms larga que con el gas CO2al 100%.Medidas contra el
vientoCuando una velocidad del viento supera 1m/seg., El efecto de
blindaje contra el viento para un arco se hace insuficiente y por
lo tanto la generacin de poros tiende a ocurrir en el metal de
soldadura. Adems, N en la atmsfera puede ser disuelto en el metal
de soldadura, obstruyendo as la facilidad de remover la escoria o
causar agrietamiento en caliente. Por lo tanto, la cantidad
suficiente de gas de proteccin debe hacerse fluir y una pantalla de
proteccin contra el viento debe ser usada cuando hace vientoEmisin
de humo durante la soldaduraLa tasa de emisin de humo por unidad de
tiempo en la soldadura MAG es mayor que en la soldadura por arco de
metal blindado. Debido a que el humo de soldadura es perjudicial,
se debe utilizar ya sea un sistema de extraccin local de humo o un
aparato de respiracin apropiado.
Almacenamiento de alambres de soldaduraUna vez que los cables de
acero inoxidable DW han absorbido la humedad, no se pueden volver a
secar a una temperatura alta, a diferencia de electrodos cubiertos
SMAW. Si el alambre de soldadura se deja en el alimentador de cable
en la temporada de lluvias o en un ambiente muy hmedo en verano o
en la noche de invierno cuando puede producirse condensacin, se
puede producir porosidad como pozos y orificios alargados. Cuando
guarde los cables de soldadura desempacados, tenga cuidado que el
polvo o roco de agua de condensacin no se adhiera a la superficie
del alambre y gurdelo en un lugar seco, donde la humedad sea
baja.(4) Soldadura MIG (con cables slidos)El alambre de soldadura
se debe utilizar con el electrodo de polaridad positiva de
CC.Ar+2%O2se utiliza como el gas de proteccin con un caudal de 20 a
25 litros / minuto. Ar+1020%CO2no es adecuado para el acero
inoxidable de bajo contenido de carbono (por ejemplo, SUS304L)
debido a que C se incrementar en el metal de
soldadura.Generalmente, la soldadura MIG de acero inoxidable se
realiza en las condiciones de soldadura de arco de pulverizacin, en
el que el voltaje de arco debe ajustarse de tal forma que la
longitud de arco sea de 4 a 6 mm. Si la longitud de arco es
demasiado corta, puede ocurrir orificios, y si es excesivamente
larga, la humectabilidad del metal de soldadura fundida con el
metal de base se torna deficiente.La soldadura MIG es propensa a
ser afectada por el viento, que causan orificios en un fuerte
viento. Por lo tanto, debe ser utilizada una pantalla de proteccin
contra el viento, cuando la velocidad del viento es 0.5m/sec. o
superior.La soldadura de arco pulsado puede producir un arco de
pulverizacin estable en el rango de corriente baja. Por lo tanto,
es adecuado para la soldadura por superposicin, soldadura de placas
delgadas, y soldadura vertical.(5) Soldadura TIG
La polaridad del electrodo de CC debe ser negativa.El AR se
utiliza normalmente como gas de proteccin y su adecuada velocidad
de flujo en la soldadura manual es 7 a 15litros/minuto en el rango
de corriente de 100 a 200A. Y 12 a 20litros/minuto en el rango de
corriente de 200 a 300A.Hay dos tipos de antorcha de soldadura TIG.
Uno de ellos es lente de gas y el otro es sin lente. El lente de
gas hace que el gas fluya regularmente, se produce un buen efecto
de blindaje y es eficaz especialmente para prevenir la oxidacin de
la superficie de la lnea de soldadura.La extensin del electrodo
adecuado desde la punta de la antorcha de soldadura es de 4 a 5 mm
normalmente. Para la soldadura de la junta de la esquina donde el
efecto protector es deficiente, debe ser de 2 a 3 mm. En un surco
profundo, debe estar dentro de 6mm.La longitud del arco debe ser de
1 a 3 mm. Si es demasiado largo, el efecto protector se torna
deficiente.En la soldadura por fusin, se hace la proteccin de la
parte posterior para prevenir la oxidacin de ste lado. Sin embargo,
con los cables tubulares con ncleo fundente, diseados
exclusivamente para la soldadura por fusin para acero inoxidable,
un grano ptimo se puede obtener sin blindaje posterior.(6)
Soldadura por arco sumergido1) Configuracin de las juntasCuando se
realiza la soldadura de doble lado y sin proteccin de astillado,
los parmetros de soldadura debe estar verificados adecuadamente
para prevenir la penetracin insuficiente y que se consuma por
completo.Cuando hay temor de consumirse por completo, se debe
utilizar la soldadura por arco metlico protegido para la pasada de
la raz.En las placas gruesas, normalmente la configuracin de ranura
de doble cara, debe adoptarse para evitar la distorsin de
soldadura.En la ranura de soldadura, soldadura de mltiples pasadas
por capa presenta facilidad en la eliminacin de la escoria.2)
Almacenamiento y resecado del fundenteLos fundentes adheridos son
aptos para absorber la humedad, deben ser almacenados en un lugar
seco.Si el fundente adherido en condiciones ha absorbido humedad,
es necesario volver a secar a 200 a 300 durante aproximadamente una
hora.3) Corriente de soldaduraEl uso de una corriente de soldadura
alta puede causar el deterioro de la resistencia a la corrosin de
la zona afectada por el calor (HAZ) y el engrosamiento del tamao de
grano HAZ.La corriente de soldadura adecuada para el dimetro del
cable debe ser seleccionado.Cuando el dimetro del alambre es pequeo
(de 2,4 mm o menor), de soldadura de CC es mejor, ya que es ms fcil
de controlar la penetracin y la forma de la lnea de soldadura.La
penetracin est propensa a ser profunda (Por lo tanto la dilucin por
el metal base es grande), se requiere precaucin en la soldadura de
las articulaciones metlicas diferentes de acero inoxidable y acero
al carbono. Sobre todo, en soldadura de dos pases (una sola cara),
nunca debe adoptarse para juntas metlicas disimiles.4) Voltaje del
arcoSi el voltaje de arco es demasiado bajo, el agotamiento puede
ocurrir a travs de la pasada de raz o fusin insuficiente puede
producirse en ambos lados del cordn de soldadura.Si el voltaje de
arco es demasiado alto, no se puede obtener suficiente
penetracin.El consumo del fundente vara en funcin del voltaje del
arco, la composicin qumica del metal de soldadura tambin puede
fluctuar.Por lo general, el voltaje de arco adecuada es de 30 a
34V.5) Distribucin del fundente profundidad/alturaSi l profundidad
/ altura de la distribucin del fundente es excesiva, la superficie
de la lnea de soldadura puede ser irregular. Para evitar esto, es
necesario reducir al mnimo la profundidad / altura del fundente por
lo que el arco no se har visible.
REFERENCIAhttp://www.kobelco-welding.jp/espanol/education-center/textbooks-of-welding/index.html