¿Estás pasando por alto estos factores críticos para soldar aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento？

Las soldaduras de acero inoxidable (zona de soldadura y afectada por calor) deben ser resistentes a la corrosión y estructuralmente sólidas para cumplir con los requisitos de la aplicación específica. En general, la resistencia a la corrosión de la soldadura debe ser al menos la misma que la del metal principal, y preferiblemente una calificación de resistencia ligeramente más alta. La calidad de la soldadura se puede dividir en dos aspectos diferentes: defectos físicos de soldadura y problemas metalúrgicos. Pueden reducir la resistencia o resistencia de la corrosión, por lo que deben evitarse. Se deben reparar soldaduras inaceptables para garantizar las propiedades requeridas. La mayoría de los defectos físicos ya son comunes en la soldadura de acero al carbono, mientras que los problemas metalúrgicos son exclusivos del acero inoxidable. Las siguientes son pautas prácticas para ayudar a garantizar la calidad de las soldaduras.

Incompleto P penetración W elds  

La penetración incompleta generalmente ocurre en soldaduras de tope de tubería u otras soldaduras a tope que no son de doble cara. La penetración incompleta se refiere a la presencia de una brecha en la soldadura que puede causar corrosión y albergar la suciedad. El espacio reduce la resistencia y la resistencia a la corrosión de la soldadura y es difícil de esterilizar (limpiar). Las soldaduras a tope de alta calidad requieren penetración completa. De lo contrario, la resistencia mecánica y la resistencia a la fatiga de la soldadura se reducen significativamente. Para evitar estos problemas, es importante el diseño adecuado de la soldadura o la reducción posterior, y se recomienda la reducción posterior siempre que sea posible.

Porosidad

Los poros de superficie son puertos ideales para la suciedad y también son una fuente de corrosión. Los poros superficiales son difíciles de limpiar y desinfectar porque atraen a la suciedad y las bacterias. La porosidad a menudo es causada por la humedad, que puede provenir del flujo de electrodos, el gas de protección o la superficie de la pieza de trabajo. Para minimizar la porosidad, preste atención a la sequedad de los electrodos, la química del gas y las prácticas de limpieza. Además, determine un nivel de aceptación de porosidad para guiar la inspección radiográfica y visual de las soldaduras.

Arc inicio y salpicaduras de soldadura

El inicio de arco y las salpicaduras de soldadura crean grietas e inician la corrosión de grietas. Para minimizar este defecto, los soldadores deben iniciar el arco dentro de la soldadura, no al lado. Si hay salpicaduras de arranque y soldadura de arco, debe retirarse con una rueda de molienda fina.

Evite las salpicaduras de soldadura y soldaduras desiguales ©Otokumpu

Microcracks y grietas calientes

Las microcracks son pequeñas grietas o fisuras cortas que pueden ocurrir en soldaduras de acero inoxidable austenítico. Raramente se propagan y rara vez causan falla estructural de soldadura, pero en ciertos entornos pueden causar corrosión localizada. El agrietamiento en caliente, más preciso conocido como agrietamiento de solidificación de soldadura, es un defecto de soldadura grave que debe evitarse.

Ajustar la composición de los metales de relleno de uso común 308 (l) y 316 (l) para lograr un contenido de ferrita del 5-10% puede mejorar significativamente la resistencia al microcracking y el agrietamiento en caliente. La ferrita absorbe el tensión de contracción y tiene una mayor solubilidad para el azufre, el fósforo y otras impurezas que causan fragilidad de austenita. Las soldaduras estándar de acero inoxidable con ferrita al contenido recomendado generalmente están libres de microcraqueos y grietas en caliente, pero pueden ocurrir cuando la entrada de calor es muy alta, las tensiones de restricción de soldadura son altas o la soldadura es cóncava. El número de ferrita (FN) definido por la American Welding Society (AWS A5.4) indica la cantidad de ferrita en una soldadura. El número de ferrita (FN) es aproximadamente equivalente al porcentaje de volumen de ferrita en una soldadura de acero inoxidable austenítico. La siguiente figura muestra dos metales de soldadura con diferentes contenidos de ferrita.

Metales de soldadura de acero inoxidable austenítico con diferentes contenidos de ferrita ©Lincoln Electric

Los metales de relleno utilizados para soldar los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento no producen soldaduras que contengan ferrita, por lo que sus soldaduras son susceptibles de microcracking y agrietamiento caliente. Para minimizar el microcraqueo y el agrietamiento en caliente, los metales de relleno utilizados para soldar los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento tienen muy bajos contenidos de fósforo y azufre. La entrada de calor y otros parámetros de soldadura deben controlarse cuidadosamente durante la soldadura. El límite superior de la entrada de calor es generalmente 1.5 kJ/mm (38 kJ/in).

Al soldar aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento, evite cualquier operación que aumente el tamaño de la piscina de soldadura (como la influencia excesiva). Las grandes piscinas de soldadura aumentan las tensiones de contracción de solidificación. Las grandes piscinas de soldadura también aumentan el tamaño de grano en la soldadura y la zona afectada por el calor. El área límite de grano del material de grano grueso es más pequeño que el del material de grano fino. Esto da como resultado concentraciones de impurezas más altas en los límites de grano, lo que puede reducir la resistencia a la corrosión. Las tensiones de contracción excesivas y las altas concentraciones de elementos traza en los límites de grano pueden causar grietas en caliente.

Otro D efectos  

Otros defectos de soldadura, como la fusión inadecuada y las inclusiones de escoria entre las cuentas de soldadura, son inaceptables tanto para el acero al carbono como para los aceros inoxidables austeníticos. Las inclusiones de la escoria de la superficie pueden causar picaduras cuando la soldadura está expuesta a un entorno corrosivo. Del mismo modo, una superficie rugosa en la soldadura reducirá su resistencia a la corrosión. Los socavos pueden reducir significativamente el rendimiento de la fatiga de la soldadura. El sobrecargador de la raíz de soldadura o la tapa de soldadura también puede afectar negativamente el rendimiento de la soldadura.

Óxidos de superficie  

Para muchas aplicaciones, el tinte templado en la superficie interior de las soldaduras de tubería es una preocupación. Hay muchas formas de eliminar o minimizar los óxidos de tinte de temperatura. Una es proporcionar un gas inerte adecuado a través de la tubería. Cuando la soldadura a tope con GTAW orbital, la junta debe ensamblarse y purgada con gas inerte para lograr una soldadura que esté esencialmente libre de tinte de temperamento. Cuando se realizan soldaduras de raíz GTAW manuales, generalmente se produce cierto grado de temperamento. Dependiendo del grado de temperamento y el uso previsto, los óxidos se eliminan mediante el encurtido o el pulido mecánico.

El tinte de temperamento reduce significativamente la resistencia a la corrosión de las picaduras y las grietas, especialmente para los aceros inoxidables austeníticos estándar. Otro problema potencial es la corrosión (MIC) influenciada microbiológicamente. Las áreas con tinte templado son susceptibles a MIC, que se ha encontrado en agua no tratada, especialmente a bajas caudales o condiciones de flujo estancado. La falla en drenar y secar el sistema después de las pruebas hidrostáticas con agua normal también puede causar micrófono.

Hay dos desafíos en el desarrollo de criterios de aceptación para las soldaduras donde no se puede eliminar el tinte de temperamento. El primero es cómo cuantificar el tinte de temperamento en la soldadura. Muchas industrias usan una tabla de color Tint para determinar visualmente el grado de temperamento. Este gráfico se encuentra en AWS D18.1 y AWS D18.2. El segundo es determinar el grado de temperamento que es aceptable en una aplicación específica.

Tinte de temperamento de una soldado GMA de alta calidad y una zona afectada por el calor (izquierda), y el encurtido posterior a la soldado restaura la resistencia a la corrosión de la soldadura (derecha) ©Otokumpu

Temper Tint tiene un impacto más significativo en la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables estándar (como 304L y 316L) que los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento. Cuando la eliminación de tinte de temperamento es extremadamente difícil o costoso, los diseñadores deberían considerar usar calificaciones más resistentes a la corrosión para utilizar mejor su rendimiento.

Sensibilización  

Las calificaciones estándar de alto carbono se sensibilizan mediante una exposición corta a 480-900°C (900-1650°F) y son susceptibles a la corrosión intergranular en ambientes acuosos y ácidos. Sin embargo, los grados estándar avanzados suelen ser "grados L" con contenidos de carbono por debajo del 0.03%. Por lo tanto, son resistentes a la sensibilización en las soldaduras de fabricación normales sin un tratamiento térmico posterior. Por ejemplo, la sensibilización de acero inoxidable 304 con contenido de carbono al 0.042% lleva aproximadamente una hora a la temperatura de sensibilización más rápida. Este tiempo es mucho más largo que el tiempo en la temperatura de sensibilización de soldadura. Aun así, el tiempo de exposición de grandes soldaduras en el rango de temperatura crítica debe ser limitado.

El uso de calificaciones bajas en carbono puede ayudar a evitar la sensibilización de soldaduras de sección gruesas y piezas que deben tratarse térmicamente después de la soldadura. 304L tiene una larga tolerancia a la temperatura de sensibilización, por lo que se pueden enfriar grandes partes de forma segura. Con las calificaciones L, incluso los componentes mixtos de acero inoxidable y de carbono pueden aliviarse del estrés.

Gráfico de sensibilización de temperatura de tiempo (TTS) para 304 acero inoxidable con diferentes contenidos de carbono

Para mejorar la resistencia a la temperatura elevada, los grados de alta temperatura generalmente contienen al menos 0.04% de carbono (304h). Afortunadamente, la corrosión acuosa debido a la sensibilización no es una preocupación para las aplicaciones de alta temperatura. Estos grados generalmente requieren metales de relleno de carbono altos para proporcionar una resistencia a la temperatura elevada de soldadura adecuada.

Estabilizados 321 y 347 Los aceros inoxidables son susceptibles a la corrosión estrecha en forma de cuchillo cuando se exponen a temperaturas entre 480 y 900°C durante la soldadura. Si la corrosión en forma de cuchillo es una preocupación, se debe especificar un tratamiento térmico de recocido y estabilización posterior a la soldadura. Para una discusión de los mecanismos de corrosión en forma de cuchillo, vea los capítulos anteriores de esta serie.

La mayoría de los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento tienen un contenido de carbono superior más bajo que los grados "L" convencionales y se sensibilizarán más rápido que los grados convencionales con el mismo contenido de carbono. Sin embargo, la formación de fase secundaria es más un problema para la soldadura de acero inoxidable austenítico de alto rendimiento que la sensibilización.

Fases intermetálicas

El rango de temperatura para la formación de fases intermetálicas, & sigma; y & chi;, es 500-1050°C. Aceros inoxidables que contienen <00000000> Sigma; y <00000000> chi; Las fases han reducido significativamente la resistencia y la tenacidad de la corrosión. 5% de & Sigma; La fase reducirá la dureza de impacto en un 50%.

El aumento del contenido de cromo y molibdeno promueve en gran medida la precipitación de fases intermetálicas. A la temperatura crítica, el tiempo de formación de & Sigma; y <00000000> chi; Las fases en los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento son menos de un minuto. Por lo tanto, los parámetros de soldadura de estos materiales deben incluir una baja entrada de calor (menos de 1.5 kJ/mm) y las temperaturas entre pases que no exceden 100°C, y el tiempo a la temperatura crítica debe minimizarse. La temperatura entre paso de la soldadura debe medirse al final de una soldadura, y la precisión debe garantizarse mediante mediciones de termopar. Los bolígrafos de color sensibles a la temperatura están prohibidos porque contaminarán la soldadura.

A temperaturas no ideales, el tiempo de precipitación de cualquier compuesto intermetálico en grados estándar generalmente requiere 100 horas o más. Debido a su lenta cinética, la precipitación de & sigma; y <00000000> chi; Las fases no son un problema durante el procesamiento y la fabricación de calificaciones estándar, pero el servicio de alta temperatura a largo plazo no es optimista.

Segregación de soldadura

El metal de soldadura de los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento de alto rendimiento es particularmente propenso a la microgregación de molibdeno. La microsegregación ocurre durante la solidificación porque el primer metal solidificado tiene un contenido de molibdeno más bajo y el metal solidificado posterior tiene un mayor contenido de molibdeno, lo que resulta en un micro gradiente de contenido de molibdeno. En el acero inoxidable al 6%de MO, el área de bajo molibdeno de molibdeno puede tener una resistencia a la corrosión significativamente reducida.

Por lo tanto, para compensar el acero inoxidable austenítico de alto rendimiento requiere el uso de metal de relleno en exceso. Al soldar acero inoxidable 6%Mo, es mejor usar un metal de relleno a base de níquel con un contenido de molibdeno de no menos del 9%, por lo que el contenido de molibdeno del primer área solidificada no es inferior al 6%, por lo que el metal de soldadura mantiene una buena resistencia a la corrosión.

Debido a los problemas de la microsegregación, los componentes de acero inoxidable de alto rendimiento que no pueden ser recocidos después de la soldadura no se pueden soldar mediante soldadura autógena (sin metal de relleno). La soldadura autógena solo es adecuada para soldaduras que deben ser recocidas en solución después de soltar. El recocido de solución puede homogeneizar la soldadura, reducir la microsegregación y restaurar la resistencia a la corrosión.