P: Recentment hem començat a fer alguns treballs que requereixen que alguns components estiguin fets principalment d'acer inoxidable 304, que està soldat entre si mateix i a l'acer suau. Hem experimentat alguns problemes amb esquerdes de soldadura entre acer inoxidable i acer inoxidable de fins a 1,25″ de gruix. Es va esmentar que tenim baixos nivells de ferrita. Podeu explicar què és i com solucionar-ho?
A: Bona pregunta. Sí, us podem ajudar a entendre què significa un baix contingut de ferrita i com evitar-ho.
Primer, vegem la definició d'acer inoxidable (SS) i com es relaciona la ferrita amb les unions soldades. L'acer negre i els aliatges contenen més del 50% de ferro. Això inclou tots els acers al carboni i inoxidables, així com alguns altres grups. L'alumini, el coure i el titani no contenen ferro, per la qual cosa són exemples excel·lents d'aliatges no fèrrics.
Els components principals d'aquest aliatge són l'acer al carboni amb un contingut de ferro d'almenys el 90% i l'acer inoxidable amb un contingut de ferro del 70 al 80%. Per ser classificat com a acer inoxidable, ha de tenir almenys un 11,5% de crom afegit. Els nivells de crom per sobre d'aquest llindar mínim promouen la formació d'una pel·lícula d'òxid de crom a les superfícies d'acer i eviten la formació d'oxidació com ara l'òxid (òxid de ferro) o la corrosió per atac químic.
L'acer inoxidable es divideix principalment en tres grups: austenític, ferrític i martensític. El seu nom prové de l'estructura cristal·lina a temperatura ambient de la qual estan compostos. Un altre grup comú és l'acer inoxidable dúplex, que és un equilibri entre ferrita i austenita en l'estructura cristal·lina.
Els graus austenítics, sèrie 300, contenen entre un 16% i un 30% de crom i entre un 8% i un 40% de níquel, formant una estructura cristal·lina predominantment austenítica. Durant el procés de fabricació de l'acer s'afegeixen estabilitzadors com el níquel, el carboni, el manganès i el nitrogen per ajudar a formar la relació austenita-ferrita. Alguns graus comuns són el 304, el 316 i el 347. Proporcionen una bona resistència a la corrosió; s'utilitzen principalment en les indústries alimentària, química, farmacèutica i criogènica. El control de la formació de ferrita proporciona una excel·lent tenacitat a baixes temperatures.
L'acer inoxidable ferrític és un grau de la sèrie 400 que és totalment magnètic, conté entre un 11,5% i un 30% de crom i té una estructura cristal·lina predominantment ferrítica. Per promoure la formació de ferrita, els estabilitzadors inclouen crom, silici, molibdè i niobi durant la producció d'acer. Aquests tipus d'acer inoxidable s'utilitzen habitualment en sistemes d'escapament i transmissions d'automòbils i tenen aplicacions limitades a altes temperatures. Diversos tipus d'ús comú: 405, 409, 430 i 446.
Els graus martensítics, també coneguts com a sèrie 400, com ara el 403, el 410 i el 440, són magnètics, contenen entre un 11,5% i un 18% de crom i tenen una estructura cristal·lina martensítica. Aquesta combinació té el contingut d'or més baix, cosa que els fa els més econòmics de produir. Proporcionen certa resistència a la corrosió, una resistència superior i s'utilitzen habitualment en vaixella, equips dentals i quirúrgics, estris de cuina i alguns tipus d'eines.
Quan soldeu acer inoxidable, el tipus de substrat i la seva aplicació en servei determinaran el metall d'aportació adequat que s'ha d'utilitzar. Si utilitzeu un procés de gas protector, és possible que hàgiu de prestar especial atenció a les mescles de gas protector per evitar certs problemes de soldadura.
Per soldar l'acer 304 a si mateix, necessitareu un elèctrode E308/308L. "L" significa baix contingut en carboni, cosa que ajuda a prevenir la corrosió intergranular. El contingut de carboni d'aquests elèctrodes és inferior al 0,03%; quan se supera aquest valor, augmenta el risc de deposició de carboni als límits de gra i d'unió de crom per formar carburs de crom, cosa que redueix eficaçment la resistència a la corrosió de l'acer. Això es fa evident si es produeix corrosió a la zona afectada per la calor (HAZ) de les soldadures d'acer inoxidable. Una altra consideració per a l'acer inoxidable de grau L és que tenen una resistència a la tracció més baixa a temperatures de funcionament elevades que els graus d'acer inoxidable purs.
Com que l'acer inoxidable 304 és austenític, el metall de soldadura corresponent contindrà la major part de l'austenita. Tanmateix, l'elèctrode en si contindrà un estabilitzador de ferrita com el molibdè per promoure la formació de ferrita al metall de soldadura. Els fabricants solen indicar un rang típic per a la quantitat de ferrita per a un metall de soldadura. Com s'ha esmentat anteriorment, el carboni és un estabilitzador austenític fort i, per aquestes raons, és essencial evitar la seva addició al metall de soldadura.
Els nombres de ferrita es deriven del diagrama de Scheffler i del diagrama WRC-1992, que utilitzen fórmules equivalents de níquel i crom per calcular el valor que, quan es representa al diagrama, dóna un nombre normalitzat. Un nombre de ferrita entre 0 i 7 correspon al percentatge en volum de l'estructura cristal·lina ferrítica present al metall soldat; tanmateix, a percentatges més alts, el nombre de ferrita augmenta més ràpidament. Recordeu que la ferrita en acer inoxidable no és el mateix que la ferrita d'acer al carboni, sinó una fase anomenada ferrita delta. L'acer inoxidable austenític no experimenta transformacions de fase associades a processos d'alta temperatura com el tractament tèrmic.
La formació de ferrita és desitjable perquè és més dúctil que l'austenita, però s'ha de controlar. El baix contingut de ferrita pot proporcionar a les soldadures una excel·lent resistència a la corrosió en algunes aplicacions, però són extremadament propenses a l'esquerdament en calent durant la soldadura. Per a condicions generals d'ús, el nombre de ferrites hauria d'estar entre 5 i 10, però algunes aplicacions poden requerir valors inferiors o superiors. Les ferrites es poden comprovar fàcilment al lloc de treball amb un indicador de ferrita.
Com que has esmentat que tens problemes amb les esquerdes i un baix contingut de ferrita, hauries de revisar detingudament el metall d'aportació i assegurar-te que produeixi prou ferrita; al voltant d'una 8 hauria de ser suficient. A més, si utilitzes soldadura per arc amb nucli de flux (FCAW), aquests metalls d'aportació solen utilitzar un gas de protecció de 100% de diòxid de carboni o una barreja de 75% d'argó i 25% de CO2, que pot fer que el metall de soldadura absorbeixi carboni. Pots canviar al procés de soldadura per arc metàl·lic (GMAW) i utilitzar una barreja de 98% d'argó i 2% d'oxigen per reduir la possibilitat de dipòsits de carboni.
Quan es solda acer inoxidable a acer al carboni, s'ha d'utilitzar material d'aportació E309L. Aquest metall d'aportació s'utilitza especialment per a la soldadura de metalls diferents i forma una certa quantitat de ferrita després que l'acer al carboni es dissolgui a la soldadura. Com que l'acer al carboni absorbeix una part del carboni, s'afegeixen estabilitzadors de ferrita al metall d'aportació per contrarestar la tendència del carboni a formar austenita. Això ajudarà a prevenir l'esquerdament tèrmic durant la soldadura.
Per tant, si voleu arreglar esquerdes calentes en soldadures d'acer inoxidable austenític, comproveu la consistència del metall d'aportació de ferrita i seguiu les millors pràctiques de soldadura. Manteniu l'entrada de calor per sota de 50 kJ/in, mantingueu temperatures entre passades moderades a baixes i assegureu-vos que les unions de soldadura estiguin netes abans de soldar. Utilitzeu el manòmetre adequat per comprovar la quantitat de ferrita a la soldadura, centrant-vos en 5-10.
WELDER, anteriorment anomenada Practical Welding Today, representa les persones reals que fabriquen els productes que fem servir i amb els quals treballem cada dia. Aquesta revista ha estat al servei de la comunitat de soldadura a Amèrica del Nord durant més de 20 anys.
Ara, amb accés complet a l'edició digital de The FABRICATOR, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
L'edició digital de The Tube & Pipe Journal ja és totalment accessible i proporciona un fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
Obtingueu accés digital complet a STAMPING Journal, que presenta les últimes tecnologies, les millors pràctiques i les notícies del sector per al mercat de l'estampació de metalls.
Ara, amb accés digital complet a The Fabricator en espanyol, teniu fàcil accés a recursos valuosos del sector.