P: Recentment hem començat a fer alguns treballs que requereixen que alguns components estiguin fets principalment d'acer inoxidable de grau 304, que està soldat entre si mateix i a l'acer suau. Hem experimentat alguns problemes d'esquerdament en soldadures d'acer inoxidable a acer inoxidable de fins a 1,25″ de gruix. Es va esmentar que tenim un baix recompte de ferrita. Podeu explicar què és això i com solucionar-ho?
A: Aquesta és una bona pregunta. Sí, us podem ajudar a entendre què signifiquen els baixos recomptes de ferrita i com prevenir-los.
Primer, revisem 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 i altres grups definits. L'alumini, el coure i el titani no contenen ferro, per la qual cosa són exemples excel·lents d'aliatges no ferrosos.
Els components principals d'aquest aliatge són l'acer al carboni amb almenys un 90% de ferro i l'acer inoxidable amb un 70 a un 80% de ferro. 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 de pel·lícules 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 causada per un atac químic.
L'acer inoxidable (SS) es divideix principalment en tres grups: austenita, ferrita i martensita. El seu nom prové de l'estructura cristal·lina a temperatura ambient que els forma. 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, la 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. Per promoure la formació de la relació austenita-ferrita, s'afegeixen estabilitzadors com ara níquel, carboni, manganès i nitrogen durant el procés de fabricació d'acer. Alguns graus comuns són el 304, el 316 i el 347. Ofereixen una bona resistència a la corrosió; s'utilitzen principalment en aplicacions alimentàries, de serveis químics, farmacèutiques i criogèniques. El control de la formació de ferrita proporciona una excel·lent tenacitat a baixa temperatura.
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 d'automòbils i centrals elèctriques i tenen aplicacions limitades a altes temperatures. Diversos tipus que s'utilitzen habitualment són el 405, el 409, el 430 i el 446.
Els graus martensítics, també identificats per la sèrie 400 com ara 403, 410 i 440, són magnètics, contenen entre un 11,5% i un 18% de crom i tenen martensita com a estructura cristal·lina. Aquesta combinació té el contingut d'or més baix, cosa que els fa els menys costosos de produir. Proporcionen certa resistència a la corrosió; una excel·lent resistència; i s'utilitzen habitualment en vaixella, equips dentals i quirúrgics, estris de cuina i certs tipus d'eines.
Quan soldeu acer inoxidable, el tipus de substrat i la seva aplicació en servei determinaran el metall d'aportació adequat a utilitzar. Si utilitzeu un procés de protecció amb gas, és possible que hàgiu de prestar especial atenció a les mescles de gasos de protecció per evitar certs problemes relacionats amb la soldadura.
Per soldar l'acer 304 a si mateix, necessitareu un elèctrode E308/308L. La "L" significa baix contingut de carboni, cosa que ajuda a prevenir la corrosió intergranular. Aquests elèctrodes tenen un contingut de carboni inferior al 0,03%; qualsevol valor superior a aquest valor augmenta el risc que el carboni precipiti als límits de gra i es combini amb el 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 unions soldades 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 servei elevades que els graus d'acer inoxidable directes.
Com que l'acer inoxidable 304 és un tipus austenític d'acer inoxidable, 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 enumerar un rang típic de quantitats de ferrita per al metall de soldadura. Com s'ha esmentat anteriorment, el carboni és un estabilitzador austenític fort i, per aquestes raons, és fonamental evitar que s'afegeixi al metall de soldadura.
Els nombres de ferrita es deriven del diagrama de Schaeffler i del diagrama WRC-1992, que utilitzen fórmules equivalents de níquel i crom per calcular el valor, que quan es representen al diagrama produeixen un nombre normalitzat. El nombre de ferrita entre 0 i 7 correspon al percentatge en volum de l'estructura cristal·lina de ferrita present al metall soldat; tanmateix, a percentatges més alts, el nombre de ferrita augmenta a un ritme més ràpid. 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 té 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. Un recompte baix de ferrita pot produir soldadures amb 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 d'ús general, el recompte de ferrita ha d'estar entre 5 i 10, però per a algunes aplicacions poden ser necessaris valors inferiors o superiors. Les ferrites es poden verificar fàcilment a la feina mitjançant un indicador de ferrita.
Com que has esmentat que tens problemes d'esquerdament i un baix recompte de ferrita, has d'examinar de prop el metall d'aportació i assegurar-te que produeixi prou recompte de ferrita; al voltant de 8 hauria d'ajudar. A més, si utilitzes soldadura per arc amb nucli de flux (FCAW), aquests metalls d'aportació solen utilitzar un gas de protecció de diòxid de carboni al 100% o una barreja de 75% d'argó i 25% de CO2, que pot provocar l'absorció de carboni al metall de soldadura. És possible que vulguis canviar a un procés de soldadura per arc de gas metall (GMAW) i utilitzar una barreja de 98% d'argó i 2% d'oxigen per reduir la possibilitat d'absorció de carboni.
Per soldar acer inoxidable a acer al carboni, heu d'utilitzar material d'aportació E309L. Aquest metall d'aportació s'utilitza especialment per soldar metalls diferents i forma una certa quantitat de ferrita després que l'acer al carboni es dilueixi a la soldadura. Com que part del carboni s'absorbeix a l'acer al 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 en aplicacions de soldadura.
En resum, si voleu eliminar les esquerdes calentes a les unions soldades d'acer inoxidable austenític, verifiqueu que hi hagi un metall d'aportació de ferrita adequat i seguiu les bones pràctiques de soldadura. Manteniu l'entrada de calor per sota de 50 kJ/polzada, mantingueu temperatures entre passos moderades a baixes i assegureu-vos que les unions de soldadura estiguin lliures de contaminació abans de soldar. Utilitzeu un manòmetre adequat per verificar la quantitat de ferrita a la unió soldada, amb l'objectiu d'entre 5 i 10.
WELDER, anteriorment Practical Welding Today, mostra les persones reals que fabriquen els productes que fem servir i amb qui treballem cada dia. Aquesta revista ha servit a 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.
Gaudeix d'accés complet a l'edició digital de STAMPING Journal, que ofereix els darrers avenços tecnològics, les millors pràctiques i les notícies del sector per al mercat de l'estampació de metalls.
Ara, amb accés complet a l'edició digital de The Fabricator en espanyol, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.