A soldadura de aceiro inoxidable require a selección dun gas de protección para manter a súa composición metalúrxica e as propiedades físicas e mecánicas asociadas. Os elementos de gas de protección comúns para o aceiro inoxidable inclúen argón, helio, osíxeno, dióxido de carbono, nitróxeno e hidróxeno (véxase a Figura 1). Estes gases combínanse en diferentes proporcións para adaptarse ás necesidades dos diferentes modos de subministración, tipos de arame, aliaxes base, perfil de cordón desexado e velocidade de desprazamento.
Debido á baixa condutividade térmica do aceiro inoxidable e á natureza relativamente "fría" da soldadura por arco metálico con gas de transferencia de curtocircuíto (GMAW), o proceso require un gas "tri-mix" que consiste de 85 % a 90 % de helio (He), ata 10 % de argón (Ar) e 2 % a 5 % de dióxido de carbono (CO2). Unha mestura triblend común contén 90 % de He, 7-1/2 % de Ar e 2-1/2 % de CO2. O alto potencial de ionización do helio promove a formación de arcos despois dun curtocircuíto; xunto coa súa alta condutividade térmica, o uso de He aumenta a fluidez do charco fundido. O compoñente Ar do Trimix proporciona unha protección xeral do charco de soldadura, mentres que o CO2 actúa como un compoñente reactivo para estabilizar o arco (véxase a Figura 2 para ver como os diferentes gases de protección afectan o perfil do cordón de soldadura).
Algunhas mesturas ternarias poden usar osíxeno como estabilizador, mentres que outras usan unha mestura de He/CO2/N2 para conseguir o mesmo efecto. Algúns distribuidores de gas teñen mesturas de gas patentadas que proporcionan os beneficios prometidos. Os distribuidores tamén recomendan estas mesturas para outros modos de transmisión co mesmo efecto.
O maior erro que cometen os fabricantes é intentar curtocircuitar o aceiro inoxidable GMAW coa mesma mestura de gases (75 Ar/25 CO2) que o aceiro doce, xeralmente porque non queren xestionar un cilindro adicional. Esta mestura contén demasiado carbono. De feito, calquera gas de protección utilizado para arame sólido debe conter un máximo de 5 % de dióxido de carbono. O uso de cantidades maiores resulta nunha metalurxia que xa non se considera unha aliaxe de grao L (o grao L ten un contido de carbono inferior ao 0,03 %). O exceso de carbono no gas de protección pode formar carburos de cromo, que reducen a resistencia á corrosión e as propiedades mecánicas. Tamén pode aparecer hollín na superficie da soldadura.
Como nota adicional, ao seleccionar metais para curtocircuitar GMAW para as aliaxes base da serie 300 (308, 309, 316, 347), os fabricantes deben seleccionar o grao LSi. Os recheos LSi teñen un baixo contido de carbono (0,02 %) e, polo tanto, recoméndanse especialmente cando existe risco de corrosión intergranular. Un maior contido de silicio mellora as propiedades da soldadura, como a humectación, para axudar a aplanar a coroa da soldadura e promover a fusión na punta.
Os fabricantes deben ter precaución ao empregar procesos de transferencia de curtocircuíto. Pode producirse unha fusión incompleta debido á extinción do arco, o que fai que o proceso sexa inferior ao normal para aplicacións críticas. En situacións de gran volume, se o material pode soportar a súa entrada de calor (≥ 1/16 de polgada é aproximadamente o material máis delgado soldado usando o modo de pulverización por pulsos), unha transferencia de pulverización por pulsos será unha mellor opción. Cando o grosor do material e a localización da soldadura o permitan, prefírese a transferencia de pulverización GMAW, xa que proporciona unha fusión máis consistente.
Estes modos de alta transferencia de calor non requiren gas de protección He. Para a soldadura por transferencia de pulverización de aliaxes da serie 300, unha opción común é 98 % de Ar e 2 % de elementos reactivos como CO2 ou O2. Algunhas mesturas de gases tamén poden conter pequenas cantidades de N2. O N2 ten un maior potencial de ionización e condutividade térmica, o que promove a humectación e permite un desprazamento máis rápido ou unha mellora da permeabilidade; tamén reduce a distorsión.
Para a soldadura GMAW por transferencia de pulverización pulsada, o 100 % de Ar pode ser unha opción aceptable. Dado que a corrente pulsada estabiliza o arco, o gas non sempre require elementos activos.
O baño de metal fundido é máis lento para os aceiros inoxidables ferríticos e os aceiros inoxidables dúplex (proporción 50/50 de ferrita e austenita). Para estas aliaxes, unha mestura de gases como ~70 % de Ar/~30 % de He/2 % de CO2 promoverá unha mellor humectación e aumentará a velocidade de desprazamento (véxase a Figura 3). Pódense usar mesturas similares para soldar aliaxes de níquel, pero farán que se formen óxidos de níquel na superficie da soldadura (por exemplo, engadir un 2 % de CO2 ou O2 é suficiente para aumentar o contido de óxido, polo que os fabricantes deberían evitalas ou estar preparados para dedicarlles moito tempo). Abrasivo porque estes óxidos son tan duros que un cepillo de arame normalmente non os eliminará).
Os fabricantes empregan arames de aceiro inoxidable con núcleo de fluxo para a soldadura fóra do sitio porque o sistema de escoria nestes arames proporciona unha "plataforma" que soporta o baño de soldadura mentres solidifica. Debido a que a composición do fluxo mitiga os efectos do CO2, o arame de aceiro inoxidable con núcleo de fluxo está deseñado para o seu uso con mesturas de gases ao 75 % de Ar/25 % de CO2 e/ou ao 100 % de CO2. Aínda que o arame con núcleo de fluxo pode custar máis por libra, cómpre sinalar que as velocidades de soldadura en todas as posicións e as taxas de deposición máis altas poden reducir os custos globais da soldadura. Ademais, o arame con núcleo de fluxo utiliza unha saída de CC de tensión constante convencional, o que fai que o sistema de soldadura básico sexa menos custoso e menos complexo que os sistemas GMAW pulsados.
Para as aliaxes das series 300 e 400, o 100 % de Ar segue a ser a opción estándar para a soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). Durante a GTAW dalgunhas aliaxes de níquel, especialmente con procesos mecanizados, pódense engadir pequenas cantidades de hidróxeno (ata o 5 %) para aumentar a velocidade de desprazamento (teña en conta que, a diferenza dos aceiros ao carbono, as aliaxes de níquel non son propensas a sufrir fisuras por hidróxeno).
Para soldar aceiros inoxidables superdúplex e superdúplex, 98 % de Ar/2 % de N2 e 98 % de Ar/3 % de N2 son boas opcións, respectivamente. Tamén se pode engadir helio para mellorar a mollabilidade nun 30 %. Ao soldar aceiros inoxidables superdúplex ou superdúplex, o obxectivo é producir unha unión cunha microestrutura equilibrada de aproximadamente 50 % de ferrita e 50 % de austenita. Debido a que a formación da microestrutura depende da velocidade de arrefriamento e a que o baño de soldadura TIG arrefría rapidamente, o exceso de ferrita permanece cando se usa 100 % de Ar. Cando se usa unha mestura de gases que contén N2, o N2 incorpórase ao baño fundido e promove a formación de austenita.
O aceiro inoxidable debe protexer ambos os dous lados da unión para producir unha soldadura acabada coa máxima resistencia á corrosión. Se non se protexe a parte traseira, pode producirse "sacarificación" ou unha oxidación extensa que pode provocar a falla da soldadura.
As conexións a tope axustadas con un axuste excelente consistente ou unha contención hermética na parte traseira da conexión poden non requirir gas de soporte. Aquí, o principal problema é evitar a decoloración excesiva da zona afectada pola calor debido á acumulación de óxido, que logo require a súa eliminación mecánica. Tecnicamente, se a temperatura da parte traseira supera os 500 graos Fahrenheit, requírese un gas de protección. Non obstante, unha estratexia máis conservadora é usar 300 graos Fahrenheit como limiar. Idealmente, o soporte debería estar por debaixo de 30 PPM de O2. A excepción é se a parte traseira da soldadura se vai esmerilar, lixar e soldar para lograr unha soldadura de penetración completa.
Os dous gases de apoio escollidos son o N2 (o máis barato) e o Ar (máis caro). Para montaxes pequenas ou cando as fontes de Ar están dispoñibles, pode ser máis cómodo usar este gas e non compensar o aforro de N2. Pódese engadir ata un 5 % de hidróxeno para reducir a oxidación. Hai dispoñibles diversas opcións comerciais, pero son habituais os soportes caseiros e as presas de purificación.
A adición dun 10,5 % ou máis de cromo é o que lle confire ao aceiro inoxidable as súas propiedades inoxidables. Manter estas propiedades require unha boa técnica á hora de seleccionar o gas de protección de soldadura correcto e protexer a parte traseira da unión. O aceiro inoxidable é caro e hai boas razóns para usalo. Non ten sentido tentar adiantar gastos á hora de escoller gas de protección ou metais de aporte para isto. Polo tanto, sempre ten sentido traballar cun distribuidor de gas e un especialista en metais de aporte coñecedores á hora de escoller un gas e un metal de aporte para soldar aceiro inoxidable.
Mantéñase ao día das últimas novas, eventos e tecnoloxía sobre todos os metais cos nosos dous boletíns mensuais escritos exclusivamente para fabricantes canadenses!
Agora, con acceso completo á edición dixital de Canadian Metalworking, acceso doado a recursos valiosos da industria.
Agora, con acceso completo á edición dixital de Made in Canada e Welding, podes acceder facilmente a recursos valiosos da industria.