P: Recentemente comezamos a realizar algúns traballos que requiren que algúns compoñentes estean feitos principalmente de aceiro inoxidable 304, que está soldado a si mesmo e ao aceiro doce. Experimentamos algúns problemas con fisuras de soldadura entre aceiro inoxidable e aceiro inoxidable de ata 1,25″ de grosor. Mencionouse que temos niveis baixos de ferrita. Podes explicar que é e como solucionalo?
R: É unha boa pregunta. Si, podemos axudarche a comprender o que significa un baixo contido de ferrita e como evitalo.
Primeiro, vexamos a definición de aceiro inoxidable (AC) e como se relaciona a ferrita coas unións soldadas. O aceiro negro e as súas aliaxes conteñen máis do 50 % de ferro. Isto inclúe todos os aceiros ao carbono e inoxidables, así como outros grupos. O aluminio, o cobre e o titanio non conteñen ferro, polo que son excelentes exemplos de aliaxes non ferrosas.
Os principais compoñentes desta aliaxe son o aceiro ao carbono cun contido de ferro de polo menos o 90 % e o aceiro inoxidable cun contido de ferro do 70 ao 80 %. Para clasificarse como aceiro inoxidable, debe ter polo menos un 11,5 % de cromo engadido. Os niveis de cromo por riba deste limiar mínimo promoven a formación dunha película de óxido de cromo nas superficies do aceiro e impiden a formación de oxidación como a ferruxe (óxido de ferro) ou a corrosión por ataque químico.
O aceiro inoxidable divídese principalmente en tres grupos: austenítico, ferrítico e martensítico. O seu nome provén da estrutura cristalina á temperatura ambiente da que están compostos. Outro grupo común é o aceiro inoxidable dúplex, que presenta un equilibrio entre a ferrita e a austenita na estrutura cristalina.
As calidades austeníticas, serie 300, conteñen entre un 16 % e un 30 % de cromo e entre un 8 % e un 40 % de níquel, formando unha estrutura cristalina predominantemente austenítica. Engádense estabilizadores como níquel, carbono, manganeso e nitróxeno durante o proceso de fabricación do aceiro para axudar a formar a proporción austenita-ferrita. Algunhas calidades comúns son o 304, o 316 e o ​​347. Proporcionan boa resistencia á corrosión; úsanse principalmente nas industrias alimentaria, química, farmacéutica e crioxénica. O control da formación de ferrita proporciona unha excelente tenacidade a baixas temperaturas.
O aceiro inoxidable ferrítico é un grao da serie 400 totalmente magnético, que contén entre un 11,5 % e un 30 % de cromo e ten unha estrutura cristalina predominantemente ferrítica. Para promover a formación de ferrita, os estabilizadores inclúen cromo, silicio, molibdeno e niobio durante a produción de aceiro. Estes tipos de aceiro inoxidable úsanse habitualmente en sistemas de escape e trens de potencia de automóbiles e teñen aplicacións limitadas a altas temperaturas. Varios tipos de uso común: 405, 409, 430 e 446.
As calidades martensíticas, tamén coñecidas como serie 400, como as 403, 410 e 440, son magnéticas, conteñen entre un 11,5 % e un 18 % de cromo e teñen unha estrutura cristalina martensítica. Esta combinación ten o menor contido de ouro, o que as fai as máis económicas de producir. Ofrecen certa resistencia á corrosión, unha resistencia superior e úsanse habitualmente en vaixela, equipos dentais e cirúrxicos, utensilios de cociña e algúns tipos de ferramentas.
Ao soldar aceiro inoxidable, o tipo de substrato e a súa aplicación en servizo determinarán o metal de aporte axeitado que se debe usar. Se se emprega un proceso de gas protector, pode ser necesario prestar especial atención ás mesturas de gas protector para evitar certos problemas de soldadura.
Para soldar o aceiro 304 a si mesmo, necesitarás un eléctrodo E308/308L. "L" significa baixo contido de carbono, o que axuda a previr a corrosión intergranular. O contido de carbono destes eléctrodos é inferior ao 0,03 %; cando se supera este valor, aumenta o risco de deposición de carbono nos límites de gran e de unión de cromo para formar carburos de cromo, o que reduce eficazmente a resistencia á corrosión do aceiro. Isto faise evidente se se produce corrosión na zona afectada pola calor (HAZ) das soldaduras de aceiro inoxidable. Outra consideración para o aceiro inoxidable de grao L é que ten unha menor resistencia á tracción a temperaturas de funcionamento elevadas que os graos de aceiro inoxidable puro.
Dado que o aceiro inoxidable 304 é un tipo austenítico de aceiro inoxidable, o metal de soldadura correspondente conterá a maior parte da austenita. Non obstante, o propio eléctrodo conterá un estabilizador de ferrita como o molibdeno para promover a formación de ferrita no metal de soldadura. Os fabricantes adoitan indicar un rango típico para a cantidade de ferrita para un metal de soldadura. Como se mencionou anteriormente, o carbono é un estabilizador austenítico forte e, por estas razóns, é esencial evitar a súa adición ao metal de soldadura.
Os números de ferrita derivan do gráfico de Scheffler e do gráfico WRC-1992, que empregan fórmulas equivalentes de níquel e cromo para calcular o valor que, cando se representa no gráfico, dá un número normalizado. Un número de ferrita entre 0 e 7 corresponde á porcentaxe en volume da estrutura cristalina ferrítica presente no metal de soldadura; non obstante, a porcentaxes máis altas, o número de ferrita aumenta máis rapidamente. Lembre que a ferrita no aceiro inoxidable non é o mesmo que a ferrita do aceiro ao carbono, senón unha fase chamada ferrita delta. O aceiro inoxidable austenítico non sofre transformacións de fase asociadas a procesos de alta temperatura como o tratamento térmico.
A formación de ferrita é desexable porque é máis dúctil que a austenita, pero debe controlarse. O baixo contido de ferrita pode proporcionar ás soldaduras unha excelente resistencia á corrosión nalgunhas aplicacións, pero son extremadamente propensas a sufrir fisuras en quente durante a soldadura. Para condicións xerais de uso, o número de ferritas debe estar entre 5 e 10, pero algunhas aplicacións poden requirir valores máis baixos ou máis altos. As ferritas pódense comprobar facilmente no lugar de traballo cun indicador de ferrita.
Xa que mencionaches que tes problemas de fendas e pouca ferrita, deberías examinar detidamente o teu metal de aporte e asegurarte de que produce suficiente ferrita; arredor de 8 debería ser suficiente. Ademais, se estás a usar soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), estes metais de aporte adoitan usar un gas de protección de 100 % de dióxido de carbono ou unha mestura de 75 % de argón e 25 % de CO2, o que pode facer que o metal de soldadura absorba carbono. Podes cambiar ao proceso de soldadura por arco metálico (GMAW) e usar unha mestura de 98 % de argón e 2 % de osíxeno para reducir a posibilidade de depósitos de carbono.
Ao soldar aceiro inoxidable a aceiro ao carbono, débese usar material de aporte E309L. Este metal de aporte úsase especialmente para a soldadura de metais disimilares e forma unha certa cantidade de ferrita despois de que o aceiro ao carbono se disolva na soldadura. Dado que o aceiro ao carbono absorbe algo de carbono, engádense estabilizadores de ferrita ao metal de aporte para contrarrestar a tendencia do carbono a formar austenita. Isto axudará a previr a formación de fisuras térmicas durante a soldadura.
Entón, se queres arranxar gretas quentes en soldaduras de aceiro inoxidable austenítico, comproba a consistencia do metal de aporte de ferrita e segue as mellores prácticas de soldadura. Mantén a entrada de calor por debaixo de 50 kJ/in, mantén temperaturas entre pasadas de moderadas a baixas e asegúrate de que as unións de soldadura estean limpas antes de soldar. Usa o calibre axeitado para comprobar a cantidade de ferrita na soldadura, centrándote en 5-10.
WELDER, anteriormente chamada Practical Welding Today, representa ás persoas reais que fabrican os produtos que usamos e cos que traballamos todos os días. Esta revista leva máis de 20 anos servindo á comunidade de soldadura en América do Norte.
Agora con acceso completo á edición dixital de The FABRICATOR, acceso sinxelo a recursos valiosos da industria.
A edición dixital de The Tube & Pipe Journal xa é totalmente accesible, o que proporciona un acceso sinxelo a valiosos recursos da industria.
Obtén acceso dixital completo a STAMPING Journal, que inclúe a tecnoloxía máis recente, as mellores prácticas e as novidades do sector para o mercado da estampación de metais.
Agora, con acceso dixital completo a The Fabricator en español, tes acceso doado a recursos valiosos da industria.