P: Recentemente comezamos a realizar algúns traballos que requiren que algúns compoñentes estean feitos principalmente de aceiro inoxidable de grao 304, que está soldado a si mesmo e ao aceiro doce. Experimentamos algúns problemas de fendas en soldaduras de aceiro inoxidable a aceiro inoxidable de ata 1,25″ de grosor. Mencionouse que temos unha baixa concentración de ferrita. Podes explicar que é isto e como solucionalo?
R: Esta é unha boa pregunta. Si, podemos axudarche a comprender o que significan as baixas concentracións de ferrita e como evitalas.
Primeiro, revisemos 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 definidos. 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 con polo menos un 90 % de ferro e o aceiro inoxidable con entre un 70 e un 80 % de ferro. 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 de películas de óxido de cromo nas superficies do aceiro e impiden a formación de oxidación, como a ferruxe (óxido de ferro) ou a corrosión causada por ataques químicos.
Os alambres inoxidables divídense principalmente en tres grupos: austenita, ferrita e martensita. O seu nome provén da estrutura cristalina a temperatura ambiente que os compón. Outro grupo común é o alambre inoxidable dúplex, que é un equilibrio entre ferrita e austenita na estrutura cristalina.
As calidades austeníticas, a serie 300, conteñen entre un 16 % e un 30 % de cromo e entre un 8 % e un 40 % de níquel, o que forma unha estrutura cristalina predominantemente austenítica. Para promover a formación da proporción austenita-ferrita, engádense estabilizadores como níquel, carbono, manganeso e nitróxeno durante o proceso de fabricación do aceiro. Algunhas calidades comúns son o 304, o 316 e o ​​347. Ofrecen boa resistencia á corrosión; úsanse principalmente en aplicacións alimentarias, de servizos químicos, farmacéuticas e crioxénicas. O control da formación de ferrita proporciona unha excelente tenacidade a baixa temperatura.
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 de automóbiles e centrais eléctricas e teñen aplicacións limitadas a altas temperaturas. Algúns dos tipos que se usan habitualmente son o 405, o 409, o 430 e o 446.
As calidades martensíticas, tamén identificadas pola serie 400, como 403, 410 e 440, son magnéticas, conteñen entre un 11,5 % e un 18 % de cromo e teñen a martensita como estrutura cristalina. Esta combinación ten o menor contido de ouro, o que as fai as máis económicas de producir. Ofrecen certa resistencia á corrosión, unha excelente resistencia e úsanse habitualmente en vaixela, equipos dentais e cirúrxicos, utensilios de cociña e certos tipos de ferramentas.
Ao soldar aceiro inoxidable, o tipo de substrato e a súa aplicación en servizo determinarán o metal de aporte axeitado a usar. Se emprega un proceso de protección con gas, pode que teña que prestar especial atención ás mesturas de gases de protección para evitar certos problemas relacionados coa soldadura.
Para soldar o aceiro 304 a si mesmo, necesitarás un eléctrodo E308/308L. O "L" significa baixo contido de carbono, o que axuda a previr a corrosión intergranular. Estes eléctrodos teñen un contido de carbono inferior ao 0,03 %; calquera contido superior a este aumenta o risco de que o carbono precipite nos límites de grans e se combine co 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 unións soldadas de aceiro inoxidable. Outra consideración para o aceiro inoxidable de grao L é que teñen unha menor resistencia á tracción a temperaturas de servizo elevadas que os graos de aceiro inoxidable directos.
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 de cantidades de ferrita para o metal de soldadura. Como se mencionou anteriormente, o carbono é un estabilizador austenítico forte e, por estas razóns, é fundamental evitar que se engada ao metal de soldadura.
Os números de ferrita derivan do diagrama de Schaeffler e do diagrama WRC-1992, que utilizan fórmulas equivalentes de níquel e cromo para calcular o valor, que cando se representan no diagrama producen un número normalizado. O número de ferrita entre 0 e 7 corresponde á porcentaxe en volume da estrutura cristalina da ferrita presente no metal de soldadura; non obstante, a porcentaxes máis altas, o número de ferrita aumenta a un ritmo máis rápido. 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 ten 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. Unha baixa cantidade de ferrita pode producir soldaduras con excelente resistencia á corrosión nalgunhas aplicacións, pero son extremadamente propensas a sufrir fisuras en quente durante a soldadura. Para condicións de uso xerais, a cantidade de ferrita debe estar entre 5 e 10, pero para algunhas aplicacións poden requirirse valores máis baixos ou máis altos. As ferritas pódense verificar facilmente no traballo usando un indicador de ferrita.
Xa que mencionaches que tes problemas de fendas e unha baixa cantidade de ferrita, debes examinar detidamente o teu metal de aporte e asegurarte de que produce suficiente cantidade de ferrita; unhas 8 deberían axudar. Ademais, se estás a usar soldadura por arco con núcleo de fluxo (FCAW), estes metais de aporte adoitan usar un gas de protección de dióxido de carbono ao 100 % ou unha mestura de argón ao 75 % e CO2 ao 25 ​​%, o que pode provocar a absorción de carbono no metal de soldadura. Pode que queiras cambiar a un proceso de soldadura por arco de metal gasoso (GMAW) e usar unha mestura de argón ao 98 % e osíxeno ao 2 % para reducir a posibilidade de absorción de carbono.
Para soldar aceiro inoxidable a aceiro ao carbono, debes usar material de aporte E309L. Este metal de aporte úsase especialmente para soldar metais diferentes e forma unha certa cantidade de ferrita despois de que o aceiro ao carbono se dilúa na soldadura. Dado que o aceiro ao carbono absorbe parte do 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 nas aplicacións de soldadura.
En resumo, se queres eliminar as fendas en quente nas unións soldadas de aceiro inoxidable austenítico, verifica que o metal de recheo de ferrita sexa axeitado e segue as boas prácticas de soldadura. Mantén a entrada de calor por debaixo de 50 kJ/polgada, mantén temperaturas entre pasadas de moderadas a baixas e asegúrate de que as unións de soldadura estean libres de contaminación antes de soldar. Usa un calibre axeitado para verificar a cantidade de ferrita na unión soldada, cun obxectivo de entre 5 e 10.
WELDER, anteriormente coñecida como Practical Welding Today, presenta 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 do sector.
Goza de acceso completo á edición dixital de STAMPING Journal, que ofrece os últimos avances tecnolóxicos, as mellores prácticas e as novidades do sector para o mercado da estampación de metais.
Agora, con acceso completo á edición dixital de The Fabricator en Español, tes acceso doado a recursos valiosos da industria.