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• Jonathan Gomez

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Soldadura de acero inoxidable

       

1. Características del acero inoxidable 2. Varios tipos de acero inoxidable 3. Propiedades físicas del acero inoxidable 4. Consumibles de soldadura recomendados para uniones metálicas similares 5. Consumibles de soldadura recomendados para uniones de metales distintos 6. Precalentamiento y postcalentamiento 7. Soldadura de acero inoxidable revestido 8. Puntos clave de los procedimientos de soldadura para diversos procesos de soldadura para aceros inoxidables

1. Características del acero inoxidable Mediante la adición de cromo (Cr) al hierro (Fe), el hierro se vuelve resistente a la corrosión atmosférica. Cuando el contenido de Cr aumenta de 11 a 12% o más, la resistencia a la corrosión del acero se convierte en notable alto.

Por lo tanto, al acero con una alta cantidad de Cr se le da el nombre de acero inoxidable, donde "inoxidable" significa estar libre de manchas de óxido.

La razón por la que el acero inoxidable tiene buena resistencia a la corrosión es que el Cr en ella se oxida en la atmósfera y forma una película protectora llamada "capa pasiva" en su superficie.

Dependiendo de las condiciones ambientales en las que el acero inoxidable se pretende utilizar, se incrementa el contenido de Cr y se añade Ni, así como también otros elementos al acero.

Sin embargo, ya que la resistencia a la corrosión se proporciona principalmente con Cr, el Cr es un elemento esencial para el acero inoxidable. La norma JIS define acero inoxidable como: "Acero aleado que contiene Cr o Cr y Ni para mejorar la resistencia a la corrosión, en general, que contiene aproximadamente 10,5% o más de Cr." Del mismo modo, el manual de soldadura AWS (Vol. 4) define aceros inoxidables como "aleaciones de acero con un contenido de Cr nominal de al menos 11%, con o sin otras adiciones de aleación.

El acero inoxidable es muy resistente al calor, así como resistente a la corrosión, por lo tanto su uso es muy versátil, desde productos para el hogar hasta equipos químicos, así como también barcos, material rodante, máquinas

de procesamiento de alimentos, materiales arquitectónicos y equipos de energía nuclear, son algunas muestras que el acero inoxidable es importante para nuestra industria.

2. Varios tipos de acero inoxidable El acero inoxidable puede dividirse en acero inoxidable con Cr y acero inoxidable con Cr-Ni. Estos dos grados también se pueden clasificar en función de su estructura metalográfica, como se muestra en la figura 1. El acero inoxidable con Cr se puede dividir en acero inoxidable martensítico y acero inoxidable ferrítico, además el acero inoxidable con Cr-Ni se puede dividir en acero inoxidable austenítico, acero inoxidable de austenita-ferrita (acero inoxidable dúplex) y acero inoxidable de endurecimiento por precipitación.

Figura 1. Clasificación de los aceros inoxidables

(1) Acero inoxidable martensítico Un grado típico de acero inoxidable martensítico según la norma JIS es SUS410 (AISI 410) (Ver Tabla 1) Contiene 13% de Cr y su estructura metalográfica es martensítica a temperatura ambiente, la cual es dura y quebradiza.

A pesar de las buenas propiedades mecánicas que se pueden obtener con este grado de acero mediante un tratamiento térmico adecuado (templado), se considera que es inferior a otros grados de acero inoxidable en la resistencia a la corrosión, debido a que su contenido de Cr es bajo. El acero inoxidable martensítico es utilizado para paletas de turbinas, válvulas y ejes, los cuales requieren alta resistencia a la tensión, abrasión y resistencia al calor.

Tabla 1. Requerimentos químicos para aceros inoxidables (extraído de JIS G 4305-1999 y complementado con AISI)*1 （％） Grado de acero JIS (AISI)

SUS410 (410)

C

max. 0.15

Si

max. 1.00

Mn

max. 1.00

P

max. 0.040

martensíticos

S

max. 0.030

Cr 11.50~13.5 0

SUS410S (410S)

max. 0.08

max. 1.00

max. 1.00

max. 0.040

max. 0.030

11.50~13.5 0

(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las especificaciones correspondientes.

(2) Acero inoxidable ferrítico

Tabla 2. Muestra los grados típicos de acero inoxidable ferrítico. Contiene alrededor de 18% de Cr y tiene una estructura metalográfica de ferrita siendo suave y tener buena maquinabilidad. Pero da problemas metalúrgicos cuando es calentado a temperaturas altas.

En comparación con el acero inoxidable martensítico, su resistencia a la corrosión es mejor e incluso resistente a ácido nítrico (HNO3), porque su contenido de Cr es superior.

Aplicaciones de acero inoxidable ferrítico se encuentran ampliamente en el interior y exterior de las arquitecturas, aparatos de cocina, automóviles y electrodomésticos.

Tabla 2. Requisitos químicos de los aceros inoxidables ferríticos (extraído de JIS G 4305 y complementado con AISI) *1（％） Grado de acero C JIS (AISI)

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

N

Otros

SUS405 (405)

max. 0.08

max. 1.00

max. 1.00

max. 0.040

max. 0.030

11.50~ 14.50

－

－

Al : 0.10~0. 30

SUS430

max.

max.

max.

max.

max.

16.00~

－

－

－

(430)

0.12

0.75

1.00

0.040

0.030

18.00

SUS430 LX (－)

max. 0.030

max. 0.75

max. 1.00

max. 0.040

max. 0.030

16.00~ 19.00

SUS444 (444)

max. 0.025

max. 1.00

max. 1.00

max. 0.040

max. 0.030

17.00~ 20.00

－

1.75 ~2.5 0

－

Ti or Nb : 0.10~1. 00

max. 0.02 5

Ti, Nb, Zr o sus totales 8× (C%+N %)~0.80

(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte las especificaciones correspondientes.

(3) Acero inoxidable austenítico Tabla 3. Muestra los grados típicos de acero inoxidable austenítico. El grado más común de acero inoxidable austenítico es SUS304 o AISI 304 (18% de Cr-8% de Ni). SUS316 o AISI 316 (18% Cr-12% Ni-2% Mo) ofrece una mejor resistencia a la corrosión, el cual es también ampliamente utilizado.

El acero inoxidable austenítico ofrece una buena resistencia a la corrosión, facilidad de ser trabajado, propiedades mecánicas y facilidad de soldadura, por lo que es ampliamente utilizado para la fabricación de tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, utensilios de cocina, tina de baño, lavabos, etc.

Tabla 3. Requisitos químicos para aceros inoxidables (extraído de JIS G 4305 - 1999 cpmplementado con AISI)*1 （％） Grado de acero C JIS (AISI) SUS304 (304)

max

Si

ma

Mn

ma

P

max

S

max

Ni

8.00

Cr

18.0

Mo

Cu

－

－

austeníticos

N

－

Otros

－

. 0.08

x. 1.0 0

x. 2.0 0

. 0.04 5

. 0.03 0

~10. 50

0 ~20. 00

SUS304L (304L)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

9.00 ~13. 00

18.0 0 ~20. 00

－

－

－

－

SUS304LN (304LN)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

8.50 ~11. 50

17.0 0 ~19. 00

－

－

0.12 ~0. 22

－

SUS309S (309S)

max . 0.08

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

12.0 0 ~15. 00

22.0 0 ~24. 00

－

－

－

－

SUS310S (310S)

max . 0.08

ma x. 1.5 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

19.0 0 ~22. 00

24.0 0 ~26. 00

－

－

－

－

SUS316 (316)

max . 0.08

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

10.0 0 ~14. 00

16.0 0 ~18. 00

2.00 ~3. 00

－

－

－

SUS316L (316L)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

12.0 0 ~15. 00

16.0 0 ~18. 00

2.00 ~3. 00

－

－

－

SUS316LN (316LN)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

10.5 0 ~14. 50

16.5 0 ~18. 50

2.00 ~3. 00

－

0.12 ~0. 22

－

SUS317 (317)

max . 0.08

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

11.0 0 ~15. 00

18.0 0 ~20. 00

3.00 ~4. 00

－

－

－

SUS317L (317L)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

11.0 0 ~15. 00

18.0 0 ~20. 00

3.00 ~4. 00

－

－

－

max .

ma x.

ma x.

max .

max .

9.00 ~13.

17.0 0

－

－

－

Ti : 5×C

SUS321 (321)

0.08

1.0 0

2.0 0

0.04 5

0.03 0

00

~19. 00

SUS347 (347)

max . 0.08

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 5

max . 0.03 0

9.00 ~13. 00

17.0 0 ~19. 00

－

－

－

Nb : 10×C% min.

SUS329 J3L*2(31803)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 2.0 0

max . 0.04 0

max . 0.03 0

4.50 ~6.5 0

21.0 0 ~24. 00

2.50 ~3. 50

－

0.08 ~0. 20

－

SUS329 J4L*2(32250)

max . 0.03 0

ma x. 1.0 0

ma x. 1.5 0

max . 0.04 0

max . 0.03 0

5.50 ~7.5 0

24.0 0 ~26. 00

2.50 ~3. 50

－

0.08 ~0. 30

－

SUS630*3 (S17 400)

max . 0.07

ma x. 1.0 0

ma x. 1.0 0

max . 0.04 0

max . 0.03 0

3.00 ~5.0 0

15.0 0 ~17. 50

－

3.00 ~5. 00

－

Nb : 0.15~0. 45

(Nota) * 1. Para los requisitos de AISI, consulte * 2. Acero inoxidable austenita-ferrita * 3. Acero inoxidable de endurecimiento por precipitación

las

% min.

especificaciones correspondientes. (acero inoxidable Duplex)

3. Propiedades físicas del acero inoxidable Tabla 4. Muestra una comparación de las propiedades físicas entre el acero inoxidable y acero al carbono./p>

Se debe tener precaución en la soldadura de aceros inoxidables, ya que hay grandes diferencias en las propiedades físicas entre el acero inoxidable y acero al carbono, que afecta la soldabilidad directa o indirectamente.

Por ejemplo, aunque el coeficiente de expansión térmica del acero inoxidable martensítico y ferrítico es casi la misma que la de acero al carbono, el acero inoxidable austenítico es 1,5 veces más que la de acero al carbono. Esto indica que la deformación y la tensión se vuelve considerablemente más grande en la

soldadura de acero inoxidable austenítico que en la soldadura de acero al carbono.

Además, si una unión de soldadura que consiste en acero inoxidable austenítico y de acero al carbono se somete a ciclos térmicos, surgen tensiones térmicas debido a la diferencia del coeficiente de expansión térmica entre los dos materiales. Por lo tanto, es un problema el utilizar una junta de soldadura de metales diferentes incluyendo acero inoxidable austenítico en un ambiente donde la temperatura cambia cíclicamente.

Aún más, como la resistencia eléctrica del acero inoxidable es mucho mayor que la del acero al carbono, tiende a ocurrir la quemadura de los electrodos con acero inoxidable cubierto de electrodos en soldadura de arco de metal blindado. Por lo tanto, las corrientes de soldadura adecuadas son más bajas que las de los electrodos de acero al carbono.

Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son ferromagnéticos mientras austenítico de acero inoxidable no magnético es normalmente.

Sin embargo, hay muchos casos en los que el acero inoxidable austenítico de la soldadura de metales está diseñado para contener algún tipo de estructura ferrítica; en tal caso, posee en cierta medida el magnetismo.

La existencia o no existencia del magnetismo es útil para el juicio aproximado del grado de acero en relación con el procedimiento de soldadura. Por ejemplo, el precalentamiento no se aplica al acero inoxidable no magnético, pero el precalentamiento es eficaz para acero inoxidable magnético en muchos casos. Tabla 4. Comparación de las propiedades físicas entre acero al carbono y aceros inoxidables

Acero carbono

Acero inoxidable Acero martensítico ferrítico

inoxidable Acero inoxidable austenítico

Conductividad térmica 10−2Cal/cm/s ec℃

Aprox.11

Aprox.6

Aprox.6

Aprox.4

Coeficiente de expansión térmica 10−6/℃

Aprox.11

Aprox.11

Aprox.11

Aprox.17

Resistencia eléctrica μΩcm

15

57

60

72

Magnetismo

Sí

Sí

Sí

No

4. Consumibles de soldadura recomendados para uniones metálicas similares (1) Consumibles de soldadura recomendados para acero inoxidable martensítico y ferrítico

Básicamente, se seleccionan los consumibles de soldadura con la composición química similar a la del metal base. (Véase el cuadro 4-5.)

Consumibles de soldadura tipo 309 también se pueden utilizar para el acero inoxidable al Cr. En este caso, sin embargo, se requiere precaución porque existe el temor de que pueda ocurrir fatiga térmica en los ciclos térmicos, debido a que el coeficiente de dilatación térmica es diferente entre el metal base y el metal de soldadura.

Tabla 5 Consumibles de soldadura recomendados para acero inoxidable martensítico y ferrítico

Grado

de

acero

JIS (AISI)

SUS410 (410)

SUS410S (410S)

SUS405 (405)

SUS430 (430)

SUS430LX (－)

SUS444 (444)

Consumibles de soldadura recomendados

Electrodo cubierto SMAW

Cable de soldadura MAG (FCW)

Cable de soldadura TIG

CR−40

DW−410Cb

TG−S410

NC−39

DW−309

TG−S309*1

CR−40

DW−410Cb

TG−S410

NC−39

DW−309

TG−S309*1

CR−40Cb

DW−410Cb

TG−S410Cb

NC−39*1

DW−309*1

TG−S309*1

DW−309*1

TG−S309*1

DW−309*1

TG−S309*1

NC−36L

DW−316L

TG−S316L

NC−39MoL

DW−309MoL

TG−S309MoL

*1

*1

CR−43 NC−39*1 CR−43Cb NC−39*1

*1

*1

(Nota) * 1. Es mejor evitar el uso de este tipo de consumibles, cuando las piezas a soldar se va a usar en un entorno de ciclo térmico o en un entorno corrosivo sensible al Ni.

(2) Consumibles de soldadura recomendados para el acero inoxidable austenítico

①Básicamente, se seleccionan los consumibles de soldadura con composición química similar a la del metal base. (Véase el cuadro 4-6.)

la

②Cuando se utilizan cables tubulares (con núcleo fundente) para la soldadura de una estructura que se compone de acero inoxidable austenítico SUS304 (AISI 304) o SUS316 (AISI 316) adecuados para temperaturas a partir de 500 ºC, deben utilizarse cables específicos y adecuados para alta temperatura. ③Consumibles de soldadura de baja emisión de carbono pueden ser utilizados para aceros inoxidables con un contenido de carbono ordinario como SUS304 (AISI 304) y SUS316 (AISI 316). Esto puede no ser aplicable en un entorno de operaciones donde la resistencia a la alta temperatura (como la resistencia a la fluencia) es requerida. ④Aceros inoxidables de bajo contenido de carbono, tales como SUS304L (AISI 304L) y SUS316L (AISI 316L) contienen un máximo de 0,03% de carbono, mientras que los consumibles de soldadura con las características determinadas contienen un máximo de 0,04% de carbono, de acuerdo con las normas respectivas. Por lo tanto, cuando se requiere el mismo contenido de carbono para el metal de soldadura como para la base de metal, se deben utilizar consumibles de soldadura de muy baja emisión de carbono. Tabla 6 Consumibles de soldadura recomendados para acero inoxidable martensítico y ferrítico

Grado

de

acero

JIS (AISI)

SUS304 (304)

SUS304L (304L)

SUS304LN

Consumibles de soldadura recomendados

Electrodo cubierto SMAW

Cable de soldadura MAG (FCW)

NC−38

DW−308

NC−38H*1

DW−308H*1

NC−38L

(304LN)

－

SUS309S (309S)

NC−39

DW−308L

TG−S308

DW−308LH*2

DW−308LP*3

DW−T308L*4

DW−308LN

DW−309

Cable de soldadura TIG

－

DW−310*1

DW−309LP*3

TG−S308L

DW−T309L*4

TG−S309

SUS310S (310S)

NC−30

SUS316 (316)

NC−36

SUS316L (316L)

NC−36L

SUS316LN

DW−310 DW−316

SUS317 (317)

NC−317L

SUS317L (317L)

NC−317L

SUS321 (321)

SUS347 (347)

SUS329J3L

DW−316L

SUS329J4L (32250) SUS630 (S17400)

DW−316LH*2

DW−316LP*3

DW−T316L*4

DW−317L

DW−317L

DW−317L

TG−S317L

DW−317LP*3 DW−347

NC−37L

DW−347LH*1

NC−37

DW−347

NC−37L

DW−347LH*1

TG−S316L

TG−S317L

DW−317LP*3

NC−37

TG−S316

TG−S317L

DW−317LP*3

TG−S347

TG−S347

DW−329A

NC−329M

(31803)

DW−316LH*1

DW−316LP*3

NC−317L

(316LN)

TG−S310

TG−S329M

DW−329AP*3

NC−329M

DW−329M

TG−S329M

－

－

TG−S630

(Nota) * * *

1. 2.

Para Para

3.

la Para

la especificación la

especificación SR soldadura

de

(recocido en

para todas

alta

temperatura.

liberación las

de

tensión). posiciones.

* 4. Para para aceros de espesor delgado o grueso, debido a una amplia gama de corrientes de soldadura aplicables.

5. Consumibles de soldadura recomendados para uniones de metales distintos Welding of two kinds of steel different in chemical composition is called dissimilar metal welding.

La soldadura de dos tipos de aceros diferentes en composición química, se denomina soldadura de metales disímiles. En la soldadura de metales disímiles, la selección de consumibles de soldadura requiere una consideración de resistencia suficiente al agrietamiento, resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas de acuerdo a la combinación de los metales base de la soldadura.

La Tabla 4-7 muestra los consumibles de soldadura más comunes que se utilizan para la soldadura de metales disímiles. Básicamente, este tipo de consumibles de soldadura deben ser utilizados de manera que cumpla con las propiedades mecánicas de al menos uno de los metales base de la unión o junta. A continuación se presentan observaciones complementarias a la Tabla 4-7. ①En la soldadura de acero al carbono con acero inoxidable austenítico, se utilizan normalmente consumibles de soldadura tipo 390 con mayor cantidad de Cr y Ni. Esto es porque, con consumibles de soldadura tipo 380, el Cr y Ni se pueden diluir con el metal base de acero al carbono y por lo tanto la estructura martensítica (estructura quebradiza) se puede deformar dentro del metal de soldadura. ②En la soldadura de acero al carbono con acero inoxidable austenítico, ya que estos dos metales son muy diferentes en el coeficiente de expansión térmica, consumibles de soldadura tipo Inconel con alto contenido de Ni que tiene coeficiente intermedio de dilatación térmica, debe ser usado donde la soldadura se somete a ciclos térmicos intensos. ③En la soldadura de acero al carbono con acero inoxidable al Cr, cualquiera de los consumibles de soldadura de tipo acero de Cr, tipo de acero austenítico y tipo de alto contenido de Ni, se puede utilizar considerando las siguientes ventajas y desventajas de cada tipo.

Consumibles de acero tipo Cr son adecuados para una aplicación bajo ciclos térmicos intensos o ambientes de corrosión sensibles al Ni. Sin embargo, el precalentamiento adecuado y el tratamiento térmico posterior a la soldadura son requieridos para evitar las grietas que se generan después del proceso de soldado. Consumibles de acero de tipo austenítico tienen excelente soldabilidad, pero causan problemas de tensión térmica en un ambiente donde la soldadura se expone a ciclos térmicos intensos.

Consumibles de tipo de alto contenido de Ni son costosos y propensos a generar grietas en caliente; de otro lado, ya que tienen que soportar ciclos térmicos intensos, son adecuados para la soldadura que es difícil de tratar térmicamente después del soldado y se utiliza en un entorno de ciclos térmicos intensos ④Para la soldadura de metales diferentes, no es recomendable un proceso de soldadura que cuenta con una relación de dilución grande como la soldadura por arco sumergido. ⑤Cuando se utilizan los procesos de soldadura MIG y TIG para la soldadura de metales diferentes, la penetración en el acero al carbono debe mantenerse tan pequeña como sea posible. Tabla 4-7. Consumibles de soldadura recomendadas para soldadura de metales disímiles*1*2 Acero Combinación

de Proceso

metal base

de

soldado

Acero

inoxidable

austenítico

(JIS : US304, 316, 347, etc.) (AISI : 304, 316, 347, etc.)

inoxidable

ferrítico y

martensítico

(JIS : SUS410, 430, etc.) (AISI : 410, 430, etc.)

Acero

dulce,

acero de baja aleación

Soldadura

de

arco

NC−39

NC−39,

metálico

NI−C70A

CR−43Cb

NI−C70A

MG−S309LS

MG−S309LS

MG−S70NCb

MG−S70NCb

DW−309, DW−N70A

DW−309, MG−S430M,

blindado

Soldadura MIG

Soldadura FCW

DW−N70A

Soldadura TIG

Soldadura metálico inoxidable

TG−S309

TG−S70NCb

TG−S70NCb

NC−39, NI−C70A

－

de

arco Acero

TG−S309

blindado

ferrítico y

martensítico

(JIS : SUS410, 430,

Soldadura MIG

MG−S70NCb

－

Soldadura FCW

DW−309, DW−N70A

－

Soldadura TIG

TG−S309, TG−S70NCb

－

etc.) (AISI : 410, 430, etc.)

MG−S309LS

Un consumible de soldadura que Acero

inoxidable

austenítico

Cada

proceso

de soldadura

coincide con la base de metal de aleación baja (especialmente Cr y

－

Ni)

(Nota) * 1. Para metales disímiles de soldadura, se utiliza comúnmente un consumible de soldadura tipo 309, pero no es adecuado para aplicaciones de ciclos térmicos intensos porque su coeficiente de dilatación térmica es

diferente

de

la

del

metal

de

base

ferrítica.

* 2. Un consumible de soldadura del tipo Inconel puede proporcionar soldaduras metalúrgicamente estables, pero es costoso y tiende a ser sensible al agrietamiento en caliente.

6. Precalentamiento y postcalentamiento (1) Soldadura de metales similares

Las condiciones de precalentamiento y postcalentamiento adecuadas en la soldadura de metales básicos de composición química similares se indican en la Tabla 4-8. En el control del procedimiento de soldadura, el punto clave es el control de calor.

Especialmente, con acero inoxidable martensítico y ferrítico (también conocido como acero inoxidable con Cr), el control de calor de precalentamiento y postcalentamiento determina en gran medida los resultados de la soldadura.

Tabla 4-8 Condiciones de precalentamiento y postcalentamiento para soldadura de metal similar Acero inoxidable martensítico

Temperatura

de

precalentamiento

200~400℃

Acero inoxidable ferrítico

100~200℃

Acero inoxidable austenítico

No es necesario

Temperatura

de

postcalentamiento

700~760℃

Evitar

Normalmente no es necesario

los

agrietamientos

posteriores Propósitos

de

precalentamiento

①

Evitar los agrietamientos

・ Prevenir que el HAZ se

posteriores

endurezca

・ Ayuda a eliminar el

・

Ayuda

a

eliminar

el

①

hidrógeno

los

agrietamientos

posteriores

①

・ Ablandamiento de HAZ Propósitos

de

postcalentamiento

・ Eliminación de hidrógeno ・

Atenuar

tensiones

residuales ・ Mejorar las propiedades mecánicas

precalentamiento

no

se

aplica normalmente para evitar la degradación de la resistencia a la corrosión

hidrógeno

Evitar

El

・ Mejorar la resistencia a la Evitar los agrietamientos

corrosión y de las propiedades

posteriores

mecánicas

①

・Eliminación de hidrógeno ・

Atenuar

tensiones

(Tratamiento solución

térmico sólida

de ②)

residuales

・ Prevención de la corrosión

・ umento de la tenacidad

bajo

de la muesca

(Recocido para el alivio de

tensión

tensión ③)

· Fragilización a 475 ℃ · Observaciones

Endurecimiento

· Agrietamiento en caliente ④ · Resistencia a la corrosión de HAZ⑤

·

Fragilización

calentamiento temperatura

por

a (900

alta ℃

o

superior)

・Agrietamiento en caliente ④ ・

Resistencia

a

la

corrosióne⑤

· Fragilización fase Sigma (600 ~ 800 ℃)

(Nota) * 1. El calentamiento posterior mencionado en la tabla se refiere al recocido para atenuar la tensión (SR), excepto el tratamiento térmico de la solución sólida. En general, SR debe iniciarse en un horno inmediatamente después que la soldadura se termine, pero antes que la soldadura se enfríe a temperatura ambiente. Si esto no se puede ejecutar, la soldadura debe ser calentada de 300 a 350 ℃ durante 30 a 60 minutos justo después que la soldadura se ha finalizado para eliminar el hidrógeno del metal de soldadura, lo cual se llama postcalentamiento inmediato. * 2. Para soldaduras de acero inoxidable austenítico, normalmente no se realiza el postcalentamiento, excepto de casos especiales.

La siguiente es una explicación detallada de ① a ⑤ en la Tabla 4-8.

① Evitar los agrietamientos posteriores

Los agrietamientos posteriores se producen después que la soldadura se haya enfriado a la temperatura ambiente. Tres causas principales que se consideran son: hidrógeno difusible en el metal de soldadura, endurecimiento del metal de soldadura y HAZ, además de la restricción de la junta. Precalentamiento y recocido para atenuar la tensión, son eficaces para la prevención de grietas posteriores Debido a que el precalentamiento puede reducir la velocidad de enfriamiento de la soldadura, disminuye efectivamente la dureza del metal de soldadura y HAZ, además que mejora la liberación de hidrógeno difusible. Los agrietamientos posteriores son un problema con la pieza soldada de acero inoxidable al Cr, pero no con la pieza soldada de acero inoxidable austenítico. Esto es porque la pieza soldada de acero inoxidable austenítico no se endurece, independientemente de la velocidad de enfriamiento y el hidrógeno disuelto no se torna difusible. Por lo tanto, el precalentamiento no se requiere en la soldadura de acero inoxidable austenítico. Por el contrario, el precalentamiento puede deteriorar la resistencia a la corrosión.

② Tratamiento térmico de solución sólida

El tratamiento térmico de la solución sólida, que se lleva a cabo principalmente en soldadura de acero inoxidable austenítico, es llevar a cabo la soldadura de 1000 a 1150 ℃ durante 2 minutos o más por 1 mm de espesor de la placa, seguida de un enfriamiento rápido. Durante el enfriamiento, la soldadura debe enfriarse lo más rápidamente posible en el rango de 500 a 800 ℃ para evitar la formación de carburo de cromo. Cuando la soldadura se lleva a cabo de 1000 a 1150 ℃, el carburo de cromo, la fase sigma y la ferrita en el metal de soldadura se separan en la matriz. Con este tratamiento térmico, se pude mejorar la resistencia a la corrosión, ductilidad y tenacidad, además se puede eliminar las tensiones internas causadas por el trabajo de soldadura.

③ Recocido para la liberación de tensión (SR)

Los propósitos principales de SR son la prevención de agrietamientos posteriores en soldaduras de acero inoxidable al Cr y la mejora de las propiedades mecánicas. Mientras que, para piezas soldadas de acero inoxidable austenítico, el propósito principal es la prevención de la corrosión bajo tensión. Sin embargo, cuando la resistencia a la corrosión es importante o cuando la fase sigma tiende a precipitarse como en el caso del metal de soldadura de tipo 347 o de tipo 316, SR puede ser perjudicial en muchos casos. Por lo tanto, SR de piezas soldadas de acero inoxidable austenítico debe evitarse a menos que se considere indispensable después de examinar suficientemente el grado de acero, las condiciones de uso y las experiencias pasadas de la práctica.

④ Agrietamiento en caliente

Mientras que las grietas en las soldaduras de acero inoxidable al Cr pueden ocurrir a temperatura ambiente 　 y son llamados agrietamientos posteriores, las grietas del metal de soldadura de acero inoxidable austenítico y de alta aleación de Ni, pueden ocurrir en la mayoría de los casos, inmediatamente después de que la solidificación se completa y se llaman agrietamientos en caliente. Con el fin de prevenir la aparición de agrietamientos en caliente, consumibles de soldadura para aceros inoxidables austeníticos de propósito general, están diseñados de modo que el metal de soldadura contiene un pequeño porcentaje de la estructura ferrítica en la matriz austenítica. Para medir el porcentaje de estructura ferrítica en el metal depositado, algunos métodos están disponibles: uno es utilizar diagramas de estructura metalográfica; también utilizar instrumentos de medida y el otro es utilizar un microscopio. A diferencia de soldaduras de acero inoxidable al Cr, las grietas de las piezas soldadas de acero inoxidable austenítico no se pueden prevenir mediante el precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura. Para evitar grietas en las soldaduras de acero inoxidable austenítico, es importante seleccionar el consumible de soldadura apropiado con la mínima cantidad de impurezas y de utilizar los procedimientos de soldadura adecuados.

⑤ Resistencia a la corrosión de HAZ

El acero inoxidable austenítico se produce con el fin de poseer resistencia uniforme a la corrosión, normalmente por medio de tratamiento térmico de la solución sólida. Pero, una

vez que se suelda, la resistencia a la corrosión de la HAZ se vuelve inferior a la de la zona no afectada del metal base porque carburos se precipitan en la HAZ. Esta zona de precipitación de carburo se llama degradación por soldadura, que se forma por calentamiento en el rango de 500 a 800 ℃ por la soldadura, y como resultado, los carburos de cromo se precipitan, disminuyendo de ese modo el Cr independiente en la matriz, que es eficaz para la mejora de la resistencia a la corrosión. En consecuencia, la resistencia a la corrosión de la HAZ se deteriora. Aunque hay casos en los que la descomposición de soldadura no presenta ningún problema en el uso, se requieren algunas contramedidas cuando se utiliza la estructura soldada en un ambiente donde la corrosión intergranular o corrosión bajo tensión tienden a genera grietas. Los propósitos principales de SR son la prevención de agrietamientos posteriores en soldaduras de acero inoxidable al Cr y la mejora de las propiedades mecánicas. :

(a)Mientras que, para piezas soldadas de acero inoxidable austenítico, el propósito principal es la prevención de la corrosión bajo tensión. (b)Sin embargo, cuando la resistencia a la corrosión es importante o cuando la fase sigma tiende a precipitar como en el caso del metal de soldadura de tipo 347 o de tipo 316, SR puede ser perjudicial en muchos casos. (c)Por lo tanto, SR de piezas soldadas de acero inoxidable austenítico debe evitarse a menos que se considere indispensable después de examinar suficientemente el grado de acero, las condiciones de uso y las experiencias pasadas de la práctica.

(2) Soldadura de metales disímiles

En cuanto a la temperatura de precalentamiento en la soldadura de metales diferentes, normalmente se selecciona la temperatura de precalentamiento superior entre los dos metales de base. Ejemplos de la temperatura de precalentamiento en la soldadura de metales diferentes se muestran en la Tabla 4-9. Se requiere precaución, pues una temperatura demasiado alta de precalentamiento en la soldadura de metales diferentes puede dar lugar a una penetración excesiva y por lo tanto la composición química del

metal de soldadura puede llegar a ser inadecuada. El uso de consumibles de soldadura para el acero inoxidable austenítico permite reducir la temperatura de precalentamiento para la prevención de agrietamientos posteriores. Pero el uso de temperaturas de precalentamiento inferiores puede reducir el efecto preventivo contra el endurecimiento de HAZ.

Ejemplos de temperaturas de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en la soldadura de metales distintos se muestran en la Tabla 4-10. A medida que el PWHT de la junta de soldadura de metales diferentes afectan tanto a los metales básicos y el metal de soldadura de diferentes maneras, se requiere un examen a fondo en cuanto a las condiciones de PWHT o incluso si realmente es necesario o no su uso.

Si se selecciona una temperatura intermedia o una temperatura más alta para PWHT de una junta metálica disímil en comparación con la temperatura adecuada PWHT para cada metal base, ésta puede exceder la temperatura de transformación del metal de base cuya temperatura adecuada PWHT es menor (normalmente la base metal con menos elementos de aleación) y, como resultado, las propiedades del metal base pueden cambiar por completo. Por lo tanto, la temperatura PWHT debe ser verificada suficientemente de antemano.

Con una combinación de aceros ferríticos y austeníticos como en la junta de soldadura de acero al carbono y el acero inoxidable austenítico, es una práctica común para seleccionar una temperatura menor de PWHT en el rango de temperaturas recomendado para el acero ferrítico. La razón por la cual se selecciona una temperatura más baja es para minimizar la migración de carbono en la interface de la soldadura. También, se debe tener en cuenta que estas temperaturas PWHT están en el rango donde el acero inoxidable austenítico precipita carburos y fases sigma.

Tabla 4-9. Temperaturas de precalentamiento e interpasse para soldadura de metales disímiles. Acero inoxidable

Acero

Acero dulce

Acero de baja aleación

inoxidable

austenítico Acero inoxidable martensítico Acero inoxidable ferrítico

(JIS : SUS304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.) (JIS (AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)

:

SUS410,

(AISI : 410, etc.)

etc.) (JIS : SUS430, 405, etc.) (AISI : 430, 105, etc.)

Acero dulce

－

２００～４００℃

１００～２００℃

Acero de Mo 0,5%

１００～２００℃

２００～４００℃

１００～２００℃

１００～２００℃

２００～４００℃

１００～２００℃

１００～２００℃

２００～４００℃

２００～３５０℃

Acero

de

1.25%Cr−0.5%Mo

Acero 2.25%Cr−1%Mo

de

Tabla 4-10 Temperatura de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para soldadura de metales disímiles Acero inoxidable

Acero Acero (JIS

inoxidable :

SUS304,

austenítico Acero 304L,

316,

inoxidable

inoxidable ferrítico

martensítico

(JIS : SUS430, 405,

347, 321, etc.) (JIS : SUS410, etc.) etc.) dulce 316L, *2 (AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.) (AISI : 410, etc.)*1 (AISI Acero de baja aleación Acero

:

430,

105,

etc.)

*1

Acero dulce

（５５０～６００℃）

６００～６５０℃

６００～６５０℃

Acero de Mo 0,5%

（５５０～６００℃）

６００～６５０℃

６００～６５０℃

1.25%Cr−0.5%Mo

（５５０～６００℃）

６５０～７２０℃

６５０～７２０℃

Acero de 2.25%Cr−1%Mo

（５５０～６００℃）

６８０～７５０℃

６８０～７５０℃

Acero

de

(Nota) * 1. En la soldadura de metales disímiles de acero inoxidable ferrítico o martensítico de aleación ligera / baja, utilizar la temperatura más alta en el rango de temperatura PWHT inferior, entre los rangos de temperatura recomendados para los metales

de

base

individuales.

* 2. Para una junta de metal diferente, uno de cuyos componentes es de acero inoxidable austenítico, PWHT puede degradar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable austenítico. Esta es la razón por la que la necesidad de PWHT debe ser examinada a fondo con antelación.

7. Soldadura de acero inoxidable revestido El acero inoxidable revestido comprende el sustrato de acero al carbono o acero de baja aleación y el metal revestido de acero inoxidable delgado (alrededor de 2 mm de espesor), que se utiliza para los tanques de almacenamiento y buques cisterna para productos químicos. El acero inoxidable revestido se basa en un concepto que se requiere resistencia a la corrosión sólo en la superficie y que es menos costoso que el acero inoxidable sólido. El punto clave en la soldadura de acero revestido es cómo soldar la zona de transición entre el sustrato (metal base) y el metal revestido donde se requiere soldadura de metales disímiles.

La selección y el método de deposición en el caso del acero revestido de SS400 (ASTM A36) y SUS304 (AISI 304) se muestran en la siguiente figura. Cuando SUS304 (AISI 304) se fusiona en la primera capa de soldadura, se utiliza un consumible de soldadura tipo 309 en todo el proceso, a través de la ranura de soldadura hasta la superficie de la junta. Cuando SUS304 (AISI 304) se fusiona en la capa final, es necesario utilizar tres tipos diferentes de consumibles de soldadura como el acero al carbono para SS400 (ASTM A36), la de tipo 309 para la zona de transición, y la de tipo 308 para SUS304 (AISI 304).

8. Puntos clave de los procedimientos de soldadura para diversos procesos de soldadura para aceros inoxidables (1) General

①Cuando se suelda aceros inoxidables austeníticos, el precalentamiento por lo general debe omitirse y la temperatura de inetrpasse debe mantenerse a 150 ℃ o más baja. ②En el caso de soldadura de metales disímiles, consulte la Tabla 7 (Consumibles de soldadura recomendados para soldadura de metales disímiles). La dilución del metal de soldadura por el metal base (acero al carbono y acero de baja aleación) También debe ser adecuadamente controlada durante la soldadura. Cuando se utiliza un consumible de soldadura tipo 309 para la soldadura de metales diferentes, es necesario el uso de una corriente baja de soldadura porque se puede producir el agrietamiento si la dilución del metal de soldadura por el metal base es excesiva. ③Consumibles de soldadura completamente austeníticos (por ejemplo, NC-30 y DW-310) tienden a generar grietas en caliente y por lo tanto es necesario el uso de una corriente de soldadura y velocidad bajas. (2) Soldadura por arco metálico protegido (SMAW)

①El uso de una corriente excesivamente alta puede provocar que el electrodo se queme, lo que provoca mala usabilidad y las propiedades del metal de soldadura deteriorados. Por lo tanto, se debe utilizar una corriente de soldadura dentro del rango recomendado. ②La longitud del arco deberá ser lo más corto posible. ③Cuando se utiliza el entrelazado, su ancho debe mantenerse hasta 2,5 veces el diámetro del electrodo. (3) Soldadura MAG (con cables tubulares con fundente)

①Fuente de energía Una fuente de energía de voltaje constante CC es adecuada con el electrodo de polaridad positiva (DCEP). También se puede utilizar una fuente de energía de inversor controlado. Con una fuente de energía pulsada, la emisión de salpicaduras puede aumentar, en este caso, el circuito generador de impulsos debe estar apagado. ②Gas de protección Gas de CO2 al 100% es adecuado para cables de acero inoxidable DW de tipo escoria. Aunque puede utilizarse una mezcla de Ar con 20 a 50% de CO 2, porosidad, tales como pozos y sopladuras, tiende a ocurrir. La velocidad de flujo del gas de protección se debe mantener de 20 a 25litros/min. Una mezcla de Ar de 10 a 20% de CO2 es adecuado para cables de acero inoxidable de tipo metálico MX-A. ③Extensión del cable La distancia de separación de la punta de contacto de metal base debe ser de unos 15 mm para un diámetro de cable de 0,9 mm, y de 15 a 20 mm para un diámetro de cable de 1,2 o 1,6 mm. Si la extensión del cable es demasiado corta, porosidad, tales como pozos y orificios alargados, tiende a ocurrir. En una mezcla de Ar + CO2, la extensión de alambre debe ser un poco más larga que con el gas CO2 al 100%. ④Medidas contra el viento Cuando una velocidad del viento supera 1m/seg., El efecto de blindaje contra el viento para un arco se hace insuficiente y por lo tanto la generación de poros tiende a ocurrir en el metal de soldadura. Además, N en la atmósfera puede ser disuelto en el metal de soldadura, obstruyendo así la facilidad de remover la

escoria o causar agrietamiento en caliente. Por lo tanto, la cantidad suficiente de gas de protección debe hacerse fluir y una pantalla de protección contra el viento debe ser usada cuando hace viento ⑤Emisión de humo durante la soldadura La tasa de emisión de humo por unidad de tiempo en la soldadura MAG es mayor que en la soldadura por arco de metal blindado. Debido a que el humo de soldadura es perjudicial, se debe utilizar ya sea un sistema de extracción local de humo o un aparato de

respiración apropiado.

⑥ Almacenamiento de alambres de soldadura Una vez que los cables de acero inoxidable DW han absorbido la humedad, no se pueden volver a secar a una temperatura alta, a diferencia de electrodos cubiertos SMAW. Si el alambre de soldadura se deja en el alimentador de cable en la temporada de lluvias o en un ambiente muy húmedo en verano o en la noche de invierno cuando puede producirse condensación, se puede producir porosidad como pozos y orificios alargados. Cuando guarde los cables de soldadura desempacados, tenga cuidado que el polvo o rocío de agua de condensación no se adhiera a la superficie del alambre y guárdelo en un lugar seco, donde la humedad sea baja. (4) Soldadura MIG (con cables sólidos) ① El alambre de soldadura se debe utilizar con el electrodo de polaridad positiva de CC. ②Ar+2%O2 se utiliza como el gas de protección con un caudal de 20 a 25 litros / minuto. Ar+10～20%CO2 no es adecuado para el acero inoxidable de bajo contenido de carbono (por ejemplo, SUS304L) debido a que C se incrementará en el metal de soldadura.

③Generalmente, la soldadura MIG de acero inoxidable se realiza en las condiciones de soldadura de arco de pulverización, en el que el voltaje de arco debe ajustarse de tal forma que la longitud de arco sea de 4 a 6 mm. Si la longitud de arco es demasiado corta, puede ocurrir orificios, y si es excesivamente larga, la humectabilidad del metal de soldadura fundida con el metal de base se torna deficiente. ④La soldadura MIG es propensa a ser afectada por el viento, que causan orificios en un fuerte viento. Por lo tanto, debe ser utilizada una pantalla de protección contra el viento, cuando la velocidad del viento es 0.5m/sec. o superior. ⑤La soldadura de arco pulsado puede producir un arco de pulverización estable en el rango de corriente baja. Por lo tanto, es adecuado para la soldadura por superposición, soldadura de placas delgadas, y soldadura vertical. (5) Soldadura TIG

①La polaridad del electrodo de CC debe ser negativa. ②El AR se utiliza normalmente como gas de protección y su adecuada velocidad de flujo en la soldadura manual es 7 a 15litros/minuto en el rango de corriente de 100 a 200A. Y 12 a 20litros/minuto en el rango de corriente de 200 a 300A. ③Hay dos tipos de antorcha de soldadura TIG. Uno de ellos es lente de gas y el otro es sin lente. El lente de gas hace que el gas fluya regularmente, se produce un buen efecto de blindaje y es eficaz especialmente para prevenir la oxidación de la superficie de la línea de soldadura. ④La extensión del electrodo adecuado desde la punta de la antorcha de soldadura es de 4 a 5 mm normalmente. Para la soldadura de la junta de la esquina donde el efecto protector es deficiente, debe ser de 2 a 3 mm. En un surco profundo, debe estar dentro de 6mm. ⑤La longitud del arco debe ser de 1 a 3 mm. Si es demasiado largo, el efecto protector se torna deficiente. ⑥En la soldadura por fusión, se hace la protección de la parte posterior para prevenir la oxidación de éste lado. Sin embargo, con los cables tubulares con

núcleo fundente, diseñados exclusivamente para la soldadura por fusión para acero inoxidable, un grano óptimo se puede obtener sin blindaje posterior. (6) Soldadura por arco sumergido 1) Configuración de las juntas

①Cuando se realiza la soldadura de doble lado y sin protección de astillado, los parámetros de soldadura debe estar verificados adecuadamente para prevenir la penetración insuficiente y que se consuma por completo. ②Cuando hay temor de consumirse por completo, se debe utilizar la soldadura por arco metálico protegido para la pasada de la raíz. ③En las placas gruesas, normalmente la configuración de ranura de doble cara, debe adoptarse para evitar la distorsión de soldadura. ④En la ranura de soldadura, soldadura de múltiples pasadas por capa presenta facilidad en la eliminación de la escoria. 2) Almacenamiento y resecado del fundente ①Los fundentes adheridos son aptos para absorber la humedad, deben ser almacenados en un lugar seco. ②Si el fundente adherido en condiciones ha absorbido humedad, es necesario volver a secar a 200 a 300 ℃ durante aproximadamente una hora. 3) Corriente de soldadura ①El uso de una corriente de soldadura alta puede causar el deterioro de la resistencia a la corrosión de la zona afectada por el calor (HAZ) y el engrosamiento del tamaño de grano HAZ. ②La corriente de soldadura adecuada para el diámetro del cable debe ser seleccionado. ③Cuando el diámetro del alambre es pequeño (de 2,4 mm o menor), de soldadura de CC es mejor, ya que es más fácil de controlar la penetración y la forma de la línea de soldadura. ④La penetración está propensa a ser profunda (Por lo tanto la dilución por el metal base es grande), se requiere precaución en la soldadura de las

articulaciones metálicas diferentes de acero inoxidable y acero al carbono. Sobre todo, en soldadura de dos pases (una sola cara), nunca debe adoptarse para juntas metálicas disimiles. 4) Voltaje del arco ①Si el voltaje de arco es demasiado bajo, el agotamiento puede ocurrir a través de la pasada de raíz o fusión insuficiente puede producirse en ambos lados del cordón de soldadura. ②Si el voltaje de arco es demasiado alto, no se puede obtener suficiente penetración. ③El consumo del fundente varía en función del voltaje del arco, la composición química del metal de soldadura también puede fluctuar. ④Por lo general, el voltaje de arco adecuada es de 30 a 34V. 5) Distribución del fundente profundidad/altura Si l profundidad / altura de la distribución del fundente es excesiva, la superficie de la línea de soldadura puede ser irregular. Para evitar esto, es necesario reducir al mínimo la profundidad / altura del fundente por lo que el arco no se hará visible.

REFERENCIA http://www.kobelco-welding.jp/espanol/education-center/textbooks-ofwelding/index.html