Soldadura de los Aceros de Mediano Carbono Soldabilidad & Aporte Térmico Grado SAE 1045 ESAB Centroamérica Preparaci
Views 607 Downloads 13 File size 230KB
Soldadura de los Aceros de Mediano Carbono Soldabilidad & Aporte Térmico
Grado SAE 1045
ESAB Centroamérica
Preparación previa & Alivio de tensiones Es aconsejable para obtener los mejores resultados en una reparación de un material que ha estado en trabajo y por lo tanto fatigado y /o microfisurado en la superficie, realizar un mecanizado previo de la zona a reparar , verificar con ensayos no destructivos la no existencia de fisuras y recién después de estas precauciones aplicar el alivio de tensiones
Alivio de tensiones Gradiente de calentamiento & enfriamiento 60-90ºC/h (máx 120ºC/h) y mantener en el rango especificado en el TTP ºC : 580650 durante aprox.1 h/pulgada de espesor mínimo. El enfriamiento lento se debe realizar dentro del horno o bajo algún aislante térmico como la vermiculita dentro de un contenedor.
Precalentamiento del componente La temperatura de precalentamiento se puede estimar en base a: MS( ºC) = 500 – ( 350 .%C + 40.%Mn ) = 500 – (193,2) = 307ºC [Ceq: C + Mn/6 + Si/4 = 0,48 +0,63/6 + 0,20/4 = 0,635%] TP(ºC)1045 = 25ºC + MS ºC = 332ºC (Elect. Básico reducir 120-150ºC) Cuando se suelden componentes o piezas de grandes dimensiones, no es necesario precalentar todo el material, es suficiente con la aplicación local y progresiva de calor en un área que comprenda aprox.200 mm a ambos lados del cordón de soldadura Para alcanzar la temperatura de precalentamiento es apropiado recomendar usar un horno con control de temperatura,sino se dispone del mismo,puede construirse alrededor del eje una cobertura térmica con ladrillos refractarios,posicionando un adecuado número de quemadores por debajo del eje, que debe ser girado durante todo el proceso de calentamiento. Asimismo,una adecuada cobertura térmica minimizará las pérdidas por radiación y corrientes de aire durante la soldadura
Soldadura del componente Clasificación AISI-SAE
Acero AISI-SAE 1045
C
Mn
Si
P&S
Metal de aporte
P (ªC)
T.T.P (ºC)
0,43-0,50
0,60 a 0,90
0,10 a 0,20
0,01 &0,05 máximo
E 8018**B2 /C3
250 a 320
580 a 650 *
Proceso SMAW (**) OK 76.18 ( E 8018 B2) / Conarten 60 ( E 8018C3) Proceso FCAW: OK Tubrod 81Ni1 ( E 81T1-Ni1) Proceso SAW : OK Tubrod WS/10.61B (F8A6-ECW-W) Es posible una reparación con materiales del tipo inoxidable austeníticos o austeno-ferríticos (Salvo en piezas muy fatigadas o de gran tamaño) tipo E 312 o E 307 , las precauciones previas y precalentamiento son las mismas que para los ferríticos, pero aplicando la temperatura máxima en las primeras pasadas, luego se puede reducir a 150ºC aprox. Una vez iniciado el ciclo de calentamiento y soldadura, se recomienda terminar la misma sin interrupciones ; siempre con enfriamiento lento y no se requiere aplicar bajo estas condiciones un Trat. Térmico posterior(*).
Soldadura del componente – Materiales Disímiles Propiedades Físicas del metal de Soldadura Relaciones entre las propiedades físicas de varios metales & el acero al carbono Proporción entre las Propiedades Propiedad
Acero al carbono
Acero Inoxidable Austenítico
76Ni-16Cr-8Fe (Nicrofe 3)
1,0
1,4
1,1
Conductividad Térmica
1,0
0,7
0,2
Calor Específico
1,0
1,0
0,9
Densidad
1,0
1,0
1,1
Temperatura de fusión
1,0
0,9
0,9
Coef. de expansión térmica
Inconel
En el caso de no poder asegurar que no se formará la fase martensita en la interfaz MB-MS, ya sea,por un deficiente manejo térmico o por la alta templabilidad del Mestal Base, se recomienda usar la aleación: E NiCrFe-3 que tiene mayor ductilidad y menor coeficiente de expansión térmica.
Trat.Térmico Posterior solo para materiales de aporte ferríticos Para verificar la temperatura pueden utilizarse lápices indicadores o sensores infrarrojos. Una vez alcanzada la temperatura deseada,debe reducirse la llama de los quemadores para prevenir calentamiento excesivo durante la soldadura El tratamiento térmico posterior es fundamentalmente para : Mejorar ductilidad y reducir dureza Disminuir el riesgo de fractura frágil Siempre debe realizarse el TTP, en piezas que estarán sometidas a esfuerzos de fatiga, de pandeo y de cargas dinámicas o cíclicas, por lo tanto bajo extremas condiciones se realiza la soldadura con aleaciones tipo ENiCrFe-3 y aplicando la misma técnica de preparación y manejo térmico como a los materiales ferríticos En definitiva se reducen las tensiones residuales y mejora la estabilidad dimensional en el mecanizado final. Los métodos de calentamiento más usados son: Hornos eléctricos / gas o fuel-oil , Hornos temporales de ladrillos + quemadores o resistencias ó Sistema de mantas eléctricas conectadas a equipos de soldar
Cálculo de elementos de calentamiento para prefabricar hornos eléctricos Requerimientos constructivos Compactos & herméticos Excelente aislamiento térmico Empleo de materiales termo resistentes y pirorresistentes en la zona de > influencia térmica El enladrillado del horno se debe encerrar por cubiertas metálicas, la cual no debe sobrepasar los 50/60ºC Adecuada inercia de calentamiento Buen control y regulación de la temperatura Para temperaturas del Horno entre 600-800ºC, se recomienda una potencia P( W/cm2)=1,5a 2, con resistencias de alambre tipo Nicromo (80%Ni-20%Cr)
Mantas calefactoras cerámicas & Flexibles
Potencia calentamiento : 28 Watt/pulg2 , para conectar a máquinas de soldar de cte. constante
Para el tratamiento Térmico de alivio de tensiones referirse para consultar la selección en potencias de 1,4 KW hasta 3,6 KW y según las dimensiones adecuadas para el trabajo especificando las mismas según múltiplos de las mantas standard
Preparación de Juntas - Soldadura de Ejes & Cilindros Rotura del eje en la tabla o en el muñón Combinación Fundente/alambre ESAB OK Flux 10.62B OK Tubrod WS ( F8A6-ECW-W )
SAE 1020 Doble Chaflá Chaflán
Chaflá Chaflán Simple
Ø
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
2
3/4
1/4
1/2
3/8
2
1
1/4
1/2
3/8
2
3
1 1/8
1/4
½
3/8
2
1 1/8
1/4
1/2
3/8
2
4
1 1/2
3/8
1
¾
2 172
1 1/2
3/8
1
3/4
2 1/2
5-6
1 1/2
3/8
1 1/8
7/8
2 1/2
1 1/2
3/8
1 1/8
7/8
2 1/2
7-8
1 3/4
1/2
2 1/2
2
3 1/2
1 3/4
1/2
2 1/2
2
3 1/2
9-10
2
5/8
3
21/2
4
2
5/8
3
2 1/2
4
11-12
2 1/2
3/4
3 1/2
3
4 1/2
2 1/2
3/4
3 1/2
3
4 1/2
13-15
2 5/8
7/8
4
3 1/2
4 1/2
2 5/8
7/8
4
3 1/2
4 1/2
16-17
3
1 1/8
5
4 1/2
5 1/2
3
1 1/8
5
4 1/2
5
18-19
3 1/4
1 1/4
5 1/2
4 1/2
6
3 1/4
1 1/4
5 1/2
4 1/2
6
20-22
3 1/2
1 1/2
6
5 1/2
6
3 1/2
1 1/2
6
5
6
23-24
4
1 3/4
6
5 1/2
7
4
1 3/4
6
5
7
25-26
4
1 7/8
6
5 1/2
7
4
1 7/8
6
5
7
Tp =25ºC>MS* Metal Base TTP - Alivio de tensiones s/espesor & A.Q. Metal Base
Nota:Medidas en pulgadas SAW - Soldadura por Arco Sumergido SMAW - Soldadura Manual ER
Reparación de Acero SAE 1045 sin Trat.Térmico Posterior a la Soldadura Técnica de doble pasada – Unión Esta técnica consiste en producir una adecuada sobre posición de los ciclos térmicos, de forma tal que la segunda pasada de “ enmantecado” produzca un revenido de la ZAC de la primera pasada con granos grandes y los afine metalúrgicamente.
Primera pasada
Segunda pasada
Zona de afino de grano ZAC -GG
Metal Base
Zona de revenido
1º- La primera condición que se debe cumplir; es que el calor aportado en la ZAC de la 2da.pasada produzca un afino del grano y el revenido de la zona dura de la primer pasada de “enmantecado” sobre el metal base. 2º- La segunda condición debe garantizar que la penetración de la segunda pasada, debe ser tal que la la zona dura de la misma, esté dentro de la zona de dilución de la primer pasada y el metal base y se cumpla: PZD2 < R1-P1 PZD2 = Profundidad de la zona dura de la segunda pasada R1 = Refuerzo de la primer pasada - & P1 = Penetración de la primer pasada
Reparación de Acero SAE 1045 sin Trat.Térmico Posterior a la Soldadura Técnica de doble pasada Se aplica como metal de aporte la aleación que deposita un E 7018-1, como el OK 55.00 ó el Conarco 18, presentando una microestructura de perlita y ferrita Se realiza el “ enmantecado” para una junta en V, con una dureza máxima en la ZAC de 300 HV, usando una temperatura de precalentamiento entre 180200ºC( Gradiente calentamiento 60/90ºC/h-máximo 120ºC/h) y una energía aportada de 10 Kj/cm en primera pasada y de 16 Kj/cm en la segunda pasada. Esta técnica garantiza para los niveles de energía aportados, que se logra una tenacidad semejante a la obtenida con tratamiento térmico posterior. Para terminar la soldadura, se debe mantener el precalentamiento y llenar el bisel en V o doble V con una aleación que cumpla con las propiedades de resistencia y alargamiento a que va a estar solicitada la pieza de acero SAE 1045, utilizando materiales de aporte básicos del tipo E8018 B2 ó E 8018 C3 para soldadura manual ó el tubular E 81T1-Ni1 para proceso semiautomático. Es aconsejable realizar un deshidrogenado durante 1 hora, a 250ºC, girando el eje o cilindro para uniformar rápidamente la temperatura y enfriar siempre con un gradiente de 60/ 90ºC/, usando aislantes térmicos apropiados.
Reparación de Acero SAE 1045 sin Trat.Térmico Posterior a la Soldadura Técnica de doble pasada - Reconstrucción Se aplica como metal de aporte la aleación que deposita un E 8018-B2 ó C3, como el OK 76.18 ó el Conarten 60, presentando una microestructura con buena ductilidad y tenacidad Se realiza el “ enmantecado” para reconstruir, con una dureza máxima en la ZAC de 300 HV, usando una temperatura de precalentamiento entre 180-200ºC( Gradiente calentamiento 60/90ºC/h-máximo 120ºC/h) y una energía aportada de 10 Kj/cm en primera pasada y de 16 Kj/cm en la segunda pasada, solapando un 50% entre cada cordón de soldadura Esta técnica garantiza para los niveles de energía aportados, que se logra una tenacidad semejante a la obtenida con tratamiento térmico posterior. La composición química promedio del metal depositado, puede ser calculada de dos formas distintas, en función del porcentaje de dilución en el M. Base : 1. En función del cociente entre volúmen de metal fundido en volumen total
Técnica de doble pasada - Reconstrucción La composición química promedio del metal depositado, puede ser calculada según esta 2da. fórmula: 2.En función de la composición de los metales base( XA+XB) y de aporte (XMA)
XMS % = (DA)(XA) + (DB)(XB) + (1- DT )(XMA) Nota: XA = XB
Dilución en 1era. Pasada – 30% (Ceq:0,42) Composición del metal Base & del material de aporte (%) Elemento
C,%
(0,30.0,48)+(0,70)(0,05)= 0,18
Cr,%
(0,30. 0,130)=0,04
Ni%
(0,30.0,065) +(0,70 ).0,90=0,80
SAE 1045 XA
E-8018-C3 XMA
Mo%
(0,30.0,021) + ( 0,70 ).0,20=0,15
Mn,%
(0.30.0,63)+(0,70).1,00= 0,89
C
0,48
0,05
Si,%
(0,30.0,20)+(0,70)0,40=0,34
Mn
0,63
1,00
Si
0,20
0,40
Cr
0,130
-----
Ni
0,065
0,90
Mo
0,021
0,20
Dilución en 2da. Pasada – 30% ( Ceq:0,36)
Ceq.: C + Mn/6 + Ni/15 +Mo/4 +Cr/4 +Cu/13
C,%
(0,30.0,18)+(0,70)(0,05)= 0,09
Cr,%
(0,30. 0,04 )=0,01
Ni%
(0,30.0,80) +(0,70 ).0,90=0,87
Mo%
(0,30.0,15) + ( 0,70 ).0,20=0,185
Mn,%
(0.30.0,89)+(0,70).1,00= 0,97
Si,%
(0,30.0,34)+(0,70)0,40= 0,38
Reparación de Acero SAE 1045 sin Trat.Térmico Posterior a la Soldadura Técnica de doble pasada - Reconstrucción Efecto de precalentamiento de la primera pasada y revenido de la segunda pasada Menor dilución a través de las pasadas posteriores, solape un 50% los cordones El material base sensible a la fisuración adquiere soldabilidad Las tensiones de contracción en las uniones son obsorbidas por el material de soldadura y de esta manera se descarga la zona afectada por el calor (ZAC) en el metal base
ESAB Centroamérica