Característiques de la soldadura de l'acer inoxidable austenític: durant la soldadura es produeixen tensions i tensions elàstiques i plàstiques significatives, però rarament es produeixen esquerdes en fred. Les juntes soldades no presenten zones d'enduriment-ni un engrossiment important del gra, el que resulta en una gran resistència a la tracció per a la costura de soldadura.
Aspectes clau en la soldadura d'acer inoxidable austenític: Deformació significativa de la soldadura; susceptibilitat a l'esquerdament en calent a causa de les característiques del límit del gra i la sensibilitat a determinades impureses traça (com ara S i P).
Imatge
Imatge
Cinc problemes principals de soldadura i mesures de mitigació per a l'acer inoxidable austenític
01
La formació de carburs de crom redueix la resistència de la junta soldada a la corrosió intergranular.
Corrosió intergranular: segons la teoria de l'esgotament del crom{0}, quan la costura de soldadura i la zona afectada per la calor (-) s'escalfen dins del rang de temperatura de sensibilització de 450 a 850 graus, els carburs de crom precipiten als límits del gra. Això crea zones-esgotades de crom als límits, cosa que fa que no puguin resistir la corrosió de manera eficaç.
(1) Es poden prendre les mesures següents per mitigar la corrosió intergranular a la soldadura i la corrosió a la zona de sensibilització del metall base:
a. Redueix el contingut de carboni tant en el metall base com en el metall de soldadura. Afegiu elements estabilitzadors (com Ti o Nb) al metall base per formar preferentment carburs de tipus MC-, evitant així la formació de Cr₂₃C₆.
b. Creeu una microestructura-de doble fase a la costura de soldadura que consta d'austenita i una petita quantitat de ferrita. La presència de ferrita perfecciona l'estructura del gra i augmenta l'àrea total del límit del gra, reduint així la quantitat de precipitació de carbur de crom per unitat d'àrea del límit del gra.
El crom té una major solubilitat en ferrita, de manera que el Cr₂₃C₆ es forma preferentment dins de la fase de ferrita en lloc d'esgotar el crom als límits del gra de l'austenita. A més, la ferrita dispersa dins de la matriu d'austenita actua com a barrera, evitant que la corrosió es propagui al material al llarg dels límits del gra.
c. Controleu el temps de residència dins del rang de temperatura de sensibilització. Ajusteu el cicle tèrmic de soldadura per minimitzar el temps passat entre 600 graus i 1000 graus; Es poden seleccionar mètodes de soldadura d'alta-energia-densitat (com ara la soldadura per arc de plasma) per a aquest propòsit. Utilitzeu una entrada de calor de soldadura més baixa; purgar la part posterior de la soldadura amb argó o utilitzar un suport de coure per augmentar la velocitat de refredament de la junta soldada; minimitzar el nombre d'inicis i parades d'arc per evitar escalfaments repetits; i, per a soldadures multi-passades, soldeu la superfície que estarà en contacte amb el medi corrosiu per últim sempre que sigui possible.
d. Realitzeu un tractament post-solució de soldadura o un recuit estabilitzador (850 graus -900 graus) seguit d'un refredament per aire per garantir la precipitació completa del carbur i accelerar la difusió del crom.
Imatge
(2) Atac de la línia de ganivet-(una forma de corrosió localitzada) a les juntes soldades; es poden prendre les mesures preventives següents:
A causa de l'alta difusivitat del carboni, es segrega als límits dels grans durant el refredament, creant un estat sobresaturat, mentre que Ti i Nb romanen dins dels grans a causa de la seva baixa difusivitat. Quan la junta soldada es torna a escalfar dins del rang de temperatura de sensibilització, el carboni sobresaturat precipita als límits del gra en forma de Cr₂₃C₆.
a. Reduir el contingut de carboni. Per als acers inoxidables que contenen elements estabilitzadors, el contingut de carboni no ha de superar el 0,06%.
b. Utilitzar procediments de soldadura adequats. Seleccioneu una entrada de calor de soldadura més baixa per reduir el temps de residència de la zona sobreescalfada a altes temperatures i tingueu cura d'evitar la "sensibilització intermèdia-a la temperatura" durant la soldadura.
Per a la soldadura de doble-cara, el cordó de soldadura en contacte amb el medi corrosiu s'ha de dipositar en últim lloc (aquesta és la raó per la qual la soldadura interna es realitza després de la soldadura externa per a canonades soldades de gran-diàmetre i paret-gruixuda). Si això no és factible, s'han d'ajustar els paràmetres de soldadura i la geometria de la soldadura per minimitzar l'escalfament de sensibilització de la zona sobreescalfada que entrarà en contacte amb el medi corrosiu.
c. Tractament tèrmic post-soldadura. Realitzar un tractament amb solució o un tractament d'estabilització després de la soldadura.
Imatge
02
Fissures per corrosió per estrès
Es poden adoptar les mesures següents per evitar el trencament per corrosió per tensió:
a. Selecció correcta del material i ajust adequat de la composició de la soldadura. Els acers inoxidables austenítics Cr-Ni d'alta puresa, els acers inoxidables austenítics Cr-Ni d'alt-silici, els acers inoxidables austenítics-ferrítics i els acers inoxidables ferrítics d'alt-crom presenten una bona resistència a la corrosió per tensió; El metall de soldadura amb una estructura dúplex d'austenita-ferrita també ofereix una bona resistència.
b. Eliminar o reduir l'estrès residual. Realitzeu un tractament tèrmic d'alleujament de l'-tensió de soldadura- i utilitzeu mètodes mecànics com ara el polit, el granallat i el granallat (martell) per reduir la tensió residual de la superfície.
c. Disseny estructural racional per evitar concentracions importants d'esforços.
Imatge
03
Soldadura d'esquerdes calentes (esquerdes de solidificació de la soldadura, esquerdes de liqüefacció de la zona afectada per la calor-)
La susceptibilitat al trencament en calent depèn principalment de la composició química, la microestructura i les propietats del material. El níquel (Ni) forma fàcilment compostos--de baix punt de fusió o eutèctics amb impureses com ara sofre (S) i fòsfor (P); la segregació d'elements com el bor (B) i el silici (Si) també afavoreix l'esquerdament en calent.
Les costures de soldadura tendeixen a formar estructures de gra columnar gruixuts amb una forta direccionalitat, cosa que facilita la segregació d'impureses i elements nocius. Això afavoreix la formació de pel·lícules líquides intergranulars contínues, augmentant així la susceptibilitat a l'esquerdament en calent. L'escalfament no-uniforme durant la soldadura pot generar esforços de tracció importants, afavorint encara més la formació d'esquerdes calentes.
Mesures preventives:
a. Controlar estrictament el contingut d'impureses nocives com S i P.
b. Ajusteu la microestructura del metall de soldadura. Les soldadures amb una microestructura dúplex (-bifàsica) presenten una bona resistència a les esquerdes; la fase delta (δ) de la soldadura perfecciona els grans, elimina la direccionalitat de l'austenita d'una-fàsica i redueix la segregació d'impureses nocives als límits del gra. A més, la fase δ pot dissoldre quantitats més grans de S i P i reduir l'energia interfacial, inhibint així la formació de pel·lícules líquides intergranulars.
c. Ajusteu la composició de l'aliatge del metall de soldadura. Augmentar adequadament el contingut de Mn, C i N en acer austenític monofàsic-i afegir oligoelements com el ceri (Ce), el zirconi (Zr) o el tàntal (Ta)-que perfeccionen la microestructura de la soldadura i purifiquen els límits del gra-pot reduir la susceptibilitat a l'esquerdament en calent.
d. Mesures del procés. Minimitzar el sobreescalfament de la piscina de soldadura per evitar la formació de grans columnars gruixuts; utilitzeu una baixa entrada de calor (baixa energia lineal) i cordons de soldadura de -secció transversal- reduïda.
Per exemple, els acers austenítics de tipus 25-20 són propensos a l'esquerdament per liqüefacció. Les mesures per mitigar-ho inclouen limitar estrictament el contingut d'impureses i la mida del gra en el metall base, utilitzar mètodes de soldadura d'alta-densitat energètica, utilitzar una entrada de calor baixa i augmentar la velocitat de refredament de la junta. Imatge
04
Fragilització de les juntes soldades
Per als acers-resistents a la calor, s'ha d'assegurar la ductilitat de les juntes soldades per evitar la fragilitat per alta-temperatura; per als acers de baixa-temperatura, es requereix una bona tenacitat a baixa-temperatura per evitar la fractura fràgil de les juntes soldades a baixes temperatures.
Imatge
05
Deformació important de la soldadura
A causa de la baixa conductivitat tèrmica i un alt coeficient d'expansió tèrmica, la deformació de la soldadura acostuma a ser significativa; es poden utilitzar accessoris per evitar-ho. Selecció de mètodes i materials de soldadura per a acer inoxidable austenític:
L'acer inoxidable austenític es pot soldar mitjançant mètodes com ara la soldadura de gas inert de tungstè (TIG), la soldadura de gas inert metàl·lic (MIG), la soldadura per arc de plasma (PAW) i la soldadura per arc submergit (SAW).
L'acer inoxidable austenític té un baix punt de fusió, baixa conductivitat tèrmica i alta resistivitat elèctrica; per tant, s'utilitzen corrents de soldadura més baixes. S'han d'utilitzar cordons de soldadura estrets i cordons de soldadura estrets per minimitzar el temps de permanència a alta-temperatura, evitar la precipitació del carbur, reduir l'estrès de contracció de la soldadura i reduir la susceptibilitat a les esquerdes en calent.
La composició dels consumibles de soldadura-especialment els elements d'aliatge com el Cr i el Ni-ha de ser superior a la del metall base. Els consumibles de soldadura que contenen una petita quantitat (4%-12%) de ferrita s'utilitzen per assegurar una bona resistència a les esquerdes (contra el craqueig en fred, el craqueig en calent i el craqueig per corrosió per tensió) a la costura de soldadura.
Quan la presència d'una fase de ferrita al cordó de soldadura està prohibida o impossible, s'han de seleccionar consumibles de soldadura que continguin elements d'aliatge com Mo i Mn.
Els nivells de C, S, P, Si i Nb en els consumibles de soldadura s'han de mantenir tan baixos com sigui possible; mentre que Nb pot provocar esquerdes de solidificació en cordons de soldadura totalment austenètics, la presència d'una petita quantitat de ferrita a la costura de soldadura pot evitar-ho eficaçment.
Normalment, els consumibles de soldadura que contenen Nb es seleccionen per a estructures soldades que requereixen un tractament d'estabilització posterior a la-soldadura o d'alleujament-de tensió. La soldadura per arc submergit s'utilitza per a plaques de gruix mitjà-; la pèrdua de crema-de Cr i Ni es pot compensar mitjançant la transferència d'elements d'aliatge del flux i el fil de soldadura.
A causa de la penetració profunda, s'ha de tenir cura d'evitar esquerdes en calent al centre de la soldadura i d'evitar reduir la resistència a la corrosió a la-zona afectada per la calor (HAZ). S'ha de prestar atenció a la selecció de cables de soldadura més prims i a una menor aportació de calor; el cable de soldadura ha de tenir un contingut baix de Si, S i P.
El contingut de ferrita en les soldadures d'acer inoxidable resistent a la calor-no ha de superar el 5%. Per als acers inoxidables austenítics amb continguts de Cr i Ni superiors al 20%, s'han d'utilitzar filferro de soldadura d'alt-manganès (6%–8%) i flux bàsic o neutre; això evita la recollida de silici a la soldadura i millora la resistència a les esquerdes.
Els fluxos dissenyats específicament per a l'acer inoxidable austenític donen lloc a una captació mínima de silici i poden transferir elements d'aliatge a la soldadura per compensar les pèrdues de combustió-, complint així els requisits de propietats de soldadura i composició química.
