CÓMO SOLDAR aceros inoxidables dúplex
Cómo soldar aceros acer os inoxidables dúplex Los aceros inoxidables austenítico-ferríticos, normalmente denominados aceros dúplex, combinan muchas de las excelentes propiedades pr opiedades de los aceros austeníticos y de los aceros ferríticos. Aplicaciones
El elevado contenido de cromo en combinación con nitrógeno y, a menudo, también con molibdeno, confiere a los aceros dúplex una resistencia superior a la corrosión por picadura y a la corrosión por fisuras. La estructura dúplex proporciona además una elevada resistencia mecánica que combinada con la resistencia a la corrosión, permite una excelente resistencia a la corrosión bajo solicitaciones de tensión. Gracias a esta excepcional combinación de resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, los aceros dúplex poseen múltiples usos, desde depósitos para fluidos corrosivos hasta componentes estructurales, cargueros químicos y aplicaciones en alta mar. Los aceros dúplex se utilizan fundamentalmente con temperaturas de trabajo que oscilan entre –40 y +250º C. La soldabilidad de los aceros dúplex es buena y se pueden utilizar todos los métodos comunes de soldadura.
Outokumpu
EN
ASTM
1.4162
S32101
2304
1.4362
S32304
2205
1.4462
S32205/31803
1.4410
S32750
LDX 2101
SAF 2507
®
®
• • • • • • • • • •
Intercambiadores Intercambiadores de calor calor Calentadores de agua Recipientes a presión presión Depósitos de almacenaje almacenaje Rotores, hélices, ejes Digestores y otros otros equipos de producción de pulpa y papel Tanques de carga en cargueros químicos Plantas de de desalinización desalinización Purificadores de gases de combustión combustión Sistemas con con agua marina
Composiciones químicas
La Tabla 1 muestra las composiciones químicas (metales de base y metales metales de de aportación) aportación) de algunos algunos aceros aceros dúplex. dúplex. Los metales de aportación correspondientes se utilizan para soldar. También se pueden normalmente usar consumibles con mayor contenido de aleación. Por ejemplo, LDX 2101, 2304 y 2205 se pueden soldar con 2507/P100.
SAF 2507 es una marca registrada de Sandvik AB
Tabla 1. Composiciones químicas – metales de base y de aportación ap ortación 1)
Chapa
®
LDX 2101 2304 2205 SAF 2507™
MMA LDX 2101 2304 2205 2507/P100 Hilo2) LDX 2101 2304 2205 2507/P100 FCW LDX 2101 2304 2205 1)
EN
ASTM/AWS
C
N
Cr
Ni
Mo
Otros
1.4162 1.4362 1.4462 1.4410
S32101 S32304 S32205 S32750
0,03 0,02 0,02 0,02
0,22 0,10 0,17 0,27
21 23 22 25
1,5 4,8 5,7 7,0
0,3 0,3 3,1 4,0
5 Mn
EN 1600
A5.4
– – 22 9 3 N L R 25 9 4 N L R
– – E2209 E2594
0,04 0,02 0,02 0,03
0,14 0,12 0,15 0,23
23,5 24,5 23,0 25,5
7,0 9,0 9,5 10,0
0,3 <0,3 3,0 3,6
EN 12072
A5.9
– – 22 9 3 N L 25 9 4 N L
– – ER2209 ER2594
0,02 0,02 0,02 0,02
0,14 0,14 0,17 0,25
23,0 23,5 23,0 25,0
7,0 7,0 8,5 9,5
<0,5 <0,5 3,1 4,0
EN 12073
A5.22
– – 22 9 3 N L
– – E2209
0,03 0,03 0,03
0,14 0,14 0,13
24,0 24,0 22,7
9,0 9,0 9,0
0,2 0,7 3,2
Chapa laminada en caliente, chapa laminada en frío, barras, tuberías, accesorios y bridas Hilo SAW (soldadura (soldadura por arco sumergido), sumergido), MIG (metal inert inert gas) y TIG (tungsten inert gas)
2)
2
Figura 4: Microestructura de una soldadura en 2205 – transición entre chapa y soldadura
Microestructura
La composición química de los aceros dúplex está equili brada para garantizar que, en estados de recocido de disolución, presenten una estructura con cantidades aproximadamente iguales de ferrita y austenita. Los aceros dúplex se solidifican inicialmente con una estructura completamente ferrítica. A continuación pasan por una transformación de fase en la cual la austenita primaria y secundaria crece en los bordes del grano de ferrita. La cantidad de austenita depende en gran medida de la composición y de la velocidad de enfriamiento. En la producción de chapas, bobinas, tuberías, etc., se puede utilizar un tratamiento térmico controlado para obtener un equilibrio del 50% de austenita y ferrita. Sin embargo, al soldar, las condiciones de enfriamiento no son tan buenas. En este caso, el enfriamiento es a menudo muy rápido y, en consecuencia, queda poco tiempo para que se forme la austenita. Por consiguiente, para proporcionar una estructura equilibrada, los metales de aportación siempre están sobre aleados con níquel. Este metal tiene una fuerte acción estabilizadora de la austenita. El nitrógeno es otro elemento estabilizador de la austenita y tiene una gran importancia en la re-formación de austenita. No obstante, las variaciones de entre 20 y 70% de ferrita son normales. Las soldaduras con este contenido de ferrita tienen buenas propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. La Figura 1 muestra la línea de fusión en una unión soldada de 2205. Soldar con un metal de aportación “equivocado” (p.ej. “análisis de chapa”), con poco metal de aportación (p.ej. poca separación de bordes / sin separación de bordes) o sin metal de aportación puede provocar un contenido de ferrita por encima del 70%. Esto conlleva el riesgo de una menor ductilidad y una resistencia reducida a la corrosión.
4
Cuando los aceros dúplex están sometidos a temperaturas desde 350º C hasta alrededor de 950º C, se forman precipitados secundarios. Las fases intermetálicas, p.ej. la fase sigma, se forman en el rango de temperaturas entre 600–950º C. La ferrita se re-forma entre 350 y 525º C (fragilización a 475º C). La re-formación de ferrita puede tener un efecto de fragilización y un impacto negativo en la resistencia a la corrosión. Por lo tanto, se debe evitar la exposición innecesaria a estas temperaturas. En la soldadura normal, el tiempo de exposición a estas temperaturas es relativamente corto. Sin embargo, existe un riesgo evidente si el metal es sometido a un tratamiento térmico posterior. La Tabla 3 muestra los tratamientos térmicos recomendados. A cualquier otra temperatura distinta a las mencionadas en la tabla, los resultados del revenido para aliviar tensiones producen una menor ductilidad y una reducción de la resistencia a la corrosión y, por lo tanto, se deberán evitar.
Propiedades mecánicas
Los aceros dúplex se caracterizan por su gran resistencia. La Tabla 2 muestra las propiedades mecánicas normales de metales de base y de aportación (metal puro de soldadura). La alta resistencia a la tracción también significa que las propiedades de fatiga son muy buenas. No obstante, la resistencia a la fatiga depende en gran medida de la forma de la pieza. Las propiedades de fatiga de las uniones soldadas son también claramente inferiores. El método de soldadura y el tipo de unión son de gran importancia. Por ejemplo, una unión con soldadura TIG tiene propiedades considerablemente mejores que una realizada con electrodos recubiertos. Debido a que su ductilidad es inferior a la de los aceros austeníticos; los aceros dúplex no son aptos para utilizar a bajas temperaturas (< –40º C).
Propiedades de corrosión
Los aceros dúplex ofrecen una amplia variedad de propiedades de corrosión. El elevado contenido de cromo permite que la resistencia a la corrosión sea generalmente muy buena en la mayoría de los ambientes. Esto se aplica tanto a la corrosión por picadura como por fisuras. La gran resistencia mecánica implica también que la resistencia a la corrosión bajo tensión sea muy buena. Debido al bajo contenido de carbono, la corrosión intergranular rara vez supone un problema. En términos generales, la resistencia a la corrosión aumenta con el incremento del contenido de níquel, cromo y nitrógeno. Esto se refleja en la “clasificación de resistencia” de los aceros dúplex: LDX 2101; 2304; 2205; SAF 2507. En el Diagrama 1 se muestra la resistencia a la corrosión por picadura. En general, la resistencia a la corrosión de una unión soldada es ligeramente inferior a la del metal base. Esto se debe sobre todo al ciclo de temperatura al que se ha sometido la soldadura y la zona afectada por el calor (HAZ, heat affected zone), a la forma de la superficie soldada y a los contaminantes y a los defectos generados al soldar. Para obtener la mejor resistencia posible a la corrosión, las superficies de la soldadura y de la chapa deben estar limpias y lisas. Después de soldar, se debe decapar tanto el metal de soldadura como la zona afectada por el calor (HAZ). Véase también las secciones “Limpieza previa a la soldadura” y “Limpieza posterior a la soldadura”.
El manual de corrosión publicado por Outokumpu proporciona información detallada sobre las propiedades de corrosión de los aceros dúplex.
CP T (°C) 100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0 4404
LDX 2101
Metal base
2304
2205
SAF 2507 254 SMO
Unión soldada
Diagrama 1: Temperaturas críticas habituales de corrosión por picadura (CPT) según ASTM G150 – metal base y soldadura, unión TIG cepillada y decapada
Tabla 2: Propiedades mecánicas Clases de acero
Valor mín.1) P H
C
Valores normales (metal de soldadura puro) MMA MIG TIG SAW2) FCAW
450 650 30
480 680 30
530 700 30
640 800 25
520 710 30
550 730 30
570 750 25
580 760 25
60 27
– –
– –
45 28
150 110
180 180
140 60
63 45
400 630 25
400 600 20
450 650 20
640 780 23
520 710 30
550 730 30
480 650 25
580 760 25
60 40
– –
– –
40 25
150 110
180 180
100 –
50 40
460 640 25
460 700 25
500 700 20
620 810 25
550 770 30
610 805 31
590 800 29
600 800 27
60 40
– –
– –
45 35
150 110
200 170
100 70
60 40
530 730 20
530 750 20
550 750 20
700 900 26
570 830 29
660 860 28
650 870 26
– – –
60 40
– –
– –
80 55
140 –
190 170
80 –
– –
LDX 2101 Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) Elongación A5 (%) Resist. impacto (J) +20°C –40°C
2304 Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) Elongación A5 (%) Resist. impacto (J) +20°C –40°C
2205 Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) Elongación A5 (%) Resist. impacto (J) +20°C –40°C
SAF 2507 Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) Elongación A5 (%) Resist. impacto (J) +20°C –40°C 1) 2)
Chapa laminada en caliente, chapa laminada en frío, barras, tuberías, accesorios y bridas Soldado con Avesta Flux 805
5
Tabla 3: Tratamientos térmicos recomendados LDX 2101 Conformado en caliente (°C)
2304
2205
900–1100
900–1100
950–1150
1025–1200
Tratamiento térmico de disolución (°C)
1020–1080
950–1050
1020–1100
1040–1120
Revenido de alivio de tensiones (°C)
1020–1080
950–1050
1020–1100
1040–1120
Conformado
El conformado en caliente, si fuese requerido, se debe
efectuar con las temperaturas indicadas en la Tabla 3. Los aceros dúplex tienden a la precipitación cuando están sujetos a temperaturas por debajo de aprox. 900º C. La precipitación conlleva un descenso tanto de la ductilidad como de la resistencia a la corrosión. Para reducir la cantidad de precipitados, la pieza de trabajo se debe someter a un tratamiento térmico de disolución después del conformado en caliente. Los aceros dúplex se ablandan considerablemente a temperaturas altas. Esto se debe tener en cuenta durante la manipulación y la preparación de herramientas y el posicionamiento previos al tratamiento térmico. El conformado en frío de los aceros dúplex se puede realizar
con métodos convencionales. Sin embargo, debido a su gran resistencia mecánica, las operaciones como embutición profunda, conformado por estirado y torneado son más difíciles que con aceros austeníticos.
El mecanizado de aceros dúplex (exceptuando LDX 2101) es
ligeramente más difícil que con los aceros austeníticos, debido a su dureza. Las herramientas de acero de corte rápido suelen ser más eficaces que las herramientas de cerámica.
Métodos de soldadura
Para soldar los aceros dúplex se pueden utilizar todos los métodos convencionales de soldadura como MMA (electrodos recubiertos), MIG/MAG, TIG, SAW, FCAW, plasma y láser. Sólo está permitido soldar sin metal de aportación cuando exista la posibilidad de un tratamiento térmico posterior (tratamiento térmico de disolución). Si no se efectúa el tratamiento térmico, hay un gran riesgo de que el contenido de ferrita en el metal de aportación sea demasiado elevado. En consecuencia, la ductilidad y la resistencia a la corrosión serán más bajas. La elección del método de soldadura normalmente está determinada por las propiedades requeridas, la soldabilidad posicional y la productividad. La soldadura MMA (electrodo recubierto) es particularmente
idónea para soldadura en posición, soldadura por una cara y allí donde el acceso esté limitado. Avesta Welding tiene una gama muy amplia de electrodos revestidos para aceros dúplex: LDX 2101-3D 2304-3D 2205-2D 2205-3D 2205-4D 2205 Básico 2507/P100 Rutilo 2507/P100-4D
6
SAF 2507
Para todos los productos, el mejor resultado lo proporciona la corriente continua (DC+). No obstante, todos los electrodos rutilo-ácido también pueden ser utilizados con corriente alterna. No obstante, la soldabilidad es claramente inferior si se compara con la corriente continua. Para soldar se debe utilizar un arco corto dado que aporta mayor estabilidad y reduce el riesgo de captar nitrógeno. Esto último podría provocar la formación de poros y aumentar la oxidación de la superficie. La soldadura MIG (en realidad se efectúa frecuentemente
una soldadura MAG con un componente activo en el gas protector) es un método especialmente bueno para soldar chapa metálica de hasta aprox. 6 mm de espesor. La soldadura normalmente se hace por ambos lados, pero la chapa metálica (< 4 mm) se puede soldar por un lado solo utilizando un soporte cerámico. Para soldar normalmente se utiliza un arco spray o arco pulsado. La ventaja de la soldadura con arco spray es la mayor velocidad de deposición. Sin embargo, debido a que el baño de fusión es relativamente grande, las posibilidades de soldadura en posición son limitadas. La transferencia de gota es considerablemente más lenta y más controlada con el arco pulsado. Por lo tanto la adecuación para la soldadura en posición, especialmente en vertical hacia abajo, es muy elevada. Dado que la estabilidad del arco spray es relativamente baja, el arco pulsado es particularmente importante al soldar acero súper dúplex, SAF 2507. El método MIG está especialmente indicado para la soldadura robotizada o automática en toda posición. La soldadura TIG normalmente se utiliza para piezas de
poco espesor (de hasta aprox. 4 mm). Es muy común para soldar uniones de tuberías. El método también es particularmente apto para soldar pasadas de raíz en una cara (con y sin soporte de raíz) Los cordones posteriores pueden ser soldados a continuación utilizando un método con una mayor velocidad de deposición SAW, la soldadura por
arco sumergido, es de uso generalizado con aceros dúplex. Su alta productividad y magníficos acabados son un gran punto a su favor. Además, el entorno de trabajo SAW es notablemente mejor que el de otros métodos. Tanto la generación de humo como la radiación son mínimas. Las desventajas de SAW son que está limitada a la posición horizontal y que el aporte de calor es relativamente grande. En consecuencia, las piezas pequeñas presentan pro blemas. Para SAW se debe utilizar un fundente aglomerado, p.ej. Avesta 805.
Toda posición Toda posición Alto rendimiento FCAW la soldadura con hilo tubular, es apta para espesores Toda posición de material superiores a aprox. 2,5 mm. La escoria que Soldadura en posición Requisitos alta resistencia al impacto se forma permite que la soldabilidad posicional sea muy buena. Al utilizar FCW (hilo tubular), el arco y el baño de Toda posición fusión están protegidos tanto por la escoria como por el Soldadura en posición gas protector. La transferencia de gotas es uniforme y los acabados son extremamente lisos y finos.
Figura 2: Soldando con FCW 2205
FCAW es muy conveniente para la soldadura por una cara contra soporte cerámico. Esto es rápido y eficaz. Además, las propiedades de la superficie del lado de la pasada de raíz son muy buenas. Para mejores resultados, el cordón de raíz debería soldarse utilizando una intensidad de corriente ligeramente menor. El hilo tubular está disponible como LDX 2101, 2304 y 2205, en las variantes siguientes:
FCW-2D LDX 2101 FCW-2D 2304 FCW-2D 2205 FCW 2205-PW
Soldadura en posiciones plana y horizontal-vertical Soldadura en posiciones plana y horizontal-vertical Soldadura en posiciones plana y horizontal-vertical y contra un soporte cerámico en toda posición Soldadura en posición
Tabla 4: Ejemplo de parámetros de soldadura para diferentes tipos de uniones Método
1)
Metal de aportación
Diám. (mm)
Posición EN/ASTM
Cordón 1)
Raíz Recub
Corriente (A)
Voltaje (V)
Velocidad (cm/min)
50– 60 80– 95
20–22 23–25
4– 6 7– 9
MMA
2205
2,50 3,25
PF (3G)
MMA
2507/P100
4,00
PA (1G)
125–135
24–26
15–25
MIG
2205
1,20
PA (1G)
180–200
28–30
30–40
TIG
2205
1,60
H-L 045 (6G)
Raíz
45– 50
9–10
3– 5
TIG FCAW
2205
2,40 1,20
PA (1G)
Raíz Recub
100–120 190–210
16–18 28–30
5– 8 17–22
UP
2205
3,20
PA (1G)
400–450
30–32
40–50
UP
2507/P100
2,40
PA (1G)
350–400
28–30
40–50
FCAW
2205
1,20
PA (1G)
Raíz1) Recub
135–145 200–220
24–26 28–30
20–25 30–45
FCAW
2205-PW
1,20
PF (3G)
Raíz Recub
140–150 160–180
23–25 24–26
8–12 9–13
FCAW
LDX 2101
1,20
PA (1G)
Raíz Recub
170–190 200–220
26–28 27–29
30–40 30–45
Una cara
7
Las soldaduras con láser, láser híbrido y plasma son méto-
Gases de protección
dos altamente productivos, muy indicados para los aceros La soldadura MIG de aceros dúplex es posible utilizando dúplex. Sin embargo, tal y como se ha mencionado anterior- los gases protectores convencionales empleados en aceros mente, si no se utiliza metal de aportación la pieza se debe inoxidables. Normalmente se utiliza argón añadiendo un someter a un tratamiento térmico después de soldar. 2% de O2 o 2–3% de CO2. Ambos actúan como estabilizadoEl láser híbrido es un método especialmente interesante. res de arco. Es conveniente añadir aprox. 30% de helio ya Combina el procedimiento de ojo de cerradura (láser) con la que incrementa la energía del arco que, a su vez, incrementa soldadura por arco (MIG/MAG, TIG o plasma). El método la fluidez del baño de fusión y permite mayores velocidades asegura un proceso de alta productividad que, gracias al de soldadura. metal de aportación y al bajo aporte de calor, preserva las Se han obtenido muy buenos resultados al utilizar arco propiedades metalúrgicas. pulsado con un gas de cuatro componentes (Ar + 30% He + En la actualidad, la soldadura por láser híbrido se suele rea- 2,5% CO2 + 0,03% NO). lizar utilizando un láser de CO2 o un láser Nd:YAG. Aparte La estabilidad del arco varía considerablemente entre los de su penetración, considerablemente mejor, la soldadura de diferentes tipos de arco, clases de acero e incluso entre difechapas finas por láser híbrido tiene mucho en común con la rentes máquinas de soldar. La Tabla 5 muestra recomendahabitual soldadura MIG/MAG. La profundidad de penetra- ciones generales para la soldadura MIG de varias clases de ción está determinada esencialmente por la capacidad del dúplex. rayo láser de crear un ojo de cerradura. El ancho depende La soldadura TIG normalmente se efectúa con argón puro del calor transferido por el arco. como gas protector. La resistencia a la corrosión, en concreto Hay dos variantes de soldadura con láser híbrido, el láser por picadura, se puede incrementar considerablemente “de entrada” y el láser “de salida”. Independientemente de añadiendo hasta un 2% de nitrógeno. Sin embargo, el riesgo que se elija uno u otro, es importante que el arco y el rayo de poros aumenta con el mayor contenido de nitrógeno, por láser estén suficientemente cerca uno del otro, para trabajar lo cual éste no debería exceder del 2%. en el mismo baño de fusión. Para una mejor estabilidad de Si se añade aprox. un 30% de helio, la energía del arco auproceso en la soldadura con láser híbrido “de entrada”, el menta notablemente permitiendo un incremento consideraángulo de la boquilla MIG/MAG debería ser lo más pequeño posible (p.ej. boquilla en posición vertical). El arco en ble (20–30%) de la velocidad de soldadura. En la soldadura de aceros dúplex, no es recomendable añadir hidrógeno. la posición delantera permite que el material de aportación llene cualquier hueco. Esto significa que el rayo láser crea un Esto puede causar la fragilización por hidrógeno en combinación con el elevado contenido de ferrita (más del 70%),. ojo de cerradura en un baño de soldadura estable. El resulLos cordones de raíz en una cara se deben soldar con un tado es una soldadura uniforme con buena penetración. gas envolvente que suele ser el mismo que el gas de proEn el proceso láser MIG/MAG, los parámetros siguientes tección. No obstante, el gas Formier, mezcla de hidrógeno se han determinado como importantes: Ángulo de la antornitrógeno (90% N2 + 10% H2) es una buena alternativa que cha, excentricidad, extensión del hilo fuera de la antorcha, al mismo tiempo proporciona una excelente protección de distancia de trabajo y longitud focal. El efecto del ángulo raíz y además es más barata que el argón puro. No se ha de antorcha es muy similar al de la soldadura MIG/MAG constatado ningún efecto negativo puesto que en el metal convencional. de aportación sólo penetra una cantidad insignificante de Los arcos spray y pulsados se pueden utilizar de forma hidrógeno. Se debería utilizar también un gas de protección eficaz. Sin embargo, debido a que no hay estabilización del al puntear todo el recorrido hasta que el grosor de la soldaarco, no se debe utilizar un arco corto en la soldadura láser dura sea de por lo menos 8 mm. MIG/MAG. FCAW se efectúa preferentemente utilizando argón con un
Tabla 5: Gases de protección para soldadura MIG, TIG, FCAW, plasma y láser
1)
Método
Calidades
Gases de protección
MIG
LDX 2101, 2304, 2205
1. Ar+30%He+1–3%CO 2 2. Ar+1–2%O2 o Ar+2–3%CO2
2507/P100
1. Ar+30%He+1–3%CO2 2. Ar 3. Ar+30%He+1–2%N 2+1–2%CO2
TIG
LDX 2101, 2304, 2205, 2507/P100
1. Ar+2%N2+10–30%He 2. Ar
FCAW
LDX 2101, 2304, 2205
1. Ar+16–25%CO 2 2. 100% CO2
Plasma
LDX 2101, 2304, 2205, 2507/P100
1. Ar 1) 2. Ar+20–30%He+1–2%N21)
Láser
LDX 2101, 2304, 2205, 2507/P100
1. Ar
También como gas plasma
8
añadido del 16–25% de dióxido de carbono como gas protector. También es posible soldar con dióxido de carbono puro, pero la estabilidad del arco y el control del baño de soldadura son notablemente más pobres. Sin embargo, comparado con un gas mixto, una de las ventajas es que la penetración es ligeramente mejor. También en comparación con un gas mixto, el voltaje se debería aumentar en 2–3 voltios al soldar con dióxido de carbono puro. Así se evita que el a rco sea demasiado corto. La soldadura con plasma normalmente utiliza argón puro,
o argón añadiendo el 20–30% de helio, tanto como plasma y como gas protector. Al igual que con la soldadura TIG, el añadido de un 2–3% de nitrógeno tiene un efecto positivo para la resistencia a la corrosión. Se debería evitar añadir hidrógeno. La soldadura con láser se puede efectuar
con argón puro, nitrógeno, helio o mezclas de estos gases. Para garantizar soldaduras de alta calidad al utilizar un láser de CO2 o un láser Nd:YAG, se requiere un gas protector.
Debido a que la interacción entre el rayo y el gas protector causa una transferencia de calor a la pieza, la elección del gas protector es esencial para la soldadura con láser de CO2. Los gases protectores normales son argón puro o, cuando se utilizan altas potencias de láser (1,5–2,0 kW), helio. Como hay poca o ninguna interacción entre los gases protectores y la longitud de onda del láser Nd:YAG, normalmente se utiliza argón, que es relativamente barato La soldadura de láser híbrido con un láser de CO2 ha
demostrado que el gas protector no necesita ser helio puro. Es suficiente añadir un mínimo del 30% de helio a través de la boquilla MIG/MAG. Para la soldadura de láser híbrido Nd:YAG, es conveniente utilizar una mezcla de Ar + 30–35% He + 2–5% CO2. La mezcla se añade a través de la boquilla MIG/MAG. El añadido de helio mejora la estabilidad de proceso y proporciona soldaduras uniformes
Preparación de bordes
Al soldar aceros inoxidables, la preparación meticulosa de los bordes y la elección correcta del tipo de junta son importantes para obtener buenos resultados Esto se aplica aún más a los aceros dúplex.
Debido a la penetración y fluidez ligeramente más pobre del baño de fusión (comparado con aceros austeníticos estándar), la unión se debe diseñar correctamente para facilitar una penetración plena sin el riesgo de perforación en la soldadura. El ángulo del chaflán debe ser lo suficientemente abierto como para permitir al soldador un control pleno del arco, del baño de fusión y de la escoria. Se recomienda un ángulo de chaflán de aprox. 35º (o sea algo más grande que para aceros austeníticos) para la soldadura manual. Recomendaciones generales: • Se puede utilizar eficazmente una unión en X para groso res de chapa superiores a aprox. 15 mm. • Para grosores de chapa superiores a aprox. 30 mm, con viene una unión en doble U. • En soldadura por una cara, se recomienda una separación de bordes de 2–3 mm y un borde recto de aprox. 0–1 mm. Para soldadura por ambos lados, el borde recto se puede aumentar a 1,5–2 mm. • Al soldar contra un soporte cerámico, se debería utilizar una separación de bordes mayor, de 4–6 mm.
La Figura 3 muestra algunos tipos de uniones comunes Tipo de unión 1 Unión I, t < 2,5 mm D = 1,0–2,0 mm Una cara, con o sin soporte reverso
D
Unión I, t < 4,0 mm D = 2,0–2,5 mm Ambos lados, sin soporte reverso pero con desbarbado de raíz
Tipo de unión 2
Unión V, t = 4–16 mm α = 60°–70° C = 0,5–1,5 mm D = 2,0–4,0 mm (4–6 mm contra un soporte) Una cara, con o sin soporte en el reverso
C D
Unión V, t = 4–16 mm α = 60°–70° C = 2,0–2,5 mm D = 2,5–3,5 mm Ambos lados, sin soporte reverso pero con desbarbado de raíz
Tipo de unión 3
Unión X, t = 14–30 mm α = 80°–90° C = 3–8 mm (2507/2101: 3–4 mm) Soldadura por ambos lados, sin separación de bordes pero con desbarbado de raíz
2. Unión V (t > 4 mm) para: Soldadura MMA y TIG una cara y por ambos lados, así como MIG y FCAW por ambos lados. Con FCAW también es posible la soldadura unilateral, pero entonces se debe utilizar un soporte cerámico.
3. Unión V para SAW. Se debe desbarbar con precisión el cordón de raíz para que sea posible la penetración completa.
Unión V, t = 8–16 mm α = 80°–90° C = 3–6 mm Soldadura por ambos lados, sin separación de bordes pero con desbarbado de raíz
Tipo de unión 4
1. Unión I para: MMA, TIG y PAW una cara; así como soldadura por ambos lados utilizando los mismos métodos, más MIG y FCAW. Con TIG una cara y soldadura con plasma se debe utilizar una protección adecuada de la raíz.
C
C
4. En SAW se recomienda una unión X cuando el grosor de chapa exceda los 16 mm. Para obtener la mejor penetración al soldar 2205 y 2304, el borde recto se puede aumentar hasta 8 mm. En este caso la antorcha se debe inclinar ligeramente (alrededor de 15º) en la dirección de la soldadura. De esta manera se pueden soldar grosores de hasta 20 mm con sólo dos cordones. Sin embargo, para LDX 2101 y SAF 2507, el borde recto no debería exceder 4 mm.
9
5. Preparación de bordes para uniones de tuberías. La soldadura se realiza de forma más adecuada utilizando TIG o MMA para el cordón de raíz. Para productividad incrementada se puede usar FCAW.
Tipo de unión 5 Unión V, t = 4–16 mm α = 50° C = 1,0–2,0 mm D = 2,0–3,0 mm Una cara, sin soporte en el reverso
C D
Tipo de unión 5 Media unión V, t = 14–30mm α = 50° C = 1,5–2,5 mm D = 2,0–3,0 mm ( 4–6 mm contra un soporte) Una cara, con o sin soporte en el reverso
t2
C
D t1
Tipo de unión 7 Unión U, t > 20 mm α= 10° R = 8 mm C = 2,0–2,5 mm D = 2,0–2,5 mm (4–6 mm contra un soporte) Soldadura por ambos lados, sin soporte en el reverso pero con desbarbado de raíz
t
R C D
6. Media unión en V con perforación completa. en la soldadura. Cuando esmerilar la pasada de raíz presenta dificultades, se debería soldar con soldadura TIG o MMA por una cara o, de forma alternativa, como FCAW contra un soporte cerámico. En este tipo de unión la distancia entre puntos de soldadura no debería superar los 150 mm. Se hace de tal forma que la contracción no impida la perforación completa en la solda dura. 7. La unión simple en U para la soldadura de secciones con gran grosor (t > 30 mm). La unión se puede realizar de forma eficaz como una unión doble en U simétrica o asi métrica. La soldadura de raíz está especialmen te indicada con soldadura TIG o MMA seguida por ejemplo de FCAW o SAW.
Limpieza previa a la soldadura
Para garantizar la soldabilidad y reducir la necesidad de limpieza posterior a la soldadura, antes de proceder a soldar se deben limpiar en profundidad todas las superficies de unión y las superficies adyacentes. Deberá eliminarse la suciedad, el aceite y la grasa utilizando un limpiador como por ejemplo Avesta Cleaner. Todos los bordes desiguales se deben eliminar completamente esmerilando con suavidad. Los óxidos, pinturas y capas de imprimación se eliminarán no sólo en la unión sino también a 50 mm de los bordes de las uniones.
Soldadura por puntos
Una soldadura de precisión por puntos resulta especialmente importante para que la contracción durante la soldadura no impida la perforación completa en la soldadura. Para grosores de metal hasta 6 mm, la longitud de los puntos de soldadura debería ser de 10 a 15 mm y dicha longitud debería incrementarse de 20 a 25 mm para piezas más gruesas. Una distancia adecuada entre puntos es de 150 a 200 mm. En la soldadura por una cara, todos los puntos a unir deben ser esmerilados antes de proceder a la soldadura. En soldaduras por ambos lados es suficiente con desbarbar el comienzo y el final del punto. Una alternativa habitual en la soldadura por una cara es el uso de bridas o piezas de separación (véase figura 4). Estas se deberán elaborar en acero inoxidable y soldar por puntos con ese material. Tenga en cuenta que la anchura de apertura debe ser constante a lo largo de toda la unión.
Figura 4: Soldadura por puntos de una tubería de gran espesor utilizando piezas de separación.
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“Marchas y paradas” – Encendido y apagado del arco
Es muy importante utilizar la técnica correcta al encender y apagar el arco. Con respecto a las propiedades metalúrgicas, mecánicas y de corrosión, cada inicio y parada constituye un aspecto “crítico”. Para evitar marcas de encendido, el arco siempre debe ser cebado abajo en la unión. Si a pesar de esto se producen marcas de cebado, deben ser reparadas cuidadosamente esmerilando y puliendo o, en el peor de los casos, con soldadura de reparación. En la soldadura MMA, el arco se debe apagar cuidadosamente haciendo primero varios movimientos circulares en el centro del baño de fusión. A continuación se debe mover el electrodo lentamente 10 mm hacia atrás a través del baño de fusión antes de levantarlo suavemente. Si este procedimiento se efectuara demasiado rápido, se podrían producir grietas en cráter e inclusiones de escoria. Las modernas fuentes de corriente para soldadura MIG y TIG suelen tener la denominada función de llenado de cráter que permite paradas suaves y controladas. Para eliminar las grietas en cráter y la inclusión de escoria, cada inicio y parada se debe esmerilar cuidadosamente con un disco de desbarbar adecuado.
Planificación de la secuencia de soldadura
La soldadura por las dos caras siempre se preferirá a la soldadura por una cara dado que hace innecesaria la perforación en la soldadura. Para asegurar la perforación completa en el último cordón, el lado de raíz se debe esmerilar hasta metal limpio. Una herramienta adecuada podría ser un disco de desbarbado que no exceda los 2 mm de ancho. En los casos en que resulte difícil determinar si el esmerilado ha alcanzado el primer cordón, se puede efectuar un ensayo de penetración. Para la soldadura MMA bilateral, se pueden utilizar desde el principio electrodos con un diámetro de 3,25 hasta 4,00 mm. Para la soldadura unilateral, lo más simple es realizarla contra un soporte de raíz. Los cordones de raíz unilaterales se sueldan adecuadamente con un electrodo de 2,50 mm de diámetro. Luego la unión se llena utilizando electrodos de 3,25, 4,00 o 5,00 mm. La elección del diámetro de electrodo está determinada por la posición de soldadura. En algunos casos (p.ej. uniones de tubos) se requiere una soldadura
Figura 5: Cordón de raíz TIG unilateral
unilateral sin soporte de raíz. La manera más sencilla de hacerlo es con soldadura MMA o TIG con diámetros de electrodo de 2,50 mm y 1,60–2,40 mm respectivamente. Como ya se ha mencionado, para la soldadura TIG se debe utilizar un gas de protección. La soldadura unilateral sin soporte de raíz presenta los más estrictos requisitos de preparación de bordes uniformes. La Figura 5 muestra un cordón de raíz TIG ejecutado correctamente. Los cordones de raíz deben cumplir tres requisitos importantes:
• Metalurgia y estructura correctas (separación correcta de bordes para asegurar una cantidad suficiente de material de aportación). • Geometría correcta (sin concavidad, erosión interna o falta de fusión). • La mejor productividad posible (siempre en relación con la soldabilidad). Los cordones de aportación deben ser depositados con la máxima productividad posible. Al mismo tiempo se deben conservar las propiedades estructurales y mecánicas. En muchos casos, las pasadas de aportación utilizan el mismo metal de aportación que en las pasadas de raíz. Por lo tanto los métodos de soldadura de alta productividad pueden ser económicos para el llenado de uniones. Varias elecciones comunes son: • Pasada de raíz TIG + pasadas de aportación MMA, MIG o SAW • Pasada de raíz MMA + pasadas de aportación SAW o FCAW En términos generales, la soldadura se efectúa con el mayor aporte térmico posible que sea consistente con la conservación de propiedades y la soldabilidad. Es importante la inspección visual entre las pasadas. Los residuos de escoria y óxidos de soldadura se quitan antes de aplicar la capa siguiente. De lo contrario siempre hay el riesgo de pasar por alto inclusiones de escoria. Se debe utilizar un disco de desbarbado adecuado. Para evitar dañar las superficies adyacentes, el desbarbado se debe hacer con cuidado. La Figura 6 muestra marcas perjudiciales del desbarbado.
Figura 6: Marcas de desbarbado
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El cordón de cobertura se utiliza fundamentalmente para
otorgar a la soldadura una buena protección contra la corrosión. Además de la estructura, aquí también juega un papel importante la geometría de la superficie. La erosión interna, las irregularidades, las bóvedas altas, las separaciones, etc., pueden tener un efecto negativo en la resistencia a la corrosión. Las consideraciones estéticas suelen tener también gran importancia. Al utilizar métodos de soldadura con formación de escoria, se deben limpiar todos los residuos de escoria en los refuerzos de soldadura.
Técnicas de soldadura
En la posición plana no debería darse un zigzagueo (“weaving”) importante. Sin embargo, en la posición vertical hacia arriba, son convenientes los zigzagueos de hasta 20 mm. Para tener un mejor control del arco y del baño de fusión, la soldadura normalmente se realiza con un ángulo de antorcha o electrodo de aprox. 10º alejado de la dirección de soldadura, es decir “de retroceso”. En la soldadura con arco sumergido, normalmente la antorcha no está en ángulo. Un ángulo de antorcha de 10–15º en la dirección de soldadura (es decir directo, “en dirección de avance”) aumenta la penetración. Esto permite que el borde sin achaflanar sea incrementado hasta aprox. 8 mm. No obstante, dado que LDX 2101 y SAF 2507 son ligeramente más sensibles al aporte de calor necesario, este aumento sólo se debe utilizar para 2205 y 2304. Los soportes suelen ser cerámicos especialmente al usar hilo de soldar. La forma del soporte posterior puede variar según el tipo de unión. Una separación de bordes de 4–6 mm muchas veces proporciona una buena forma del cordón de raíz. Una separación demasiado ancha puede resultar en un cordón de raíz demasiado delgado que, en el peor caso, puede agrietarse debido al grado de embridado. Los soportes cerámicos se utilizan frecuentemente para soldar tanques de carga de acero inoxidable en cargueros químicos. En estos casos, a menudo hay que soldar en posiciones difíciles con poco acceso por ambos lados.
Distorsión
En términos generales, el coeficiente de expansión de los aceros dúplex es inferior al de los aceros austeníticos y sólo ligeramente superior al de los aceros al carbono. En consecuencia, la distorsión al soldar aceros dúplex es algo inferior a la de los aceros austeníticos. Sin embargo, esto no significa que se pueda simplificar la soldadura por puntos.
Precalentamiento
En general los aceros inoxidables (incluyendo los aceros dúplex) no necesitan un precalentamiento antes de soldar. Normalmente la soldadura se hace a temperatura ambiente. Con temperaturas más bajas, se recomienda precalentar hasta un máximo de 50º C. Esto expulsa toda humedad que, de lo contrario, podría provocar la formación de poros. Al soldar acero colado, o cuando la pieza es gruesa o el em bridado es elevado, puede ser conveniente precalentar hasta un máximo de 150º C. Esto se aplica especialmente cuando el método de soldadura tiene un bajo aporte de calor (máx. 0,5 kJ/mm). En estos casos, un método de precalentamiento adecuado es el uso de manta eléctrica o similar. El uso de
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llamas que depositen hollín puede producir acumulaciones locales de carbono. Esto reduce la resistencia a la corrosión intergranular.
Temperatura entre pasadas
La temperatura entre pasadas recomendada para LDX 21 01 es de 150º C. Tanto 2304 como 2205 son ligeramente más tolerantes, pero se deberían soldar por debajo de 200º C. Los aceros súper dúplex como SAF 2507 tienen una estructura mucho más sensible y, dado que el riesgo nocivo de precipitación aumenta fuertemente con temperatura entre pasadas incrementada, no se deberían soldar por encima de 100º C. La conductividad térmica es del mismo tipo que la de aceros austeníticos, o sea considerablemente más baja que en los aceros de baja aleación y al carbono. Esto significa que, comparado con los aceros al carbono, lleva más tiempo alcanzar la correcta temperatura entre pasadas. El enfriamiento se puede acelerar utilizando aire comprimido. Es más conveniente dirigirlo contra el lado posterior de la chapa o al interior del tubo. El aire a presión aplicado directamente contra la unión soldada presenta el riesgo de contaminación. El enfriamiento también se puede acelerar con la soldadura intermitente, utilizando una secuencia de soldadura planificada correctamente. La temperatura entre pasadas debe ser medida y para ello se utiliza algún tipo de termómetro o termoelemento. Los lápices termométricos rara vez ofrecen buenos resultados por lo que se deben evitar.
Aporte de calor
2205 puede ser soldado utilizando un aporte de calor relativamente elevado, sin afectar negativamente a la microestructura y, en consecuencia, a las propiedades. Se han utilizado aportes de calor superiores a 3 kJ/mm sin efectos negativos. El método de soldadura, la radiación, la distorsión y el tamaño del baño de fusión suelen ser los factores de limitación (más que el aporte de calor). LDX 2101, 2304 y, en particular, SAF 2507 deben ser soldados con menos aporte de calor. Recomendaciones generales: 2304 máx. 2,0 kJ/mm 2205 máx. 2,5 kJ/mm LDX 2101, SAF 2507 máx. 1,5 kJ/mm Los aceros dúplex no deberían soldarse con un aporte de calor demasiado bajo. En este caso el nivel de enfriamiento podría ser muy rápido originando un elevado contenido de ferrita (superior al 70%). Esto se aplica especialmente al soldar piezas gruesas. Los aportes teóricos mínimos de calor son de 0,5 kJ/mm para 2304 y 2205 y 0,3 kJ/mm para LDX 2101 y SAF 2507. Especialmente en la soldadura automática, el aporte de calor es fácil de controlar. Aunque siempre es deseable optimizar la productividad incrementando los parámetros de soldadura, el aporte de calor nunca debería exceder el valor recomendado. UxI Aporte de calor = –––––––––– V x 1000
{
UxI –––––––––– = kJ/mm mm/s x 1000
}
U = Voltaje I = Corriente V = velocidad
Figura 7: Una importante aplicación del acero inoxidable dúplex lo constituyen los depósitos de almacenamiento.
13
Figura 8: Avesta BlueOneTM utilizado para decapar con spray un depósito de acero inoxidable.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura
Los aceros inoxidables dúplex normalmente no necesitan un tratamiento térmico post-soldadura. Sin embargo, en algunas situaciones puede ser necesario someter la pieza a un tratamiento térmico de solución o a un revenido aliviando tensiones. El conformado de fondos abombados es un ejemplo. Aquí el conformado se efectúa en etapas con tratamiento térmico intermedio. La Tabla 3 ofrece las temperaturas recomendadas. El tratamiento térmico de los aceros dúplex requiere un control muy preciso tanto del tiempo como de la temperatura. Debe ser efectuado por personal capacitado, con el equipamiento adecuado.
Soldar aceros dúplex a otros metales
Los metales de aportación dúplex o austeníticos como Avesta P5 (309MoL) o Avesta 309L se utilizan para soldar aceros dúplex a aceros al carbono o aceros de baja aleación. Como los metales austeníticos tienen una tenacidad algo superior, Avesta P5 ó 309L puede ser especialmente indicado para soldar piezas con un alto grado de embridado (t > 20 mm). Otra
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alternativa es utilizar Avesta P7, que también proporciona un metal de aportación altamente resistente al agrietamiento. También es posible soldar a otros aceros inoxidables como EN 1.4301 o EN 1.4401. Se puede hacer con un metal de aportación dúplex o con Avesta P5 ó Avesta 309L (sólo aceros inoxidables que no estén aleados con molibdeno). Los aceros totalmente austeníticos y las aleaciones con base de níquel se sueldan adecuadamente utilizando un metal de aportación apropiado para el otro metal, por ejemplo Avesta P12 al soldar 2205 a 254 SMO.
Limpieza posterior a la soldadura
La limpieza post-soldadura es importante para obtener una resistencia a la corrosión plenamente satisfactoria. Está claro que forma parte integral de todo el proceso de soldadura del acero inoxidable. A pesar de esto, la limpieza post-soldadura no siempre se aplica como norma. El método y el alcance de la limpieza están determinados por los requisitos impuestos para la resistencia a la corrosión, la higiene y el aspecto exterior.
En términos generales, un requisito básico es que los defectos, el óxido de soldadura, los contaminantes orgánicos y la contaminación del acero al carbono se deben eliminar de la soldadura y de las superficies del metal base. Esto se puede efectuar mecánicamente, (esmerilando, cepillando, puliendo, chorreando) o químicamente (decapado). Una regla general importante para esmerilar es acabar siempre con un pulido. En caso contrario el riesgo de marcas nocivas de desbarbado es muy elevado. El método demostrado como más fiable es una combinación de limpieza mecánica y química, p.ej. cepillado con un cepillo de acero inoxidable seguido de un decapado. Avesta Finishing Chemicals tiene una gama completa de productos para el decapado de soldaduras de acero inoxida ble. Abarca productos de limpieza, pastas decapantes, sprays decapantes, líquidos decapantes y varios artículos de equipamiento. Los aceros dúplex generalmente son más difíciles de decapar que los aceros austeníticos como 1.4401 (308L) y 1.4404 (316L). Por este motivo, para decapar calidades dúplex se deberían utilizar Avesta BlueOneTM y Avesta Red OneTM, que son productos decapantes comparativamente fuertes.
Para más información consultar www.avestafinishing.com o directamente a Avesta Finishing Chemicals.
Defectos
En general, los aceros dúplex no son más proclives a los defectos que otros aceros inoxidables. Sin embargo, hay varios factores que exigen una atención especial. • El elevado contenido de nitrógeno en aceros dúplex implica una menor penetración. • Comparado con los aceros austeníticos, hay una tendencia ligeramente mayor a la formación de poros. • La estabilidad del arco, la fluidez y el control del arco también son algo más pobres que con los ace ros austeníticos. En consecuencia, para evitar una penetración incompleta, hay una mayor restricción de las inclusiones de escoria y poros, de los márgenes para parámetros de soldadura y de la separación de bordes.
Figura 9: Penetración incompleta, MIG 2205
Figura 10: Inclusiones de escoria, SAW 2205
Figura 11: Poros, FCW LDX 2101
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Este método ofrece resultados muy precisos, pero requiere tiempo y es caro. Por eso el contenido de ferrita normalmente se determina utilizando el llamado “ferritoscopio”, como el Fischer Feritscope ® MP30, o por medio de cálculos basados en la composición química. Hay una serie de métodos de cálculo, p.ej. DeLong y WRC-92. Para los aceros dúplex, el cálculo según WRC-92 proporciona resultados más cercanos a la realidad que los obtenidos con DeLong. La Figura 12 muestra un diagrama WRC 92. Cuando se obtiene por medio de una medición, el contenido de ferrita normalmente se expresa en porcentaje. Cuando se obtiene por medio de un cálculo, normalmente se expresa como número de ferrita (FN). Un campo normal es 20–70 (%/FN).
Soldadura de reparación
Todos los defectos deben ser reparados adecuadamente. Los defectos menores de la superficie, como salpicaduras, escoria y zonas de óxido, son remediados fácilmente con un esmerilado seguido de un pulido, utilizando un disco de malla mínima de 320. Tenga en cuenta que se debe utilizar un disco de desbarbado especial para acero inoxidable. Después del pulido se debe efectuar un decapado convencional. La pasta decapante generalmente es la alternativa más simple. Los defectos nunca deben ser subsanados con revestimiento TIG (refusión utilizando un electrodo TIG). Esto se debe a que el revestimiento TIG tiene el mismo efecto que la soldadura sin metal de aportación, es decir un alto contenido de ferrita. Los defectos importantes y los defectos subyacentes a la superficie requieren un desbarbado mayor con un disco más grueso. Cuando se haya eliminado todo el defecto (lo cual se puede comprobar p.ej. con un ensayo de penetración), la zona desbarbada se debe rellenar utilizando un método adecuado, generalmente soldadura MMA. Se puede emplear un arco de plasma para eliminar defectos profundos debajo de la superficie en piezas gruesas. Debido a la carbonización resultante, no se deberían utilizar arcos de carbono. El problema tanto con el plasma como con los arcos de carbono son las fuertes salpicaduras. Si no se tiene cuidado, esto puede dañar las superficies adyacentes que se deberían proteger utilizando, p.ej., masonita o pintura de carbonato cálcico. Después del ranurado se debe desbarbar la zona antes de poder iniciar la soldadura. La soldadura de reparación se puede realizar por lo menos 5 veces sin un impacto negativo en el metal base.
Soldadura de recargue
Los metales dúplex de aportación se puede utilizar ventajosamente para la soldadura de recargue de aceros al carbono. El recubrimiento dúplex es resistente a la corrosión y tiene una buena resistencia al desgaste. Aunque se pueden utilizar todos los métodos de soldadura, normalmente se da preferencia a los que tienen una mayor velocidad de deposición (SAW, FCAW y MIG). Con 2205 se puede soldar directamente sobre acero al carbono. No obstante, para la primera capa también se pueden utilizar los metales de aportación como 309 ó P5. Esto es algo más económico, especialmente al soldar con 2507/P100. Para la soldadura de recargue debería haber la menor mezcla posible con el metal base. Esto puede ser un problema especial con soldaduras SAW, FCAW y MIG. Los parámetros y la técnica de soldadura son de gran importancia. Cada pase se construye sobre el precedente. El arco nunca debería apuntar hacia el metal base.
Medición del contenido de ferrita
El contenido de ferrita se puede determinar de varias maneras. Uno de ellos es el cómputo de puntos, que es un método estandarizado (ASTM E562).
Equivalente de niquel Ni + 35C + 20N + 0,25Cu 18
20
WRC-1992 22
24
26
28
30
18
18
4
16
0
A
14
N F 2
6
8
0 1
2 1
4 1
8 1
6 1
16
0 2
2 2
6 2
2 4
0 3
AF 2205
8 2
0 4
2507/P100
5 3 5 4
14 0 5 6 0
7 0 8 0
2304,LDX 2101
FA
12
12
9 0
N 0 F 1 0
F
10
18
20
22
10
24
26
28
30
Equivalente de cromo Cr + Mo + 0,7Nb Figura 12: Diagrama WRC-92 para soldadura de consumibles
16
Tabla 6. Ejemplo de composiciones químicas de metales de recubrimiento: Método
1) 2)
Capa final 1)
Base
Capa
Fundente
Composición química, % por peso C Si Mn Cr Ni
Otros
Ferrita FN2) %3)
UP
2205
P54) 2205
1 2
805 805
0,03 0,03
0,7 0,7
1,2 1,2
21,0 22,5
13,0 9,0
Mo 2,3 Mo 2,8
5 35
6 45
MMA
2205
P54)
1
–
0,03
0,8
1,1
21,5
13,0
Mo 2,4
8
8
2205
2
–
0,03
0,8
0,7
22,5
9,5
Mo 2,8
25
35
MMA
2507
P54)
1
–
0,03
0,8
1,1
21,5
13,0
Mo 2,4
8
8
2507/P100
2
–
0,03
0,6
1,3
24,5
10,5
Mo 3,5
25
35
FCAW
2205
FCW-2D P54)
1
–
0,03
0,6
1,4
22,0
12,0
Mo 2,1
15
15
FCW-2D 2205
2
–
0,03
0,7
1,1
22,5
9,5
Mo 3,1
30
40
3)
Ferrita en % utilizando un Fischer Feritscope® MP30 Soldadura también posible con 2205 o 2507/P100
Análisis objetivo de la capa final Ferrita según Schaeffler-DeLong
4)
Cómo soldar aceros dúplex con composiciones similares
Hay una serie de calidades de acero que tienen composiciones similares a las de los aceros dúplex Outokumpu descritos más arriba. A continuación se mencionan algunas recomendaciones.
Tabla 7. Soldar aceros dúplex con composiciones similares Calidas de acero
Metal de Base
ASTM 329
Avesta 2205
AL 2003 (UNS S32003)
Avesta 2205
3RE60 (S31500)
Avesta 3RE60 o 2205
URANUS 35N, SAF 2304 (S32304)
Avesta 2304 o 2205
SAF 2205, URANUS 45N, Remanit 4462,1903SC, AF22, VS22, Falc 223, SM 22Cr, NKCr22
Avesta 2205
SAF 2507, Zeron 100, DP-3W, S32760, URANUS 52N+
Avesta 2507/P100
Inspección y garantía de calidad
Las normas aplicables a los aceros estructurales también se aplican a los aceros inoxidables (incluyendo los dúplex). Algunos de los estándares internacionales más importantes son: • ISO 5817, que presenta las directrices sobre los niveles de aceptación para diferentes defectos en uniones soldadas. • EN 288 y ASMEIX, que describen la autorización de proce dimientos de soldadura. No obstante, los aceros dúplex se utilizan en aplicaciones donde los requisitos de fuerza y corrosión son muy estrictos. Por consiguiente, hay numerosos motivos que exigen extremar los cuidados de principio a fin. Al objeto de lograr la adecuada resistencia a la corrosión se deben eliminar el óxido de soldadura, las salpicaduras, las marcas de cebado y las marcas de desbarbado. Para conseguir una mejor resistencia a la fatiga, la superficie de soldado debe ser lisa y sin bordes afilados. El ensayo no destructivo forma parte integral del examen de uniones soldadas. Los métodos adecuados son la inspección visual, el ensayo de penetración (PT), la prueba radiográfica (RT), la prueba con ultrasonidos (UT) y la medición del contenido de ferrita utilizando un “ferritoscopio”. En las pruebas con ultrasonidos, es importante que las superficies sean lisas y pulidas de tal modo que se detecten claramente defectos como poros y grietas.
Manejo de metales de base
Los electrodos revestidos de acero inoxidable, los hilos tubulares y los fundentes pueden ser propensos a captar humedad. Los consumibles de Avesta Welding se suministran en paquetes diseñados para resistir la humedad. Sin embargo, para conseguir los mejores resultados, se recomienda tomar las siguientes medidas preventivas en cuanto a almacenamiento y manejo. Almacenamiento de paquetes cerrados: Los electrodos reves-
tidos, los hilos tubulares y los fundentes se deben almacenar en su paquete original intacto. El almacenamiento en envase abierto puede reducir considerablemente la vida útil del producto. Según el principio “primero en entrar, primero en salir”, el periodo de almacenamiento deberá ser tan breve como sea posible. Los electrodos revestidos y los fundentes no se almacenarán durante más de 5 años. Los productos con más de 5 años se deberían resecar antes de utilizarlos. Los electrodos revestidos, los hilos tubulares y los fundentes no se almacenarán en contacto directo con suelos o paredes exteriores. La temperatura de la sala de almacenamiento será lo más uniforme posible (+ 5°C) y no deberá ser inferior a 15°C. La humedad relativa del aire no superará el 50%. Manejo de paquetes abiertos: Los electrodos que no se
utilicen al final de un turno se colocarán en su envase y se volverán a precintar. De forma alternativa, se pueden dejar en una cabina calefactora a 60–70°C. La humedad relativa del aire no superará el 50%. El fundente no utilizado se almacenará en la cabina calefactora a 60–70°C. Manejo durante la soldadura: Es una ventaja si la soldadura
se puede efectuar a temperatura ambiente o con humedad de aire relativamente baja. Los electrodos revestidos, los hilos tubulares y los fundentes se utilizarán al mismo ritmo que se desembalan – preferi blemente en 24 horas. Durante los turnos, los electrodos se mantendrán lo más secos posibles. Si el clima así lo requiriera, se mantendrán calientes en un contenedor de calor portátil o similar. Una alternativa es utilizar paquetes más pequeños, p. ej. media cápsula o un cuarto. Resecado: Los electrodos y los hilos tubulares que hayan
sufrido un ligero daño por la humedad se podrán secar durante unas 3 horas a 250–280°C y 90°C, respectivamente.
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La calefacción y la refrigeración serán graduales. Los elementos no se deben secar más de tres veces. Los fundentes se pueden secar durante 2 horas a 250–300°C. Los procedimientos aprobados para los electrodos de acero al carbono son también totalmente aptos para electrodos de acero inoxidable dado que no son tan propensos a captar humedad.
• En caso de que se suelde en espacios cerrados, utilice equipo respiratorio protector o un aparato de respiración eléctrica de aire comprimido. Utilice equipamiento de seguridad para manos, ojos y cuerpo: guantes, casco o máscara facial con un cristal con filtro, botas de seguridad, delantal y protectores de brazos y hombros.
Reciclado: Los productos sobrantes y los residuos son
• Mantenga el lugar de trabajo y el equipo limpio y seco.
valiosos puesto que se pueden reutilizar. Siempre que sea posible, se deben reciclar productos y envases de conformidad con las normativas locales.
Salud y seguridad
Los humos y radiaciones emitidos durante la soldadura pueden ser perjudiciales para la salud. Las salpicaduras, metales fundidos y arcos pueden provocar quemaduras e incendios. Asimismo, se utiliza equipamiento eléctrico que si no se maneja correctamente puede ocasionar shock eléctrico. Por tanto, es muy importante que los soldadores y supervisores tengan en cuentas todos los daños potenciales. • Asegúrese de que la ventilación sea adecuada y que en el emplazamiento de soldadura hay un sistema de extracción que elimine humos y gases de la “zona de respiración” del soldador.
Figura 13: El orden y la limpieza son esenciales para un buen ambiente laboral. Foto: La Academia de Soldadura Karl Kremsmüller, Austria
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• Revise periódicamente que la ropa y el equipo de seguridad están en buenas condiciones. • En la medida de lo posible, aísle los elementos con ductores. Encontrará más información de cada grupo de productos en la documentación de seguridad de materiales de Avesta Welding. Se pueden descargar desde la página web de Avesta Welding, www.avestawelding.com, o solicitar a los distribuidores o minoristas de Avesta Welding.
Figur 14. Los tanques de almacenamiento en cargueros químicos suelen ser de acero inoxidable dúplex.
Todos los derechos reservados. Contenido sujeto a cambios sin previo aviso o notificación. Se ha tomado gran cuidado en asegurar que los contenidos de esta publicación sean correctos. Sin embargo, Avesta Welding y sus subsidiarias no pueden aceptar responsabilidad alguna sobre errores o sobre información que pueda llevar a confusión. Sugerencias o descripciones de métodos de trabajo o sobre el uso, tratamiento o mecanizado de los productos son solo informativos y ni Avesta Welding ni sus subsidiarias pueden aceptar ninguna responsabilidad en este sentido. Antes de utilizar los productos suministrados o fabricados por la Compañía, el cliente debe siempre comprobar previamente la adecuación de los mismos.
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