1. Rendimiento de soldadura fuerte
El principal problema en la soldadura fuerte de acero inoxidable es la presencia de películas de óxido en la superficie, lo que afecta significativamente la humectabilidad y dispersión del metal de aportación.
Varios aceros inoxidables contienen una cantidad considerable de Cr, y algunos también contienen elementos como Ni, Ti, Mn, Mo, Nb, etc., que pueden formar diversos óxidos e incluso óxidos complejos en la superficie. Entre ellos, los óxidos de Cr y Ti, Cr 2 Ó 3 y TiO 2 son bastante estables y difíciles de eliminar.
Al soldar al aire, se necesita un fundente activo para eliminarlos. Cuando se suelda en una atmósfera protectora, la película de óxido sólo puede reducirse bajo un punto de rocío bajo, una atmósfera de alta pureza y una temperatura suficientemente alta. En la soldadura fuerte al vacío, se requieren altos vacíos y temperaturas para obtener buenos efectos de soldadura.
Otro problema en la soldadura fuerte de acero inoxidable es que la temperatura de calentamiento tiene un impacto significativo en la microestructura del material base. La temperatura de calentamiento para soldar acero inoxidable austenítico no debe exceder los 1150 °C, ya que puede producirse un crecimiento excesivo del grano.
Si el acero inoxidable austenítico no contiene elementos estabilizadores como Ti o Nb y tiene un alto contenido de carbono, se debe evitar la soldadura fuerte dentro del rango de temperatura de sensibilización (500-850 °C) para evitar la precipitación de carburos de cromo y reducir la resistencia a la corrosión.
La selección de temperatura para soldar acero inoxidable martensítico es más estricta. Requiere que la temperatura de soldadura fuerte coincida con la temperatura de enfriamiento, combinando el proceso de soldadura fuerte con el proceso de tratamiento térmico, o la temperatura de soldadura fuerte debe ser inferior a la temperatura de templado para evitar que el material base se ablande durante la soldadura fuerte.
El principio de selección de temperatura para la soldadura fuerte de acero inoxidable endurecido por precipitación es el mismo que para el acero inoxidable martensítico, donde la temperatura de soldadura fuerte debe coincidir con el régimen de tratamiento térmico para obtener propiedades mecánicas óptimas.
Además de los dos problemas principales anteriores, el acero inoxidable austenítico es propenso a sufrir grietas por tensión durante la soldadura fuerte, especialmente cuando se suelda con metales de aportación de cobre y zinc. Para evitar el agrietamiento por tensión, la pieza de trabajo debe someterse a un recocido de alivio de tensión antes de soldar, y el calentamiento de la pieza de trabajo durante la soldadura debe ser lo más uniforme posible.
2. Materiales para soldadura fuerte
(1) Metales de aportación
De acuerdo con los requisitos de la soldadura de acero inoxidable, los metales de aportación comúnmente utilizados para la soldadura fuerte de acero inoxidable incluyen soldadura de estaño y plomo, metales de aportación a base de plata, metales de aportación a base de cobre, metales de aportación a base de manganeso, metales de aportación a base de níquel y metales preciosos. metales de relleno.
La soldadura de estaño y plomo se utiliza principalmente para la soldadura blanda de acero inoxidable y se prefiere un mayor contenido de estaño. Cuanto mayor sea el contenido de estaño en el metal de aportación, mejor será su capacidad humectante sobre el acero inoxidable.
La resistencia al corte de las uniones de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldadas con varias soldaduras de estaño y plomo de uso común se enumera en la Tabla 3. Debido a la baja resistencia de la unión, solo se usa para soldar piezas con requisitos de carga bajos.
Tabla 3 Resistencia al corte de uniones de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldadas con soldadura de estaño-plomo
| Clase de aleación de soldadura | sn | S-Sn90Pb | S-Pb58SnSb | S-Pb68SnSb | S-Pb80SnSb |
| Fuerza de corte /MPa |
30.3 | 32.3 | 31.3 | 32.3 | 21,5 |
Los metales de aporte a base de plata son los metales de aporte más utilizados para soldar acero inoxidable, siendo los metales de aporte plata-cobre-zinc y plata-cobre-zinc-cadmio los más utilizados debido a su impacto mínimo en las propiedades del material base. durante la soldadura fuerte. temperaturas.
La resistencia de las juntas de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldadas con varios metales de aportación a base de plata de uso común se enumera en la Tabla 4. Las juntas de acero inoxidable soldadas con metales de aportación a base de plata rara vez se utilizan en entornos altamente corrosivos y la temperatura de funcionamiento de las juntas generalmente disminuye . no exceda los 300°C.
Al soldar acero inoxidable sin níquel, se debe utilizar un metal de aportación con mayor contenido de níquel, como B-Ag50CuZnCdNi, para evitar la corrosión de la junta soldada en ambientes húmedos.
Al soldar acero inoxidable martensítico, se debe utilizar un metal de aportación con una temperatura de soldadura que no supere los 650 °C, como B-Ag40CuZnCd, para evitar el ablandamiento del material base.
Al soldar acero inoxidable en una atmósfera protectora, se puede utilizar un metal de aportación autofundible que contenga litio, como B-Ag92CuLi y B-Ag72CuLi, para eliminar la película de óxido de la superficie.
Al soldar acero inoxidable al vacío, se puede seleccionar un metal de aportación de plata que contenga elementos como Mn, Ni y Rd para garantizar buenas propiedades humectantes del metal de aportación incluso sin elementos que se evaporen fácilmente como Zn y Cd.
Tabla 4 Resistencia de uniones de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldadas con metales de aportación a base de plata
| Clase de material de soldadura fuerte | B-Ag10CuZn | B-Ag25CuZn | B-Ag45CuZn | B-Ag50CuZn |
| Resistencia a la tracción /MPa |
386 | 343 | 395 | 375 |
| Fuerza de corte /MPa |
198 | 190 | 198 | 201 |
| Clase de material de soldadura fuerte | B-Ag70CuZn | B-Ag35CuZnCd | B-Ag40CuZnCd | B-Ag50CuZnCd |
| Resistencia a la tracción /MPa |
361 | 360 | 375 | 418 |
| Fuerza de corte /MPa |
198 | 194 | 205 | 259 |
Los principales materiales de soldadura a base de cobre utilizados para soldar diferentes uniones de acero son materiales de soldadura de cobre puro, cobre-níquel y cobre-manganeso-cobalto. El material de soldadura fuerte de cobre puro se utiliza principalmente para soldadura fuerte bajo protección de gas o en condiciones de vacío.
Es adecuado para juntas de acero inoxidable con una temperatura de trabajo no superior a 400 ℃, pero su resistencia a la oxidación no es buena. El material de cobre-níquel para soldadura fuerte se utiliza principalmente para soldadura fuerte por llama y por inducción.
La resistencia de la junta soldada de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti se muestra en la Tabla 5. Se puede ver que la junta tiene la misma resistencia que el material base y puede funcionar a temperaturas más altas.
El material de soldadura fuerte de cobre, manganeso y cobalto se utiliza principalmente para soldar acero inoxidable martensítico en una atmósfera protectora. La resistencia y la temperatura de trabajo de la unión pueden ser comparables a las de la unión soldada con material de soldadura fuerte a base de oro.
Por ejemplo, el rendimiento de la junta de acero inoxidable 1Cr13 soldada con material de soldadura fuerte B-Cu58MnCo es equivalente al de la misma junta de acero inoxidable soldada con material de soldadura fuerte B-Au82Ni (ver Tabla 6), pero el costo de producción se reduce considerablemente.
Tabla 5 Resistencia al corte de una junta de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldada con material de soldadura fuerte a base de cobre de alta temperatura.
Tabla 5 Resistencia al corte de una junta de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldada con material de soldadura fuerte a base de cobre de alta temperatura.
| Clase de material de soldadura fuerte | Resistencia a la tracción /MPa |
||
| 20ºC | 400°C | 500℃ | |
| B-Cu68NiSiB | 324~339 | 186~216 | – |
| B-Cu69NiMnCuSiB | 241~298 | – | 139~153 |
Tabla 6 Resistencia al corte de uniones soldadas de acero inoxidable 1Cr13
| Clase de material de soldadura fuerte | Resistencia a la tracción /MPa |
|||
| Temperatura ambiente | 427ºC | 538ºC | 649ºC | |
| B-Cu58MnCo | 415 | 217 | 221 | 104 |
| B-Au82Ni | 441 | 276 | 217 | 149 |
| B-Ag54CuPd | 399 | 207 | 141 | 100 |
Los materiales de soldadura fuerte a base de manganeso se utilizan principalmente para soldadura fuerte con protección de gas y se requiere gas de alta pureza. Para evitar el crecimiento de granos en el material base, se recomienda utilizar temperaturas de soldadura inferiores a 1150 °C con el material de soldadura correspondiente.
Se pueden lograr resultados satisfactorios de soldadura fuerte con juntas de acero inoxidable soldadas con materiales de soldadura fuerte a base de manganeso, como se muestra en la Tabla 7. La junta puede soportar temperaturas de trabajo de hasta 600 °C.
Tabla 7 Resistencia al corte de uniones de acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldadas con material de soldadura fuerte a base de manganeso.
| Clase de material de soldadura fuerte | Resistencia a la tracción /MPa |
|||||
| 20ºC | 300°C | 500℃ | 600°C | 700°C | 800°C | |
| B-Mn70NiCr | 323 | 一 | 一 | 152 | – | 86 |
| B-Mn40NiCrFeCo | 284 | 255 | 216 | – | 157 | 108 |
| B-Mn50NiCo | 325 | 一 | 253 | 160 | – | 103 |
| B-Mn50NiCuCrCo | 353 | 294 | 225 | 137 | – | 69 |
| B-Mn52NiCuCr | 366 | 270 | 一 | 127 | – | 67 |
Cuando se utiliza soldadura a base de níquel para soldar acero inoxidable, la unión funciona bien a altas temperaturas. Este tipo de soldadura se utiliza generalmente para soldadura fuerte con protección de gas o soldadura fuerte al vacío.
Para superar el problema de la formación excesiva de compuestos quebradizos en la unión soldada, que conduce a una reducción significativa de la resistencia y plasticidad de la unión, se debe minimizar al máximo el espacio de la unión y los elementos que fácilmente se forman quebradizos. Las fases en la soldadura de la unión soldada deben difundirse completamente en el material base.
Para evitar el fenómeno de crecimiento de grano en el material base a temperatura de soldadura fuerte debido a un tiempo de aislamiento excesivo, se puede adoptar un tratamiento de difusión y aislamiento a corto plazo a baja temperatura (en comparación con la temperatura de soldadura fuerte) después de la soldadura fuerte.
Las soldaduras de metales preciosos utilizadas para soldar acero inoxidable incluyen principalmente soldaduras a base de oro y soldaduras que contienen paladio, entre las cuales las más típicas son B-Au82Ni y B-Ag54CuPd. B-Au82Ni tiene buena humectabilidad.
La junta soldada de acero inoxidable tiene alta resistencia a altas temperaturas y resistencia a la oxidación, y la temperatura máxima de trabajo puede alcanzar los 800 ℃. B-Ag54CuPd tiene características similares a B-Au82Ni y tiene un precio más bajo, por lo que existe una tendencia a reemplazar B-Au82Ni.
(2) Fundente para soldadura fuerte y atmósfera del horno: La superficie del acero inoxidable contiene óxidos como Cr 2 Ó 3 y TiO 2 , que deben eliminarse utilizando fundente activo. Al soldar acero inoxidable con soldadura de estaño y plomo, se puede utilizar como fundente una solución de ácido fosfórico o una solución de ácido clorhídrico de óxido de zinc.
La solución de ácido fosfórico tiene un tiempo de activación corto y requiere un método de soldadura fuerte por calentamiento rápido. Al soldar acero inoxidable con soldadura a base de plata, se puede utilizar fundente FB102, FB103 o FB104. Al soldar acero inoxidable con soldadura a base de cobre, se utiliza fundente FB105 debido a la mayor temperatura de soldadura.
Cuando se suelda acero inoxidable en un horno, se utilizan comúnmente atmósferas de vacío o atmósferas protectoras como hidrógeno, argón y amoníaco descompuesto. En la soldadura fuerte al vacío, la presión de vacío debe ser inferior a 10-2 Pa.
Al soldar en atmósfera protectora, el punto de rocío del gas no debe exceder los -40°C. Si la pureza del gas no es suficiente o la temperatura de soldadura fuerte no es alta, se puede añadir a la atmósfera una pequeña cantidad de corriente de gas, como trifluoruro de boro.
3. Técnicas de soldadura fuerte
Antes de soldar acero inoxidable, se debe realizar una limpieza más rigurosa para eliminar cualquier película de grasa y aceite, y la soldadura se debe realizar inmediatamente después de la limpieza.
La soldadura fuerte de acero inoxidable se puede realizar mediante métodos de calentamiento por llama, inducción o horno. El horno utilizado para soldar debe tener un buen sistema de control de temperatura (la desviación de la temperatura de soldadura debe estar dentro de ±6 °C) y poder enfriarse rápidamente.
Cuando se utiliza hidrógeno como gas protector para soldadura fuerte, los requisitos de hidrógeno dependen de la temperatura de soldadura y de la composición del material base.
En otras palabras, cuanto menor sea la temperatura de soldadura y mayor el contenido de estabilizador en el material base, menor será el punto de rocío del gas hidrógeno.
Por ejemplo, para aceros inoxidables martensíticos como 1Cr13 y Cr17Ni2t, el punto de rocío del gas hidrógeno debe ser inferior a -40°C a una temperatura de soldadura fuerte de 1000°C; para aceros inoxidables de cromo-níquel 18-8 no estabilizados, el punto de rocío del gas hidrógeno debe ser inferior a 25 ℃ a una temperatura de soldadura fuerte de 1150 ℃; pero para el acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti con estabilizador de titanio, el punto de rocío del gas hidrógeno a una temperatura de soldadura fuerte de 1150 ℃ debe ser inferior a -40 ℃.
Cuando se utiliza argón como gas protector para soldadura fuerte, se requiere una mayor pureza del gas argón.
Si se aplica un revestimiento de cobre o níquel a la superficie de acero inoxidable, se puede reducir el requisito de pureza del gas protector.
Para garantizar la eliminación de la película de óxido en la superficie del acero inoxidable, se puede agregar fundente de gas BF3 o usar soldaduras autofundibles que contengan litio o boro. El vacío necesario para la soldadura fuerte al vacío de acero inoxidable depende de la temperatura de soldadura. A medida que aumenta la temperatura de soldadura, se puede reducir el grado de vacío requerido.
El proceso principal después de soldar acero inoxidable es limpiar el fundente residual y el inhibidor de flujo residual y, si es necesario, realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura fuerte. Dependiendo del fundente y del método de soldadura utilizado, el fundente residual se puede eliminar mediante lavado con agua, limpieza mecánica o limpieza química.
Si se usa abrasivo para limpiar fundente residual o película de óxido en las proximidades de la junta, se debe usar arena u otras partículas finas no metálicas.
Para piezas de acero inoxidable martensítico y de acero inoxidable endurecido por precipitación, se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura fuerte de acuerdo con los requisitos especiales del material.
Las uniones de acero inoxidable soldadas con soldaduras de níquel-cromo-boro y níquel-cromo-silicio a menudo se someten a un tratamiento térmico de difusión después de la soldadura fuerte para reducir los requisitos de espacio libre de las juntas y mejorar la estructura y las propiedades de las juntas.
