Sección 1. Principios generales para la selección de materiales de soldadura
Para obtener uniones soldadas de alta calidad, la selección de los materiales de soldadura debe ser razonable. Debido a las grandes diferencias en las condiciones operativas de los componentes soldados, las propiedades del material y la composición del material base varían mucho y el proceso de fabricación de los componentes es complejo y diverso.
Por lo tanto, es necesario considerar de manera integral varios aspectos para determinar los materiales de soldadura correspondientes.
La selección de materiales de soldadura debe seguir los siguientes principios:
(1) Cumplir con los requisitos de rendimiento de las juntas de soldadura, incluida la resistencia a corto plazo a temperatura ambiente y alta temperatura, rendimiento a la flexión, resistencia al impacto, dureza, composición química y requisitos de rendimiento especiales para juntas en normas técnicas y dibujos de diseño, como largos -resistencia al tiempo, límite de fluencia, resistencia a la oxidación a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, etc.
(2) Cumplir con los requisitos de desempeño del proceso de fabricación y desempeño del proceso de soldadura de uniones soldadas.
Los componentes que componen la unión soldada requieren inevitablemente diversos procesos de conformado y corte durante el proceso de fabricación, tales como estampación, laminado, doblado, torneado, cepillado, etc., requiriendo que la unión soldada tenga una determinada capacidad de deformación plástica, corte, alta -Rendimiento integral de temperatura, etc.
El proceso de soldadura requiere un buen rendimiento del proceso del material de soldadura y la capacidad de resistir defectos como el agrietamiento según las diferencias en las propiedades de soldadura del material base.
(3) Economía razonable.
Aunque cumplen con los requisitos mínimos para diversos rendimientos y rendimiento de fabricación mencionados anteriormente, se deben elegir materiales de soldadura baratos para reducir los costos de fabricación y aumentar los beneficios económicos.
Por ejemplo, al soldar acero con bajo contenido de carbono para componentes importantes mediante soldadura por arco manual, se deben preferir los electrodos con revestimiento alcalino porque están completamente desoxidados, desulfurados y tienen un bajo contenido de hidrógeno, con buena resistencia al agrietamiento y tenacidad del metal al impacto.
Para algunos componentes no críticos, se pueden usar electrodos ácidos porque aún pueden cumplir con los requisitos de rendimiento de los componentes no críticos, tienen buena procesabilidad y son baratos, lo que puede reducir los costos de fabricación.
Sección 2. Selección de materiales de soldadura para acero al carbono y acero de baja aleación.
Al seleccionar materiales de soldadura para acero al carbono y acero de baja aleación (incluido el acero de baja aleación resistente al calor y el acero de baja aleación de alta resistencia), se deben considerar los siguientes factores:
(1) Principios de igual fuerza e igual tenacidad
Para los componentes que soportan presión, los cálculos de resistencia generalmente se basan en la tensión de tracción permitida del material.
La tensión de tracción permitida está relacionada con el límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del material, es decir, la tensión permitida (σ) = σ b /n b (los valores de n b varían según diferentes estándares), donde (σ) es la tensión de tracción permitida del material, σ b es el límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del material y nb es el factor de seguridad (los valores de nb varían según las diferentes normas).
Por lo tanto, como parte del componente, la resistencia a la tracción de la soldadura no debe ser menor que el límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del material base.
Al mismo tiempo, se debe prestar atención al hecho de que la resistencia a la tracción del metal depositado del material de soldadura no debe ser mucho mayor que la resistencia a la tracción del material base, lo que puede conducir a una reducción de la plasticidad de la soldadura. y un aumento de la dureza, lo que no favorece procesos de fabricación posteriores.
Aunque los cálculos de resistencia solo consideran la resistencia a la tracción del material y varios estándares de evaluación de procesos no requieren el límite elástico de la soldadura, al seleccionar materiales de soldadura, el límite elástico del metal depositado del material de soldadura también debe considerarse como no inferior a el límite elástico del material base, y se debe prestar atención para garantizar una cierta relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción.
Cuando la junta opera a altas temperaturas, el cálculo de la tensión permisible generalmente se basa en el límite inferior de la resistencia a la tracción a corto plazo a alta temperatura especificada por el material a la temperatura de trabajo (o temperatura de diseño), es decir, (σ t ). = σ b t /n b donde (σ t ) es la tensión permitida calculada en base al límite inferior de resistencia a la tracción a corto plazo a alta temperatura a la temperatura t, σ b t es el límite inferior de resistencia a la tracción a corto plazo. a una temperatura alta especificada por el material a la temperatura t, o la tensión permitida se calcula en función de la resistencia a largo plazo y el límite de fluencia del material a la temperatura de trabajo, es decir, ( σ D t ) = σ D t /n D donde (σ D t ) es la tensión permitida calculada en base a la resistencia a largo plazo a la temperatura t, σ D t es la resistencia a largo plazo del material a la temperatura diez D es el factor de seguridad (valores de n D varían según los diferentes estándares).
Por lo tanto, al seleccionar materiales de soldadura para uniones soldadas que funcionan a alta temperatura, su resistencia a la tracción a alta temperatura a corto plazo o su resistencia a largo plazo no debe ser inferior a los valores correspondientes del material base.
Para el acero al carbono y el acero común de baja aleación, la selección de materiales de soldadura considera principalmente la resistencia a la tracción del material de soldadura, y es posible que no se considere la correspondencia de la composición química entre el metal depositado y el metal base.
Sin embargo, para el acero Cr-Mo resistente al calor, la selección de materiales de soldadura no solo debe considerar su igual resistencia, sino también la combinación de elementos de aleación para garantizar que el rendimiento integral de la junta soldada sea consistente con la base metálica.
En casos especiales en los que los componentes se diseñan en función del límite elástico del material, el principio de igual límite elástico debe ser un factor importante a considerar.
Debido a las diferentes condiciones de funcionamiento de los componentes, a menudo se produce una fractura frágil durante el funcionamiento debido a una tenacidad insuficiente, especialmente para componentes que trabajan a bajas temperaturas o componentes de paredes gruesas de alta resistencia.
Por lo tanto, las normas pertinentes tienen requisitos claros para la resistencia al impacto de las uniones soldadas. Al seleccionar materiales de soldadura, es necesario asegurarse de que la resistencia al impacto de la soldadura cumpla con los requisitos de las normas pertinentes.
Sin embargo, diferentes normas tienen diferentes requisitos para la resistencia al impacto de la junta. El Reglamento de supervisión de seguridad de calderas de vapor estipula que la resistencia al impacto de la junta soldada no debe ser inferior al límite inferior de la resistencia al impacto especificado por el material base.
Si el material base no tiene un índice de resistencia al impacto, este no debe ser inferior a 27J. La norma GB150 para recipientes a presión de acero especifica que el valor de resistencia al impacto de la junta se determina de acuerdo con la resistencia a la tracción más baja del acero. Para acero al carbono y acero de baja aleación, la tenacidad mínima al impacto de la junta es:
- Cuando la resistencia a la tracción más baja del acero ≤450MPa, la resistencia mínima al impacto de la junta es 18J;
- Cuando la resistencia a la tracción más baja del acero es >450-515MPa, la resistencia mínima al impacto de la junta es 20J;
- Cuando la resistencia a la tracción más baja del acero es >515-655 MPa, la resistencia mínima al impacto de la junta es 27J.
Para recipientes de baja temperatura, el valor de resistencia al impacto no debe ser inferior al límite inferior del valor especificado del material base.
Sin embargo, la regulación ASME VIII-1 determina si la junta debe garantizar un rendimiento de resistencia al impacto en función del nivel de resistencia, el espesor, la temperatura de trabajo y la relación entre la tensión de diseño y la tensión permitida del material.
Si la junta tiene requisitos de resistencia al impacto, el valor mínimo de resistencia al impacto garantizado se especifica en función del nivel de resistencia y el espesor del material.
En resumen, al seleccionar materiales de soldadura, debemos determinar los requisitos para la resistencia al impacto de la junta de acuerdo con los estándares de diseño, fabricación e inspección del producto, y seleccionar materiales de soldadura adecuados para cumplir con los requisitos estándar, es decir, los requisitos de rendimiento de uso. .
Al considerar los requisitos de resistencia al impacto, se debe prestar atención a la temperatura de diseño y a la temperatura de funcionamiento de la estructura.
Si la temperatura de funcionamiento es igual o mayor que la temperatura ambiente, solo es necesario mantener la resistencia al impacto de la junta a temperatura ambiente; si es inferior a la temperatura ambiente, se debe garantizar el valor de resistencia al impacto especificado en la norma o dibujo a la temperatura correspondiente.
Por supuesto, el rendimiento de la unión soldada no sólo está relacionado con los materiales de soldadura, sino también con el proceso de soldadura específico.
Por tanto, la selección de materiales de soldadura para la unión es un asunto complicado.
(2) Considerar los requisitos y los impactos de los procesos de fabricación.
Una vez soldados los componentes, generalmente es necesario pasar por varios procesos de formación, como laminado, prensado, doblado y calibración.
Por tanto, las uniones soldadas y los materiales base deben tener una determinada capacidad de deformación, especialmente la capacidad de deformación en frío, que se mide mediante el ensayo de flexión de la unión. Muchas normas han establecido requisitos claros para las pruebas de flexión de uniones soldadas de diversos materiales.
El “Reglamento de Supervisión Técnica de Seguridad de Calderas de Vapor” estipula que el diámetro del eje de flexión D = 3a (a es el espesor de la muestra) durante la prueba de flexión, y el acero al carbono está calificado para un ángulo de flexión de 180°, mientras que el bajo - El acero aleado está calificado a 100°.
Los recipientes a presión de acero GB150-99 y la sección IX de ASME estipulan que cuando cualquier material se somete a una prueba de flexión, el diámetro del eje de flexión D=4a y el ángulo de flexión de 180° están calificados.
Por lo tanto, al seleccionar materiales de soldadura, el rendimiento de flexión del metal de soldadura debe cumplir con los requisitos de las normas anteriores.
Además, la selección de materiales de soldadura también debe considerar los efectos de los procesos de tratamiento térmico posteriores a la soldadura (como el recocido, normalización, enfriamiento y revenido posterior a la soldadura, etc.) sobre las propiedades del metal de soldadura.
Cabe señalar que el tratamiento térmico de recocido posterior a la soldadura, especialmente la normalización posterior a la soldadura, puede provocar cambios significativos en las propiedades del metal de soldadura. Cuando el componente de soldadura es relativamente delgado, no es necesario un tratamiento térmico para aliviar tensiones después de la soldadura.
Siempre que el rendimiento del metal de soldadura en la condición de soldado cumpla con los requisitos pertinentes. Para componentes de soldadura de paredes gruesas, de acuerdo con las normas de fabricación pertinentes, se debe realizar un recocido para aliviar tensiones después de la soldadura si el espesor de la pared excede un cierto límite.
Diferentes temperaturas de calentamiento y tiempos de mantenimiento durante el tratamiento térmico darán lugar a diferentes cambios en las propiedades del metal de soldadura.
En ingeniería, el parámetro de Larson-Miller, también conocido como parámetro de revenido, se utiliza para analizar las propiedades de las juntas afectadas por la temperatura de calentamiento y el tiempo de retención del recocido para aliviar la tensión. La fórmula para el parámetro de templado es:
(P)=T(20+logt)×10 -3
Donde T es la temperatura absoluta en Kelvin y t es el tiempo en horas.
Parámetros de enfriamiento〔P〕=T（20+Logt）×10 -3
Generalmente, a medida que aumenta el valor (P), la resistencia a la tracción y el límite elástico del metal de soldadura disminuyen, el alargamiento aumenta y la resistencia al impacto fluctúa.
Las figuras 1 y 2 muestran la relación entre los parámetros de templado del metal depositado y las propiedades mecánicas de las varillas de soldadura CMA96 y CMA106, respectivamente.
Por lo tanto, al seleccionar el tratamiento térmico posterior a la soldadura para los materiales de soldadura, es necesario considerar si las propiedades mecánicas del metal depositado en el valor (P) correspondiente cumplen con los estándares pertinentes.
Cabe señalar que cuando la junta soldada necesita someterse a estampado en caliente, calibración en caliente, laminación en caliente u otros procesos de conformado en caliente después de la soldadura, si la temperatura de calentamiento supera la temperatura AC3 del material y se mantiene durante un período de tiempo antes del enfriamiento. En aire en calma, la velocidad de enfriamiento durante el proceso de normalización es mucho más lenta que durante el proceso de soldadura.
El proceso estandarizado hará que el metal de soldadura permanezca a 800-500°C más tiempo que durante el proceso de soldadura.
Permitir que el acero se caliente por encima de AC3 durante el proceso de normalización provocará una austenitización completa, seguida de una recristalización durante el enfriamiento, lo que destruye la estructura originalmente sobreenfriada del metal de soldadura y reduce en gran medida la resistencia de la soldadura.
La reducción más severa puede exceder los 100 MPa. Por lo tanto, para uniones soldadas que necesitan someterse a procesos de conformación en caliente, el material de soldadura seleccionado debe tener un nivel de resistencia 50-100 MPa mayor que el del material soldado en condición soldada o con tratamiento de alivio de tensiones.
Por ejemplo, para 19Mn6, el alambre de soldadura por arco sumergido en la condición de soldadura es H08MnMO, mientras que para condiciones normalizadas y templadas, se debe usar H08Mn2Mo.
Para SA675, un material de varilla de elevación de tambor de vapor de 300.000 kW con una resistencia a la tracción mínima de 485 MPa, la varilla de soldadura J507 se utiliza normalmente para soldadura por arco manual.
Sin embargo, en el caso de uniones soldadas en secciones dobladas que se someten a tratamiento de normalización y flexión en caliente, se recomienda J607 según resultados experimentales.
A la hora de seleccionar materiales de soldadura para uniones soldadas sometidas a tratamientos de normalización y revenido, no sólo se debe tener en cuenta que la resistencia aumenta entre 50 y 100 MPa por encima de las condiciones habituales, sino que además la composición química del metal de soldadura debe ser equivalente a la del material base. . Esto se debe a que la composición y el contenido de la aleación determinan la temperatura AC3 del material.
Si la composición química del metal de soldadura y el material base difiere mucho, la temperatura AC3 también será muy diferente. Cuando el material base y el metal de soldadura se normalizan juntos, es imposible determinar la temperatura de normalización adecuada.
Además, si la unión soldada requiere tratamiento de enfriamiento y revenido, también se debe considerar el impacto de dicho tratamiento en el desempeño de la unión. La resistencia del material de soldadura para juntas templadas y revenidas puede ser menor que la de juntas estándar y revenidas.
Por ejemplo, para BHW35, se usa H10Mn2NiMo después de la soldadura por arco y la normalización, mientras que para el tratamiento de enfriamiento y revenido, se puede usar H10Mn2Mo en su lugar.
Considere la soldabilidad de los materiales y las características metalúrgicas de los métodos de soldadura. Los diferentes materiales tienen diferente soldabilidad y existen diferentes requisitos para ciertos contenidos de elementos clave. Al seleccionar materiales de soldadura, se debe considerar la soldabilidad del material.
Por ejemplo, el metal de soldadura de acero resistente al calor 2,25Cr-1Mo puede experimentar el llamado fenómeno de fragilización por enfriamiento cuando se mantiene o se enfría lentamente en el rango de temperatura de 332-432°C, lo que provoca un aumento significativo en la temperatura de transición frágil de el metal de soldadura.
Los estudios han demostrado que la sensibilidad a la fragilización por revenido de este tipo de metal de soldadura se debe a impurezas de P, As, Sb y Sn que se desvían en los límites de grano. En general, se cree que la fragilización del metal de soldadura por enfriamiento a baja temperatura está relacionada con el contenido de P y Si. El contenido de P y Si en el metal de soldadura debe reducirse a P≤0,015% y Si ≤0,15%.
Por lo tanto, para la soldadura por arco sumergido de acero Cr-Mo resistente al calor, se debe seleccionar el fundente de soldadura HJ350 con manganeso medio y silicio medio en lugar del HJ431 combinado con alambre H08Cr3MnMoA. La sensibilidad para apagar la fragilidad del metal de soldadura depende de la serie de aleación del metal de soldadura. Asimismo, los metales de soldadura de las series C-Mo, Mn-Mo y Mn-Ni-Mo también presentan problemas de fragilidad por enfriamiento.
Se deben utilizar materiales de soldadura con el correspondiente fundente de soldadura HJ350 para el alambre de soldadura por arco sumergido de la serie mencionada anteriormente para reducir el contenido de Si en el metal de soldadura. Por ejemplo, el alambre de soldadura por arco sumergido H08Mn2Mo debe combinarse con el fundente de soldadura HJ350 para soldadura BHW35. Si se requiere una mayor resistencia al impacto del metal de soldadura, el fundente de soldadura también debe ser un fundente mixto HJ250 o HJ250+HJ350.
Sin embargo, para soldar alambres con bajo contenido de silicio, como H08MnA y H10Mn2, no se produce un fenómeno de fragilización en el metal de soldadura. Estos dos tipos de alambres de soldadura deben usarse con el fundente de soldadura con alto contenido de silicio y manganeso HJ431 al soldar acero de 20# o 16Mn.
Cuando se utiliza un fundente de soldadura con alto contenido de manganeso y silicio, el charco de soldadura se siliconará y una cierta cantidad de contenido de silicio en el metal de soldadura es beneficioso para el proceso de desoxidación del metal de soldadura, evitando la aparición de poros. Al seleccionar materiales de soldadura, también se deben considerar las características metalúrgicas de los diferentes métodos de soldadura.
Por ejemplo, para la soldadura por arco metálico con gas con CO2 o CO2+Ar como gas protector, no hay reacción metalúrgica entre el fundente o el alambre de soldadura y el metal durante el proceso de soldadura. Sin embargo, puede haber una reacción entre el CO2 y los elementos metálicos para formar óxido de hierro FeO.
Por lo tanto, el alambre de soldadura debe contener cantidades adecuadas de silicio y manganeso para reducir la reacción de reducción y asegurar la formación de una estructura de soldadura densa. En la soldadura con gas inerte de tungsteno, no hay reacción de oxidación-reducción y el alambre de relleno y el material base se funden nuevamente.
Por lo tanto, el alambre de soldadura por arco de argón debe estar completamente desoxidado y no se deben utilizar materiales de acero hirviendo. De lo contrario, se formarán poros en la soldadura. En su lugar, se debe utilizar material de acero tranquilo y no es necesario tener un cierto contenido de Si y Mn en el alambre de soldadura.
Por ejemplo, cuando se utiliza acero resistente al calor 15CrMo para soldadura por arco de argón, se debe seleccionar alambre de soldadura H08CrMo; mientras que para la soldadura con electrodos de fusión protegidos con gas, se debe elegir alambre de soldadura H08CrMnSiMo.
Sección 3. Selección de materiales de soldadura para acero inoxidable austenítico.
El principio de la misma resistencia de los materiales de soldadura y los materiales originales no es del todo aplicable al acero inoxidable austenítico. Cuando se utiliza en ambientes corrosivos sin requisitos de resistencia específicos, la principal preocupación son las propiedades anticorrosivas de la junta soldada.
Si se usa en condiciones de alta temperatura y alta presión con trabajo a corto plazo, se requiere cierta resistencia a alta temperatura y a corto plazo, mientras que el trabajo a largo plazo requiere suficiente resistencia duradera y límite de fluencia del metal de soldadura.
Por ejemplo, cuando se utilizan tuberías SA213-TP304H en condiciones de alta presión y alta temperatura, se deben seleccionar materiales de soldadura E308H.
Al soldar acero inoxidable austenítico, la selección de materiales de soldadura considera principalmente que la composición química del metal depositado debe ser equivalente a la del material base.
Siempre que la composición química del metal depositado del material de soldadura sea la misma que la del material base, el rendimiento del metal de soldadura puede ser equivalente al del material base, incluidas las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión, etc.
Se debe prestar especial atención a los requisitos especiales de resistencia a la corrosión en las condiciones o diseños del proceso de fabricación.
Para evitar grietas intergranulares durante la soldadura, es mejor utilizar materiales de soldadura de acero inoxidable que sean bajos en carbono (ultra bajo carbono) y contengan Ti y Nb.
Si el contenido de SO2 en el revestimiento o fundente de la varilla de soldadura es demasiado alto, no es adecuado para soldar aceros austeníticos con alto contenido de níquel.
Para evitar el agrietamiento en caliente de la soldadura (fisuras por solidificación), se debe controlar el contenido de impurezas como P, S, Sb y Sn, y es preferible evitar al máximo la formación de una estructura de austenita monofásica en el metal de soldadura. como sea posible.
Aunque muchos materiales sugieren que el contenido de ferrita en el metal de soldadura del acero inoxidable austenítico es beneficioso para reducir la tendencia al agrietamiento del metal de soldadura, durante muchos años se ha utilizado una gran cantidad de metal de soldadura de acero inoxidable austenítico puro y en conjunto han tenido buenos resultados. Bueno.
Un contenido adecuado de ferrita es ventajoso para la resistencia a la corrosión en ciertos medios, pero perjudicial para el impacto del metal de soldadura en condiciones de baja temperatura.
Teniendo en cuenta todos los factores, generalmente es deseable que el contenido de ferrita en el acero inoxidable austenítico esté entre el 4% y el 12%, porque un contenido de ferrita del 5% puede lograr una resistencia satisfactoria a la corrosión intergranular.
El contenido de ferrita en la soldadura se puede estimar a través de la composición química del metal de soldadura, convertida en equivalente de Cr y equivalente de Ni, utilizando un gráfico de microestructura.
Los gráficos más utilizados incluyen WRC-1988, Esptein y DeLong.
La tabla WRC-1988 es adecuada para acero inoxidable serie 300 y acero inoxidable dúplex, pero no aplicable a materiales con N>0,2% y Mn>10%. La tabla de Epstein es adecuada para acero inoxidable austenítico reforzado con nitrógeno serie 200 con Mn<1,5% y N<0,25%.
Al seleccionar materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico, se debe prestar atención a la influencia de los métodos de soldadura en la composición química del metal depositado. La soldadura con gas inerte de tungsteno tiene el menor efecto en el cambio de la composición química del metal de soldadura, y los demás cambios, excepto C y N, son pequeños en el metal de soldadura sin diluir.
En particular, la pérdida de C es la mayor. Por ejemplo, cuando el contenido de C del electrodo es del 0,06%, el contenido en el metal de soldadura sin diluir de la soldadura por arco de argón es del 0,04% y el contenido de N en el metal de soldadura aumenta en aproximadamente un 0,02%.
El contenido de Mn, Si, Cr, Ni y Mo en el metal depositado puede sufrir pequeños cambios durante la soldadura por arco protegido con gas con electrodo de fusión, mientras que la pérdida de C es sólo 1/4 de la de la soldadura por arco protegido con gas argón. el aumento en el contenido de N es mucho mayor. La cantidad de aumento difiere según los diferentes procesos de soldadura, hasta un máximo de 0,15%.
Durante la soldadura por arco manual y la soldadura por arco sumergido automática, los elementos de aleación en el metal de soldadura se ven afectados conjuntamente por el recubrimiento, el fundente, el alambre de soldadura y el electrodo.
Especialmente para materiales de soldadura con transición de elementos de aleación a través de recubrimiento o fundente, es imposible estimar la composición química del metal de soldadura a partir de la composición química del alambre o electrodo de soldadura.
Por supuesto, el contenido de ferrita en la soldadura se puede estimar a partir del contenido de aleación en el metal de soldadura, pero este valor estimado tiene una cierta desviación del valor real porque la velocidad de enfriamiento durante el proceso de soldadura también afecta el contenido de ferrita.
Generalmente se acepta que si el contenido de elementos de aleación en el metal de soldadura es exactamente el mismo, el contenido de ferrita será diferente según el método de soldadura.
El contenido de ferrita es mayor en el revestimiento de tiras y menor en la soldadura por arco de argón. Incluso con el mismo revestimiento de tira, se encontró que el contenido de ferrita al principio y al final de la soldadura era aproximadamente un 2-3 % menor que el del segmento intermedio.
Con la estandarización de los materiales de acero inoxidable y los materiales de soldadura, la selección de materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico se ha vuelto sencilla. Se pueden seleccionar los grados de material de soldadura correspondientes en función de los tipos de materiales de acero inoxidable, como la selección de electrodos E316 para acero inoxidable SA240-316.
Sección 4. Selección de materiales de soldadura para acero inoxidable martensítico y acero inoxidable ferrítico.
Para el acero inoxidable martensítico, es mejor utilizar materiales de soldadura que sean los mismos que el material base. Por ejemplo, el acero 1Cr13 debe utilizar materiales de soldadura de la serie E410 y el número de electrodo de soldadura para soldadura por arco manual es G217.
Sin embargo, la estructura del metal de soldadura de los materiales de soldadura comunes correspondientes al 1Cr13 tiene martensita y ferrita gruesas, que son duras, quebradizas y propensas a agrietarse. Además, la soldadura debe precalentarse a 250-350°C.
Para mejorar el rendimiento, se debe limitar el contenido de S y P en los materiales de soldadura, se debe controlar el contenido de Si (≤0,30%) y se debe reducir el contenido de C. Se puede agregar una pequeña cantidad de Ti, Al y Ni para refinar el grano y reducir la templabilidad.
Algunos datos muestran que agregar contenido de Nb (hasta aproximadamente 0,8%) a los materiales de soldadura puede obtener una estructura de ferrita monofásica. En el alambre de soldadura de CO2, se deben agregar elementos de Ti y Mn para lograr el propósito de la desoxidación.
El acero inoxidable martensítico también puede utilizar materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico. En este punto se debe considerar la influencia de la dilución del metal base sobre la composición del metal de soldadura. Mediante un contenido adecuado de Cr y Ni se puede evitar la formación de estructura de martensita en el metal de soldadura. Por ejemplo, se pueden utilizar materiales de soldadura A312 (E309Mo) para soldar acero martensítico 1Cr13.
Para el acero inoxidable ferrítico, generalmente se suelda con materiales de soldadura que son los mismos que el material base. Sin embargo, la estructura de ferrita de la soldadura es basta y tiene baja tenacidad. La microestructura de la ferrita templada se puede mejorar aumentando el contenido de Nb en los materiales de soldadura.
Mientras tanto, se puede utilizar un tratamiento térmico para mejorar la tenacidad del metal de soldadura. Para el acero inoxidable ferrítico que no puede tratarse térmicamente después de la soldadura, también se pueden utilizar materiales de soldadura austeníticos puros para obtener uniones soldadas con propiedades integrales.
Sección 5. Selección de materiales de soldadura para diferentes aceros del mismo material, aceros con bajo contenido de carbono y aceros de baja aleación.
La soldadura entre aceros bajos en carbono y aceros de baja aleación, ambos pertenecientes al acero ferrítico común, así como la soldadura entre diferentes aceros de baja aleación, pertenece a la soldadura de diferentes aceros de un mismo material.
Para soldar estos aceros, los materiales de soldadura se eligen basándose en el material de menor calidad, haciendo referencia al menor nivel de resistencia o al menor contenido de elementos de aleación, con el fin de garantizar que las propiedades metalúrgicas de la soldadura puedan cumplir con los requisitos de materiales de menor calidad. .
La selección de materiales de menor calidad también proporciona un mejor rendimiento de soldadura a un precio relativamente más económico, lo que resulta beneficioso para reducir los costes de fabricación.
Por ejemplo, al soldar diferentes aceros del mismo material con acero 20#, acero al carbono SA106, 16Mn, 19Mn6, 15MnMoV, BHW35 y otros aceros de baja aleación, los materiales de soldadura utilizados son completamente idénticos a los utilizados para soldar el acero con bajo contenido de carbono. .
Los materiales de soldadura correspondientes para soldadura por arco manual, soldadura por arco sumergido y soldadura con protección de gas son J507, H08MnA+HJ431 y H08Mn2Si, respectivamente.
Soldar acero resistente al calor a partir de acero de baja aleación y acero resistente al calor a partir de acero de aleación media
Debido a la discontinuidad de la composición química de la costura de soldadura en el mismo material de acero diferente, habrá una discontinuidad correspondiente en el rendimiento. Si esta discontinuidad afecta significativamente el rendimiento de uso, entonces los materiales de soldadura no se pueden seleccionar basándose en principios de baja calidad.
Por ejemplo, al soldar materiales SA213-T91 y SA213-T22, elegir materiales de soldadura 2,25Cr-1Mo para soldar según el principio habitual de grado inferior daría como resultado un enriquecimiento severo de carbono y una descarburación cerca del metal base T91 de la línea de fusión en el T91. lado.
Esto se debe a que el T91 contiene aproximadamente un 9 % de cromo, mientras que el alambre de soldadura 2,25Cr-1Mo contiene aproximadamente un 2,25 % de carbono.
Después del tratamiento de recocido posterior a la soldadura, el contenido de cromo en la zona afectada por el calor en el lado T91 es mucho mayor que en el lado del cordón de soldadura, lo que provoca que una gran cantidad de carbono migre hacia el metal base y resulte en capas de enriquecimiento de carbono. , que aumentan la dureza y provocan una microestructura aún más dura.
Por otro lado, el lado del cordón de soldadura sufre una descarburación severa, con menor dureza y microestructura más blanda, lo que conduce a una degradación del rendimiento de la unión.
Si se elige el material de soldadura 9Cr-1Mo, la costura de soldadura en el lado T22 sufrirá un enriquecimiento de carbono y una descarburación del material base. Cabe señalar que cuando los componentes con tales discontinuidades en la composición química operan a altas temperaturas, la migración de carbono continúa durante mucho tiempo, deteriorando gravemente el rendimiento de las juntas y provocando fallas operativas.
Los estudios han demostrado que para evitar o reducir los fenómenos anteriores, se pueden usar materiales de soldadura con composiciones químicas intermedias de 5Cr-1Mo para soldar, o se pueden agregar elementos estabilizadores de carburo como Nb y V a los materiales de soldadura para solidificar el elemento de carbono y Reducir la ocurrencia de desviación de carbono.
En experimentos preliminares realizados por una empresa nacional, el uso de materiales de soldadura T91 que contienen Nb y V, como CM-9cb, TGS-9cb y MGS-9cb, para soldar el mismo material que el anterior, pero con acero diferente, produjo buenos resultados.
Sección 6. Selección de materiales de soldadura para aceros distintos del acero al carbono, acero de baja aleación y acero inoxidable austenítico
Al soldar juntas de acero que no sean acero al carbono, acero de baja aleación y acero inoxidable austenítico, la selección de materiales de soldadura debe basarse en la temperatura de trabajo de la junta y las condiciones de tensión.
Para uniones de acero disímiles que resisten presión y operan a temperaturas inferiores a 315°C, se pueden utilizar materiales de soldadura con alto contenido de aleaciones de Cr y Ni en acero inoxidable austenítico. Según la composición química del acero al carbono (acero aleado) y el acero austenítico, así como el tamaño de la velocidad de fusión, se seleccionan materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico adecuados con contenidos apropiados de Cr y Ni de acuerdo con un cierto equivalente de níquel y cromo equivalente. Diagrama de estructura para evitar la formación de martensita en grandes cantidades en la soldadura.
Por supuesto, cerca de la línea de fusión del acero al carbono o del acero de baja aleación, pueden aparecer pequeñas zonas martensíticas. Al reducir el contenido de carbono del material de soldadura, la estructura martensítica puede convertirse en martensita con bajo contenido de carbono y mejor plasticidad, lo que puede garantizar un buen rendimiento de la unión.
Para uniones de acero diferentes que soportan presión y operan a temperaturas superiores a 315 °C, se deben utilizar materiales de soldadura a base de níquel. Por ejemplo, ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3, etc. La razón principal es que el uso de materiales de soldadura de acero inoxidable austeníticos comunes causará los siguientes problemas:
a) Debido a la diferencia significativa en el coeficiente de expansión térmica entre ferrita y austenita, pueden producirse daños por tensión térmica y fatiga térmica durante el funcionamiento a alta temperatura.
b) Debido a la gran diferencia en el contenido de elementos de aleación, pueden ocurrir capas severas de descarburación y enriquecimiento de carbono en la unión soldada bajo operación a alta temperatura, lo que lleva al deterioro del rendimiento a alta temperatura.
c) Debido a la estructura de la zona martensítica cercana a la línea de fusión, la microestructura local de la soldadura se templa y endurece.
El uso de materiales de soldadura a base de níquel puede evitar los fenómenos anteriores. Esto es porque:
a) El coeficiente de expansión térmica de los materiales a base de níquel se encuentra entre el de la ferrita y el de la austenita.
b) Los materiales a base de níquel no provocarán descarburación ni enriquecimiento de carbono en la unión soldada.
c) Los materiales a base de níquel no producirán estructura de martensita durante la soldadura.
Esto mejora enormemente el rendimiento de la junta a altas temperaturas.
Sin embargo, para uniones soldadas sin presión que funcionan a altas temperaturas, aunque el uso de electrodos a base de níquel puede cumplir los requisitos de rendimiento, el coste de fabricación es caro y no hay necesidad de su uso.
Otros materiales de soldadura más baratos también pueden lograr el mismo propósito. A través de una gran cantidad de estudios experimentales, países extranjeros han descubierto que para soldaduras de filete sin presión en la fabricación de calderas, cuando el tubo está hecho de acero al carbono o acero de baja aleación y el accesorio está hecho de acero inoxidable austenítico, se deben seleccionar los materiales de soldadura. según principios de grado inferior.
Por ejemplo, al soldar tuberías SA210C y accesorios SA240-304, se puede usar AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) para soldadura por arco manual y MGS-M o TGS-M (materiales de soldadura KOBE) para protección de gases. soldar en lugar de utilizar materiales de soldadura de acero inoxidable austenítico.
La razón principal es que el uso de material de soldadura de acero inoxidable austenítico producirá una zona de martensita cerca de la línea de fusión en el lado de la tubería, y si se producen grietas en el lado de la tubería durante la operación, provocará fugas en la tubería. Sin embargo, el uso de materiales de soldadura comunes de baja calidad producirá zonas de martensita cerca de la línea de fusión en el lado de fijación. Incluso si se producen grietas, no dañarán el tubo en el lado de sujeción.
Por otro lado, cuando la tubería está hecha de acero inoxidable austenítico y el accesorio está hecho de acero con bajo contenido de carbono o acero de baja aleación, se debe utilizar el material de soldadura E309Mo(L) para que la zona de martensita se produzca cerca de la línea de fusión en el lado de sujeción.
Estos principios se aplicaron en la producción de tubos de calefacción de superficie de 300.000 kW y 600.000 kW y se aplicaron oficialmente en la producción de tubos de calefacción de superficie de 200.000 kW.
