La soldadura de acero inoxidable requiere la selección de gas de protección para mantener su composición metalúrgica y las propiedades físicas y mecánicas asociadas. Los elementos de gas de protección comunes para el acero inoxidable incluyen argón, helio, oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno e hidrógeno (consulte la Figura 1). Estos gases se combinan en diferentes proporciones para adaptarse a las necesidades de los diferentes modos de suministro, tipos de alambre, aleaciones base, perfil de cordón deseado y velocidad de desplazamiento.
Debido a la baja conductividad térmica del acero inoxidable y la naturaleza relativamente "fría" de la soldadura por arco metálico con gas de transferencia de cortocircuito (GMAW), el proceso requiere una "tri-mezcla" de gas que consta de 85 % a 90 % de helio (He), hasta 10 % de argón (Ar) y 2 % a 5 % de dióxido de carbono (CO2). El potencial de formación del helio promueve la formación de arco después de un cortocircuito;junto con su alta conductividad térmica, el uso de He aumenta la fluidez del baño de fusión. El componente Ar de Trimix proporciona una protección general del charco de soldadura, mientras que el CO2 actúa como un componente reactivo para estabilizar el arco (consulte la Figura 2 para ver cómo los diferentes gases de protección afectan el perfil del cordón de soldadura).
Algunas mezclas ternarias pueden usar oxígeno como estabilizador, mientras que otras usan una mezcla de He/CO2/N2 para lograr el mismo efecto. Algunos distribuidores de gas tienen mezclas de gas patentadas que brindan los beneficios prometidos. Los distribuidores también recomiendan estas mezclas para otros modos de transmisión con el mismo efecto.
El mayor error que cometen los fabricantes es intentar cortocircuitar el acero inoxidable GMAW con la misma mezcla de gases (75 Ar/25 CO2) que el acero dulce, generalmente porque no quieren manejar un cilindro adicional. Esta mezcla contiene demasiado carbono. De hecho, cualquier gas de protección utilizado para alambre sólido debe contener un máximo de 5 % de dióxido de carbono. El gas puede formar carburos de cromo, que reducen la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas. También puede aparecer hollín en la superficie de la soldadura.
Como nota al margen, al seleccionar metales para acortar GMAW para las aleaciones base de la serie 300 (308, 309, 316, 347), los fabricantes deben seleccionar el grado LSi. Los rellenos LSi tienen un bajo contenido de carbono (0,02 %) y, por lo tanto, se recomiendan especialmente cuando existe riesgo de corrosión intergranular. Un mayor contenido de silicio mejora las propiedades de la soldadura, como la humectación, para ayudar a aplanar la corona de la soldadura y promover la fusión en la punta.
Los fabricantes deben tener cuidado al usar procesos de transferencia de cortocircuito. Puede producirse una fusión incompleta debido a la extinción del arco, lo que hace que el proceso sea inferior a la media para aplicaciones críticas. En situaciones de gran volumen, si el material puede soportar su entrada de calor (≥ 1/16 de pulgada es aproximadamente el material más delgado soldado usando el modo de pulverización pulsada), una transferencia de pulverización pulsada será una mejor opción. Cuando el grosor del material y la ubicación de la soldadura lo respalden, se prefiere la transferencia por pulverización GMAW ya que proporciona una fusión más consistente.
Estos modos de alta transferencia de calor no requieren gas de protección He. Para la soldadura por transferencia por aspersión de aleaciones de la serie 300, una opción común es 98 % Ar y 2 % de elementos reactivos como CO2 u O2. Algunas mezclas de gases también pueden contener pequeñas cantidades de N2. N2 tiene un mayor potencial de ionización y conductividad térmica, lo que promueve la humectación y permite un recorrido más rápido o una permeabilidad mejorada;también reduce la distorsión.
Para GMAW de transferencia por pulverización pulsada, 100 % Ar puede ser una opción aceptable. Debido a que la corriente pulsada estabiliza el arco, el gas no siempre requiere elementos activos.
El baño de fusión es más lento para los aceros inoxidables ferríticos y los aceros inoxidables dúplex (proporción 50/50 de ferrita a austenita). Para estas aleaciones, una mezcla de gases como ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2 promoverá una mejor humectación y aumentará la velocidad de desplazamiento (consulte la Figura 3). Se pueden usar mezclas similares para soldar aleaciones de níquel, pero harán que se formen óxidos de níquel en la superficie de soldadura (por el contenido de óxido, por lo que los fabricantes deben evitarlos o estar preparados para dedicarles mucho tiempo).Abrasivo porque estos óxidos son tan duros que un cepillo de alambre generalmente no los eliminará).
Los fabricantes utilizan alambres de acero inoxidable con núcleo fundente para soldaduras fuera de sitio porque el sistema de escoria en estos alambres proporciona un "estante" que soporta el baño de soldadura a medida que se solidifica. Debido a que la composición del fundente mitiga los efectos del CO2, el alambre de acero inoxidable con núcleo fundente está diseñado para usar con mezclas de gas de 75 % Ar/25 % CO2 y/o 100 % CO2. Si bien el alambre con núcleo fundente puede costar más por libra, vale la pena señalar que velocidades de soldadura y tasas de deposición más altas en todas las posiciones pueden reducir los costos generales de soldadura. Además, el alambre con núcleo de fundente utiliza una salida de CC de voltaje constante convencional, lo que hace que el sistema de soldadura básico sea menos costoso y menos complejo que los sistemas GMAW pulsados.
Para las aleaciones de las series 300 y 400, 100 % Ar sigue siendo la opción estándar para la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). Durante la GTAW de algunas aleaciones de níquel, especialmente con procesos mecanizados, se pueden agregar pequeñas cantidades de hidrógeno (hasta un 5 %) para aumentar la velocidad de desplazamiento (tenga en cuenta que, a diferencia de los aceros al carbono, las aleaciones de níquel no son propensas al agrietamiento por hidrógeno).
Para soldar aceros inoxidables superdúplex y superdúplex, 98 % Ar/2 % N2 y 98 % Ar/3 % N2 son buenas opciones, respectivamente. También se puede agregar helio para mejorar la humectabilidad en aproximadamente un 30 %. s rápidamente, el exceso de ferrita permanece cuando se usa 100% Ar. Cuando se usa una mezcla de gases que contiene N2, el N2 se agita en el baño derretido y promueve la formación de austenita.
El acero inoxidable necesita proteger ambos lados de la junta para producir una soldadura terminada con la máxima resistencia a la corrosión. Si no se protege la parte posterior, se puede producir una "sacarificación" u oxidación extensa que puede provocar fallas en la soldadura.
Es posible que los accesorios ajustados a tope con un ajuste uniformemente excelente o una contención hermética en la parte posterior del accesorio no requieran gas de apoyo. Aquí, el problema principal es evitar la decoloración excesiva de la zona afectada por el calor debido a la acumulación de óxido, que luego requiere eliminación mecánica. 30 PPM O2. La excepción es si la parte posterior de la soldadura se ranurará, esmerilará y soldará para lograr una soldadura de penetración total.
Los dos gases de apoyo de elección son N2 (más barato) y Ar (más caro). Para ensamblajes pequeños o cuando las fuentes de Ar están fácilmente disponibles, puede ser más conveniente usar este gas y no vale la pena el ahorro de N2. Se puede agregar hasta un 5 % de hidrógeno para reducir la oxidación. Hay una variedad de opciones comerciales disponibles, pero los soportes caseros y las presas de purificación son comunes.
La adición de 10,5 % o más de cromo es lo que le da al acero inoxidable sus propiedades inoxidables. Mantener estas propiedades requiere una buena técnica para seleccionar el gas de protección de soldadura correcto y proteger la parte posterior de la junta. El acero inoxidable es costoso y hay buenas razones para usarlo. acero inoxidable
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