Características de soldadura del acero inoxidable austenítico: la cantidad de tensión y deformación elástica y plástica durante la soldadura es grande, pero rara vez se producen grietas en frío. No hay zona de endurecimiento por temple ni engrosamiento del grano en la unión soldada, por lo que la resistencia a la tracción de la unión soldada es alta.
Los principales problemas de la soldadura de acero inoxidable austenítico: la deformación de la soldadura es grande; debido a sus características de límite de grano y sensibilidad a ciertas impurezas traza (S, P), es fácil producir grietas en caliente.
Cinco problemas principales de soldadura del acero inoxidable austenítico y sus soluciones
01La formación de carburo de cromo reduce la resistencia a la corrosión intergranular de las uniones soldadas.
Corrosión intergranular: Según la teoría del cromo pobre, cuando la soldadura y la zona afectada por el calor se calientan a la zona de temperatura de sensibilización de 450-850 grado, el carburo de cromo precipitará en el límite de grano, lo que dará como resultado un límite de grano de cromo pobre, que no es suficiente para resistir la corrosión.
(1) Para la corrosión intergranular de la soldadura y la corrosión de la zona de temperatura sensibilizada en el material objetivo, se pueden utilizar las siguientes medidas para limitar:
a. Reducir el contenido de carbono del metal base y la soldadura, y agregar elementos estabilizadores Ti, Nb y otros elementos al metal base para formar preferentemente MC y evitar la formación de Cr23C6.
b. Hacer que la soldadura forme una estructura de doble fase de austenita y una pequeña cantidad de ferrita. Cuando hay una cierta cantidad de ferrita en la soldadura, los granos se pueden refinar, el área de los granos se puede aumentar y la cantidad de precipitación de carburo de cromo por unidad de área del límite de grano se puede reducir. El cromo tiene una gran solubilidad en ferrita, y Cr23C6 se forma preferentemente en ferrita, sin causar que el límite de grano de austenita se agote en cromo; la ferrita dispersa entre la austenita puede prevenir la corrosión a lo largo del límite de grano hasta la difusión interior.
c. Controle el tiempo de residencia en el rango de temperatura de sensibilización. Ajuste el ciclo térmico de soldadura para acortar el tiempo de residencia a 600-1000 grado tanto como sea posible, elija un método de soldadura con alta densidad de energía (como soldadura por arco de plasma y argón), elija una energía de línea de soldadura más pequeña y pase gas argón por la parte posterior de la soldadura o use una almohadilla de cobre Aumente la velocidad de enfriamiento de la junta soldada, reduzca la cantidad de arcos y arcos para evitar el calentamiento repetido y aplique la última soldadura en la superficie de contacto con el medio corrosivo durante la soldadura multicapa.
d. Después de la soldadura, realice un tratamiento de solución o recocido de estabilización (850-900 grado) y enfriamiento por aire después de la conservación del calor, de modo que los carburos puedan precipitarse completamente y se pueda acelerar la difusión del cromo).
(2) Corrosión tipo cuchillo en las uniones soldadas, por lo que se pueden tomar las siguientes medidas preventivas:
Debido a la fuerte difusividad del carbono, este se segregará en el límite de grano para formar un estado sobresaturado durante el proceso de enfriamiento, mientras que el Ti y el Nb permanecen en el cristal debido a su baja difusividad. Cuando la unión soldada se calienta nuevamente en el rango de temperatura de sensibilización, el carbono sobresaturado precipitará en forma de Cr23C6 en el intergranular.
a. Reducir el contenido de carbono. En el caso del acero inoxidable que contiene elementos estabilizadores, el contenido de carbono no debe superar el 0,06 %.
b. Utilice un proceso de soldadura razonable. Seleccione una energía de línea de soldadura más pequeña para reducir el tiempo de residencia del área sobrecalentada a alta temperatura y preste atención para evitar el efecto de "sensibilización a la temperatura media" durante el proceso de soldadura. Cuando se suelda por ambos lados, la costura de soldadura en contacto con el medio corrosivo debe soldarse en último lugar (esta es la razón por la que la soldadura interna de la tubería soldada de pared gruesa de gran diámetro se realiza después de la soldadura externa). El área sobrecalentada en contacto con el medio corrosivo se calienta nuevamente por sensibilización.
c. Tratamiento térmico posterior a la soldadura. El tratamiento de disolución o estabilización se realiza después de la soldadura.
02. Agrietamiento por corrosión bajo tensión
Se pueden tomar las siguientes medidas para prevenir la aparición de grietas por corrosión bajo tensión:
a. Selección correcta de materiales y ajuste razonable de la composición de la soldadura. El acero inoxidable austenítico al cromo-níquel de alta pureza, el acero inoxidable austenítico al cromo-níquel con alto contenido de silicio, el acero inoxidable ferrítico-austenítico, el acero inoxidable ferrítico con alto contenido de cromo, etc. tienen buena resistencia a la corrosión bajo tensión, y el metal de soldadura es acero inoxidable austenítico. La resistencia a la corrosión bajo tensión es buena cuando la estructura del acero de doble fase es ferrítica y ferrítica.
b. Eliminar o reducir la tensión residual. Se lleva a cabo un tratamiento térmico de alivio de la tensión posterior a la soldadura y se utilizan métodos mecánicos como pulido, granallado y martillado para reducir la tensión residual superficial.
c. Diseño estructural razonable para evitar grandes concentraciones de tensión.
03Grietas por calor en la soldadura (grietas por cristalización de la soldadura, grietas por licuefacción en la zona afectada por el calor)
La susceptibilidad al agrietamiento térmico depende principalmente de la composición química, la estructura y las propiedades del material. El níquel es fácil de formar compuestos de bajo punto de fusión o eutécticos con impurezas como S y P, y la segregación de boro y silicio provocará agrietamiento térmico. La soldadura es fácil de formar una estructura de grano columnar grueso con fuerte direccionalidad, que favorece la segregación de impurezas y elementos nocivos. Promoviendo así la formación de una película líquida intercristalina continua y mejorando la sensibilidad al agrietamiento térmico. Si la soldadura se calienta de forma desigual, es fácil formar una gran tensión de tracción y promover la generación de grietas calientes de soldadura.
Medidas preventivas:
a. Controlar estrictamente el contenido de impurezas nocivas S y P.
b. Ajuste la textura del metal de soldadura. La soldadura de estructura de doble fase tiene buena resistencia al agrietamiento. La fase delta en la soldadura puede refinar los granos, eliminar la direccionalidad de la austenita monofásica, reducir la segregación de impurezas dañinas en el límite del grano y la fase delta puede disolver más S, P y puede reducir la energía interfacial y organizar la formación de una película líquida intercristalina.
c. Ajuste la composición de la aleación del metal de soldadura. Aumente adecuadamente el contenido de Mn, C y N en el acero austenítico monofásico y agregue una pequeña cantidad de oligoelementos como cerio, piqueta y tantalio (que pueden refinar la estructura de la soldadura y purificar los límites de grano) para reducir la sensibilidad a las grietas en caliente.
d. Medidas de proceso. Minimizar el sobrecalentamiento del baño de fusión para evitar la formación de cristales columnares gruesos y utilizar energías de línea pequeñas y cordones de soldadura de sección transversal pequeña.
Por ejemplo, los aceros austeníticos de tipo 25-20 son propensos a las grietas por licuefacción. Limitando estrictamente el contenido de impurezas y el tamaño de grano del metal base, adoptando métodos de soldadura de alta densidad de energía, energía de línea pequeña y aumentando la velocidad de enfriamiento de las juntas y otras medidas.
04Fragilización de uniones soldadas
El acero resistente al calor debe garantizar la plasticidad de la unión soldada y evitar la fragilización a alta temperatura; se requiere que el acero de baja temperatura tenga buena tenacidad a baja temperatura para evitar la fragilización a baja temperatura de la unión soldada.
05La deformación de la soldadura es grande.
Debido a la baja conductividad térmica y al alto coeficiente de expansión, la deformación por soldadura es grande y se puede utilizar un dispositivo para evitar la deformación. Métodos de soldadura y selección de materiales de soldadura para aceros inoxidables austeníticos:
El acero inoxidable austenítico se puede soldar mediante soldadura por arco de tungsteno y argón (TIG), soldadura por arco de argón con electrodo de fusión (MIG), soldadura por arco de argón con plasma (PAW) y soldadura por arco sumergido (SAW). El acero inoxidable austenítico tiene una corriente de soldadura baja debido a su bajo punto de fusión, baja conductividad térmica y alta resistividad. Se deben utilizar cordones y soldaduras estrechas para reducir el tiempo de residencia a alta temperatura, evitar la precipitación de carburo, reducir la tensión de contracción de la soldadura y reducir la sensibilidad a las grietas térmicas.
La composición de los consumibles de soldadura, especialmente los elementos de aleación de Cr y Ni, es mayor que la del metal base. Los consumibles de soldadura que contienen una pequeña cantidad (4-12%) de ferrita se utilizan para garantizar una buena resistencia al agrietamiento (agrietamiento en frío, agrietamiento en caliente, agrietamiento por corrosión bajo tensión) de la soldadura. Cuando no se permite o es imposible la fase de ferrita en la soldadura, se deben seleccionar los consumibles de soldadura que contienen Mo, Mn y otros elementos de aleación.
El contenido de C, S, P, Si y Nb en los consumibles de soldadura debe ser lo más bajo posible. El Nb provocará grietas de solidificación en las soldaduras de austenita pura, pero se puede evitar de manera efectiva una pequeña cantidad de ferrita en las soldaduras. Para las estructuras soldadas que necesitan estabilizarse o aliviarse de la tensión después de la soldadura, generalmente se seleccionan materiales de soldadura que contienen Nb. La soldadura por arco sumergido se utiliza para soldar placas medianas, y la pérdida por quemado de Cr y Ni se puede complementar con la transición de elementos de aleación en el fundente y el alambre de soldadura; debido a la gran profundidad de penetración, se debe tener cuidado para evitar la generación de grietas calientes en el centro de la soldadura y la resistencia a la corrosión de la zona afectada por el calor. Reducción sexual. Se debe prestar atención a la selección de un alambre de soldadura más delgado y una energía de línea de soldadura más pequeña, y el alambre de soldadura debe ser bajo en Si, S y P. El contenido de ferrita en la soldadura de acero inoxidable resistente al calor no debe exceder el 5%. Para el acero inoxidable austenítico con un contenido de Cr y Ni superior al 20 %, se debe utilizar un alambre de soldadura con un alto contenido de Mn (6-8 %) y se debe utilizar un fundente alcalino o neutro como fundente para evitar la adición de Si a la soldadura y mejorar su resistencia al agrietamiento. El fundente especial para acero inoxidable austenítico tiene muy poca adición de Si, lo que puede transferir aleación a la soldadura para compensar la pérdida por quemado de los elementos de aleación para cumplir con los requisitos de rendimiento de la soldadura y composición química.
