Questo articolo di Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. spiega cosa considerare quando si specificano i metalli d'apporto per la saldatura dell'acciaio inossidabile.
Le capacità che rendono l'acciaio inossidabile così attraente - la capacità di personalizzare le sue proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione e all'ossidazione - aumentano anche la complessità della selezione di un metallo d'apporto appropriato per la saldatura.Per ogni data combinazione di materiali di base, può essere appropriato uno qualsiasi dei diversi tipi di elettrodi, a seconda dei problemi di costo, delle condizioni di servizio, delle proprietà meccaniche desiderate e di una serie di problemi relativi alla saldatura.
Questo articolo fornisce il background tecnico necessario per dare al lettore un apprezzamento per la complessità dell'argomento e quindi risponde ad alcune delle domande più comuni poste ai fornitori di metallo d'apporto.Stabilisce le linee guida generali per la selezione dei metalli d'apporto in acciaio inossidabile appropriati e spiega tutte le eccezioni a tali linee guida!L'articolo non copre le procedure di saldatura, poiché questo è un argomento per un altro articolo.
Quattro gradi, numerosi elementi leganti
Esistono quattro categorie principali di acciai inossidabili:
austenitico
martensitico
ferritico
Duplex
I nomi derivano dalla struttura cristallina dell'acciaio normalmente presente a temperatura ambiente.Quando l'acciaio a basso tenore di carbonio viene riscaldato sopra i 912°C, gli atomi dell'acciaio vengono riorganizzati dalla struttura chiamata ferrite a temperatura ambiente alla struttura cristallina chiamata austenite.Raffreddandosi, gli atomi ritornano alla loro struttura originaria, la ferrite.La struttura ad alta temperatura, l'austenite, è amagnetica, plastica e ha una resistenza inferiore e una maggiore duttilità rispetto alla forma a temperatura ambiente della ferrite.
Quando all'acciaio viene aggiunto più del 16% di cromo, la struttura cristallina a temperatura ambiente, la ferrite, viene stabilizzata e l'acciaio rimane allo stato ferritico a tutte le temperature.Quindi il nome acciaio inossidabile ferritico viene applicato a questa base di lega.Quando all'acciaio vengono aggiunti oltre il 17% di cromo e il 7% di nichel, la struttura cristallina ad alta temperatura dell'acciaio, l'austenite, viene stabilizzata in modo che persista a tutte le temperature da quella più bassa a quella quasi di fusione.
L'acciaio inossidabile austenitico è comunemente indicato come il tipo "cromo-nichel" e gli acciai martensitici e ferritici sono comunemente chiamati tipi "cromo dritto".Alcuni elementi di lega utilizzati negli acciai inossidabili e nei metalli saldati si comportano come stabilizzatori di austenite e altri come stabilizzatori di ferrite.I più importanti stabilizzanti dell'austenite sono il nichel, il carbonio, il manganese e l'azoto.Gli stabilizzatori di ferrite sono cromo, silicio, molibdeno e niobio.Il bilanciamento degli elementi di lega controlla la quantità di ferrite nel metallo saldato.
I gradi austenitici sono saldati più facilmente e in modo soddisfacente rispetto a quelli che contengono meno del 5% di nichel.I giunti saldati prodotti in acciai inossidabili austenitici sono resistenti, duttili e tenaci allo stato come saldati.Normalmente non richiedono trattamenti termici di preriscaldo o post-saldatura.I gradi austenitici rappresentano circa l'80% dell'acciaio inossidabile saldato e questo articolo introduttivo si concentra principalmente su di essi.
Tabella 1: Tipi di acciaio inossidabile e loro contenuto di cromo e nichel.
tinizio{c,80%}
thead{Tipo|% Cromo|% Nichel|Tipi}
tdata{Austenitico|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitico|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferritico|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
tendere{}
Come scegliere il metallo d'apporto inossidabile corretto
Se il materiale di base in entrambe le lastre è lo stesso, il principio guida originale era: "Inizia abbinando il materiale di base".Funziona bene in alcuni casi;per unire il Tipo 310 o 316 scegliere il Tipo di riempitivo corrispondente.
Per unire materiali dissimili, segui questo principio guida: "scegli un riempitivo adatto al materiale più legato".Per unire 304 a 316, scegli un riempitivo 316.
Sfortunatamente, la "regola di corrispondenza" ha così tante eccezioni che un principio migliore è: consultare una tabella di selezione del metallo d'apporto.Ad esempio, il tipo 304 è il materiale di base in acciaio inossidabile più comune, ma nessuno offre un elettrodo di tipo 304.
Come saldare l'acciaio inox Tipo 304 senza un elettrodo Tipo 304
Per saldare l'acciaio inossidabile Tipo 304, utilizzare il riempitivo Tipo 308, poiché gli elementi di lega aggiuntivi nel Tipo 308 stabilizzeranno meglio l'area di saldatura.
Tuttavia, 308L è anche un riempitivo accettabile.La designazione "L" dopo ogni tipo indica un basso contenuto di carbonio.Un acciaio inossidabile di tipo 3XXL ha un contenuto di carbonio pari o inferiore allo 0,03%, mentre l'acciaio inossidabile di tipo 3XX standard può avere un contenuto di carbonio massimo dello 0,08%.
Poiché un riempitivo di tipo L rientra nella stessa classificazione del prodotto non L, i fabbricanti possono e dovrebbero prendere in seria considerazione l'utilizzo di un riempitivo di tipo L poiché un contenuto di carbonio inferiore riduce il rischio di problemi di corrosione intergranulare.In effetti, gli autori sostengono che il riempitivo di tipo L sarebbe più ampiamente utilizzato se i fabbricanti aggiornassero semplicemente le loro procedure.
I fabbricanti che utilizzano il processo GMAW potrebbero anche prendere in considerazione l'utilizzo di un riempitivo di tipo 3XXSi, in quanto l'aggiunta di silicio migliora il bagnamento.In situazioni in cui la saldatura ha una corona alta o ruvida, o in cui il bagno di saldatura non si lega bene alle punte di un raccordo o di una giunzione sovrapposta, l'utilizzo di un elettrodo GMAW di tipo Si può levigare il cordone di saldatura e favorire una migliore fusione.
Se la precipitazione del carburo è un problema, prendi in considerazione un riempitivo di tipo 347, che contiene una piccola quantità di niobio.
Come saldare l'acciaio inossidabile all'acciaio al carbonio
Questa situazione si verifica nelle applicazioni in cui una parte di una struttura richiede una faccia esterna resistente alla corrosione unita a un elemento strutturale in acciaio al carbonio a costi inferiori.Quando si unisce un materiale di base senza elementi di lega a un materiale di base con elementi di lega, utilizzare un riempitivo sovralegato in modo che la diluizione all'interno del metallo saldato sia bilanciata o sia più altamente legata rispetto al metallo di base inossidabile.
Per unire l'acciaio al carbonio al tipo 304 o 316, nonché per unire acciai inossidabili diversi, prendere in considerazione un elettrodo di tipo 309L per la maggior parte delle applicazioni.Se si desidera un contenuto di Cr più elevato, considerare il tipo 312.
Come nota cautelativa, gli acciai inossidabili austenitici mostrano un tasso di espansione che è circa il 50% maggiore di quello dell'acciaio al carbonio.Quando vengono uniti, i diversi tassi di espansione possono causare crepe dovute a sollecitazioni interne a meno che non vengano utilizzati l'elettrodo e la procedura di saldatura appropriati.
Utilizzare le corrette procedure di pulizia per la preparazione della saldatura
Come con altri metalli, rimuovere prima olio, grasso, segni e sporco con un solvente non clorurato.Successivamente, la regola principale della preparazione della saldatura inossidabile è "Evitare la contaminazione da acciaio al carbonio per prevenire la corrosione".Alcune aziende utilizzano edifici separati per il loro "negozio di acciaio inossidabile" e "negozio di carbonio" per prevenire la contaminazione incrociata.
Designare le mole e le spazzole inossidabili come "solo inossidabili" quando si preparano i bordi per la saldatura.Alcune procedure richiedono la pulizia di due pollici indietro dall'articolazione.Anche la preparazione del giunto è più critica, poiché compensare le incoerenze con la manipolazione degli elettrodi è più difficile che con l'acciaio al carbonio.
Utilizzare la corretta procedura di pulizia post-saldatura per prevenire la formazione di ruggine
Per iniziare, ricorda cosa rende inossidabile un acciaio inossidabile: la reazione del cromo con l'ossigeno per formare uno strato protettivo di ossido di cromo sulla superficie del materiale.L'acciaio inossidabile arrugginisce a causa della precipitazione del carburo (vedi sotto) e perché il processo di saldatura riscalda il metallo di saldatura al punto in cui l'ossido ferritico può formarsi sulla superficie della saldatura.Lasciata come saldata, una saldatura perfettamente sana potrebbe mostrare "tracce di ruggine" ai confini della zona interessata dal calore in meno di 24 ore.
Affinché un nuovo strato di ossido di cromo puro possa riformarsi correttamente, l'acciaio inossidabile richiede la pulizia post-saldatura mediante lucidatura, decapaggio, molatura o spazzolatura.Ancora una volta, usa smerigliatrici e spazzole dedicate all'attività.
Perché il filo per saldatura in acciaio inossidabile è magnetico?
L'acciaio inossidabile completamente austenitico non è magnetico.Tuttavia, le temperature di saldatura creano una grana relativamente grande nella microstruttura, che fa sì che la saldatura sia sensibile alle cricche.Per mitigare la sensibilità alla criccatura a caldo, i produttori di elettrodi aggiungono elementi di lega, inclusa la ferrite.La fase ferritica fa sì che i grani austenitici siano molto più fini, quindi la saldatura diventa più resistente alle cricche.
Un magnete non si attacca a una bobina di riempitivo inossidabile austenitico, ma una persona che tiene in mano un magnete potrebbe avvertire una leggera trazione a causa della ferrite trattenuta.Sfortunatamente, questo fa sì che alcuni utenti pensino che il loro prodotto sia stato etichettato in modo errato o che stiano utilizzando il metallo d'apporto sbagliato (soprattutto se hanno strappato l'etichetta dal cestello).
La corretta quantità di ferrite in un elettrodo dipende dalla temperatura di servizio dell'applicazione.Ad esempio, troppa ferrite fa sì che la saldatura perda la sua tenacità a basse temperature.Pertanto, la riempitrice Tipo 308 per un'applicazione di tubazioni GNL ha un numero di ferrite compreso tra 3 e 6, rispetto a un numero di ferrite di 8 per la riempitrice Tipo 308 standard.In breve, all'inizio i metalli d'apporto possono sembrare simili, ma le piccole differenze nella composizione sono importanti.
Esiste un modo semplice per saldare acciai inossidabili duplex?
Tipicamente, gli acciai inossidabili duplex hanno una microstruttura costituita da circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite.In termini semplici, la ferrite fornisce un'elevata resistenza e una certa resistenza alla tensocorrosione, mentre l'austenite fornisce una buona tenacità.Le due fasi in combinazione conferiscono agli acciai duplex le loro interessanti proprietà.È disponibile un'ampia gamma di acciai inossidabili duplex, il più comune è il Tipo 2205;questo contiene il 22% di cromo, il 5% di nichel, il 3% di molibdeno e lo 0,15% di azoto.
Quando si salda l'acciaio inossidabile duplex, possono sorgere problemi se il metallo di saldatura ha troppa ferrite (il calore dell'arco fa sì che gli atomi si dispongano in una matrice di ferrite).Per compensare, i metalli d'apporto devono promuovere la struttura austenitica con un contenuto di lega più elevato, tipicamente dal 2 al 4% in più di nichel rispetto al metallo di base.Ad esempio, il filo animato per la saldatura del tipo 2205 può contenere l'8,85% di nichel.
Il contenuto di ferrite desiderato può variare dal 25 al 55% dopo la saldatura (ma può essere superiore).Si noti che la velocità di raffreddamento deve essere abbastanza lenta da consentire all'austenite di riformarsi, ma non così lenta da creare fasi intermetalliche, né troppo veloce da creare un eccesso di ferrite nella zona termicamente alterata.Seguire le procedure consigliate dal produttore per il processo di saldatura e il metallo d'apporto selezionato.
Regolazione dei parametri durante la saldatura dell'acciaio inossidabile
Per i fabbricanti che regolano costantemente i parametri (tensione, amperaggio, lunghezza dell'arco, induttanza, ampiezza dell'impulso, ecc.) durante la saldatura dell'acciaio inossidabile, il tipico colpevole è la composizione incoerente del metallo d'apporto.Data l'importanza degli elementi di lega, le variazioni da lotto a lotto nella composizione chimica possono avere un notevole effetto sulle prestazioni di saldatura, come scarsa bagnatura o difficile rilascio di scoria.Anche le variazioni del diametro dell'elettrodo, della pulizia della superficie, del cast e dell'elica influiscono sulle prestazioni nelle applicazioni GMAW e FCAW.
Controllo della precipitazione del carburo nell'acciaio inossidabile austenitico
A temperature comprese tra 426 e 871°C, il contenuto di carbonio superiore allo 0,02% migra verso i bordi di grano della struttura austenitica, dove reagisce con il cromo formando carburo di cromo.Se il cromo è legato al carbonio, non è disponibile per la resistenza alla corrosione.Se esposto a un ambiente corrosivo, si verifica la corrosione intergranulare, che consente di erodere i bordi dei grani.
Per controllare la precipitazione del carburo, mantenere il contenuto di carbonio il più basso possibile (massimo 0,04%) saldando con elettrodi a basso contenuto di carbonio.Il carbonio può anche essere legato dal niobio (precedentemente columbio) e dal titanio, che hanno un'affinità più forte per il carbonio rispetto al cromo.Gli elettrodi di tipo 347 sono realizzati per questo scopo.
Come prepararsi per una discussione sulla selezione del metallo d'apporto
Come minimo, raccogliere informazioni sull'uso finale della parte saldata, compreso l'ambiente di servizio (in particolare le temperature di esercizio, l'esposizione a elementi corrosivi e il grado di resistenza alla corrosione prevista) e la durata utile desiderata.Le informazioni sulle proprietà meccaniche richieste nelle condizioni operative sono di grande aiuto, tra cui resistenza, tenacità, duttilità e fatica.
La maggior parte dei principali produttori di elettrodi fornisce guide per la selezione del metallo d'apporto e gli autori non possono enfatizzare eccessivamente questo punto: consultare una guida alle applicazioni del metallo d'apporto o contattare gli esperti tecnici del produttore.Sono lì per aiutare a selezionare l'elettrodo in acciaio inossidabile corretto.
Per ulteriori informazioni sui metalli d'apporto in acciaio inossidabile di TYUE e per contattare gli esperti dell'azienda per un consiglio, visitare www.tyuelec.com.
Tempo di pubblicazione: 23 dicembre 2022