Soldadura de acero inoxidable

4. Consumibles de soldadura recomendados para uniones metálicas similares

(1) Consumibles de soldadura recomendados para acero inoxidable martensítico y ferrítico

Básicamente, se seleccionan los consumibles de soldadura con la composición química similar a la del metal base. (Véase el cuadro 4-5.)

Consumibles de soldadura tipo 309 también se pueden utilizar para el acero inoxidable al Cr. En este caso, sin embargo, se requiere precaución porque existe el temor de que pueda ocurrir fatiga térmica en los ciclos térmicos, debido a que el coeficiente de dilatación térmica es diferente entre el metal base y el metal de soldadura.

Tabla 5 Consumibles de soldadura recomendados para acero inoxidable martensítico y ferrítico
Grado de acero
JIS (AISI)
Consumibles de soldadura recomendados
Electrodo cubierto SMAW Cable de soldadura MAG (FCW) Cable de soldadura TIG
SUS410 (410) CR−40
NC−39*1
DW−410Cb
DW−309*1
TG−S410
TG−S309*1
SUS410S (410S) CR−40
NC−39*1
DW−410Cb
DW−309*1
TG−S410
TG−S309*1
SUS405 (405) CR−40Cb
NC−39*1
DW−410Cb
DW−309*1
TG−S410Cb
TG−S309*1
SUS430 (430) CR−43
NC−39*1
DW−309*1 TG−S309*1
SUS430LX (-) CR−43Cb
NC−39*1
DW−309*1 TG−S309*1
SUS444 (444) NC−36L
NC−39MoL
DW−316L
DW−309MoL
TG−S316L
TG−S309MoL
(Nota)
* 1. Es mejor evitar el uso de este tipo de consumibles, cuando las piezas a soldar se va a usar en un entorno de ciclo térmico o en un entorno corrosivo sensible al Ni.

(2) Consumibles de soldadura recomendados para el acero inoxidable austenítico

Básicamente, se seleccionan los consumibles de soldadura con la composición química similar a la del metal base. (Véase el cuadro 4-6.)
Cuando se utilizan cables tubulares (con núcleo fundente) para la soldadura de una estructura que se compone de acero inoxidable austenítico SUS304 (AISI 304) o SUS316 (AISI 316) adecuados para temperaturas a partir de 500 ºC, deben utilizarse cables específicos y adecuados para alta temperatura.
Consumibles de soldadura de baja emisión de carbono pueden ser utilizados para aceros inoxidables con un contenido de carbono ordinario como SUS304 (AISI 304) y SUS316 (AISI 316). Esto puede no ser aplicable en un entorno de operaciones donde la resistencia a la alta temperatura (como la resistencia a la fluencia) es requerido.
Aceros inoxidables de bajo contenido de carbono, tales como SUS304L (AISI 304L) y SUS316L (AISI 316L) contienen un máximo de 0,03% de carbono, mientras que los consumibles de soldadura con las características determinadas contienen un máximo de 0,04% de carbono, de acuerdo con las normas respectivas. Por lo tanto, cuando se requiere el mismo contenido de carbono para el metal de soldadura como para la base de metal, se deben utilizar consumibles de soldadura de muy baja emisión de carbono.
Tabla 6 Consumibles de soldadura recomendados para acero inoxidable martensítico y ferrítico
Grado de acero
JIS (AISI)
Consumibles de soldadura recomendados
Electrodo cubierto SMAW Cable de soldadura MAG (FCW) Cable de soldadura TIG
SUS304 (304) NC−38
NC−38H*1
DW−308
DW−308H*1
TG−S308
SUS304L (304L) NC−38L DW−308L    DW−308LH*2
DW−308LP*3    DW−T308L*4
TG−S308L
SUS304LN (304LN) DW−308LN
SUS309S (309S) NC−39 DW−309    DW−310*1
DW−309LP*3    DW−T309L*4
TG−S309
SUS310S (310S) NC−30 DW−310 TG−S310
SUS316 (316) NC−36 DW−316    DW−316LH*1
DW−316LP*3
TG−S316
SUS316L (316L) NC−36L DW−316L    DW−316LH*2
DW−316LP*3    DW−T316L*4
TG−S316L
SUS316LN (316LN) NC−317L DW−317L
DW−317LP*3
TG−S317L
SUS317 (317) NC−317L DW−317L
DW−317LP*3
TG−S317L
SUS317L (317L) NC−317L DW−317L
DW−317LP*3
TG−S317L
SUS321 (321) NC−37
NC−37L
DW−347
DW−347LH*1
TG−S347
SUS347 (347) NC−37
NC−37L
DW−347
DW−347LH*1
TG−S347
SUS329J3L (31803) NC−329M DW−329A
DW−329AP*3
TG−S329M
SUS329J4L (32250) NC−329M DW−329M TG−S329M
SUS630 (S17400) TG−S630
(Nota)
* 1. Para la especificación de alta temperatura.
* 2. Para la especificación SR (recocido para liberación de tensión).
* 3. Para la soldadura en todas las posiciones.
* 4. Para para aceros de espesor delgado o grueso, debido a una amplia gama de corrientes de soldadura aplicables.

5. Consumibles de soldadura recomendados para uniones de metales distintos

Welding of two kinds of steel different in chemical composition is called dissimilar metal welding.

La soldadura de dos tipos de aceros diferentes en composición química, se denomina soldadura de metales disímiles. En la soldadura de metales disímiles, la selección de consumibles de soldadura requiere una consideración de resistencia suficiente al agrietamiento, resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas de acuerdo a la combinación de los metales base de la soldadura.

La Tabla 4-7 muestra los consumibles de soldadura más comunes que se utilizan para la soldadura de metales disímiles. Básicamente, este tipo de consumibles de soldadura deben ser utilizados de manera que cumpla con las propiedades mecánicas de al menos uno de los metales base de la unión o junta. A continuación se presentan observaciones complementarias a la Tabla 4-7.

En la soldadura de acero al carbono con acero inoxidable austenítico, se utilizan normalmente consumibles de soldadura tipo 390 con mayor cantidad de Cr y Ni. Esto es porque, con consumibles de soldadura tipo 380, el Cr y Ni se pueden diluir con el metal base de acero al carbono y por lo tanto la estructura martensítica (estructura quebradiza) se puede deformar dentro del metal de soldadura.
En la soldadura de acero al carbono con acero inoxidable austenítico, ya que estos dos metales son muy diferentes en el coeficiente de expansión térmica, consumibles de soldadura tipo Inconel con alto contenido de Ni que tiene coeficiente intermedio de dilatación térmica, debe ser usado donde la soldadura se somete a ciclos térmicos intensos.
En la soldadura de acero al carbono con acero inoxidable al Cr, cualquiera de los consumibles de soldadura de tipo acero de Cr, tipo de acero austenítico y tipo de alto contenido de Ni, se puede utilizar considerando las siguientes ventajas y desventajas de cada tipo.
Consumibles de acero tipo Cr son adecuados para una aplicación bajo ciclos térmicos intensos o ambientes de corrosión sensibles al Ni. Sin embargo, el precalentamiento adecuado y el tratamiento térmico posterior a la soldadura son requieridos para evitar las grietas que se generan después del proceso de soldado. Consumibles de acero de tipo austenítico tienen excelente soldabilidad, pero causan problemas de tensión térmica en un ambiente donde la soldadura se expone a ciclos térmicos intensos.
Consumibles de tipo de alto contenido de Ni son costosos y propensos a generar grietas en caliente; de otro lado, ya que tienen que soportar ciclos térmicos intensos, son adecuados para la soldadura que es difícil de tratar térmicamente después del soldado y se utiliza en un entorno de ciclos térmicos intensos
Para la soldadura de metales diferentes, no es recomendable un proceso de soldadura que cuenta con una relación de dilución grande como la soldadura por arco sumergido.
Cuando se utilizan los procesos de soldadura MIG y TIG para la soldadura de metales diferentes, la penetración en el acero al carbono debe mantenerse tan pequeña como sea posible.
Tabla 4-7. Consumibles de soldadura recomendadas para soldadura de metales disímiles*1*2
Combinación de
metal base
Proceso de
soldado
Acero inoxidable austenítico
(JIS : US304, 316, 347, etc.)
(AISI : 304, 316, 347, etc.)
Acero inoxidable ferrítico
y martensítico
(JIS : SUS410, 430, etc.)
(AISI : 410, 430, etc.)
Acero dulce,
acero de baja aleación
Soldadura de arco
metálico blindado
NC−39
NI−C70A
NC−39, NI−C70A
CR−43Cb
Soldadura MIG MG−S309LS
MG−S70NCb
MG−S309LS
MG−S70NCb
Soldadura FCW DW−309, DW−N70A DW−309, MG−S430M,
DW−N70A
Soldadura TIG TG−S309
TG−S70NCb
TG−S309
TG−S70NCb
Acero inoxidable ferrítico
y martensítico
(JIS : SUS410, 430, etc.)
(AISI : 410, 430, etc.)
Soldadura de arco
metálico blindado
NC−39, NI−C70A
Soldadura MIG MG−S309LS
MG−S70NCb
Soldadura FCW DW−309, DW−N70A
Soldadura TIG TG−S309, TG−S70NCb
Acero inoxidable
austenítico
Cada proceso
de soldadura
Un consumible de soldadura que
coincide con la base de metal de
aleación baja (especialmente Cr y Ni)
(Nota)
* 1. Para metales disímiles de soldadura, se utiliza comúnmente un consumible de soldadura tipo 309, pero no es adecuado para aplicaciones de ciclos térmicos intensos porque su coeficiente de dilatación térmica es diferente de la del metal de base ferrítica.
* 2. Un consumible de soldadura del tipo Inconel puede proporcionar soldaduras metalúrgicamente estables, pero es costoso y tiende a ser sensible al agrietamiento en caliente.

6. Precalentamiento y postcalentamiento

(1) Soldadura de metales similares

Las condiciones de precalentamiento y postcalentamiento adecuadas en la soldadura de metales básicos de composición química similares se indican en la Tabla 4-8. En el control del procedimiento de soldadura, el punto clave es el control de calor. Especialmente, con acero inoxidable martensítico y ferrítico (también conocido como acero inoxidable con Cr), el control de calor de precalentamiento y postcalentamiento determina en gran medida los resultados de la soldadura.

Tabla 4-8 Condiciones de precalentamiento y postcalentamiento para soldadura de metal similar
  Acero inoxidable martensítico Acero inoxidable ferrítico Acero inoxidable austenítico
Temperatura de
precalentamiento
200~400℃ 100~200℃ No es necesario
Temperatura de
postcalentamiento
700~760℃ Normalmente no es necesario
Propósitos de
precalentamiento
Evitar los agrietamientos posteriores ①
・Prevenir que el HAZ se endurezca
・Ayuda a eliminar el hidrógeno
Evitar los agrietamientos posteriores ①
・Ayuda a eliminar el hidrógeno
El precalentamiento no se aplica
normalmente para evitar la degradación
de la resistencia a la corrosión
Propósitos de
postcalentamiento
Evitar los agrietamientos posteriores ①
・Ablandamiento de HAZ
・Eliminación de hidrógeno
・Atenuar tensiones residuales
・Mejorar las propiedades mecánicas
Evitar los agrietamientos posteriores ①
・Eliminación de hidrógeno
・Atenuar tensiones residuales
・umento de la tenacidad de la muesca
・ Mejorar la resistencia a la corrosión y de las propiedades mecánicas
(Tratamiento térmico de solución sólida ②)
・Prevención de la corrosión bajo tensión
(Recocido para el alivio de tensión ③)
Observaciones · Endurecimiento
· Agrietamiento en caliente ④
· Resistencia a la corrosión de HAZ⑤
· Fragilización a 475 ℃
· Fragilización por calentamiento a alta temperatura (900 ℃ o superior)
· Fragilización fase Sigma (600 ~ 800 ℃)
・Agrietamiento en caliente ④
・Resistencia a la corrosióne⑤
(Nota)
* 1. El calentamiento posterior mencionado en la tabla se refiere al recocido para atenuar la tensión (SR), excepto el tratamiento térmico de la solución sólida. En general, SR debe iniciarse en un horno inmediatamente después que la soldadura se termine, pero antes que la soldadura se enfríe a temperatura ambiente. Si esto no se puede ejecutar, la soldadura debe ser calentada de 300 a 350 ℃ durante 30 a 60 minutos justo después que la soldadura se ha finalizado para eliminar el hidrógeno del metal de soldadura, lo cual se llama postcalentamiento inmediato.
* 2. Para soldaduras de acero inoxidable austenítico, normalmente no se realiza el postcalentamiento, excepto de casos especiales.

La siguiente es una explicación detallada de ① a ⑤ en la Tabla 4-8.

① Evitar los agrietamientos posteriores

Los agrietamientos posteriores se producen después que la soldadura se haya enfriado a la temperatura ambiente. Tres causas principales que se consideran son: hidrógeno difusible en el metal de soldadura, endurecimiento del metal de soldadura y HAZ, además de la restricción de la junta. Precalentamiento y recocido para atenuar la tensión, son eficaces para la prevención de grietas posteriores Debido a que el precalentamiento puede reducir la velocidad de enfriamiento de la soldadura, disminuye efectivamente la dureza del metal de soldadura y HAZ, además que mejora la liberación de hidrógeno difusible. Los agrietamientos posteriores son un problema con la pieza soldada de acero inoxidable al Cr, pero no con la pieza soldada de acero inoxidable austenítico. Esto es porque la pieza soldada de acero inoxidable austenítico no se endurece, independientemente de la velocidad de enfriamiento y el hidrógeno disuelto no se torna difusible. Por lo tanto, el precalentamiento no se requiere en la soldadura de acero inoxidable austenítico. Por el contrario, el precalentamiento puede deteriorar la resistencia a la corrosión.

② Tratamiento térmico de solución sólida

El tratamiento térmico de la solución sólida, que se lleva a cabo principalmente en soldadura de acero inoxidable austenítico, es llevar a cabo la soldadura de 1000 a 1150 ℃ durante 2 minutos o más por 1 mm de espesor de la placa, seguida de un enfriamiento rápido. Durante el enfriamiento, la soldadura debe enfriarse lo más rápidamente posible en el rango de 500 a 800 ℃ para evitar la formación de carburo de cromo. Cuando la soldadura se lleva a cabo de 1000 a 1150 ℃, el carburo de cromo, la fase sigma y la ferrita en el metal de soldadura se separan en la matriz. Con este tratamiento térmico, se pude mejorar la resistencia a la corrosión, ductilidad y tenacidad, además se puede eliminar las tensiones internas causadas por el trabajo de soldadura.

③ Recocido para la liberación de tensión (SR)

Los propósitos principales de SR son la prevención de agrietamientos posteriores en soldaduras de acero inoxidable al Cr y la mejora de las propiedades mecánicas. Mientras que, para piezas soldadas de acero inoxidable austenítico, el propósito principal es la prevención de la corrosión bajo tensión. Sin embargo, cuando la resistencia a la corrosión es importante o cuando la fase sigma tiende a precipitarse como en el caso del metal de soldadura de tipo 347 o de tipo 316, SR puede ser perjudicial en muchos casos. Por lo tanto, SR de piezas soldadas de acero inoxidable austenítico debe evitarse a menos que se considere indispensable después de examinar suficientemente el grado de acero, las condiciones de uso y las experiencias pasadas de la práctica.

④ Agrietamiento en caliente

Mientras que las grietas en las soldaduras de acero inoxidable al Cr pueden ocurrir a temperatura ambiente y son llamados agrietamientos posteriores, las grietas del metal de soldadura de acero inoxidable austenítico y de alta aleación de Ni, pueden ocurrir en la mayoría de los casos, inmediatamente después de que la solidificación se completa y se llaman agrietamientos en caliente. Con el fin de prevenir la aparición de agrietamientos en caliente, consumibles de soldadura para aceros inoxidables austeníticos de propósito general, están diseñados de modo que el metal de soldadura contiene un pequeño porcentaje de la estructura ferrítica en la matriz austenítica. Para medir el porcentaje de estructura ferrítica en el metal depositado, algunos métodos están disponibles: uno es utilizar diagramas de estructura metalográfica; también utilizar instrumentos de medida y el otro es utilizar un microscopio. A diferencia de soldaduras de acero inoxidable al Cr, las grietas de las piezas soldadas de acero inoxidable austenítico no se pueden prevenir mediante el precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura. Para evitar grietas en las soldaduras de acero inoxidable austenítico, es importante seleccionar el consumible de soldadura apropiado con la mínima cantidad de impurezas y de utilizar los procedimientos de soldadura adecuados.

⑤ Resistencia a la corrosión de HAZ

El acero inoxidable austenítico se produce con el fin de poseer resistencia uniforme a la corrosión, normalmente por medio de tratamiento térmico de la solución sólida. Pero, una vez que se suelda, la resistencia a la corrosión de la HAZ se vuelve inferior a la de la zona no afectada del metal base porque carburos se precipitan en la HAZ. Esta zona de precipitación de carburo se llama degradación por soldadura, que se forma por calentamiento en el rango de 500 a 800 ℃ por la soldadura, y como resultado, los carburos de cromo se precipitan, disminuyendo de ese modo el Cr independiente en la matriz, que es eficaz para la mejora de la resistencia a la corrosión. En consecuencia, la resistencia a la corrosión de la HAZ se deteriora. Aunque hay casos en los que la descomposición de soldadura no presenta ningún problema en el uso, se requieren algunas contramedidas cuando se utiliza la estructura soldada en un ambiente donde la corrosión intergranular o corrosión bajo tensión tienden a genera grietas.

Los propósitos principales de SR son la prevención de agrietamientos posteriores en soldaduras de acero inoxidable al Cr y la mejora de las propiedades mecánicas. :

(a)
Mientras que, para piezas soldadas de acero inoxidable austenítico, el propósito principal es la prevención de la corrosión bajo tensión.
(b)
Sin embargo, cuando la resistencia a la corrosión es importante o cuando la fase sigma tiende a precipitar como en el caso del metal de soldadura de tipo 347 o de tipo 316, SR puede ser perjudicial en muchos casos.
(c)
Por lo tanto, SR de piezas soldadas de acero inoxidable austenítico debe evitarse a menos que se considere indispensable después de examinar suficientemente el grado de acero, las condiciones de uso y las experiencias pasadas de la práctica.

(2) Soldadura de metales disímiles

En cuanto a la temperatura de precalentamiento en la soldadura de metales diferentes, normalmente se selecciona la temperatura de precalentamiento superior entre los dos metales de base. Ejemplos de la temperatura de precalentamiento en la soldadura de metales diferentes se muestran en la Tabla 4-9. Se requiere precaución, pues una temperatura demasiado alta de precalentamiento en la soldadura de metales diferentes puede dar lugar a una penetración excesiva y por lo tanto la composición química del metal de soldadura puede llegar a ser inadecuada. El uso de consumibles de soldadura para el acero inoxidable austenítico permite reducir la temperatura de precalentamiento para la prevención de agrietamientos posteriores. Pero el uso de temperaturas de precalentamiento inferiores puede reducir el efecto preventivo contra el endurecimiento de HAZ.

Ejemplos de temperaturas de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en la soldadura de metales distintos se muestran en la Tabla 4-10. A medida que el PWHT de la junta de soldadura de metales diferentes afectan tanto a los metales básicos y el metal de soldadura de diferentes maneras, se requiere un examen a fondo en cuanto a las condiciones de PWHT o incluso si realmente es necesario o no su uso.

Si se selecciona una temperatura intermedia o una temperatura más alta para PWHT de una junta metálica disímil en comparación con la temperatura adecuada PWHT para cada metal base, ésta puede exceder la temperatura de transformación del metal de base cuya temperatura adecuada PWHT es menor (normalmente la base metal con menos elementos de aleación) y, como resultado, las propiedades del metal base pueden cambiar por completo. Por lo tanto, la temperatura PWHT debe ser verificada suficientemente de antemano.

Con una combinación de aceros ferríticos y austeníticos como en la junta de soldadura de acero al carbono y el acero inoxidable austenítico, es una práctica común para seleccionar una temperatura menor de PWHT en el rango de temperaturas recomendado para el acero ferrítico. La razón por la cual se selecciona una temperatura más baja es para minimizar la migración de carbono en la interface de la soldadura. También, se debe tener en cuenta que estas temperaturas PWHT están en el rango donde el acero inoxidable austenítico precipita carburos y fases sigma.

Tabla 4-9. Temperaturas de precalentamiento e interpasse para soldadura de metales disímiles.
Acero inoxidable Acero inoxidable austenítico
(JIS : SUS304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)
(AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)
Acero inoxidable martensítico
(JIS : SUS410, etc.)
(AISI : 410, etc.)
Acero inoxidable ferrítico
(JIS : SUS430, 405, etc.)
(AISI : 430, 105, etc.)
Acero dulce
Acero de baja aleación
Acero dulce 200~400℃ 100~200℃
Acero de Mo 0,5% 100~200℃ 200~400℃ 100~200℃
Acero de 1.25%Cr−0.5%Mo 100~200℃ 200~400℃ 100~200℃
Acero de 2.25%Cr−1%Mo 100~200℃ 200~400℃ 200~350℃
Tabla 4-10 Temperatura de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para soldadura de metales disímiles
Acero inoxidable Acero inoxidable austenítico
(JIS : SUS304, 304L, 316,
316L, 347, 321, etc.)
(AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)*2
Acero inoxidable martensítico
(JIS : SUS410, etc.)
(AISI : 410, etc.)*1
Acero inoxidable ferrítico
(JIS : SUS430, 405, etc.)
(AISI : 430, 105, etc.)*1
Acero dulce
Acero de baja aleación
Acero dulce (550~600℃) 600~650℃ 600~650℃
Acero de Mo 0,5% (550~600℃) 600~650℃ 600~650℃
Acero de 1.25%Cr−0.5%Mo (550~600℃) 650~720℃ 650~720℃
Acero de 2.25%Cr−1%Mo (550~600℃) 680~750℃ 680~750℃
(Nota)
* 1. En la soldadura de metales disímiles de acero inoxidable ferrítico o martensítico de aleación ligera / baja, utilizar la temperatura más alta en el rango de temperatura PWHT inferior, entre los rangos de temperatura recomendados para los metales de base individuales.
* 2. Para una junta de metal diferente, uno de cuyos componentes es de acero inoxidable austenítico, PWHT puede degradar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable austenítico. Esta es la razón por la que la necesidad de PWHT debe ser examinada a fondo con antelación.

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