Técnica Destacada Vol.33

Vol.33: Hilos tubulares de acero inoxidable: selección por aplicación


1.Prefacio

KOBE STEEL ofrece una amplia gama de hilos tubulares (FCW) de acero inoxidable para satisfacer los requisitos específicos de varias industrias. El tema de este artículo comprende las características de estos hilos y cómo elegir el mejor acero inoxidable FCW(s) para una aplicación en particular.

2.Características de los FCW de acero inoxidable de la serie DW

Los FCW son conocidos por su alta tasa de deposición y su facilidad de uso. El primero contribuye a acortar el tiempo de soldadura, mientras que el segundo, al disminuir la generación de salpicaduras, ayuda a reducir el tiempo dedicado a tratamientos como la eliminación de salpicaduras que se adhieren a las placas de acero durante la soldadura. En consecuencia, ambas características contribuyen a mejorar la productividad. En particular, cuando los FCW se aplican para soldar acero inoxidable austenítico, las soldaduras tienen una buena apariencia del cordón de soldadura y alta resistencia a la corrosión.

Debido a muchas de sus ventajas, KOBE STEEL ha desarrollado muchos tipos de FCW de acero inoxidable. Los FCW de acero inoxidable de la serie DW son una de las líneas icónicas de la compañía.

Figura 1: Fácil remoción de escoria y buena apariencia
del cordón de soldadura justo después de soldar [P] DW-308L

Los FCW de acero inoxidable de la serie DW, brindan una excelente estabilidad del arco no solo con CO2 al 100 %, sino también con gases de protección mixtos Ar-CO2. Además, como [P] DW-308L y [P] DW-316L están diseñados para ofrecer una fácil eliminación de escoria después de la soldadura, la degradación de color en la superficie del cordón de soldadura se puede evitar como se muestra en la Figura 1. Evitar la degradación de color puede ahorrar tiempo dedicado al tratamiento con ácido y aumentar la productividad.

Además de la serie DW, KOBE STEEL también ofrece FCWs de tipo metálico, incluidos los FCWs de la serie MX; los FCWs de la serie MM utilizados para el proceso MX-MIG, soldadura de gas inerte metálico (MIG) con blindaje 100% de Ar; varillas de relleno de la serie TG-X para soldadura TIG de pasada de raíz sin gas de purga; y los FCW de la serie DW-N para soldar aleaciones con base de níquel.

3.Estándares de los FCW de acero inoxidable

Los tres estándares bien conocidos relacionados con la soldadura son JIS, AWS e ISO. Sus respectivas clasificaciones se muestran en la Tabla 1. Los FCWs se clasifican según la composición química del metal de soldadura, el tipo de gas de protección y la Posición aplicable de soldadura.

Tabla 1: Clasificación por estándares
(1) JIS Z 3323-2007

(2) AWS A5.22-2012

(3) ISO 17633-2017

Como ejemplo, en la Tabla 2 se muestra cómo [P] DW-308L se clasifica bajo cada estándar. Símbolos como 308 o 316, que muestran las composiciones químicas de todo el metal de soldadura en los nombres comerciales de los FCWs de acero inoxidable, corresponden a clasificaciones JIS y AWS en general.

Tabla 2: Ejemplo de estándar y clasificación de [P] DW-308L
Estándar Clasificación
JIS Z 3323-2007 TS308L-FB0
AWS A5.22 E308LT0-1
E308LT0-4
ISO 17633 -A -T 19 9 L R C1 3
-A -T 19 9 L R M21 3

4.FCWs de acero inoxidable de la serie DW

4-1. FCWs de acero inoxidable de la serie DW para usos generales

Los FCWs de acero inoxidable de la serie DW para propósitos generales brindan una excelente facilidad de uso en la soldadura de posición plana, así como en la soldadura de ángulo horizontal. El cero (0) en las clasificaciones AWS y JIS indica la posición de soldadura. Los FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW para fines generales se muestran en la Tabla 3.

Los usuarios deben seleccionar un FCW en particular por el metal base y el uso previsto, como se muestra en la Tabla 4.

Tabla 3: FCWs típicos de la serie DW para uso general
Nombre comercialAWS A5.22JIS Z 3323Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
DW-308E308T0-1/4TS308-FB020Cr-10NiÁngulo plano
y horizontal
[P] DW-309E309T0-1/4TS309-FB024Cr-13NiÍdem
[P] DW-316E316T0-1/4TS316-FB019Cr-12Ni-2.3MoÍdem
[P] DW-347E347T0-1/4TS347-FB019Cr-11Ni-0.6NbÍdem
Tabla 4: FCWs de acero inoxidable y metales base aplicables
FCWs de acero inoxidableMetales base
308304
308L304L
309Material diferente
309LÍdem
316316
316L316L
347321, 347

Como la resistencia al agrietamiento tiende a disminuir generalmente cuando el contenido de ferrita en el metal de soldadura es bajo, [P] DW-308 y [P] DW-316 están diseñados para proporcionar un contenido de ferrita de alrededor del 10 % en todo el metal de soldadura.

4-2. FCWs de acero inoxidable de la serie DW con bajo contenido de carbono

Una letra "L" adjunta al símbolo de composición química indica un tipo de bajo contenido de carbono y es adecuado para soldar un metal base similar de bajo contenido de carbono. Una soldadura con alto contenido de carbono puede tener una resistencia reducida a la tracción, debido a que el carburo de cromo que se genera en la zona afectada por el calor (HAZ) hace que disminuya la resistencia a la corrosión intergranular.

Tabla 5: FCWs típicos de acero inoxidable con bajo contenido de carbono
Nombre comercialAWS A5.22JIS Z 3323Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] DW-308LE308LT0-1/4 TS308L-FB0 20Cr-10Ni Ángulo plano
y horizontal
[P] DW-309L E309LT0-1/4 TS309L-FB0 24Cr-13Ni Ídem
[P] DW-316L E316LT0-1/4 TS316L-FB0 19Cr-12Ni-2.3Mo Ídem

4-3. FCWs de acero inoxidable de la serie DW para soldadura en todas las posiciones

Figura 2: Sección transversal de macroestructura de soldadura
de ángulo [P] DW-308LP (placa base 304L de 3 mm de espesor)

Un FCW con un sufijo "P" en el nombre del producto indica que es para soldadura en todas las posiciones (o posicional). Proporciona una buena forma de cordón en soldadura vertical (hacia arriba) y en posición superior, como se muestra en la Figura 2. En las clasificaciones AWS y JIS, el uno (1) indica la posición de soldadura. Los FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW para soldadura en todas las posiciones se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6: FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW para soldadura en todas las posiciones
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] DW-308LP E308LT1-1/4 TS308L-FB1 20Cr-10Ni All position
[P] DW-309LP E309LT1-1/4 TS309L-FB1 24Cr-13Ni Ídem
[P] DW-316LP E316LT1-1/4 TS316L-FB1 18Cr-12Ni-2.8Mo Ídem

4-4. FCWs de acero inoxidable de la serie DW para operación a baja temperatura

Las siglas "LT" en el nombre del producto indican que el FCW está diseñado para operación a baja temperatura. A bajas temperaturas, la tenacidad generalmente disminuye cuando aumenta el contenido de ferrita en el metal de soldadura; por lo tanto, este tipo de FCW está diseñado restringiendo el contenido de ferrita. Asimismo, también está diseñado para mantener la energía absorbida igual o superior a 27J a temperatura de -196 °C (la temperatura de ebullición del nitrógeno licuado). Por otro lado, como la resistencia al agrietamiento con el calor cae cuando la ferrita es baja, el equilibrio entre tenacidad y resistencia al agrietamiento con el calor debe considerarse en el diseño; sin embargo, es necesario prestar toda la atención a los procedimientos de soldadura, como el exceso de corriente y velocidad de soldadura, así como la aplicación de ranuras anchas para restringir las grietas que se producen por el calor durante la soldadura.

La Tabla 7 muestra los FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW para operación a baja temperatura y sus propiedades.

Tabla 7: FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW para operación a baja temperatura
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Composición química de todo el metal de soldadura (% en masa) Propiedades de tracción Propiedades de impacto (-196°C)
C Si Mn Ni Cr Mo FN* TS (MPa) El (%) Energía absorbida (J) Expansión lateral (mm)
[P] DW-308LT E308LT0-1/4 TS308L-FB0 0.021 0.31 2.49 10.36 18.58 - 3 530 51 38 0.60
[P] DW-316LT E316LT1-1/4TS316L-FB00.020 0.37 1.58 11.89 17.57 2.20 5 530 44 39 0.56

*FN: Número de ferrita basado en el diagrama de DeLong.

4-5. FCWs de acero inoxidable serie DW-H para operación a alta temperatura

En muchos de los FCWs de acero inoxidable de la serie DW para usos generales, se agrega una cantidad extremadamente pequeña de trióxido de bismuto (Bi2O3), un óxido de metal de bajo punto de fusión, para mejorar la capacidad de eliminación de la escoria.

Sin embargo, el Bismuto (Bi), un elemento que activa la superficie, se segrega en los bordes y puede incentivar la rotura bajo una carga de tracción continua cuando se expone a altas temperaturas durante mucho tiempo. Por lo tanto, según al AWS, un FCW de acero inoxidable que contenga Bi no es adecuado para uso en circunstancias que superen los 400 °C o para el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) que supere los 500 °C.

Los FCWs de la serie DW-H, que no contienen Bi, se han desarrollado para uso en entornos de alta temperatura y son adecuados para tales aplicaciones.

Aunque JIS Z 3323 especifica que el contenido de Bi en todo el metal de soldadura debe ser inferior a 10 ppm (0,001 %), esta cantidad prácticamente se interpreta como que no hay adición de Bi, en otras palabras es "libre de Bi". Por lo tanto, BiF indica un tipo de consumible de soldadura de acero inoxidable libre de Bi, como en YF308C-BIF.

Figura 3: El efecto de Bi sobre la ductilidad a altas temperaturas

Los FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW-H para operación a alta temperatura se muestran en la Tabla 8. Los efectos del Bi en las pruebas de tracción a alta temperatura en metales de soldadura tipo 308 y 347 se muestran en la Figura 3.

Tabla 8: FCWs típicos de acero inoxidable de la serie DW-H para operación a alta temperatura
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Chemical composition of all weld metal (mass%) Propiedades de tracción
C Si Mn Ni Cr Mo Bi N FNW* TS (MPa) El (%)
[P] DW-308H E308HT1-1/4 TS308H-BiF-FB0 0.056 0.49 1.16 9.14 18.65 - <0.001 0.028 5 607 47
[P] DW-308LH E308LT1-1/4 TS308L-BiF-FB0 0.026 0.41 1.35 10.20 18.70 - <0.001 0.030 4 540 52
[P] DW-316H E316T1-1/4 TS316H-BiF-B0 0.059 0.52 1.16 11.48 19.03 2.32 <0.001 0.026 7 584 45
[P] DW-316LH E316LT1-1/4 TS316L-BiF-FB0 0.023 0.45 1.08 11.94 18.47 2.45 <0.001 0.030 7 540 45
[P] DW-347H E347T1-1/4 TS347-BiF-FB0 0.059 0.45 1.59 9.57 18.92 Nb: 0.69 <0.001 0.034 5 662 34
[P] DW-309LH E309LT1-1/4 TS309L-BiF-FB0 0.028 0.47 1.24 12.58 24.17 - <0.001 0.021 20 578 39
[P] DW-310 E310T0-1/4 TS310-FB0 0.18 0.42 2.01 20.73 25.76 - <0.001 0.019 0 620 40

*FNW: Número de ferrita basado en el diagrama WRC-1992.

Se ve claramente que el metal de soldadura libre de Bi es superior en ductilidad a alta temperatura a los metales de soldadura que contienen Bi.

Los FCWs de acero inoxidable de la serie DW-H están diseñados para producir menos ferrita que los FCWs de acero inoxidable convencionales. Esto se debe a que la ferrita en el metal de soldadura se transforma en una fase frágil sigma (σ) a alta temperatura y hace que las propiedades mecánicas del metal de soldadura se deterioren. Como criterio del contenido de ferrita, la tercera edición de API PR582 especifica que se mantenga 9 FN (basado en el Diagrama WRC-1992) o menos si el metal de soldadura se expone a temperaturas superiores a 538 °C.

4-6. FCWs de acero inoxidable de la serie DW-XR de baja emisión de Cr(VI)

El humo que genera la soldadura es una mezcla compleja de óxidos metálicos, silicatos y fluoruros que provienen del vapor de metal durante la soldadura. En el caso de la soldadura de acero inoxidable, el humo contiene aproximadamente 5 a 20% de óxido de cromo (Cr), una parte del cual existe como el peligroso compuesto de cromo 6-valente, Cr (VI). Como consecuencia, actualmente la tendencia mundial es el control estricto de CR (VI)

Los FCWs de acero inoxidable de la serie DW-XR están diseñados para reducir el Cr(VI) en el humo que genera la soldadura. Los FCWs de acero inoxidable 308L, 316L y 309L fueron el objetivo del desarrollo de los FCWs de acero inoxidable de la serie DW-XR, para soldadura de ángulo plano y horizontal, así como para la soldadura para todas las posiciones. La línea actual de productos se muestra en la Tabla 9.

Tabla 9: FCWs de acero inoxidable de la serie DW-XR de baja emisión de Cr(VI)
Nombre comercial AWS A5.22 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
DW-308L-XR E308LT0-1/4 20Cr-10Ni Ángulo plano
y horizontal
[P] DW-309L-XR E309LT0-1/4 24Cr-13Ni Ídem
[P] DW-316L-XR E316LT0-1/4 18Cr-12Ni-2.3Mo Ídem
[P] DW-308LP-XR E308LT1-1/4 20Cr-10Ni All position
[P] DW-309LP-XR E309LT1-1/4 24Cr-13Ni Ídem
[P] DW-316LP-XR E316LT1-1/4 18Cr-12Ni-2.3Mo Ídem

Figura 4: Comparación de la tasa de emisión de Cr(VI)
entre [P] DW-308LP-XR y [P] DW-308LP convencional

En la Figura 4 se compara la tasa de emisión de Cr(VI) entre [P] DW-308LP-XR y [P] DW-308LP convencional, que se midió de acuerdo con las normas ISO 15011-1 e ISO 16740.

Muestra que la tasa de emisión de Cr(VI) de [P] DW-308LP-XR se reduce sustancialmente a 1/6 de la de [P] DW-308LP.

4-7. FCWs de acero inoxidable de la serie DW-G para láminas de metal

Los FCWs de acero inoxidable de la serie DW-G permiten una soldadura estable en láminas de metal incluso con una corriente de soldadura baja. Para ser más precisos, aunque la soldadura de láminas de metal requiere un diámetro de 0,9 mm (φ) cuando se usa un FCW convencional o alambre sólido, con los FCWs de la serie DW-G, se puede usar un φ de 1,2 mm, que es más conveniente y menos costoso. En la Tabla 10 se muestra la línea de FCWs de acero inoxidable de la serie DW-G.

Tabla 10: FCWs de acero inoxidable de la serie DW-G para soldadura de láminas de metal
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] DW-G308L E308LT0-1/4 TS308L-FB0 20Cr-10Ni Ángulo plano
y horizontal
[P] DW-G309L E309LT0-1/4 TS309L-FB0 24Cr-13Ni Ídem
[P] DW-G316L E316LT0-1/4 TS316L-FB0 19Cr-12Ni-2.3Mo Ídem

La relación entre la longitud de la pierna y la velocidad de soldadura en la soldadura de ángulo horizontal se muestra en la Figura 5, mientras que la Figura 6 muestra el rango óptimo de parámetros de soldadura de los FCWs de acero inoxidable de la serie DW-G (1,2 mmφ) en comparación con los FCW convencionales (0,9 mmφ).

Figura 5: Relación entre la longitud de la pierna
y la velocidad de soldadura en soldadura de ángulo horizontal
con FCWs de acero inoxidable de la serie DW-G (1,2 mmφ)

Figura 6: Rango óptimo de parámetros de
soldadura por DW-G-Series

Figura 7: Aplicación de soldadura de láminas
metálicas con [P] DW-G308L (1,2 mmφ)

Aunque los FCWs de la serie DW-G solo están disponibles en un tamaño de 1,2 mmφ, permiten una soldadura de baja corriente de alrededor de 100 A, así como una longitud de pierna más pequeña de hasta alrededor de 3 mm. La soldadura de láminas de metal con un espesor de placa de 1,0-2,0 mm, que no era fácil con FCWs convencionales o alambres sólidos, ahora es posible con FCWs de la serie DW-G de 1,2 mmφ, como se muestra en la Figura 7.

Figura 8: Extremo del alambre del FCW serie DW-G

Por otro lado, otra ventaja de los FCWs de la serie DW-G es que, debido a que son excelentes para reiniciar el arco, no es necesario cortar el extremo del cable durante la soldadura intermitente o por puntos. El estado del extremo del cable se muestra en la Figura 8.

4-8. FCWs de la serie DW-N para aleaciones con base de Ni

La N (níquel) en la serie DW-N significa base de níquel. Los FCWs de la serie DW-N ofrecen una facilidad de uso tan excelente como los FCWs de acero inoxidable. Cuando se utilizan FCWs de la serie DW-N en operaciones de soldadura, se recomienda evitar el exceso de corriente y velocidad de soldadura, así como también ensanchar la ranura. Los FCWs típicos de la serie DW-N se muestran en la Tabla 11.

Tabla 11: FCWs típicos de la serie DW-N
Nombre comercial AWS A5.34 JIS Z 3335 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] DW-N625 ENiCrMo3T1-1/4 TNi6625-PB1 63Ni-21Cr-9Mo-3.5Nb All position
[P] DW-N709SP ENiMo13T1-1/4 TNi1013-PB1 63Ni-7Cr-18Mo Ídem

5. FCWs de acero inoxidable de la serie MX de tipo metálico

Como los FCWs de acero inoxidable de la serie MX de tipo metálico tienen casi la misma eficiencia de deposición que los alambres sólidos, las operaciones de soldadura son más eficientes con los FCWs de la serie MX que con los FCWs de acero inoxidable. Los FCW típicos de la serie MX se muestran en la Tabla 12.

Tabla 12: FCWs típicos de la serie MX
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] MX-A308L EC308L TS308L-MM0 20Cr-10Ni Ángulo plano
y horizontal
[P] MX-A309L EC309L TS309L-MM0 24Cr-13Ni Ídem
[P] MX-A316L EC316L TS316L-MM0 19Cr-12Ni-2.3Mo Ídem

6. FCWs de acero inoxidable de la serie MM para soldadura MIG con protección 100% de Ar

Los FCWs de la serie MM se utilizan exclusivamente para el proceso MX-MIG, que es soldadura MIG con protección 100% de Ar. Los productos están disponibles para aplicaciones de acero al carbono y acero inoxidable.

El proceso MX-MIG para aplicaciones de acero inoxidable tiene las siguientes características:

(1) El uso de gas de protección Ar puro proporciona al metal de soldadura el mismo nivel de bajo contenido de carbono que la soldadura TIG.

(2) Se puede utilizar en un rango de corriente de soldadura más amplio, desde un mínimo de 150 A hasta un máximo de 300 A.

(3) La baja generación de salpicaduras y humo mejora el entorno de soldadura.

(4) El metal de soldadura con bajo contenido de carbono proporciona una resistencia a la corrosión tan alta como la del metal de soldadura TIG.

(5) Puede crear una tasa de dilución baja, incluso en un rango alto de corriente de soldadura como 300 A que es casi equivalente a la soldadura por arco protegido con gas CO2 a 150 A.

Los FCWs típicos de acero inoxidable de la serie MM se muestran en la Tabla 13.

Tabla 13: FCWs típicos de acero inoxidable de la serie MM
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] MM-308L E308LT0-G TS308L-FG0 20Cr-10Ni Ángulo plano
y horizontal
[P] MM-309L E309LT0-G TS309L-FG0 24Cr-13Ni Ídem
[P] MM-316L E316LT0-G TS316L-FG0 19Cr-12Ni-2.3Mo Ídem

7. Varillas de relleno con núcleo fundente de la serie TG-X para soldadura de paso de raíz TIG

Para la soldadura de paso de raíz TIG en tuberías de acero inoxidable, normalmente se requiere protección posterior (o purga posterior) con gas Ar al 100 % para evitar la oxidación en el cordón de soldadura posterior. Sin embargo, la gran cantidad de tiempo y el gas Ar necesarios para el blindaje aumentan enormemente el costo.

Las varillas de relleno con núcleo de fundente de la serie TG-X para soldadura TIG de paso de raíz son consumibles de soldadura TIG que contienen fundente en su interior (como los FCWs convencionales) y no requieren blindaje posterior porque la escoria generada durante la soldadura cubre el cordón posterior. Otra ventaja de las varillas de relleno TG-X es que la ausencia de protección trasera permite a los operadores trabajar dentro de las tuberías sin peligro de asfixia.

Figura 9: Aspecto del cordón posterior y macroestructuras
de soldaduras [P] TG-X308L mediante soldadura de paso
de raíz de tubería

La alineación de las varillas de relleno TG-X se muestra en la Tabla 14, así como también, la apariencia del cordón posterior y las macroestructuras de las soldaduras TG-X308L mediante soldadura de paso de raíz de tubería circunferencial se muestran en la Figura 9.

Tabla 14: Varillas de relleno con núcleo fundente de la serie TG-X
Nombre comercial AWS A5.22 JIS Z 3323 Composición química
principal		 Posición aplicable
de soldadura
[P] TG-X308L R308LT1-5 TS308L-RI 20Cr-10Ni All position
[P] TG-X309L R309LT1-5 TS309L-RI 24Cr-13Ni Ídem
[P] TG-X316L R316LT1-5 TS316L-RI 19Cr-12Ni-2.3Mo Ídem
[P] TG-X347 R347T1-5 TS347-RI 19Cr-10Ni-0.6Nb Ídem

La velocidad de alimentación manual de la varilla de aporte TG-X es un poco diferente de la de la varilla de aporte TIG convencional. Para fundir de manera constante una cantidad óptima de la varilla de aporte TG-X, debe alimentarse poco a poco en un ritmo rápido. Además, al estar diseñado exclusivamente para soldadura de paso de raíz, no se recomienda su uso a partir de la segunda pasada porque tiende a provocar inclusión de escoria.

8. Diagrama esquemático de los FCWs de acero inoxidable de la serie DW

El diagrama esquemático de los FCWs de acero inoxidable de la serie DW se muestra en la Figura 10.

Figura 8: Extremo del alambre del FCW serie DW-G

9.Posdata

KOBE STEEL, LTD. ha desarrollado varios tipos de FCWs de acero inoxidable, como se muestra en este número, para cumplir con los requisitos de los clientes.

Siempre que enfrente problemas tales como cómo seleccionar o cómo usar los consumibles de soldadura de acero inoxidable óptimos, comuníquese con la(s) oficina(s) o los agentes de KOBELCO más cercanos.

Reportado por
Han Peng,
Ingeniero de Investigación
Departamento de Procesos de Soldadura Centro Técnico, División de Soldadura
KOBE STEEL, LTD.

[Referencias]

1. KOBELCO WELDING TODAY 2016, Special Edition

2. KOBELCO WELDING TODAY, Vol. 16; No. 3, 2013

3. Research and Development, KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS, Vol. 54, No. 2 (April 2004)


Inicio de Página

PRODUCTOS

Welding Handbook Técnica Destacada Segmentos Industriales Video KOBELCO ARC over the last decade (2008～）