Com seleccionar el procediment de soldadura correcte per a tubs d'acer inoxidable dúplex per evitar la pèrdua de resistència a la corrosió?

Uns minuts de soldadura deficient poden destruir completament les qualitats resistents a la corrosió{0}}d'un tub d'acer inoxidable dúplex. Totes les juntes fabricades a la botiga o al camp han de conservar acuradament la microestructura de dues-fàsiques diferent que confereix al dúplex la seva força i resistència. Mantenir la resistència a la corrosió dura-de l'aliatge en condicions dures de clorur i àcid és més important que només prevenir fuites.

La Fundació metal·lúrgica: què fa que el dúplex sigui únic
Una barreja equilibrada d'aproximadament un 50% d'austenita i un 50% de ferrita es troba en acers inoxidables dúplex (com UNS S32205, S31803 o 2205). Aquesta estructura de dues-fases ofereix:

Alta resistència mecànica (aproximadament el doble de 316L).

Excel·lent resistència a l'esquerda per corrosió per tensió causada pel clorur (SCC).

Un PREN (número d'equivalent de resistència a la picada) de 34 a 36 indica una bona resistència a la corrosió per picat i escletxa.

El material es fon i es solidifica ràpidament durant el procés de soldadura. L'equilibri de fase final del metall de soldadura i de la-zona afectada per la calor (HAZ) està determinat per la velocitat de refrigeració i l'historial tèrmic. Poden passar dues coses perjudicials si el procés es fa incorrectament:

Sobreproducció de ferrita: quan predomina la ferrita a causa d'un refredament lent o d'una elevada entrada de calor, la tenacitat i la resistència a la corrosió disminueixen.

Precipitació en fase intermetàl·lica, especialment la fase sigma (σ) (FeCrMo) i la fase chi (χ), que es desenvolupen entre 600 i 900 graus. El desenvolupament d'aquestes fases esgota la matriu circumdant d'aquests elements d'aliatge essencials ja que són rics en crom i molibdè. Els resultats són una fragilitat severa i una forta disminució de la resistència a la corrosió.

D'altra banda, es pot produir massa austenita per una entrada de calor insuficient o per un refredament extremadament ràpid, que disminuiria la força. Com a resultat, s'ha de complir una finestra de processament limitada.

Elements crucials d'un procés de soldadura d'acer inoxidable dúplex
Els factors següents es controlen amb precisió mitjançant una tècnica de prevenció de la corrosió del tub de mètode de soldadura d'acer inoxidable dúplex adequada.

1. Selecció de metall de farciment
Per preservar l'equilibri de fase i la resistència a la corrosió, el contingut d'aliatge del metall d'aportació ha de ser igual o superior al del metall base. El farciment estàndard per a 2205 dúplex és ER2209 (UNS S39209). La producció d'austenita al dipòsit de soldadura es veu encoratjada per la seva composició, que està una mica més-aliada en níquel i nitrogen en relació amb el metall base. Això compensa l'efecte-favoridor de la ferrita de la solidificació ràpida.

El metall de farciment com ER2594 s'utilitza per a graus superdúplex (com el 2507). En metall base dúplex, no utilitzeu mai un farciment austenític (com ara 308L o 316L); la soldadura resultant tindrà les característiques de corrosió incorrectes i es pot esquerdar.

2. Control de l'entrada de calor
La velocitat de viatge, la tensió i el corrent afecten l'entrada de calor. El rang d'entrada de calor suggerit per als acers inoxidables dúplex sol estar entre 0,5 i 2,5 kilojoules per mil·límetre. Una entrada de calor massa elevada afavoreix un refredament lent, que permet la formació de fase sigma i l'engruiximent de la ferrita; una entrada de calor massa baixa corre el risc de fusió incompleta o ferrita excessiva.

La soldadura per arc de tungstè de gas (GTAW) de tubs de 2205 normalment té com a objectiu 0,5-1,5 kJ/mm. Si la temperatura d'interpass està estretament regulada, poden ser acceptables intervals una mica més grans (fins a 2,0 kJ/mm) per a la soldadura d'arc de metall amb gas (GMAW) amb transferència de polvorització polsada.

3. Interpass de temperatura
Cal mantenir la temperatura entre passades-la temperatura de l'àrea de soldadura abans de la passada posterior-per sota dels 150 graus, i sovint per sota dels 100 graus durant les passades inicials. La calor s'acumula per altes temperatures entre passades, la qual cosa allarga el període de refredament i afavoreix la precipitació en fase sigma. La refrigeració d'aire natural entre passades pot ser adequada per a tubs amb parets primes (p. ex., 2-3 mm). Per a porcions més gruixudes, són necessaris un refredament per aire forçat o temps d'espera fins i tot més llargs entre passades.

4. Purga posterior i blindatge
Tant la cara de la soldadura com el costat de l'arrel de les soldadures d'acer inoxidable dúplex han d'estar protegits de l'oxigen ambiental. Pel que fa a la soldadura de tubs:

L'argó amb un 1-3% de nitrogen és un gas de protecció primari comú. Una petita quantitat de nitrogen, un estabilitzador d'austenita, afegit al gas de protecció ajuda a preservar l'equilibri de fase previst en el metall de soldadura.

Purga posterior: per evitar que l'arrel s'oxidi, es purga argó pur (o argó amb un 2-5% de nitrogen) de l'interior del tub. Les escates d'òxid de crom, que es produeixen per la contaminació d'oxigen, condueixen a l'esgotament del crom i a una reducció de la resistència a la corrosió.

5. Mètode i procediment de soldadura
Per als tubs dúplex, s'utilitzen mètodes d'arc polsat (GTAW polsat o GMAW polsat) perquè

Utilitzeu un corrent de pic elevat seguit d'un corrent de fons baix per reduir l'entrada de calor.

Augmenteu la gestió de les piscines de soldadura i reduïu la possibilitat de cremar-se-a les parets estretes.

Creeu una microestructura que sigui més consistent i més fina.

En lloc d'utilitzar perles de teixit ample, que augmenten l'entrada de calor i el refredament lent, s'utilitzen perles de corda (passa recta sense teixir) per a la soldadura manual.

La-neteja posterior a la soldadura (decapat i passivació) és el pas crucial
El color tèrmic (escala d'òxid) apareixerà a la superfície de la soldadura i la zona HAZ circumdant, fins i tot si l'entrada de calor és ideal. Com que el crom interacciona preferentment amb l'oxigen, deixant el metall subjacent amb menys crom, aquesta capa d'òxid s'esgota el crom-. La corrosió de picats i esquerdes en el servei de clorur s'inicia fàcilment en aquesta zona deficient.

Neteja després de la soldadura és necessària. Hi ha dos mètodes eficients:

Eliminació química (decapat)
Pasta o bany de decapat: el color tèrmic es dissol i la capa esgotada de crom-s'elimina amb una solució d'àcid nítric (HNO₃) i àcid fluorhídric (HF). La pasta decapat s'aplica a la soldadura i a l'àrea-afectada per la calor dels tubs, es deixa durant un període de temps predeterminat (com ara de 15 a 60 minuts) i després es renta completament amb aigua.

Decapat per immersió: tot i que necessita equips específics, submergir petits conjunts de tubs o peces de bobina en un bany de decapat escalfat és més uniforme.

Passivació després de la neteja mecànica
Mòlta o raspallat: es poden utilitzar coixinets abrasius fins o raspalls no-metàl·lics (com ara els raspalls de filferro d'acer inoxidable, que només s'utilitzen en dúplex i mai en acer al carboni) per eliminar el color tèrmic. Sense deixar partícules de ferro incrustades, s'ha d'eliminar tota la capa tintada mitjançant la mòlta.

Passivació: per restablir el recobriment passiu d'òxid de crom, s'aplica una solució d'àcid nítric o cítric a la superfície després de la neteja mecànica. La mòlta per si mateixa pot untar el metall i produir una superfície menys protectora, per tant, aquest pas és crucial.

Després d'un decapat adequat, la soldadura i la HAZ haurien de tenir el mateix aspecte i resistència a la corrosió que el tub principal, ja que una bona soldadura és impermeable a la corrosió. La soldadura serà el primer punt de fallada si el tint tèrmic persisteix.

Mesurament de ferrita per a la verificació de la qualitat de la soldadura
Un abast de ferrita, un dispositiu d'inducció magnètica, s'utilitza per mesurar el contingut de ferrita del metall de soldadura i la HAZ per tal de verificar que el procés de soldadura ha mantingut l'equilibri de fase adequat. Per als acers inoxidables dúplex, sovint és acceptable un contingut de ferrita del 30 al 70% (equilibrant l'austenita). Moltes especificacions apunten al 40-60%.

La força es redueix per un excés d'austenita, que s'indica amb valors inferiors al 30%.

L'excés de ferrita s'indica amb valors superiors al 70%, cosa que redueix la duresa i pot suggerir l'existència de fase sigma (el sigma no és magnètic, però el percentatge de ferrita disminueix a mesura que es produeix sigma; una lectura de ferrita inusualment baixa o inconsistent pot ser una pista).

En aplicacions crítiques, un cupó soldat pot ser sotmès a una anàlisi microestructural (metalografia) per detectar fases intermetàl·liques. Dins dels grans de ferrita, la fase sigma es manifesta com un precipitat acicular o en blocs.

Errors típics i com prevenir-los
Prevenció de les conseqüències d'errors
L'ús d'un metall d'aportació de 308L o 316LWeld és susceptible d'esquerdes i té poca resistència a la corrosió. Utilitzeu un farcit dúplex coincident (ER2209 per a 2205) en tot moment.
Sobreescalfament (més de 2,5 kJ/mm) Baix PREN, fragilitat i precipitació en la fase sigma Determineu l'entrada de calor, utilitzeu un arc polsat i establiu una restricció de velocitat.
Interpass de temperatura per sobre de 150 graus L'acumulació de calor fomenta sigma. Utilitzeu un termopar per mesurar; deixar refredar entre passades.
Sense purga posterior de l'arrel del tub Esgotament de crom, oxidació de les perles de l'arrel i corrosió per escletxes Utilitzeu argó o una combinació de nitrogen-argó per purgar
Deixant el tint tèrmic al seu llocA la vora de la soldadura, comença la corrosió localitzada. Decapat o passiva amb una màquina.
Ús de moles o raspalls d'acer al carboni La corrosió galvànica és causada per la contaminació per ferro. Utilitzeu eines especialitzades d'acer inoxidable, idealment només per a dúplex.
Especificació del procediment de qualificació i soldadura (WPS)
S'ha de crear i qualificar una especificació formal de procediment de soldadura (WPS) d'acord amb un codi com ASME Section IX, AWS D1.6 o ISO 15614 per a qualsevol aplicació industrial. El següent s'ha d'indicar clarament al WPS per a tubs d'acer inoxidable dúplex:

rang i grau de gruix del metall base.

Classificació del metall d'aportació (per exemple, ER2209).

Tècniques de soldadura GTAW, GMAW o SMAW.

composició i cabal dels gasos de protecció.

gas i tècnica de retropurga.

Interval d'entrada de calor i paràmetres elèctrics (tensió, corrent i velocitat de viatge).

supereu la restricció de temperatura, com ara un màxim de 150 graus.

El preescalfament no sol ser necessari per a dúplex tret que la temperatura ambient sigui inferior a 5 graus.

La pasta de decapat, la immersió o la mecànica + passivació són mètodes de neteja posterior a la-soldadura.

Estàndards d'acceptació del contingut de ferrita (p. ex., 30-70% de ferrita en metall de soldadura).

Les proves de tracció i flexió, així com les proves de corrosió (com ara la prova de clorur fèrric segons ASTM G48) són exemples de proves de qualificació. També pot ser necessària una inspecció de corrents de Foucault o una prova hidrostàtica per a les soldadures de tubs.

Consideracions per a la soldadura de camp
Com que el control del medi ambient és més difícil, soldar tubs dúplex al camp (per a enllaços-o reparacions, per exemple) és més difícil que soldar a la botiga. Cal prestar especial atenció a:

L'ús de lents i pantalles de gas per aturar la interrupció del gas protector es coneix com a protecció contra el vent.

Monitorització de la temperatura: utilitzeu piròmetres de contacte o termòmetres d'infrarojos per mesurar la temperatura entre passades.

Purga: pot ser que no sigui factible buidar tota la longitud dels tubs de gran-diàmetre; en canvi, es pot utilitzar una presa de purga limitada feta de taps de goma inflables.

Decapat: per evitar vessament a l'equip proper, les pastes de decapat de camp s'han d'aplicar i neutralitzar amb cura.

En conclusió, la qualitat del material depèn de les mans que hi treballen.
Per als tubs d'acer inoxidable dúplex, l'elecció de la tècnica de soldadura adequada és crucial per evitar una pèrdua desastrosa de resistència a la corrosió. L'excés de calor, les altes temperatures entre passades, els metalls d'aportació no coincidents o la presència de crom-tinta de calor esgotada poden minar la microestructura equilibrada d'austenita-ferrita que dóna al dúplex la seva força i resistència a la picada. La zona de soldadura manté el mateix rendiment a la corrosió que el tub principal gràcies a un procés metòdic que controla l'entrada de calor (generalment 0,5-2,5 kJ/mm), la temperatura entre passades per sota dels 150 graus, el farciment ER2209 per al metall base 2205, la purga posterior inert i el decapatge post{9}de soldadura rigorós. L'èxit es confirma mitjançant la mesura de ferrita (30-70% de ferrita). Una soldadura-ben feta és impermeable a la corrosió; el material és tan bo com les mans que l'uneixen.