ES2224965T3 - Mezcla de gases de proteccion para soldadura por arco gas-metal. - Google Patents

Mezcla de gases de proteccion para soldadura por arco gas-metal.

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ES2224965T3 ES00110833T ES00110833T ES2224965T3 ES 2224965 T3 ES2224965 T3 ES 2224965T3 ES 00110833 T ES00110833 T ES 00110833T ES 00110833 T ES00110833 T ES 00110833T ES 2224965 T3 ES2224965 T3 ES 2224965T3
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Abstract

Un procedimiento para la soldadura por arco gas-metal de acero inoxidable austenítico, que comprende las etapas de: a) formar un arco eléctrico entre un electrodo consumible y la pieza de trabajo; y b) proteger por lo menos parcialmente el arco con una mezcla de gases de protección que comprende de 2 a 5% de dióxido de carbono, de 1 a 4% de nitrógeno y siendo el resto argón.

Description

Mezcla de gases de protección para soldadura por arco gas-metal.
Campo del invento
Este invento se refiere generalmente a una mezcla de gases para la soldadura por arco. Más específicamente, este invento se refiere a una mezcla de gases de protección para la soldadura por arco gas-metal de acero inoxidable austenítico.
Antecedentes del invento
El comportamiento de los gases de protección que existen actualmente para la soldadura por arco gas metal de aceros inoxidables austeníticos se optimiza normalmente para situaciones específicas tales como las posiciones de la soldadura y los modos de transferencia del metal. En los talleres de soldadura, pueden encontrarse materiales de una variedad de espesores y ser fabricados dependiendo del equipo o estructura, es necesario soldar metales en diferentes posiciones. La necesidad de cambiar el gas de protección, según el espesor del material, el modo de transferencia del metal y la posición de la soldadura, afecta drásticamente el funcionamiento y por lo tanto, la productividad en los talleres de soldadura. Otra consideración importante es que cada año, se gastan billones de dólares en todo el mundo en un esfuerzo para reducir y minimizar los problemas de corrosión y la mayor parte de ellos se refieren a fallos de las uniones soldadas. Los estándar internacionales no requieren normalmente ninguna evaluación de la corrosión para la calificación de los procedimientos de soldadura para los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300.
Las mezclas disponibles actualmente en el mercado se han desarrollado teniendo en consideración sólo objetivos específicos tales como la apariencia de la esfera, la velocidad de avance de la soldadura y las propiedades mecánicas. Además de eso, las mezclas de gases recomendadas para tales materiales no se comportan igualmente en todos los modos de transferencia del metal, requiriendo soldadores muy expertos o equipos de soldadura por arco optimizados para asegurar buenos resultados.
Se han proporcionado varias bibliografías en el campo relacionadas con las mezclas de gases de protección. Ejemplos representativos incluyen: el documento de patente de EE.UU. Nº 5.739.503; N. Stenbacka et al., "Shielding Gases for GMAW of Stainless Steels", Scandinavian Journal of Metallurgy; Lyttle et al., "Select the Best Shielding Gas Blend for the Application", Welding Journal-Noviembre, 1.990; W. Lucas, "Shielding Gases for Arc Welding-Part I", Welding and Metal Fabrication, Junio, 1.992 y J. Medforth, "Shielding Gases for Stainless Steels", Australian Welding, cuarto segundo, 1.993, pp. 12-15. Sin embargo, ninguno de la técnica, por sí mismo o en cualquier combinación, se cree conducir a una resistencia a la corrosión superior y propiedades mecánicas para las uniones soldadas y para una estabilidad superior.
Welding & Metal Fabrication, vol. 58, Nº 10, Diciembre 1.990, páginas 553 y 554 describe una mezcla de gases de protección que comprende 2% de dióxido de carbono, 3% de nitrógeno y siendo el resto argón para la soldadura por arco gas- metal de aceros de carbono o carbono-manganeso.
Además, es un objetivo del invento desarrollar una mezcla de gases para la soldadura por arco gas-metal de aceros inoxidables austeníticos que permitiría una productividad más alta, aumentaría las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de las uniones soldadas.
Exposición del invento
Este invento se refiere a un procedimiento para la soldadura por arco de acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1. En una realización preferida, la etapa de proteger el arco se realiza con una mezcla de gases de protección que comprende 3% de dióxido de carbono, 2% de nitrógeno y siendo el resto, argón.
Descripción detallada del invento
Este invento se refiere a una mezcla de gases universal para la soldadura por arco gas-metal. Esta mezcla de gas se combina con aceros inoxidables austeníticos y es adecuado para todos los modos de transferencia del metal sin reparar en fuentes de alimentación electrónicas o convencionales que se están usando, con las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión aumentadas si se compara a las mezclas de gases que existen actualmente. A través del uso de esta mezcla de gases en esta solicitud, es posible sustituir los electrodos de alambre y de varilla de alto coste que contienen nitrógeno, que se adicionan intencionadamente en su composición química por los alambres de aceros inoxidables austeníticos comunes para unir los aceros inoxidables austeníticos.
La mezcla de gases de protección para la soldadura por arco gas-metal de aceros inoxidables austeníticos en este invento, asegura una resistencia a la corrosión excelente y propiedades mecánicas superiores para las uniones soldadas. Esta mezcla permite también una estabilidad excelente del arco en todas las posiciones de la soldadura, tanto para soldaduras manuales como automáticas, así como para la excepcional apariencia de las esferas. El procedimiento de soldadura por arco gas-metal se define como un método de soldadura por arco a través del que se establece un arco eléctrico entre un electrodo de alambre consumible alimentado continuamente a este arco ya que se mueve a lo largo de la unión a ser soldada y la pieza de trabajo.
El arco y el baño de soldadura se protegen con un gas de protección a partir de los contaminantes atmosféricos. Este gas de protección, como se ha proporcionado en el presente invento, contiene de 2 a 5% de dióxido de carbono, preferentemente 3% de dióxido de carbono, de 1 a 4% de nitrógeno, preferentemente 2% de nitrógeno y siendo el resto argón.
El trabajo de desarrollo que generó este invento se dirigió para evaluar el comportamiento de muchos gases de protección existentes para la soldadura por arco gas metal de aceros inoxidables austeníticos y para identificar una composición que proporcionaría una versatilidad más alta para el procedimiento de soldadura, mejores propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión aumentada de las uniones soldadas. Los aceros AISI 304 y AISI 316 se usaron como materiales base, tanto como alambres sólidos como con núcleo de fúndente, como metales de carga. Toda la soldadura se hizo manualmente.
Se adoptaron tres diferentes espesores para "T" y las uniones de ranura, diferentes posiciones de la soldadura y modos de transferencia del metal para el procedimiento experimental.
Para determinar esta mezcla, se realizó un análisis extensivo de treinta y cuatro composiciones de mezcla de gases existentes en todo el mundo. Estas mezclas de gases se clasificaron primero basadas en el contenido de helio. Para el mismo contenido de helio, se clasificaron basadas en el contenido de CO_{2}. Finalmente, usando el mismo criterio, estos gases se clasificaron basados en otros componentes tales como oxígeno, hidrógeno y nitrógeno.
Para cada clase, se reprodujeron en el laboratorio numerosas muestras de mezclas de gases y se ensayaron para verificar las propiedades de la soldadura, las propiedades mecánicas y las características metalúrgicas.
Después de esta fase inicial, se eligieron las mezclas de gases existentes de mejor comportamiento para comparación con las muestras de mezclas de gases usadas en el procedimiento del invento.
Las Tablas I y II muestran los parámetros optimizados de la soldadura usados para la calificación de los procedimientos de la soldadura para posiciones planas y verticales con la mezcla de gases usada en el procedimiento del invento.
La Tabla I muestra los parámetros optimizados de la soldadura para la posición plana usando la transferencia de rociadura y de cortocircuito.
TABLA I
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1
en la que el diámetro del alambre de carga era 0,089 cm (0,035'').
La Tabla II muestra los parámetros de la soldadura optimizados para la posición vertical usando la transferencia de rociadura pulsada. La mezcla 95% de Ar + 3% de CO_{2} + 2% de N_{2}, vertical hacia abajo para el paso del fondo y vertical hacia arriba para los otros.
TABLA II
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2
\vskip1.000000\baselineskip
En la que el diámetro del alambre de carga era 0,114 cm (0,045''). I_{b} es la corriente base; T_{b} es el tiempo base; I_{p} es la corriente máxima y T_{p} es el tiempo máximo.
Después de la soldadura, se evaluaron las muestras de la mezcla de gases a través de un número de análisis que incluyen ensayos mecánicos para la calificación del procedimiento de soldadura basados en los códigos ASME IX y ASTM A370; características metalúrgicas (análisis macro y microestructural); análisis de resistencia a la corrosión a través de curvas de polarización en dos ambientes, y una disolución de agua con 0,9% de NaCl y "licor blanco".
La Tabla III muestra los resultados obtenidos para el ensayo de tracción, comparados a los valores obtenidos para el material base y a los valores específicos para el acero inoxidable AISI 316.
TABLA III
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3
\vskip1.000000\baselineskip
en la que YS(1) es el límite elástico y TS(2) es la resistencia a la tracción.
La Tabla IV muestra la resistencia mecánica así como los resultados de los ensayos de flexión.
TABLA IV
Muestra TS^{(1)} Ksi (MPa) Ensayo de flexión Resultados
95% de Ar + 3% de 87,4 (606) sin rupturas OK
CO_{2} + 2% de N_{2} 92 (638)
Metal base 87,2 (605) - -
en la que TS (1) es la resistencia a la tracción
Los resultados en los análisis macro y microestructurales de las uniones soldadas mostraron los siguientes efectos: 1) no había sensibilización en la zona afectada de calor a baja temperatura (HAZ) en cualquiera de las muestras; 2) el metal de la soldadura presentó una estructura austenítica-ferrítica sin una variación significativamente grande si se compara a las uniones soldadas usando mezclas convencionales excepto para el contenido en ferrita delta más bajo del metal de la soldadura; 3) las mejores propiedades mecánicas obtenidas (resistencia y ductilidad) se generaron por un refinamiento microestructural mas grande del metal de la soldadura causado por la velocidad de solidificación que proporcionó esta nueva mezcla de gases y 4) los mejores valores de ductilidad obtenidos con la mezcla de argón, dióxido de carbono y nitrógeno se podrían asociar a la estabilización de la fase austenítica promovida por el nitrógeno a partir del gas de protección.
La resistencia a la corrosión de las uniones soldadas se evaluó a través de las curvas de polarización en dos ambientes diferentes (disolución de 0,9% de NaCl y "licor blanco"). El método usado para el análisis siguió el estándar ASTM G5.
La Tabla V muestra la corrosión y el potencial de picadura obtenido para cada ambiente.
TABLA V
4
Según estos resultados, es posible concluir que para ambas disoluciones, cloruro sódico y "licor blanco", las uniones soldadas presentaron técnicamente el mismo potencial de corrosión si se compara al metal base.
Como resultado, las adiciones de nitrógeno limitadas al 5% estabilizan la austenita que reduce el contenido de ferrita delta, aumentando de esta manera, tanto la ductilidad como la resistencia a la corrosión.
Las altas velocidades de solidificación del baño de soldadura promueven una microestructura altamente refinada y por consiguiente, mejores propiedades mecánicas.
La ductilidad más alta promovida por esta mezcla de gases se observó también a través de los ensayos de flexión en los que no se encontraron roturas para ninguna de las piezas de ensayo.
Los mejores resultados de resistencia a la corrosión se obtuvieron a través de la adición de nitrógeno en el gas de protección con la consecuente estabilización de la austenita y reducción del contenido en ferrita delta en la microestructura del metal de soldadura.

Claims (2)

1. Un procedimiento para la soldadura por arco gas-metal de acero inoxidable austenítico, que comprende las etapas de:
a) formar un arco eléctrico entre un electrodo consumible y la pieza de trabajo; y
b) proteger por lo menos parcialmente el arco con una mezcla de gases de protección que comprende de 2 a 5% de dióxido de carbono, de 1 a 4% de nitrógeno y siendo el resto argón.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la etapa de protección se realiza con una mezcla de gases de protección que comprende 3% de dióxido de carbono, 2% de nitrógeno y siendo el resto argón.
ES00110833T 1999-05-24 2000-05-22 Mezcla de gases de proteccion para soldadura por arco gas-metal. Expired - Lifetime ES2224965T3 (es)

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