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.Info
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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.
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.
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.
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.
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
\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.
\vskip1.000000\baselineskip
\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.
| 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.
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.
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