ES2335020T3 - Electrodo recubierto de baja emision de humos y cromo hexavalente para la soldadura de aceros inoxidables. - Google Patents
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Abstract
Electrodo recubierto formado por un alma metálica central al menos parcialmente recubierta con un recubrimiento sólido que forma un revestimiento sobre dicha alma, conteniendo dicho recubrimiento rutilo y al menos un compuesto basado en litio y estando exento de feldespato de sodio y de potasio, comprendiendo el recubrimiento, estando expresado el porcentaje en peso (%) de cada compuesto con respecto al peso total del recubrimiento del electrodo: - de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o de 0,2 a 3% de litio que proviene de al menos un aluminosilicato basado en litio, - al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K, - silicato de litio como aglutinante, - aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de elementos solos, y - una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 1% en peso.
Description
Electrodo recubierto de baja emisión de humos y
cromo hexavalente para la soldadura de aceros inoxidables.
La presente invención se refiere al campo de los
electrodos recubiertos ecológicos de tipo rutilo de fusión suave,
con baja emisión de humos, baja emisión de cromo hexavalente
(Cr^{VI}) y recubrimiento sólido, es decir, poco o nada friable,
destinados particularmente a la soldadura de aceros inoxidables.
Los humos emitidos en las operaciones de
soldadura, procedentes de procesos complejos de
vaporización-condensación-oxidación
o
vaporización-oxidación-condensación,
se cuentan entre las molestias asociadas a la soldadura por arco.
Por ello, los humos de soldadura, cuya naturaleza y cantidad
constituyen una preocupación creciente en los talleres de
fabricación, obligan a recurrir a protecciones tales como
extractores de humos con el fin de conservar la salud de los
operarios y de los miembros del personal que trabajan en las
proximidades.
Desde un punto de vista general, se define un
acero inoxidable como una aleación de hierro cuyo contenido nominal
de cromo es de al menos un 11% en peso. Su utilización se justifica
cuando se busca un buen comportamiento ante la oxidación y la
corrosión. Entre los aceros inoxidables figuran varias subcategorías
de aceros, a saber:
- -
- los aceros austeníticos, probablemente los más corrientemente usados y a menudo citados con la referencia "serie 300" por su clasificación según la normalización estadounidense, cuya composición está basada en el sistema de hiero-cromo-níquel y cuyo total de contenidos de los elementos Cr, Ni, Mn y Si supera un 16% en peso en la aleación; y
- -
- los aceros martensíticos;
- -
- los aceros ferríticos;
- -
- los aceros dúplex;
- -
- las aleaciones de acero de endurecimiento por precipitación; y
- -
- las superaleaciones de aceros.
De hecho, la gran presencia del elemento cromo
en los aceros inoxidables hace que, durante su soldadura, las
partículas constituyentes de los humos de soldadura contengan un
alto contenido de compuestos portadores del elemento cromo, a
saber, cromo trivalente (Cr^{III}), la forma menos tóxica del
elemento cromo, y/o cromo hexavalente (Cr^{VI}), la forma
conocida por ser altamente tóxica para el ser humano, ya que se
considera cancerígena.
En el caso de soldadura de aceros inoxidables,
el elemento cromo hexavalente (Cr^{VI}) procedente de los humos
de soldadura y presente en el aire respirado, está por tanto
particularmente reglamentado, teniendo en cuenta su carácter
potencialmente tóxico.
Así, sabiendo que las reglamentaciones en vigor
en la mayoría de los países indican que el valor medio de
exposición (VME) tolerado es de 5 mg/m^{3} de aire para partículas
de humos "no nocivas" y que la del elemento Cr^{VI}
contenido en los humos es igual a 0,05 mg/m^{3}, como reseña Cunat
P.J., "Le chrome dans les fumées de soudage des aciers
inoxydables", Matériaux et Techniques, nº
1-2 2002, la concentración máxima tolerada de
Cr^{VI} para que ésta no implique una reducción del contenido
máximo en humos en el aire respirado, debe ser como máximo del 1%,
es decir, (0,05/5)x100. Por debajo de 1%, el Cr^{VI} no es
por lo tanto el factor limitante de la cantidad de humos admisible
en el aire respirado.
En comparación, siendo la VME del cromo
trivalente (Cr^{III}) de 0,5 mg/m^{3}, su concentración máxima
admisible en los humos para no generar una reducción de los humos
admisibles en al aire respirado es de un 10%.
Por esto, en los talleres de soldadura, con el
fin de limitar la cantidad de humos y la proporción de Cr^{VI} en
el aire respirado por los operarios por debajo de los valores
máximos admisibles, la ventilación del taller deber ser muy
superior con la utilización de productos de soldadura tradicionales
de aceros inoxidables a la necesaria en el empleo de productos para
aceros clásicos.
Mediante los ajustes de formulación de un
electrodo recubierto tradicional, es posible reducir los humos de
soldadura en la fuente. Estas modificaciones de formulación
constituyen así el medio más eficaz para limitar las molestias
causadas en el entorno del soldador, antes de recurrir a equipos en
ocasiones pesados, tales como extractores de humos.
Esto es aún más cierto porque el procedimiento
de soldadura con electrodo recubierto, por su facilidad de puesta
en práctica, es muy utilizado para las soldaduras en espacios
limitados en ciertos talleres u obras en que es a veces difícil
disponer una aspiración de humos realmente eficaz.
El principio de generación de Cr^{VI} en los
humos se ilustra mediante las ecuaciones [1] y [2] siguientes y se
basa en la formación en la soldadura de ciertos compuestos nocivos
portadores del elemento Cr^{VI} tales como, por ejemplo,
Na_{2}Cr^{VI}O_{4}, K_{2}Cr^{VI}O_{4},
NaK_{3}(Cr^{VI}O_{4})_{2} o
K_{2}NaCr^{VI}F_{6}, a partir de la reacción de los elementos
sodio (Na) y potasio (K) con el cromo (Cr) que entra en la
composición del electrodo.
\vskip1.000000\baselineskip
Con el fin de reducir los contenidos de estos
compuestos portadores del elemento Cr^{VI} en los humos, el
documento de Kimura S., Kobayashi M., Godai T. y Mimato S.,
"Investigations on chromium in stainless steel welding fumes",
Welding Journal, pág.195s-203s, julio de
1979, ha propuesto suprimir en las fórmulas de recubrimientos de
electrodos todos los ingredientes que contienen los elementos Na y
K, y sustituirles por ingredientes "equivalentes" basados en
litio (Li).
Así, es conocido trabajar o bien con una
sustitución de feldespatos de Na o K tales como KAlSi_{3}O_{8}
o NaAlSi_{3}O_{8}, presentes en las fórmulas tradicionales no
ecológicas de recubrimientos para electrodos, por compuestos de
tipo aluminosilicatos basados en Li de propiedades muy similares
tales como petalita LiAlSi_{4}O_{10}, espodumeno
LiAl(SiO_{3})_{2} o eucriptita LiAlSiO_{4}, o
bien con un reemplazo de los silicatos de Na y K habituales por
silicato de Li.
Sin embargo, la puesta en práctica de esta
solución siempre ha sido difícil y nunca se ha podido usar realmente
a escala industrial, puesto que la utilización de un aglutinante de
litio para reemplazar a aglutinante(s) de sodio y/o potasio
conduce a electrodos de recubrimiento frágil, hasta muy friable,
volviendo a los electrodos así formulados inutilizables en medio
industrial en el que los electrodos se someten normalmente a choques
accidentales o a manipulaciones poco delicadas que conducen a su
rápido deterioro cuando no son bastante resistentes en el plano
mecánico.
Por otro lado, los compuestos basados en Na y K,
estén en forma de polvos y/o de silicatos líquidos, se utilizan
clásicamente de manera casi sistemática en los recubrimientos de
electrodos recubiertos para conferir a los productos sus buenas
características de arco, especialmente la estabilidad y dinamismo de
arco. Por esta razón, los electrodos formulados basándose en
silicato de litio únicamente, por tanto sin Na ni K, presentan una
soldabilidad operativa muy inferior a la de los electrodos
estándar.
El documento extraído de la experiencia del
grupo Boehler Thyssen Welding y publicado por
Spiegel-Ciobanu V.E., "Entwicklung
schadstoffarmer hoch legierter
Cr-Ni-Schweisszusatze - Teil 1 :
Reduktion des Cr^{VI}-Gehalts im
Schweissrauc", Schweissen und Schneiden, 55(4), pág.
198-200, mayo de 2003, describe la dificultad de
producir dichos electrodos inoxidables ecológicos desprovistos de
Na y K por el hecho particular de su baja resistencia de
recubrimiento, y confirma su nivel de soldabilidad operativo
significativamente inferior al de los productos inoxidables
estándar.
En definitiva, aunque el principio de
sustitución de los ingredientes que contienen los elementos Na y K
por ingredientes "equivalentes" basados en Li sea conocido
desde hace mucho tiempo para reducir los índices de emisión de
humos y la cantidad de Cr^{VI} en los humos, sólo el documento de
Griffiths T. y Stevenson A.C., "Development of stainless steel
welding electrodes having a low level of toxic chromium in the
fume", The 5^{th} International Symposium of the Japan Welding
Society, Advanced Technology in Welding, Materials Processing and
Evaluation, 5JWS-IV-3, Tokio, abril
de 1990, describe la fabricación de electrodos inoxidables
formulados a partir de silicato y compuestos de Li exclusivamente y
de recubrimiento sólido de bajas emisiones de humos y de Cr^{VI}
y de propiedades operativas denominadas "satisfactorias".
No obstante, se comprueba en la práctica que las
propiedades operativas de estos electrodos se han revelado muy
inferiores a las de electrodos de tipo rutilo denominados "de
fusión suave" aunque, desde la publicación de este documento, no
ha aparecido ningún electrodo de este tipo en el mercado de los
electrodos inoxidables.
Por otro lado, los documentos de O'Donnell D. y
Bishel R., "Stable low fume stainless steel welding electrode",
Inco Alloys International Inc., 1991; US-A-
5.124.530; Koike Hiroyuki, "Cr-contained coated
electrode", Nippon Steel Corp., 1989, y
JP-A-1249297 proponen su vez
electrodos inoxidables de emisión de humos reducida simplemente
gracias a la utilización de silicatos mixtos basados en Na, K y
Li.
No obstante, la utilización de silicatos mixtos
basados en Na, K y Li no permite reducir suficientemente el
contenido de Cr^{VI} en los humos debido a la presencia de los
elementos Na y K que conducen a la formación inevitable de cromo
hexavalente según los mecanismos de las fórmulas (1) y (2)
anteriores.
Por otro lado, muchas otras publicaciones se han
interesado en las emisiones de humos durante la soldadura y se
pueden citar, a modo indicativo, los documentos siguientes:
- -
- Carter G., "The effects of basic electrode coating formulation on fume emission rate and composition in manual metal arc welding of steel", Welding Institute Members Report 319, 1986,
- -
- Dennis J., French M., Hewitt P., Mortazavi S. y Redding A., "Control and Occupational exposure to hexavalent chromium and ozone in tubular wire arc welding processes by replacement of potassium by lithium or by addition of zinc", Ann. Occup. Hyg., Vol. 46, Nº 1, pág. 33-42, 2002,
- -
- Griffiths T., "Development of stainless steel welding electrodes having a low level of toxic chromium in the fume", Strasbourg seminar on welding fume: effects, control and protection, artículo 6, Abington RU, The Welding Institute, 1991,
- -
- C. Bonnet, P. Rouault, B. Leduey, F. Richard y E. Bauné, "Amélioration de l'environnement du soudeur par le biais de la formulation des consommables de soudage", Conference Proceedings des 6^{èmes} Journées Nationales du Soudage, "Soudage et Prospective Industrielle", Tours, Francia, 21-25 de octubre de 2002, y
- -
- E. Bauné, B. Leduey, F. Richard y P. Rouault; "Le soudage des aciers inoxydables á travers des exemples de l'évolution des consommables et des gaz", Proceedings du CIMATS Colloque Industriel, Université Technique de Belfort Montbéliard, 13 de diciembre de 2002.
El documento
GB-A-1.581.182 da a conocer un
electrodo de tipo rutilo para la soldadura de aceros inoxidables
que permite reducir el volumen de humos, especialmente la cantidad
de cromo tóxico, liberados en la soldadura. El recubrimiento
contiene menos de 1% en peso de (Na_{2}O + K_{2}O). El
aglutinante está formado a partir de una disolución coloidal que
contiene de 1 a 90% en peso de óxidos de Si, Al, Zr, B, P, Ti, Mg,
Ca, Th y/o Fe. Esta solución puede contener silicato de litio.
\vskip1.000000\baselineskip
A la vista del estado de la técnica, el problema
que se plantea es mejorar los electrodos recubiertos destinados a
la soldadura de aceros inoxidables de manera que:
- -
- se pueda conseguir un índice de emisión de humos reducido por un factor que va hasta 2, o más allá, con respecto a los electrodos inoxidables tradicionales estándar,
- -
- se pueda obtener una proporción de Cr^{VI} inferior al 1% en los humos,
- -
- se tenga un recubrimiento sólido y resistente, es decir, no friable, y
- -
- se pueda obtener un nivel de soldabilidad operativa según las exigencias requeridas por este tipo de electrodos, especialmente en lo que se refiere a las características de arco, de aspecto de cordón y de desprendimiento de escoria.
\vskip1.000000\baselineskip
Dicho de otro modo, el problema que se plantea
es proponer un conjunto de formulaciones de electrodos recubiertos
ecológicos de recubrimiento sólido de tipo rutilo de fusión suave,
destinados a la soldadura de aceros inoxidables, que conduzcan a
una deposición metálica (después de la fusión) cuya composición
química sea según las normas relativas a los diferentes clases de
aceros inoxidables, particularmente las normas EN 1600 y AWS
A5.4.
\vskip1.000000\baselineskip
La solución de la invención es un electrodo
recubierto formado por un alma metálica central al menos
parcialmente recubierta con un recubrimiento sólido que forma un
revestimiento sobre dicha alma, conteniendo dicho recubrimiento
rutilo y al menos un compuesto de litio, preferiblemente en general
un feldespato, y estando exento de feldespato de sodio y de
potasio, comprendiendo el recubrimiento (se considera que el % en
peso de cada compuesto está expresado con respecto al peso total de
recubrimiento del electrodo):
- -
- de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o de 0,2 a 3% de litio que proviene de al menos un aluminosilicato basado en litio,
- -
- al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,
- -
- silicato de litio como aglutinante,
- -
- aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de elementos solos,
- -
- una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 0,50% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
En el marco de la invención, se entiende por
"exento" de un compuesto dado que dicho compuesto no se haya
incluido voluntariamente en el recubrimiento y que, idealmente,
dicho recubrimiento no lo contenga en absoluto. No obstante, no
puede excluirse la presencia eventual de este compuesto en estado de
trazas como impurezas inevitables, aunque no sea deseado. Los
electrodos cuyo recubrimiento contuviera a partir de dichas trazas
de compuesto serían considerados como incluidos en el campo de
protección conferido por la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Según el caso, el electrodo de la invención
puede comprender una o varias de las características técnicas
siguientes:
- -
- La proporción total en el recubrimiento de Na y K es inferior a 0,50%.
- -
- El alma central metálica es de acero inoxidable o acero suave.
- -
- El diámetro del alma está comprendido entre 1,6 y 6 mm, preferiblemente comprendido entre 2 y 4 mm.
- -
- El (o los) compuesto(s) de litio se elige(n) entre los aluminosilicatos basados en Li. Este (o éstos) tienen típicamente una formula química general de tipo Li,Al,(Si_{x}O_{y}).
- -
- Al menos un feldespato de litio se elige entre espodumeno, petalita y eucriptita. Preferiblemente, los constituyentes de recubrimiento basados en litio, tales como espodumeno LiAl(SiO_{3})_{2}, petalita LiAlSi_{4}O_{10} y eucriptita LiAlSiO_{4}, están presentes en el recubrimiento en una proporción de 5 a 45% en peso, preferiblemente de 12 a 40% en peso del recubrimiento.
- -
- El aglutinante que contiene litio es silicato de litio de fórmula típica (Li_{2}O)_{x}.(SiO_{2})_{y}.(H_{2}O)_{z}. En la preparación del recubrimiento, se introduce el silicato de litio en forma líquida a una proporción superior a 105 g/kg de fórmula seca, preferiblemente de 120 a 220 g en peso de materias primas (polvos secos únicamente), más preferiblemente de 150 a 200 g, o sea, en peso de los elementos siguientes expresado con relación al peso total del recubrimiento del electrodo, más de 10% de Si y más de 1,3% de Li, preferiblemente de 11 a 21% de Si y de 1,5 a 2,9% de Li, más preferiblemente de 14 a 19% de Si y de 1,9 a 2,6% de Li.
- -
- Al menos un agente de fluidificación se elige del grupo formado por carboximetilcelulosa (CMC), hidroxietilcelulosa o cualquier otra sustancia orgánica o resina soluble en agua, alginato de calcio, polímeros de origen vegetal tales como goma guar, talco (de fórmula típica 3 MgO.4 SiO_{2}.H_{2}O), o también arcilla (de fórmula típica Al_{2}O_{3}.2 SiO_{2}.2 H_{2}O).
- -
- El recubrimiento comprende aproximadamente de 10 a 55% (si el alma es de acero) en peso del recubrimiento de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de los elementos solos, estando equilibrado el contenido de este o estos elementos metálicos en el recubrimiento en función del tipo de alma utilizado y de la clase a soldar (308L, 309L, 316L, 347L, según la denominación de la norma estadounidense AWS).
- -
- Los elementos metálicos se elijan entre manganeso, níquel, cromo, molibdeno, hierro, silicio, aluminio, niobio, titanio, tantalio, cobre y sus mezclas o aleaciones de hierro que comprenden estos elementos.
- -
- Comprende de 120 a 220 g de silicato de litio líquido/kg de fórmula seca, o sea de 11 a 21% de Si y de 1,5 a 2,9% de Li con respecto al peso total de recubrimiento del electrodo.
- -
- El recubrimiento contiene, expresado en % en peso del recubrimiento, compuestos que sirven para la constitución del recubrimiento en las proporciones siguientes: de 0,8 a 18,5% de Al_{2}O_{3}, preferiblemente de 2 a 16,5% de Al_{2}O_{3} (procedente particularmente del o de los aluminosilicatos de Li, y eventualmente de otros polvos contenidos en la fórmula), de 5 a 40% de SiO_{2}, preferiblemente de 9 a 35% de SiO_{2} (procedente del o de los silicatos de Li y de los polvos de recubrimiento como los aluminosilicatos de Li), de 15 a 45% de TiO_{2}, preferiblemente de 20 a 40% de TiO_{2}, de 2,8 a 8,5% de CaO, preferiblemente de 4 a 7,5% de CaO, de 0,5 a 5% de CaF_{2}, preferiblemente de 1 a 4% de CaF_{2}, y de 4 a 18% de carbonatos, particularmente CaCO_{3}, preferiblemente de 8 a 13% de carbonatos.
- -
- El recubrimiento puede comprender, por otro lado, al menos un polvo que contiene uno o varios elementos elegidos entre S, Se, Te, Sb y Bi.
- -
- El recubrimiento puede comprender, expresado en % en peso del recubrimiento, de 0,01 a 2% de uno o varios elementos del grupo de S, Bi, Te, Se y Sb, preferiblemente de 0,03 a 1,3%.
- -
- El recubrimiento puede contener también, expresado en % en peso del recubrimiento, otros óxidos y fluoruros en una proporción de 0,5 a 10%, preferiblemente de 3 a 7%.
- -
- La distribución granulométrica de la mezcla seca (sin aglutinante) es como mínimo de 20% de más de 100 \mum, preferiblemente de 25 a 50%, y como máximo de 40% de menos de 40 \mum, preferiblemente de 5 a 30%.
- -
- El recubrimiento contiene, expresado en % en peso del recubrimiento, de 4 a 18% de carbonatos en polvo, particularmente CaCO_{3}, preferiblemente de 8 a 13% de carbonatos.
La invención se refiere también a un
procedimiento de soldadura por arco de acero inoxidable, en el que
se utiliza un electrodo según la invención para realizar al menos
una junta de soldadura sobre una o más piezas a soldar, así como
sobre el recubrimiento de dicho electrodo. La operación de soldadura
por arco con electrodo recubierto comienza entonces cuando el
operario inicia el arco de soldadura golpeando/frotando el extremo
de su electrodo sobre la pieza, formando dichos electrodo y piezas
parte integral de la instalación eléctrica, al mismo nivel que el
generador de soldadura, estado ligados éstos entre sí por el
conjunto de cables de instalación y la toma de tierra. El intenso
calor así producido provoca la fusión del extremo del electrodo y
del metal de base en el lugar de impacto del arco; se produce
entonces la transferencia de metal a través del arco hasta la
pieza. Se deposita así el metal sobre la pieza a medida que el
electrodo se consume por fusión. El operario debe cuidar entonces
el mantenimiento del arco manteniendo el extremo del electrodo a
cierta altura de la pieza y desplazándolo a una velocidad regular a
lo largo de la pieza. Mientras que se deposita la soldadura, se
mantiene la cantidad de calor suficiente para fundir el extremo del
electrodo y la zona subyacente al arco sobre la pieza a soldar.
De manera general, un electrodo recubierto para
soldadura por arco es una varilla conductora de corriente eléctrica
denominada alma rodeada de un revestimiento adherente normalmente
denominado recubrimiento, de cuyo extremo surge el arco de
soldadura. La energía del arco se utiliza así como medio de
calentamiento de las piezas a ensamblar.
La invención se refiere, además, a un
recubrimiento para electrodo que contiene rutilo que comprende,
estando expresado el porcentaje en peso (%) de cada compuesto con
respecto al peso total del recubrimiento del electrodo:
- -
- de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o de 0,2 a 3,0% de litio procedente del conjunto de elementos que sirven para la constitución del recubrimiento en forma de polvos y aglutinantes, es decir, procedente de al menos uno o varios compuestos de litio en forma de polvo y de silicato de litio,
- -
- al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,
- -
- silicato de litio como aglutinante,
- -
- aproximadamente de 10 a 50% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de los elementos solos, y
- -
- una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 0,50% en peso.
En la puesta a punto del electrodo recubierto,
el alma metálica se elige generalmente, en la medida de las
posibilidades, de tal manera que su composición química corresponda
a la clase del metal de base a soldar. No obstante, puede ser
también de acero suave, es decir, prácticamente sin elementos de
aleación a excepción de un bajo contenido de manganeso, estando
aportados entonces por el recubrimiento los elementos de aleación
indispensables para obtener un depósito de la clase deseada; se está
entonces en presencia de un electrodo denominado "sintético".
Sea el que sea, el contenido de elementos de aleación del
recubrimiento no es nunca nulo, pues permite mejorar las
características mecánicas de la soldadura y compensar las pérdidas
debidas a la volatilización de los elementos metálicos en el
transcurso de la fusión del electrodo cuando se utiliza un alma
aleada cuyo análisis es similar al del metal a depositar, o aportar
los elementos de aleación necesarios para sintetizar la composición
del metal a depositar cuando se utiliza un alma de acero suave.
El recubrimiento tiene una influencia clave
sobre las características de soldadura y las propiedades resultantes
del metal depositado. Sus papeles más importantes son a la vez
eléctrico, mecánico y metalúrgico.
Las principales funciones que deben asegurar los
ingredientes que entran en la composición del recubrimiento son
múltiples. La mayoría de los constituyentes pueden tener más de una
función y la combinación de varios constituyentes según los
contenidos precisos puede permitir la realización de una función
particular.
Los diferentes constituyentes del recubrimiento
pueden clasificarse así según diferentes familias, a saber, los
constituyentes en forma de polvos y los constituyentes en forma
líquida.
Los constituyentes en forma de polvos son
especialmente:
- -
- agentes de protección del metal depositado, es decir, los formadores de gas protectores y los constituyentes de la escoria. Los formadores de gas protectores son polvos minerales cuya descomposición permite un desprendimiento gaseoso (CO_{2}, CO, HF, H_{2}, H_{2}O en forma de vapor) y la protección contra el aire ambiental del metal en tránsito en el arco de soldadura. Los constituyentes de la escoria, a su vez, son polvos minerales cuya transformación asegura la formación de la escoria que rodea las gotas de metal en tránsito en el arco y que, al solidificarse en el cordón de soldadura, aseguran su protección de la atmósfera exterior;
- -
- agentes desoxidantes, que son polvos minerales que permiten la purificación de la soldadura mediante la formación y después decantación de los óxidos y sulfuros formados;
- -
- iniciadores y estabilizadores de arco, que son materiales minerales y metálicos que participan en la iniciación y el mantenimiento estable del arco de soldadura entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar;
- -
- elementos de aleación (igualmente desoxidantes o agentes reductores), que son materiales metálicos que permiten paliar las pérdidas por volatilización en el arco de los elementos constituyentes del alma metálica y enriquecer el cordón en elementos metálicos; o sintetizar el análisis del metal a depositar cuando se formula el electrodo a partir de un alma de acero suave;
- -
- agentes reguladores de la viscosidad de la escoria, que son materiales metálicos y minerales que permiten el control del intervalo de fusión y del tiempo que le llevará a la escoria coagular a lo largo de su enfriamiento. Especialmente, los elementos reconocidos como tensioactivos potentes pueden comprobarse muy eficaces;
- -
- agentes reguladores del rendimiento del electrodo, es decir, de la relación entre la masa de metal depositada y la masa de alma fundida, que son materiales metálicos que permiten el ajuste del índice de deposición del electrodo;
- -
- agentes de extrusión (o fluidificantes), que son materiales orgánicos que permiten, en combinación con los aglutinantes y los polvos utilizados, la obtención de una buena consistencia de pasta y la adquisición por la misma de sus propiedades reológicas con vistas a su extrusión Una buena consistencia de pasta permite obtener a menudo una buena resistencia de recubrimiento después de la cocción.
Por otro lado, los constituyentes en forma
líquida son especialmente aglutinantes, que son lo más a menudo
silicatos líquidos utilizados para la aglomeración de los polvos
secos que constituyen el recubrimiento antes de la conformación de
la pasta que debe permitir la extrusión.
El modo de preparación de la mezcla que entra en
la composición de recubrimiento con vistas a la fabricación de un
electrodo recubierto se efectúa según un modo operativo que se
descompone de la manera siguiente.
Los ingredientes en forma seca que deben entrar
en la composición de recubrimiento se pesan en primer lugar y se
mezclan con el fin de obtener una mezcla homogénea. Se
añade(n) entonces uno (o varios) aglutinante(s) con
vistas a la humidificación de la mezcla seca en un mezclador.
Después de apreciar las propiedades reológicas
de la pasta de recubrimiento, se conforma ésta y después se efectúa
la extrusión concéntrica del recubrimiento mediante una prensa de
electrodos alrededor de almas metálicas previamente cortadas a la
longitud necesaria.
Entonces tiene lugar la verificación del
centrado del recubrimiento extrudido alrededor de las almas o de la
concentricidad de los electrodos: es necesario un buen centrado para
la calidad del producto final. Los extremos de los electrodos deben
prepararse entonces mediante cepillado del recubrimiento; el extremo
de cebado de los electrodos se prepara a su vez lo más a menudo
mediante grafitización o aluminación en función de la naturaleza
del producto.
Finalmente, después de un presecado en atmósfera
ambiental, se cuecen los electrodos en horno. Esta cocción puede
producirse en soportes o no, hasta una temperatura del orden de
350-500ºC.
La presente invención se va a comprender mejor
ahora gracias a las explicaciones detalladas siguientes y a las
figuras adjuntas.
Con el fin de reducir considerablemente los
contenidos de compuestos portadores del elemento Cr^{VI} en los
humos, los medios de formulación empleados consisten en adoptar la
solución clásica encaminada a suprimir en las formulaciones todos
los ingredientes que contengan los elementos alcalinos Na y K y
sustituirlos por ingredientes "equivalentes" basados en litio
(Li).
Así, se reemplazan los compuestos basados en Na
y K (KAlSi_{3}O_{8}, NaAlSi_{3}O_{8}) presentes
habitualmente por compuestos equivalentes o similares basados en
Li, tales como espodumeno (LiAl(Si_{2}O_{6})), petalita
(LiAlSi_{4}O_{10}) o eucriptita (LiAlSiO_{4}), por
ejemplo.
Estos compuestos utilizados como constituyentes
de recubrimiento tienen como funciones principales controlar la
viscosidad de la escoria líquida, participar en la formación de la
escoria, y por tanto en la protección del metal depositado, y
participar en la estabilización del arco en el transcurso de la
soldadura.
La Tabla 1 siguiente ilustra, para dos
electrodos (A y B) de tipo 316L con alma central de diámetro igual
a 2,5 mm de acero inoxidable de tipo 304L, formulados sobre una
misma base de formulación y a partir de un mismo silicato de litio
introducido en forma líquida en cantidad fija para la
humidificación, la influencia de la elección del tipo de feldespato
sobre la cantidad de cromo hexavalente en los humos de soldadura
generados con estos electrodos.
El electrodo de fórmula A se formula a partir de
un conjunto de polvos secos según la técnica anterior, mientras que
el electrodo de fórmula B está constituido por polvos secos según la
invención, los dos fabricados mediante un silicato de litio según
la invención.
Como se observa en la Tabla 1, la fórmula B
según la invención, formulada a partir de espodumeno en sustitución
de los feldespatos de Na y K utilizados en la fórmula A, genera una
concentración de Cr^{VI} en los humos de 0,6% en lugar de 2,7%,
es decir, aproximadamente 4 veces menor.
Asimismo, el índice de emisión de humos de la
fórmula B según la invención está fuertemente reducido con
respecto al de la fórmula A.
Por otro lado, en el marco de la presente
invención, ha sido igualmente necesario preocuparse de los agentes
de extrusión o fluidificantes (agentes de fluidificación) que se
utilizan para la formulación de los electrodos recubiertos. En
general, son materiales orgánicos que permiten, en combinación con
los aglutinantes y los polvos utilizados, la obtención de una buena
consistencia de pasta y la adquisición por la misma de sus
propiedades reológicas con vistas a su extrusión alrededor del alma
metálica del electrodo.
Además, una buena consistencia de pasta permite
obtener una buena resistencia del recubrimiento después de la
cocción. Por otra parte, la elección de los fluidificantes debe
comprobarse acertada, ya que el secado de los electrodos conduce a
su descomposición en cenizas en el recubrimiento, cuyo carácter
higroscópico es perjudicial para los electrodos.
Teniendo todo esto en cuenta, en el marco de la
presente invención se ha producido una sustitución de ciertos
agentes de fluidificación constitutivos de los recubrimientos de
electrodos clásicos, que contienen tradicionalmente los elementos
Na o K, por otros compuestos desprovistos de estos elementos. Así,
se promueve en el marco de la presente invención prohibir
totalmente los agentes de fluidificación utilizados frecuentemente,
tales como alginatos de Na o de K, y reemplazarlos por otros
agentes de fluidificación adaptados en el marco de la invención,
tales como carboximetilcelulosa (CMC), hidroxietilcelulosa o
cualquier otra sustancia orgánica o resina soluble en agua,
alginato de calcio, polímeros de origen vegetal tales como goma
guar, talco (de fórmula típica 3 MgO.4 SiO_{2}.H_{2}O), o
también arcilla (de fórmula típica Al_{2}O_{3}.2 SiO_{2}.2
H_{2}O).
Esto se ilustra mediante la diferencia entre los
electrodos C según la invención con la excepción de fluidificantes
que contienen Na y K según la técnica anterior y D según la
invención en todos los puntos. La Tabla 2 muestra la influencia del
reemplazo de los fluidificantes basados en Na y K (electrodo de
fórmula C) por fluidificantes desprovistos de Na y K (electrodo de
fórmula D) sobre la cantidad de Cr^{VI} producida y el índice de
emisión de humos, y para los electrodos de tipo fusión suave del
mismo diámetro igual a 3,2 mm, fabricados a partir de silicato de
Li (basado en 3,62% de SiO_{2} + 0,52% de Li_{2}O + 0,06% de
Na_{2}O en forma seca en polvo en el recubrimiento), para las dos
clases de aceros inoxidables 308L y 316L.
Como puede observarse, el electrodo D según la
invención conduce a un índice de emisión de humos inferior casi un
20% al del electrodo C, así como a una proporción de cromo VI
igualmente reducida más de un 10% con respecto al electrodo C.
Por otro lado, la Tabla 3 precisa, para las
combinaciones de fluidificantes utilizados en las fórmulas C y D de
la Tabla 2, los contenidos de los elementos Ca, Na y K
correspondientes.
Los porcentajes (%) se expresan en % en peso en
el constituyente considerado.
Como puede observarse en la Tabla 3, el
electrodo recubierto D según la invención contiene aproximadamente
la misma proporción de calcio que el electrodo C pero, en
contraposición, contiene aproximadamente 12 veces menos Na y 8
veces menos K.
La presencia de los elementos Na y K en la
combinación de fluidificantes contenida por la fórmula D proviene
de las trazas residuales de estos elementos. A pesar de las
precauciones tomadas, la fórmula D no está por tanto totalmente
exenta de los elementos Na y K, que se encuentran en forma de
impurezas inevitables pero no deseadas voluntariamente.
Además, para realizar las formulaciones de
electrodos inoxidables ecológicos según la invención, es también
indispensable reemplazar los aglutinantes basados en Na y/o K
utilizados habitualmente por aglutinante de Li puro.
Los aglutinantes son generalmente silicatos
acuosos utilizados en forma líquida para la aglomeración de los
polvos secos que constituyen el recubrimiento antes de la
conformación de la pasta que debe permitir la extrusión. La
cantidad de silicatos utilizada debe ser tal que se establezca una
película fina entre las partículas de polvos, actuando el o los
silicatos como agente de reticulación entre los polvos.
Se evacua esencialmente el agua contenida en
estos silicatos del recubrimiento en el ciclo de cocción final de
los electrodos para dejar sólo entonces en el recubrimiento la parte
seca de los silicatos introducidos, es decir, la parte alcalina
compuesta por los elementos Na_{2}O, K_{2}O y Li_{2}O.
La cantidad óptima de aglutinante a utilizar
depende principalmente de su viscosidad, del acoplamiento de
aglutinante/fluidificantes contenido, así como de la distribución
granulométrica de los polvos utilizados en la fórmula.
Una de las limitaciones impuestas por la
fabricación de electrodos inoxidables ecológicos según la invención
es utilizar silicato de litio para reemplazar los silicatos de Na
y/o K tradicionales.
Por otra parte, con el fin de que el contenido
de Cr^{VI} en los humos permanezca inferior al objetivo del 1%
fijado, la cantidad de silicato de litio no debe superar una cierta
cantidad máxima, ya que más allá de esta cantidad máxima admisible,
el elemento Cr^{VI} se vuelve a convertir en el factor limitante
en los humos de soldadura.
La Figura 1 muestra la existencia de una
cantidad máxima de silicato de litio (Q_{máx}) tal a no superar
para las diferentes bases de fórmulas inoxidables estudiadas al
inicio del desarrollo de los electrodos inoxidables ecológicos,
mientras que la Tabla 4 siguiente da las composiciones de los
recubrimientos de fórmulas de referencias nº 1 a 3 de la Figura 1.
Más precisamente, se han establecido las curvas de la Figura 1
efectuando las sustituciones de formulación de los tres ejemplos
descritos anteriormente, haciendo variar la cantidad de silicato de
Li utilizada. Para la fórmula de referencia nº 3, la más
prometedora en términos de reducción de humos emitidos y de
rendimiento operativo (fusión suave, desprendimiento de la escoria,
aspecto del cordón), al inicio del desarrollo, la Q_{máx} se ha
definido en el intervalo que va de 170 a 200 ml de aglutinante de Li
en forma líquida por kg de mezcla seca, es decir, en forma seca, en
el intervalo de 3,4 a 4% en peso del recubrimiento para SiO_{2},
de 0,4 a 0,6% para Li_{2}O y de 0,05 a 0,06% para Na_{2}O.
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La Tabla 5 ilustra, para 2 electrodos de clase
316L de diámetro igual a 2,5 mm formulados con la misma base de
formulación y a partir de espodumeno, la influencia de la elección
del tipo de silicato, es decir de aglutinante, sobre la cantidad de
Cr^{VI} en los humos de soldadura y los índices de emisión de
humos.
\vskip1.000000\baselineskip
La fórmula E según la invención, formulada a
partir de silicato de Li en sustitución de silicatos de Na/K en la
fórmula F según la técnica anterior, da lugar a una concentración de
Cr^{VI} en los humos de 0,6% en lugar de 3,0%, o sea, una
reducción del 80%.
Asimismo, el índice de emisión de humos de la
fórmula E está fuertemente reducido en casi un 50% con respecto al
de la fórmula F.
La viscosidad de los silicatos de litio
utilizados en el marco de la invención es generalmente muy baja, es
decir, típicamente de 1,5 a 5,0 Pa.s a temperatura ambiente (20ºC),
bastante inferior por tanto a la de los silicatos de Na y/o K
tradicionales cuyo intervalo de viscosidad va típicamente de 15,0 a
60,0 Pa.s. La densidad del silicato de litio que entra dentro del
marco de la invención se sitúa alrededor de 1,2.
En consecuencia, debido a la alta fluidez y a
las propiedades reológicas muy específicas del silicato de litio
promovidas en el marco de la invención, intervienen dificultades
importantes en diferentes etapas del proceso de fabricación de los
electrodos inoxidables ecológicos, especialmente:
- -
- La baja viscosidad del silicato de Li conlleva una falta de potencia adhesiva del mismo, y por consiguiente, conduce a dificultades, por una parte, para obtener una buena plasticidad de la pasta que sirve para su preparación durante las etapas de mezclado/humedecimiento y, por otra parte, de compactación y extrusión de la pasta y su conformación alrededor del alma metálica del electrodo.
- -
- La naturaleza del silicato de Li genera un fenómeno de fragilización del recubrimiento que interviene en el ciclo de cocción final de los electrodos.
De ahí, sin prevención de la formulación, los
electrodos así obtenidos presentan recubrimientos muy frágiles y no
pueden aspirar así a ser suficientemente resistentes en el plano
mecánico (choques, caídas, frotamientos, plegamiento) durante su
envasado, su transporte y su utilización posterior en entorno
industrial.
Con el fin de paliar las dificultades enunciadas
anteriormente, es necesario no solamente elegir acertadamente los
agentes de fluidificación (por ejemplo, CMC, goma guar, alginatos),
particularmente su naturaleza, cantidad y combinación, compatibles
con las exigencias necesarias para la formulación de electrodos
ecológicos según la invención, sino también controlar la
distribución granulométrica de la mezcla seca.
Respetando estas reglas de formulación y
utilizando exclusivamente silicato de litio como aglutinante, es
posible fabricar industrialmente en buenas condiciones electrodos
inoxidables ecológicos de tipo fusión suave de recubrimiento sólido
después de su cocción.
Con el fin de estimar cuantitativamente la
solidez del recubrimiento de electrodos fabricados en el transcurso
del desarrollo, se ha practicado un ensayo de caída.
Este ensayo consiste en hacer caer sucesivamente
10 electrodos procedentes de una misma fabricación desde una altura
de 1 m sobre una superficie horizontal dura, por ejemplo un suelo de
hormigón, y expresar la solidez de sus recubrimientos en fracciones
de masa de recubrimiento perdida después de 1 caída y después de 2
caídas.
El resultado expresado para cada serie
corresponde a la media calculada para los 10 electrodos de la serie
considerada.
La Figura 2 ilustra así una serie de resultados
obtenidos a partir de un cierto número de ensayos de caída de
electrodos (diámetros de 2,5 mm y de 3,2 mm) procedentes de diversas
fabricaciones, para los que se han aportado variaciones a los
parámetros de formulación enumerados anteriormente.
Estos resultados muestran que los parámetros
descritos influyen considerablemente en la resistencia del
recubrimiento de los electrodos correspondientes.
Por otra parte, un buen dominio del silicato de
litio utilizado, así como de los parámetros de
formulación/fabrica-
ción, han permitido alcanzar niveles de solidez de recubrimiento equivalentes a los de los electrodos inoxidables estándar no ecológicos, es decir, aproximadamente menos de 7% de recubrimiento perdido después de una caída para electrodos cuyo diámetro de alma es inferior o igual a 3,2 mm, y aproximadamente menos de 15% para electrodos cuyo diámetro de alma es superior a 3,2 mm. Es igualmente importante observar que, en el transcurso de la soldadura, no se hace sentir ninguna señal excesiva o anormal de fragilización del recubrimiento bajo el efecto del calor del arco que se propaga a lo largo del electrodo. Así, la fusión del recubrimiento en el transcurso de la soldadura es según las exigencias requeridas por aquellos electrodos del tipo fusión suave.
ción, han permitido alcanzar niveles de solidez de recubrimiento equivalentes a los de los electrodos inoxidables estándar no ecológicos, es decir, aproximadamente menos de 7% de recubrimiento perdido después de una caída para electrodos cuyo diámetro de alma es inferior o igual a 3,2 mm, y aproximadamente menos de 15% para electrodos cuyo diámetro de alma es superior a 3,2 mm. Es igualmente importante observar que, en el transcurso de la soldadura, no se hace sentir ninguna señal excesiva o anormal de fragilización del recubrimiento bajo el efecto del calor del arco que se propaga a lo largo del electrodo. Así, la fusión del recubrimiento en el transcurso de la soldadura es según las exigencias requeridas por aquellos electrodos del tipo fusión suave.
Otro ensayo, encaminado a juzgar la resistencia
de recubrimiento de dichos electrodos y consistente en plegarlos
alrededor de una botella de gas comprimido que tiene un diámetro de
230 mm, ha permitido confirmar la buena solidez del recubrimiento
de los electrodos ecológicos a partir de silicato de litio según la
presente invención.
Por otro lado, otra serie de ensayos ha
consistido en fabricar un cierto número de electrodos prototípicos
de tipo 316L haciendo variar la distribución granulométrica de la
mezcla seca, jugando con el tipo de polvos de rutilo (TiO_{2}) y
de calcita (CaCO_{3}) utilizados, polvos no metálicos mayoritarios
en la constitución del recubrimiento de electrodos ecológicos de
fusión suave.
\newpage
Se han realizado ensayos cruzados mediante la
utilización de feldespato y silicato de Na/K utilizados para la
fabricación de electrodos inoxidables tradicionales, y de espodumeno
y silicato de Li exentos de Na/K, siendo necesarios estos últimos
para la fabricación de electrodos inoxidables ecológicos de la
invención.
Para estos ensayos, se han utilizado
fluidificantes exentos de Na/K.
Se presenta la distribución granulométrica de
estos polvos en la Tabla 6.
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\vskip1.000000\baselineskip
Los datos consignados en las Tablas 7a y 7b
muestran la importancia de considerar una buena distribución de la
mezcla seca para la obtención de electrodos de recubrimiento sólido,
proponiendo cada una una matriz de ensayos para la demostración de
la influencia de la naturaleza de los polvos de recubrimiento y
silicato utilizados sobre la solidez del recubrimiento de
electrodos y su carácter ecológico.
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Parece a la vista de las Tablas 7a y 7b que la
utilización simultánea/conjunta de los ingredientes denominados
"ecológicos", a saber silicato de Li, espodumeno y
fluidificantes exentos de Na/K, vuelve la tarea aún más delicada si
se quieren fabricar electrodos inoxidables ecológicos de
recubrimiento resistente.
La formulación de productos inoxidables de tipo
fusión suave de bajas emisiones de humos exige recurrir a un cierto
número de polvos de naturaleza específica, según contenidos
precisos.
La obtención de electrodos inoxidables de tipo
fusión suave ecológicos sólidos está condicionada entonces por la
utilización de una distribución granulométrica no limitada a tamices
pequeños únicamente cuando se utilizan exclusivamente los
ingredientes basados en Li.
Esto puede obtenerse mediante la utilización de
un polvo de rutilo, compuesto en cantidad mayoritaria en el
fundente de recubrimiento, cuya distribución granulométrica se sitúe
mayoritariamente más allá de los 100 \mum.
De manera general, esto se obtiene mediante la
utilización conjunta de una parte importante de la mezcla cuya
granulometría media es superior o igual a 100 \mum, con una parte
secundaria de polvos finos, es decir, < 40
\mum.
\mum.
\vskip1.000000\baselineskip
La fusión traduce la manera en que se funde el
electrodo en el transcurso de la soldadura. Caracteriza la
transferencia de gotas de metal y del recubrimiento fundido que
tiene lugar entre el electrodo que se consume y el baño de fusión
sobre la pieza a soldar.
Una fusión que se efectúa con una transferencia
de gotas mayoritariamente finas se califica como fusión suave. Está
caracterizada en este caso por un silbido regular de baja intensidad
sonora al que se superpone una ligera crepitación, y es señal de
una comodidad de utilización evidente por el soldador.
Una fusión suave está acompañada por una
cantidad muy baja de proyecciones en el transcurso de la soldadura.
Estas son muy finas cuando existen. Las proyecciones representan las
cantidades de metal que se expulsan fuera del arco en el transcurso
de la soldadura o que resultan de la salpicadura de gotas de metal
líquido en el baño de
fusión.
fusión.
En la soldadura en plano, la secuencia de
escoria es la línea que define el límite entre el baño de fusión,
es decir el metal líquido, en la punta del electrodo y la escoria
líquida que sobrenada la superficie.
Ya que define el tamaño del baño de fusión, la
forma y la estabilidad de la secuencia de escoria condiciona la
forma y la regularidad del cordón subyacente y, particularmente, la
finura y regularidad de las estrías en la superficie del cordón
después de la solidificación.
Para un electrodo de tipo "fusión suave",
la secuencia de escoria está generalmente muy cercana a la punta
del electrodo detrás de la base del arco.
La formulación de un electrodo de tipo fusión
suave debe ser por tanto tal que la secuencia de escoria aparezca
quieta y estable, puesto que si no puede constituir una molestia
para el soldador y puede generar defectos de aspecto del cordón
(estrías espaciadas irregularmente, más o menos marcadas) hasta
inclusiones de escoria en el depó-
sito.
sito.
De manera general, la formulación de un
electrodo de fusión suave debe permitir la obtención de una fusión
y de una secuencia de escoria estables.
\vskip1.000000\baselineskip
Además del aspecto operativo en el transcurso de
la soldadura, un electrodo inoxidable de tipo fusión suave está
caracterizada por:
- -
- en soldadura en ángulo plano, un aspecto de cordón generalmente plano, hasta cóncavo;
- -
- estrías finas y espaciadas regularmente entre sí,
- -
- un cordón estable y regular,
- -
- evidentemente, un cordón exento de defectos, tales como muescas, adherencias de escoria, fisuras o picaduras,
- -
- un desprendimiento fácil de la escoria, hasta autodesprendible, por toda su longitud o en ciertas partes.
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En las fórmulas de tipo rutilo de fusión suave,
los elementos tensioactivos tales como Sb, Bi, Se, Te, S deben
controlarse acertadamente en los recubrimientos para obtener un buen
desprendimiento de escoria sin afectar a los rendimientos
operativos y/o a la resistencia del recubrimiento del producto.
Las Tablas 8a y 8b muestran que la obtención de
un electrodo inoxidable ecológico según la invención de tipo fusión
suave y de recubrimiento sólido está condicionada por la utilización
de un cierto número de materias primas cuyas proporciones deben
controlarse acertadamente.
Más precisamente, en las Tablas 8a y 8b se
consignan las matrices de ensayos de comprobación de la influencia
de la naturaleza de los polvos de recubrimiento utilizados sobre los
rendimientos operativos de los electrodos y la solidez de su
recubrimiento.
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\vskip1.000000\baselineskip
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La Tabla 9 siguiente resume el conjunto de los
principios fundamentales de formulación/fabricación de electrodos
inoxidables ecológicos según la invención que es necesario respetar
para la optimización de sus propiedades principales, a saber, una
emisión de humos reducida, un bajo contenido de cromo hexavalente,
inferior al 1% en los humos, una fabricación posible, un
recubrimiento sólido, una buena soldabilidad operativa (es decir,
fusión suave, arco estable, pocas o ninguna proyección) y un cordón
de soldadura de buen aspecto, saludable, limpio, uniforme,
brillante y finamente estriado, con buen humedecimiento, como se
muestra en las fotos de las Figuras 3 y 4, y un buen
desprendimiento de escoria como se muestra en la Figura 3.
\vskip1.000000\baselineskip
La Tabla 10 siguiente muestra a su vez el
carácter único de los electrodos inoxidables ecológicos de la
invención fabricados mediante silicato de litio y polvos de
sustitución basados en Li con respecto a electrodos inoxidables
"tradicionales" no ecológicos formulados a partir de silicatos
de Na y/o K y otros ingredientes que contienen los elementos Na y
K.
Los electrodos inoxidables ecológicos de la
invención permiten reducir de 25 a 98% las emisiones de humos con
respecto a los electrodos inoxidables estándar y conducen a un
contenido de Cr^{VI} (expresado en % en los humos) de 4 a 5 veces
inferior que los electrodos estándar.
Solo los electrodos ecológicos de la invención
generan un bajo contenido de cromo hexavalente, que es además
inferior al 1%, lo que implica que el Cr^{VI} no es ya el factor
determinante de la toxicidad de los humos y de ahí que la cantidad
de Cr^{VI} emitida (expresada en g/min) es de 5 a 9 veces inferior
a la de los electrodos inoxidables estándar.
Los valores indicados anteriormente corresponden
a electrodos formulados sobre almas de 3,2 mm de diámetro de clase
316L.
La comparación de los análisis de humos emitidos
por estos diferentes electrodos ilustra su diferencia de
formulación (véase la tabla 11).
Los valores indicados anteriormente corresponden
a electrodos de clase 316L, diámetros de 2,5 y 3,2 mm.
Claims (16)
1. Electrodo recubierto formado por un alma
metálica central al menos parcialmente recubierta con un
recubrimiento sólido que forma un revestimiento sobre dicha alma,
conteniendo dicho recubrimiento rutilo y al menos un compuesto
basado en litio y estando exento de feldespato de sodio y de
potasio, comprendiendo el recubrimiento, estando expresado el
porcentaje en peso (%) de cada compuesto con respecto al peso total
del recubrimiento del electrodo:
- -
- de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o de 0,2 a 3% de litio que proviene de al menos un aluminosilicato basado en litio,
- -
- al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,
- -
- silicato de litio como aglutinante,
- -
- aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de elementos solos, y
- -
- una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 1% en peso.
2. Electrodo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el alma metálica central es de acero
suave o de acero inoxidable.
3. Electrodo según una de las reivindicaciones 1
ó 2, caracterizado porque el diámetro del alma está
comprendido entre 1,6 y 6 mm, preferiblemente comprendido entre 2,5
y 4 mm.
4. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 ó 2, caracterizado porque al menos un aluminosilicato,
especialmente al menos un feldespato de litio, se elige entre
espodumeno, petalita y eucriptita.
5. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque comprende, en peso de los
elementos expresados con respecto al peso total de recubrimiento
del electrodo, más de 10% de Si y más de 1,3% de Li,
preferiblemente de 11 a 21% de Si y de 1,5 a 2,9% de Li.
6. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque la proporción total en el
recubrimiento de Na y K es inferior o igual a 0,50% en peso.
7. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque al menos un agente de
fluidificación se selecciona del grupo formado por
carboximetilcelulosa (CMC), hidroxietilcelulosa, sustancias
orgánicas o resinas solubles en agua, alginato de calcio, polímeros
de origen vegetal tales como goma guar, o talco (de fórmula típica
3 MgO.4 SiO_{2}. H_{2}O) y arcilla (de fórmula típica
Al_{2}O_{3}.2 SiO_{2}.2 H_{2}O).
8. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque el recubrimiento comprende
aproximadamente al menos un 20% en peso del recubrimiento de uno o
varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de
los elementos solos elegidos entre manganeso, níquel, cromo,
molibdeno, hierro, silicio, aluminio, niobio, tantalio, cobre y sus
mezclas.
9. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizado porque comprende de 11 a 21% de Si y de
1,5 a 2,9% de Li con respecto al peso total de recubrimiento del
electrodo.
10. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 9, caracterizado porque el recubrimiento contiene,
expresado en % en peso del recubrimiento, polvos que sirven para la
constitución del recubrimiento en las proporciones siguientes:
- -
- de 0,8 a 18,5% de Al_{2}O_{3}, preferiblemente de 2 a 16,5% de Al_{2}O_{3},
- -
- de 5 a 40% de SiO_{2}, preferiblemente de 9 a 35% de SiO_{2},
- -
- de 15 a 45% de TiO_{2}, preferiblemente de 20 a 40% de TiO_{2},
- -
- de 2,8 a 8,5% de CaO, preferiblemente de 4 a 7,5% de CaO,
- -
- de 0,5 a 5% de CaF_{2}, preferiblemente de 1 a 4% de CaF_{2}.
11. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 10, caracterizado porque el recubrimiento contiene,
expresado en % en peso del recubrimiento, polvos que sirven para la
constitución del recubrimiento en las proporciones siguientes:
- -
- de 0,4 a 10,0% de Al, preferiblemente de 1 a 9% de Al,
- -
- de 2,0 a 19,0% de Si, preferiblemente de 4 a 17% de Si,
- -
- de 9,0 a 27,0% de Ti, preferiblemente de 12 a 24% de Ti,
- -
- de 0,2 a 3,0% de Ca, preferiblemente de 0,5 a 2,5% de Ca, y
- -
- de 0,2 a 3,0% de Li, preferiblemente de 0,4 a 2,6% de Li.
12. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 11, caracterizado porque el recubrimiento se obtiene a
partir de una mezcla seca de polvos de recubrimiento formada por al
menos 17% en peso en la fórmula seca de partículas de granulometría
superior o igual a 100 \mum y por al menos 8% de partículas finas
de granulometría inferior o igual a 40 \mum.
13. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 12, caracterizado porque la cantidad de materia que se
desprende del recubrimiento después de un ensayo de caída, en el que
el electrodo sufre una caída vertical de una altura de 1 m sobre
una superficie horizontal dura, es inferior o igual a
aproximadamente un 15% en peso con respecto al peso total del
recubrimiento para electrodos cuyo diámetro de alma está comprendido
entre 1,6 y 6 mm, preferiblemente inferior o igual a
aproximadamente un 7% para electrodos cuyo diámetro de alma es
inferior a 3,2 mm.
14. Electrodo según una de las reivindicaciones
1 a 10, caracterizado porque el recubrimiento contiene,
expresado en % en peso del recubrimiento, de 4 a 18% de carbonatos
en polvo, particularmente de CaCO_{3}, preferiblemente de 8 a 13%
de carbonatos.
15. Procedimiento de soldadura por arco de una
o varias piezas a soldar de acero inoxidable, en el que se utiliza
un electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 14 para realizar
al menos una junta de soldadura sobre la o dichas piezas a
soldar.
16. Recubrimiento para electrodo que contiene
rutilo y comprende, estando expresado el porcentaje en peso (%) de
cada compuesto con respecto al peso total de recubrimiento del
electrodo:
- -
- de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o en total de 0,2 a 3% de litio procedente del conjunto de elementos que sirven para la constitución del recubrimiento en forma de polvos y aglutinantes,
- -
- al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,
- -
- silicato de litio como aglutinante,
- -
- aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de los elementos solos, y
- -
- una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 0,5% en peso.
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