Soldadura de acero de ultra alta resistencia
Este es un aspecto fundamental en la ingeniería de soldadura. Al soldar acero de ultra alta resistencia, centrarse únicamente en la igualación de resistencias suele provocar fallos en la unión soldada. La compatibilidad metalúrgica es crucial para garantizar la seguridad y la fiabilidad de las estructuras soldadas. Además de la igualación de resistencias, los factores metalúrgicos más críticos a la hora de seleccionar los consumibles de soldadura incluyen:Soldadura de acero de ultra alta resistencia
❶ Tenacidad y tendencia a la fragilización del metal de soldadura
Este es uno de los factores más críticos. Una mayor resistencia generalmente conlleva una mayor tendencia del material a fragilizarse.
● El problema: Buscar simplemente una igualación de resistencias, ya sea total o muy alta, puede resultar en una tenacidad insuficiente del metal de soldadura (especialmente en cuanto a la tenacidad al impacto a bajas temperaturas). La unión puede tener suficiente resistencia bajo cargas estáticas, pero puede producirse una fractura frágil bajo cargas dinámicas, impactos o en entornos de baja temperatura.
● Consideraciones para la selección de consumibles de soldadura:
⑴ Limpieza: Seleccionar consumibles de soldadura que produzcan metal de soldadura con bajo contenido de oxígeno y pocas impurezas (como azufre y fósforo). Los alambres tubulares (especialmente los de escoria básica) y los consumibles para soldadura por arco sumergido suelen ofrecer un buen rendimiento en este sentido.
(2) Control de la microestructura: El sistema de aleación del material de soldadura debe favorecer la formación de microestructuras más tenaces, como bainita inferior o martensita de bajo carbono, y evitar la formación de bainita superior, martensita gruesa o componentes M-A, que son perjudiciales para la tenacidad.
(3) Principio de «ajuste tenacidad-resistencia»: Bajo cargas dinámicas extremadamente severas o en entornos de baja temperatura, a veces se seleccionan deliberadamente materiales de soldadura con una tenacidad muy superior a la del metal base, incluso si su resistencia es ligeramente inferior («ajuste de baja resistencia»), para garantizar la resistencia a la fisuración de la unión.
❷ Soldadura de acero de ultra alta resistencia：Sensibilidad al agrietamiento inducido por hidrógeno
Este es el problema más peligroso y común al soldar acero de ultra alta resistencia.
● Problema: El acero de ultra alta resistencia tiene una tendencia al endurecimiento extremadamente alta y, durante la soldadura, forma fácilmente una estructura martensítica dura y quebradiza. Los átomos de hidrógeno (provenientes del recubrimiento del electrodo, el fundente, la humedad ambiental y el aceite) se difunden hacia defectos microscópicos bajo tensión y se acumulan, generando una enorme presión que provoca el agrietamiento retardado.
● Consideraciones para la selección del material de soldadura:
(1) Características de hidrógeno ultrabajo: Deben seleccionarse materiales de soldadura etiquetados como “de hidrógeno ultrabajo” o “de hidrógeno extremadamente bajo”. Esto requiere un estricto control de la humedad durante la producción, el envasado y el almacenamiento de los materiales de soldadura.
⑵ Sistema de fundente/núcleo: Los electrodos y fundentes básicos para soldadura suelen tener un menor contenido de hidrógeno difusible que los electrodos ácidos o de titanio-calcio.
⑶ Diseño de la aleación: Los materiales de soldadura deben contener elementos desoxidantes eficaces (como Ti, B, RE, etc.), que atrapan el hidrógeno y reducen su capacidad de difusión.
❸ Soldadura de acero de ultra alta resistencia：Ablandamiento de la zona afectada por el calor
Este es un problema importante en el acero de ultra alta resistencia templado y revenido.
● Problema: El ciclo térmico de la soldadura equivale a un revenido de la zona afectada por el calor del metal base. Esto provoca una disminución de la dureza y la resistencia en las zonas con temperaturas máximas inferiores a Ac1 debido al sobrecalentamiento, formando una zona ablandada. Esta zona constituye un punto débil en la unión.
● Consideraciones para la selección del material de soldadura:
⑴ Compensación de la aleación: El material de soldadura seleccionado debe tener una composición que le permita soportar temperaturas de revenido más elevadas; es decir, debe presentar un efecto de endurecimiento secundario o resistencia al ablandamiento por revenido (generalmente contiene elementos formadores de carburos como Mo, V y Nb).
(2) Estrategia de ajuste: En ocasiones, se utiliza un enfoque de ajuste de alta resistencia, empleando consumibles de soldadura con una resistencia un grado superior a la del metal base para compensar la pérdida de resistencia general de la unión causada por el ablandamiento de la ZAT.
❹ Equivalente de carbono y templabilidad
● Problema: Un equivalente de carbono excesivamente alto en los consumibles de soldadura aumenta la templabilidad del metal de soldadura, lo que incrementa el riesgo de fisuración en frío y reduce la tenacidad.
● Consideraciones para la selección de consumibles de soldadura:
(1) Diseño de bajo Ceq: Los consumibles de soldadura modernos de alto rendimiento suelen emplear un diseño de microaleación multielemento con bajo contenido de carbono. Al reducir el contenido de carbono (normalmente <0,06 %) y añadir elementos de aleación como Ni, Cr, Mo y Cu, se garantiza la resistencia, a la vez que se mejora significativamente la tenacidad y la resistencia a la fisuración.
❺ Control de elementos de impureza
● Problema: Las impurezas como el azufre y el fósforo pueden segregarse severamente en los límites de grano de la soldadura, reduciendo significativamente la tenacidad y la resistencia al agrietamiento del metal de soldadura.
● Consideraciones para la selección de consumibles de soldadura:
⑴ Alta pureza: Seleccionar consumibles de soldadura con un contenido extremadamente bajo de azufre y fósforo (S y P) (por ejemplo, S y P ≤ 0,010 % o incluso inferior). Esta es una característica fundamental de los consumibles de soldadura de alta gama.
Resumen y estrategia de selección de materiales
Al seleccionar consumibles de soldadura para soldar acero de ultra alta resistencia, se deben seguir las siguientes prioridades:
❶ La seguridad es primordial: La tarea principal es resistir el agrietamiento inducido por hidrógeno. Por lo tanto, es obligatorio elegir consumibles de soldadura con contenido ultrabajo de hidrógeno.
❷ Garantizar la tenacidad: Además de cumplir con los requisitos de resistencia, priorizar los consumibles de soldadura que garanticen una alta tenacidad (especialmente la energía de impacto a la temperatura de servicio de diseño). Verifique el valor de energía de impacto Charpy V en los datos de certificación del consumible de soldadura.
❸ Resistencia y ablandamiento: Evalúe si la unión puede experimentar ablandamiento por el calor. De ser así, considere utilizar consumibles de soldadura con alta resistencia al ablandamiento por revenido o emplear un material ultrarresistente adecuado.
❹ Procesabilidad: Una vez cumplidos todos los requisitos metalúrgicos anteriores, seleccione consumibles de soldadura que ofrezcan arcos estables, mínimas salpicaduras, una soldadura estéticamente agradable y fácil eliminación de escoria para garantizar la estabilidad y la eficiencia del proceso de soldadura.
En última instancia, la selección de los materiales de soldadura debe verificarse mediante rigurosas pruebas de calificación del procedimiento de soldadura para asegurar que sus propiedades integrales, como resistencia, tenacidad, dureza y resistencia al agrietamiento, cumplan con los requisitos de diseño del producto específico.