Rincón de consumibles: solución de problemas de grietas de soldadura con cromo 4150

P: Actualmente fabricamos un producto que consta de un tubo de acero 4150 de 30 pulgadas de diámetro y 2 pulgadas de espesor, soldado a una placa de acero 1018 de 3 pulgadas de espesor. La tubería tiene un diámetro de 3/8 pulg. bisel y lo unimos mediante una soldadura de triple paso. Recientemente cambiamos de un metal de aporte ER80 que contenía 1 por ciento de níquel a un metal de aporte ER70S-6. Ahora estamos experimentando grietas en la soldadura que corren adyacentes a los extremos de la soldadura en el lado 4150 y, a veces, en el metal de soldadura. Usamos un precalentamiento de 400 grados F. ¿Tiene alguna sugerencia sobre cómo podemos eliminar el agrietamiento?

R: Este problema no es nada raro cuando se suelda acero al cromo-molibdeno (CrMo) o aceros de baja aleación y alta resistencia. Primero debe comprender las propiedades del material.

El acero AISI/SAE 1018 se ajusta al grado de bajo contenido de carbono (0,05 a 0,3 por ciento de carbono) y tiene un rango de carbono de 0,14 a 0,2 por ciento. Tiene un límite elástico mínimo (YS) de 53 700 PSI y una resistencia máxima a la tracción (UTS) de 63 800 PSI. Dado que el contenido de carbono es relativamente bajo y no hay otros elementos de aleación significativos que puedan aumentar drásticamente la equivalencia de carbono, no hay mucho más que considerar durante la soldadura. Aunque, debido al grosor de su aplicación, recomendamos un poco de precalentamiento de soldadura.

AISI/SAE 4150 se considera un acero aleado CrMo de la serie 41XX. Varios grados tienen composiciones de aleación ligeramente diferentes y se identifican con los dos últimos números del designador SAE, que representa el contenido de carbono. También se considera un grado de acero de carbono medio (0,3 a 0,8 por ciento de carbono) con 0,48 a 0,53 por ciento de carbono, de ahí el "50" en el nombre. Las propiedades mecánicas son mayores en comparación con el acero 1018. El acero 4150 tiene un YS mínimo de 55 100 PSI y un UTS de 106 000 PSI en estado recocido. Debido al elevado contenido de carbono con la adición de aleaciones y una equivalencia de carbono calculada de aproximadamente 0,88, se requiere un precalentamiento antes de que se realice cualquier soldadura junto con consideraciones posteriores a la soldadura.

Con respecto a su aplicación, tres cosas la hacen más desafiante. En primer lugar, el considerable grosor del material equivale a velocidades de enfriamiento rápidas. En segundo lugar, un acero aleado de alta resistencia normalmente tiene una microestructura que es susceptible a la formación de martensita y al posible agrietamiento inducido por hidrógeno. En tercer lugar, se considera que una estructura de soldadura de tubería a placa es una configuración de junta de soldadura de alta restricción.

Dijo que anteriormente estaba usando un producto ER80 que contenía 1 por ciento de níquel y nunca experimentó grietas. Según los parámetros de soldadura, la entrada de calor y el tamaño de la soldadura, el contenido de níquel puede ser responsable de la resistencia al agrietamiento posterior a la soldadura. Cambiar al electrodo ER70S-6 no debería haber causado ningún problema, ya que la placa 1018 es el material rector para las consideraciones de coincidencia del metal de aporte. Recuerde, la regla general es hacer coincidir con el material de menor resistencia.

Faltan algunas variables que podrían ayudarnos a analizar el problema, como la condición del material base (es decir, recocido o normalizado), el tipo de gas de protección, el tipo o proceso de electrodo de soldadura, el tamaño del cordón de soldadura, la técnica y todos los parámetros de soldadura relacionados. Además, ¿qué procedimiento posterior a la soldadura seguiste?

Con la equivalencia de alto carbono del material 4150 y el espesor de 2 pulgadas, le recomendamos que aplique un precalentamiento mínimo de 600 grados F antes de cualquier actividad de soldadura, incluida la soldadura por puntos. A menudo, las personas se saltan el precalentamiento antes de la soldadura por puntos y el ajuste. La soldadura por puntos todavía se considera soldadura, y con la temperatura extrema del arco de soldadura y el material base frío, la soldadura por puntos se enfría increíblemente rápido junto con la zona afectada por el calor (HAZ), lo que da como resultado pequeñas grietas en el material susceptible. Una vez que se ha formado una grieta, no hay nada que impida que se propague y provoque una falla.

Antes de la instalación, aplique un precalentamiento de remojo uniforme y completo. Suelde por puntos los componentes en su lugar mientras mantiene el precalentamiento mínimo. Suelde la unión por completo antes de que se permita el enfriamiento, usando cordones de soldadura equivalentes a ¼ a 5/16 de pulgada. filete. Asegúrese de que las soldaduras sean continuas alrededor de la tubería si es posible, o suelde secciones opuestas para equilibrar las tensiones de contracción de la soldadura.

Por ejemplo, si suelda una sección desde las posiciones de las 12 en punto a las 3 en punto, debe soldar la siguiente sección desde las posiciones de las 6 en punto a las 9 en punto, y así sucesivamente. Después de la soldadura completa, mantenga la temperatura mínima de precalentamiento durante una hora por pulgada de espesor (dos horas en su caso) para permitir que el hidrógeno potencial se difunda fuera del material. Luego, retire la fuente de precalentamiento y cubra completamente la soldadura con materiales aislantes adecuados, como varias capas de mantas ignífugas o aislamiento cerámico.