SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS

EXPOSITOR: RAMON NEYRA P.EXSA S.A. Div. Soldaduras

ACEROS AL CARBONO

• DEFINICIÓN:– Son los metales que están compuesto

básicamente de Hierro y Carbono• CLASIFICACIÓN:

– Aceros de Bajo Carbono:– Aceros de Medio Carbono:– Alto Carbono de Alto Carbono

Aceros de Bajo Carbono....Características:• Son aquellos que tienen hasta 0.25 %C.• Son soldables sin ninguna dificultad.• Para soldar no requieren procedimientos

especiales, (cuando los materiales son de espesores mayores a 19 mm. se recomienda dar un ligero precalentamiento (~60º C), también cuando la temperatura ambiente es baja ( < 5ºC.)

Aceros de Bajo Carbono• Son los aceros conocidos como:

– Acero Comercial, ASTM A 36, Acero dulce.• Para soldar se emplean electrodos de la serie:

AWS E 60XX y 70XX

• CELLOCORD AP AWS E 6011• CELLOCORD P AWS E 6010• OVERCORD AWS E 6013• OVERCORD S AWS E 6013• FERROCITO 24 AWS E 6024 ó 7027• SUPERCITO AWS E 7018

Aceros de Bajo Carbono...

• PROCESOS SEMIAUTOMÁTICOS:– MIG-MAG

• Alambre CARBOFIL PS 6 GC AWS E 70S 6– OPEN ARC (Alambres Tubulares)

• EXSATUB 711 AWS E 70T-11• EXSATUB 71 AWS E 70T-1• EXSATUB 74 AWS E 70T-4

– ARCO SUMERGIDO• Alambre PS-1 con:• Flux POP 185, POP 180, POP 175

ACEROS DE MEDIANO CARBONO• Son aceros que contienen entre 0.25 a 0.45

%C y el Mn. hasta 0.9 % sin elementos aleantes adicionales.– Ejemplo: SAE 1030, SAE 1040, SAE 1045

• SOLDABILIDAD:– Son Fácilmente Soldables, si se toman las

precauciones siguientes:• Selección del procedimiento.

Selección de procedimiento para aceros de mediano carbono

• Precalentamiento• Formula para determinar la Tº de precalentamiento

TP = 350 ct - 0.25ct = Cq + CeCq = %C + Mn/6 + Si/4Ce = 0.005 x e (mm) x Cq

ACEROS DE MEDIANO CARBONO...

• Selección del Electrodo– Se buscará un electrodo que tenga

características de composición química y mecánicas similar al metal base.

– Por lo general se usan electrodos de bajo hidrogeno baja aleación.:

– SUPERCITO AWS E 7018– TENACITO 80 AWS E 8018 C3– TENACITO 110 AWS E 11018 G

• Alambres tubulares:• EXSATUB 71 AWS E 71 T-1• EXSATUB 81 Ni 1 AWS E 81 T-1 Ni1• EXSATUB 81 Ni 2 AWS E 81 T-1 Ni2• EXSATUB 110 AWS E 110 T-1

• Arco Sumergido:• Alambres PS-1, PS-2, PS-3• Fundentes: POP 175, POP 185, POP 120 TT

ANSI/AWS D1.1 Temperatura mínima de Precalentamiento e

InterpaseCategoría Especificación del

acero ASTMProceso desoldadura

Espesor más grueso en elpunto de soldadura. Pulg mm.

Tº deprecalentamientoMinima ºC

Hasta ¾” 19 mm NO

¾” a 1.5” 19 a 38 mm. 66

1.5” a 2.5” 38 a 63.5 mm 107A

A 36A 53 Gr BA 106 Gr BA 131 GR A,B,CS,D,DS,EA 139 Gr bA 382 GrY35

A 516A 524 Gr1y2A 529A570 todoA 573 Gr 65A 709 Gr 36API 5L Gr BX-42

SMAWElectrodoque nosea deBajoHidrogeno

> 2.5” > 63.5 mm 150

Hasta ¾” 19 mm NO

¾” a 1.5” 19 a 38 mm. 10

1.5” a 2.5” 38 a 63.5 mm 66B

A 36A 53A 106 Gr BA 131 GrS,A,B,CS,D,DS,E,HAA 139 Gr BA 242A 381 Gr Y35A 441A 500 Gr A,BA 501A 516A 524 Gr 1y2A 529A 527 clase1y2

A 570 todos GrA 572 Gr 42-50A 573 Gr 65A 588 – A 595Gr A,B y CA 607 Gr45,50, 55A 618A 633GrA,B,C,DA 709 Gr 36,50, 50W,A 808API 5L Gr B X42

SMAWElectrodosde bajohidrogeno

SAW

GMAW

FCAW

> 2.5” > 63.5 mm 107

ANSI/AWS D1.1 Temperatura mínima de Precalentamiento e

InterpaseCategoria Especificación del

acero ASTMProceso desoldadura

Espesor más grueso en elpunto de soldadura. Pulg mm.

Tº deprecalentamientoMinima ºC

Hasta ¾” 19 mm 10

¾” a 1.5” 19 a 38mm. 66

1.5” a 2.5” 38 a 63.5mm 107

CA 572 GRADO 60, 65A 663 GRADO EAPI 5L GRADO X 52

SMAWCon electrodode BajoHidrogeno

> 2.5” > 63.5 mm 150

Hasta ¾” 19 mm 10

¾” a 1.5” 19 a 38mm. 50

1.5” a 2.5” 38 a 63.5mm 80

DA 514A 517A 709 GRADOS 100 y100w

SMAWCon electrodode BajoHidrogenoSAW conalambrealeado óacero al C.FundenteNeutro.GMAWFCAW > 2.5” > 63.5 mm 107

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA PARA ACERO DE BAJA ALEACION DE DIFICIL SOLDABILIDAD

DEFINICIONES SEGÚN A.W.S.3.0

Libro : TERMINOS, ESTÁNDAR Y DEFINICIONES EN SOLDADURA

PROCEDIMIENTOS EN SOLDADURA:Son los elementos en detalle de un procesopara conseguir un buen resultado en soldadura.

CALIFICACION DEL PROCEDIMIENTO:Es la demostración que la soldadura hecha con unprocedimiento específico puede encontrarse en losestándares prescritos.

EXSA S.A./OERLIKON

ZONA I

ZONA II

ZONA III

DIAGRAMA DE B.A. GRAVILLEDIAGRAMA DE B.A. GRAVILLE

Zona I : Acero de poca susceptibilidad a la fisuraZona II : Acero de alta templabilidadZona III : Acero cuya microestructura resultante por efecto del calor es

susceptible de fisuración bajo cualquier condición

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 C.E.%

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

%C

C.E. = %C+1/6(%Mn+%Si)+1/15(%Ni+%Cu)+1/5(%Cr+%Mo+%V)

GRADO HY 80GRADO HY 80 XAR 400XAR 400ANALISIS QUIMICOANALISIS QUIMICO

%C%C 0.180.18 0.200.20%Mn 0.25 1.00%P y S 0.025 0.035%Si 0.20 0.040%Cr 1.40 0.60%Ni 2.65 -----%Mo 0.40 0.25% B% B ---------- 0.080.08C.E.%C.E.% 0.7920.792 0.6030.603

CARACTERISTICAS MECANICASCARACTERISTICAS MECANICASLímite elástico N/mm2 560 700Resistencia a la tracciónResistencia a la tracción 630630--670670 800800N/mm2Elongación %Elongación % 2020 1616Impacto Ch V Joule (-80C)Espesor 1/2” - 2” 62 -----Mayor a 2” 40 -----SoldabilidadSoldabilidad EspecialEspecial EspecialEspecialTratamiento térmico Q &T enfriamiento por

inmersión y templado

Aceros de Bajo carbono y baja aleación de alta Resistencia

AISI4340 AISI 414034CrNiMo6 42CrMoS4H(V- 155) (V-320)ANALISIS QUIMICOANALISIS QUIMICO

%C%C 0.380.38 0.410.41%Mn 0.50 0.70%P y S 0.03 0.03%Si 0.30 0.30%Cr%Cr 1.501.50 1.101.10%Ni%Ni 1.501.50 ----------%Mo%Mo 0.200.20 0.200.20C.E.%C.E.% 0.9530.953 0.8730.873

CARACTERISTICAS MECANICASCARACTERISTICAS MECANICASLímite elástico N/mm2 560 614Resistencia a la tracción Resistencia a la tracción 730730 774774N/mm2N/mm2Elongación %Elongación % 1111 99Impacto (Joules) -20 C > 130 > 90SoldabilidadSoldabilidad EspecialEspecial EspecialEspecialTratamiento térmico Bonificado Bonificado

Aceros de mediano carbono y baja aleación de alta resistencia

DIAGRAMA DE B.A. GRAVILLEDIAGRAMA DE B.A. GRAVILLE

Zona I : Acero de poca susceptibilidad a la fisuraZona II : Acero de alta templabilidadZona III : Acero cuya microestructura resultante por efecto del calor es

susceptible de fisuración bajo cualquier condición

ZONA I

ZONA II ZONA

III

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 C.E.%

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

%C

41404340

Variables en los procedimientos de soldadura1. Metal base (MB) , especificaciones y espesor

SOLDABILIDAD

2. Equipo y proceso de soldadura.

3. Consumibles de soldadura (MA).PROTECCION Y CONTENIDOS DE HUMEDAD.

4. Tipo de junta , preparación de bordes y material de refuerzo.

5. Condiciones de la superficie.

6. Parámetros de soldadura : Corriente, Voltaje de arco, velocidad de soldadura.

7. Tratamiento térmico de pre y post-calentamiento.

8. Entrada de calor y temperatura de interpase.

9. Posición de soldadura.

10. Secuencia de soldadura ( Cantidad y orden de cordones depositados).

MATERIAL BASEMATERIAL BASE

SE DEBE CONOCER :SE DEBE CONOCER :Composición Química .Composición Química .Dimensiones.Dimensiones.Historia Térmica.Historia Térmica.Características Mecánicas.Características Mecánicas.Condiciones de Servicio.Condiciones de Servicio.SoldabilidadSoldabilidad..

Acero al carbonoBajo carbono Medio carbono Alto carbono0.03-0.25 0.25-0.45 > 0.45Acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA)A 242, A 572, A 588C: 0.10-0.25 Mn : 0.5-1.0 Ni y Cr: <0.75, Mo: <0.25 V: <0.05; Nb: <0.04CE : 0.25-0.75Aceros enfriados por inmersión y templadosA 508, A 517, MIL S - 16216 (HY80)C: 0.10-0.3 Mn : 0.20-1.5 Ni : <3.4 Cr: <1.5 Mo: <0.5 V: <0.05; Nb:< 0.04CE: 0.35-1.10Aceros de baja aleación térmicamente tratados (HTLA) 4140,4340:C : 0.30-0.5; Mn : 0.50-1.0; Ni: <3.0; Cr: 0.5-1.0; Mo: 0.15-0.25CE: 0.55-1.20Aceros de elaboración con controles termo mecánico (TMCP) A841C: 0.04-0.15 Mn : 0.70-1.5 Cr: <0.25 Mo : <0.05 V: <0.05; Nb: <0.03CE: 0.20-0.50Aceros al Cromo Molibdeno A217, A 387C: 0.10-0.20 Mn: 0.50-0.70 Cr: 0.5-9.0 Mo : 0.5-1.0 CE: 0.38-2.0

CLASIFICACION DE LOS ACEROS AL CARBONO Y BAJA ALEACION CLASIFICACION DE LOS ACEROS AL CARBONO Y BAJA ALEACION SEGÚN ASM (American Society For Metals)SEGÚN ASM (American Society For Metals)

ALTA SENSIBILIDAD A LA FISURACION EN FRIOALTA SENSIBILIDAD A LA FISURACION EN FRIO

Por formación de martensita en la ZACPor formación de martensita en la ZAC( C.Q, velocidad de enfriamiento en el ZAC, energía de arco( C.Q, velocidad de enfriamiento en el ZAC, energía de arco

Temperatura inicial, espesor)Temperatura inicial, espesor)

Por presencia de HidrógenoPor presencia de Hidrógeno(Elección y conservación correcta del electrodo)(Elección y conservación correcta del electrodo)

Grado de embridamientoGrado de embridamiento(Limite de fluencia del M.B. geometría y secuencia de soldeo)(Limite de fluencia del M.B. geometría y secuencia de soldeo)

PROBLEMATICA DE LOS ACEROS DE PROBLEMATICA DE LOS ACEROS DE DIFICIL SOLDABILIDADDIFICIL SOLDABILIDAD

EXSA S.A./OERLIKON

DIAGRAMA DE B.A. GRAVILLEDIAGRAMA DE B.A. GRAVILLE

Zona I : Acero de poca susceptibilidad a la fisuraZona II : Acero de alta templabilidadZona III : Acero cuya microestructura resultante por efecto del calor es

susceptible de fisuración bajo cualquier condición

ZONA I

ZONA II

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 C.E.%

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

%C

CONTROLESCONTROLES

T º PrecalentamientoT º Precalentamiento

T º InterpaseT º Interpase

T º PostT º Post--calentamientocalentamiento

Velocidad de enfriamientoVelocidad de enfriamiento

Entrada de calor Entrada de calor

El material de aporte debe ser elegido para El material de aporte debe ser elegido para contrarrestar problemas metalúrgicos del material contrarrestar problemas metalúrgicos del material base.base.

AISI 4340 E 312AISI 4340 E 312--1616AISI 4140 E 10018AISI 4140 E 10018--MM

El material de aporte debe ser similar al material baseEl material de aporte debe ser similar al material base..

* Composición Química* Composición Química* Características mecánicas* Características mecánicas

HY 80 E 8018 C3HY 80 E 8018 C3T1 E 10018T1 E 10018--MM

CONSIDERACIONES ELECCION DE MATERIALES DE CONSIDERACIONES ELECCION DE MATERIALES DE APORTE ( MA)APORTE ( MA)

}}

}}

1.CONSIDERACION1.CONSIDERACION

2. CONSIDERACION2. CONSIDERACION

OERLIKON

4340

UBICACIÓN DE LOS ACEROS DE DIFICIL SOLDABILIDAD EN EL DIAGRAMA DE SCHAEFFLER

4140

T 1

HY80

OERLIKON

ELECCION DEL ELECTRODO E312 PARA SOLDAR EL ACERO AISI 4340

43404340

E312E312

ElectrodoElectrodo Contenido de humedadContenido de humedad Contenido máximo de ml.Contenido máximo de ml.en el revestimiento (%)en el revestimiento (%) hidrógeno difundido porhidrógeno difundido por

100 grs de metal depositado100 grs de metal depositadoEE--60116011CELULOSICOCELULOSICO 1.51.5--3.53.5 > 20> 20EE--60136013RUTILICORUTILICO 1% Máx.1% Máx. > 15> 15EE--70187018BASICOBASICO 0.4 Máx.0.4 Máx. 55EE--10018 G10018 GBASICOBASICO 0.2 Máx.0.2 Máx. 33EE--312312--1616RUTILICORUTILICO 0.4 Máx.0.4 Máx. > 5> 5E 410 NiMoE 410 NiMo--1515BASICOBASICO 0.2 Máx.0.2 Máx. 33

Contenidos de Humedad de los electrodos según AWS.

EXSA S.A./OERLIKON

0.41.2

3.6

6.0

5.6

4.8

8 10 12 14 16 18 22 24 26 28 30

%%HHuummeeddaadd

TIEMPO DE EXPOSICION DEL ELECTRODO ETIEMPO DE EXPOSICION DEL ELECTRODO E--7018 Y E7018 Y E--10018 G10018 GA LA INTEMPERIE ( horas)A LA INTEMPERIE ( horas)

Curva para electrodos básicos ECurva para electrodos básicos E--7018 Y E 10018 G7018 Y E 10018 G

80% HR

60% HR

40 % HR

Absorción de Humedad en revestimiento básicos de bajo Hidrógeno

METODO DE ZEFERIANMETODO DE ZEFERIAN

Tp = 350 ct - 0.25

Donde:

ct = Cq + Ce

Cq = C + Mn + Cr + Ni + Mo .........................C. Químico9 18 13

Ce = 0.005 x e (mm) x Cq.....................................C. Espesor

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO PARA ACEROS DE BAJA ALEACION DE

MEDIANO Y ALTO CARBONO(AISI 4140 , AISI 4340 )

CALCULO DE TEMPERATURA POR EL METODO DE SEFERIAN Escribir los % de elementos aleantes que se pide y el espesor del metal base en (e)

TºPRE CALENTAMIENTO'= (350)*(RAIZ(de)Ct-0.25)

Ct`= Cq `+ CeCq `= %C`+ ( Mn `+ Cr`/9) `+ (Ni`/18) `+ (Mo`/13)Ce `= 0.005`* e(mm.)`* Cq

Elementos ALEANTES % Cq`= %C 0 0

Mn 0Cr 0 9 0Si 0

Mo 0 13 0Ni 0 18 0

Cq`= 0

Ce`= 0.005 0.005e(mm)'= 0

Cq 0Ce`= 0

Ct`= 0

TºPre calent 350 3500 -0.25

0.25Raiz`= #¡NUM!

TºPre calent'= #¡NUM! ºC

OBJETIVOS DEL PRECALENTAMIENTO

-- Disminuye el gradiente térmico entre el material base y aporteDisminuye el gradiente térmico entre el material base y aporte

-- Disminuye la velocidad de enfriamiento.Disminuye la velocidad de enfriamiento.

-- Mejora la ductilidad del material base.Mejora la ductilidad del material base.

-- Mejora la distribución de las tensiones internas en un área mayMejora la distribución de las tensiones internas en un área mayoror.

RECOMENDACIONES

-- Es deseable los precalentamientos totales y uniformes.Es deseable los precalentamientos totales y uniformes.

-- Mantener la temperatura durante el proceso.Mantener la temperatura durante el proceso.

-- Necesariamente los enfriamientos deben ser lentos.Necesariamente los enfriamientos deben ser lentos.

POST - CALENTAMIENTOOBJETIVO

* Alivia las tensiones residuales internas acumuladas porcontracciones y dilataciones durante el proceso de soldadura.

* Uniformiza las estructuras finales.

RECOMENDACIONES

* De ser posible totales y uniformes.* Los enfriamientos siempre deben ser lo mas lentos.

Cal, Arena.

EXSA S.A./OERLIKON

TRATAMIENTO TERMICO POST SOLDADURA DE ACERO AISI 4140

TIEMPO

TEMPERA-TURA ºC

300ºC

350ºC

600ºC

1,7 Hr. 3,7 Hr. 5,7 Hr.

150ºC

/Hr.

150ºC/Hr.

EXSA S.A./OERLIKON

1.- En los aceros de difícil soldabilidad es importante conocer %C / CE para definir su soldabilidad.

2.- Es importante conocer el historial térmico.

3.- Es sumamente importante definir un procedimiento de soldadura para un control adecuado:

Antes.

Durante.

Después del proceso de soldadura.

4.- Todos estos materiales requieren un control de la temperatura y un tratamiento térmico posterior.

EXSA S.ADivisión Soldaduras

AGRADECE SUASISTENCIA