CÓDIGO AWS A5.4-5.4M:2006 13Universidad Industrial de Santander

ESPECIFICACIÓN DE ELECTRODOS DE ACERO INOXIDABLE PARA SOLDADURA POR SMAW

1. RESUMEN Y ALCANCE

La AWS realiza sus normas por medio de consenso con comités especializados en diferentes campos de soldadura, estas normas quedan sujetas a revisión en cualquier momento y cualquier persona que utilice estos documentos debe confiar en su propio juicio independiente o, en su caso, solicitar el asesoramiento de un profesional competente para determinar el ejercicio con cuidado razonable en cualquier situación.

En este código, se especifican la composición y otros requisitos para más de 40 clasificaciones de electrodos de soldadura de acero inoxidable recubiertos para soldar por medio del proceso SMAW. El contenido de cromo del metal de soldadura depositado por estos electrodos es mayor a 10,5% y el contenido de hierro es mayor al de cualquier otro elemento.

2. CLASIFICACIÓN

Los electrodos para soldadura encontrados en este código se clasifican usando el Sistema Internacional de Unidades y el sistema de unidades habituales de los Estados Unidos.

La clasificación se realiza teniendo en cuenta: El tipo de corriente y posición de soldadura (Ver tabla 1) Los requisitos de composición química (Ver tabla 2)

TABLA 1. Tipo de corriente de soldadura y posición de soldadura

Para realizar la clasificación es necesario efectuar pruebas a los electrodos. Estas pruebas son específicas para cada tipo de electrodo como se registra en la tabla 3. Si los resultados de alguna prueba fallan, la prueba debe ser repetida dos veces. Si los resultados de alguna de las dos pruebas no dan de acuerdo a la norma se asumirá que el material analizado no cumple con los requerimientos establecidos.

TABLA 2. Requisitos de composición química

TABLA 2. (Continuación) Requisitos de composición química

TABLA 3. Pruebas requeridas para clasificación

3. ENSAMBLES DE PRUEBA DE SOLDADURA

3.1. Almohadilla de soldadura

Se utiliza para el análisis químico del metal de soldadura; ésta debe tener ciertas dimensiones de acuerdo con el tamaño de electrodo empleado, como se muestra en la figura 1 y el metal base con el que se fabrica puede ser de acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable de máximo 0,25 %C.

La superficie del metal base sobre la que se deposita el metal de aporte debe estar limpia. La almohadilla se puede soldar en posición plana, usando una longitud de arco tan corta como sea posible y una corriente según lo acordado entre el consumidor y el fabricante. Después de depositar cada capa, la almohadilla de soldadura debe ser sumergida en agua durante

aproximadamente 30 segundos. La escoria se elimina después de cada pasada.

Sin embargo, la muestra para el análisis químico se puede tomar de la sección reducida de la muestra de tensión fracturada, desde el metal de soldadura en la soldadura de ranura o desde la almohadilla de soldadura usada para la determinación de ferrita, evitando así la necesidad de hacer esta almohadilla de soldadura. En caso de discusión, la almohadilla de soldadura de la Figura 1 será el método de referencia.

FIGURA 1. Almohadilla para el análisis químico

3.1.1. Análisis químico

La muestra debe estar libre de escoria. Además, a las almohadillas se les puede realizar un tratamiento térmico de recocido.Alternativamente, la muestra tomada de la sección reducida de la muestra de tensión fracturada o de la soldadura de ranura se pueden preparar para el análisis por cualquier medio mecánico adecuado.

3.2. Soldadura de ranura

Se utiliza para las pruebas de tracción y de radiografía, como se muestra en la figura 2. El metal base de la soldadura de ranura depende del metal de soldadura a analizar, de la siguiente forma:

1. Para clasificaciones E4XX y E630 se usan aceros tipo 410, 430A y 430B.

2. Para el resto de clasificaciones se usan aceros tipo 304 o 304L.

Las placas se sueldan en posición plana, y se deben evitar deformaciones de más de 5 grados. Una placa de prueba que se ha deformado más de 5 grados se descartará. Los ensambles de prueba no se enderezan. El ensamble de prueba debe estar dentro del rango de temperatura estipulado por el código antes de empezar cada pasada. Si, después de cualquier paso, la temperatura máxima se excede, las placas se dejan enfriar al aire (no enfriar en agua) a una temperatura dentro del rango indicado.

FIGURA 2. Ensamble de soldadura de ranura para pruebas de tracción y de radiografía para electrodos de 1/8 pulg (3,2 mm) de diámetro y mayores.

3.2.1. Prueba radiográfica

Las pruebas de radiografía se realizan para evaluar la solidez del metal de soldadura y requieren que la zona de la soldadura sea suficientemente suave para facilitar la interpretación de la radiografía.

La solidez del metal de soldadura cumple con los requisitos de esta norma, si la radiografía luce:

Sin grietas, sin fusión incompleta y sin penetración incompleta. Sin escoria en exceso.

En la evaluación de la radiografía, 1 pulg [25 mm] de la soldadura en cada extremo del ensamble de prueba no se tendrán en cuenta.

Una indicación redondeada es una indicación (en la radiografía) cuya longitud es menor a tres veces su ancho, pueden ser irregulares. Estas pueden corresponder a porosidad o inclusiones de escoria.

Indicaciones cuya dimensión máxima sea menor a 1/64 pulg [0,4 mm] no se tendrán en cuenta. Si la dimensión mayor, excede este valor, el ensamble no cumple con la norma.

3.2.2. Prueba de tracción

Para un espesor de la placa de ensayo de 1/2 pulgada [12 mm], todo el metal de soldadura del ensamble de prueba de tensión debe tener un diámetro nominal de 0,250 en [6,25 mm]. Para un espesor de la placa de ensayo de 3/4 pulg [20 mm], el metal de soldadura tendrá un diámetro nominal de 0.500 [12,5 mm]. Para todo espesor de la placa, la relación de longitud a diámetro será 4:1.

3.3. Soldadura de filete

Se utiliza para la usabilidad del electrodo y se debe realizar un montaje como el que se muestra en la figura 3. Para este ensamble, el acero utilizado debe del mismo material o igual al arreglo mencionado en soldadura de ranura.

En la preparación de las dos placas que forman el ensamble de prueba, el miembro de pie tendrá un borde preparado a lo largo de toda su longitud de modo que cuando éste se fija sobre la placa de base (brida), que deberá ser recta y plana, habrá contacto íntimo a lo largo de toda la longitud de la junta.

Al realizar la soldadura, el primer electrodo se consume continuamente hasta que alcanza una longitud de 2 pulg [50 mm]. Si se requieren electrodos adicionales, se usan para completar la soldadura hasta la longitud total de la junta, consumiendo cada electrodo como se ha indicado anteriormente.

FIGURA 3. Ensamble de prueba de soldadura de Filete

3.3.1. Prueba de soldadura de filete

La superficie total de la soldadura de filete deberá ser examinada visualmente. La soldadura debe estar libre de grietas, superposiciones, escoria atrapada, porosidad u otros defectos abiertos que puedan afectar la resistencia de la soldadura.

4. MÉTODO DE FABRICACIÓN

Los electrodos de soldadura clasificados de acuerdo con esta especificación pueden ser fabricados por cualquier método que produzca electrodos que se ajusten a los requisitos de la misma.

Los tamaños estándar (diámetro del alambre de la base), longitudes y tolerancias de electrodos estándar se muestran en la Tabla 4

4.1. Alambre del núcleo y revestimiento

El alambre de núcleo y el revestimiento deberán estar libres de defectos que puedan interferir con la deposición uniforme del metal de soldadura.

El alambre de núcleo y el recubrimiento deberán ser concéntricos y esta concentricidad puede ser medida.

TABLA 4. Tamaños y longitudes estándar

4.2. Núcleo expuesto

El extremo de agarre de cada electrodo estará desnudo a una distancia entre 12 mm y 30 mm, para electrodos de 5/32 pulg [4.0 mm] y más pequeños, y entre 19 mm y 38 mm para electrodos de 3/16 pulg [4.8 mm] y más grandes, a fin de garantizar el contacto eléctrico con el soporte del electrodo.

5. IDENTIFICACIÓN DEL ELECTRODO

Todos los electrodos se identifican como sigue:

1. Se aplica por lo menos una huella de la clasificación del electrodo a una distancia aproximada de 65 mm desde el extremo de agarre del electrodo. La letra prefijo "E" de la clasificación del electrodo puede ser omitida de la huella.

2. Los números y las letras del sello deben ser de un tamaño lo suficientemente grande como para ser legible.

3. La tinta utilizada para la impresión deberá proporcionar un contraste suficiente con el recubrimiento del electrodo.

6. EMBALAJE

Los electrodos deberán estar debidamente empaquetados para protegerlos de daños durante el transporte y almacenamiento en condiciones normales.

6.1. Marcado de Paquetes

La siguiente información del (como mínimo) debe estar claramente marcada en el exterior de cada unidad de paquete:

1. Especificación AWS y de las denominaciones de clasificación (el año de emisión puede ser excluido)

2. Nombre del Proveedor y denominación comercial3. El tamaño estándar y el peso neto

7. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN

La letra prefijo "E " al principio de cada designación significa electrodo. Los tres primeros dígitos designan la clasificación en cuanto a su composición. Los dos últimos dígitos designan la clasificación en cuanto a facilidad de uso con respecto a la posición de soldadura y el tipo de corriente como se describe más adelante.

Las pruebas mecánicas de resistencia y ductilidad no son vitales cuando se habla de aplicaciones corrosivas o de alta temperatura; sin embargo, proporcionan una garantía de ausencia de defectos del metal de soldadura.

Cuando una nueva clasificación que es diferente a las expuestas en esta norma alcanza importancia comercial, el fabricante o el usuario, de esta nueva clasificación puede solicitar que se establezca una clasificación por ella y que se incluya en esta especificación.

8. FERRITA EN DEPÓSITOS DE SOLDADURA

La ferrita es conocida por ser muy beneficiosa en la reducción de la tendencia a la formación de grietas o fisuras en los metales de soldadura; sin embargo, no es esencial. Generalmente, la ferrita es útil cuando se ven limitadas las soldaduras, las articulaciones son grandes, y cuando las grietas o fisuras afectan adversamente el rendimiento del servicio. La ferrita aumenta el nivel de resistencia de la soldadura pero puede tener un efecto perjudicial sobre la resistencia a la corrosión en algunos entornos al igual que para la tenacidad en servicio criogénico y en servicio de alta temperatura donde puede transformarse en fase sigma frágil.

Para tener una idea del contenido de ferrita, la AWS adoptó el término de “Número de ferrita” (FN) para ser utilizado en lugar del porcentaje de ferrita y va hasta 10.

Cuando se desea medir el contenido de ferrita, se recomienda el siguiente procedimiento:

1. Se preparan almohadillas como la que se muestra en la Figura 4. La placa base debe ser tipo 301, 302, o 304. Se pueden usar aceros al carbono siempre y cuando la almohadilla de soldadura se construya a la altura mínima especificada.

2. La almohadilla de soldadura debe ser construida entre dos barras de cobre ubicadas paralelamente en la placa base mediante el depósito de capas de cordón de soldadura individuales, una encima de la otra a una altura mínima de 1/2 pulgada [13 mm]. La separación entre las barras de cobre para el tamaño del electrodo que se está probado debe ser como se especifica en la figura 4.

3. La longitud del arco deberá ser lo más corta posible. La dirección de soldadura debe alternarse entre pase y pase. Las paradas y arranques de soldadura deben estar situados en los extremos de la acumulación de soldadura. Cada paso se debe limpiar antes de depositar la siguiente cordón de soldadura. Las temperaturas máximas entre pasadas debe ser 200 °F [95 ° C]. Entre las pasadas, la almohadilla de soldadura puede enfriarse por temple en agua no antes de 20 segundos después de la finalización de cada pasada. La ultima pasada debe ser enfriada con aire hasta debajo de 800 °F [430 º C] antes de enfriarlo en agua.

FIGURA 4. Almohadilla de soldadura para la prueba de ferrita

4. La superficie de la almohadilla terminada debe ser lo más lisa posible. Se deben tomar al menos seis lecturas de ferrita en la superficie de acabado a lo largo del eje longitudinal de la almohadilla de soldadura con un instrumento magnético para medir el contenido de ferrita calibrado. Las lecturas obtenidas deben ser promediadas a un solo valor.

El contenido de ferrita de las soldaduras puede ser calculado a partir de la composición química del depósito de soldadura. Esto puede hacerse con el diagrama WRC-1992

FIGURA 5. Diagrama para metal de soldadura de acero inoxidable (WRC-1992) (FN)

El diagrama WRC-1992 predice el contenido de ferrita en Número de ferrita (FN).

Las diferencias entre la ferrita medida y la calculada son dependientes del nivel de ferrita en el depósito, incrementándose a medida que se incrementa el nivel de ferrita.

9. DESCRIPCIÓN Y USO PREVISTO DE LOS METALES DE RELLENO.

Dentro del código AWS 5.4 se encuentran las especificaciones de composición, aplicaciones y propiedades para cada uno de los siguientes electrodos de aceros inoxidables: E209, E219, E240, E307, E308, E308H, 308L, E308Mo, E308LMo, E309, E309H, E309L, E309Nb, E309Mo, E309LMo, E310, E310H, E310Nb, E310Mo, E312, E316, E316H, E316L, E316LMn, E317, E317L, E318, E320, E320LR, E330, E330H, E347, E349, E383, E385, E409Nb, E410, E410NiMo, E430, E430Nb, E630, E16-8-2, E2209, E2553, E2593, E2594, E2595, E3155 y E33-31.

Sin embargo, con el propósito de no extender el presente trabajo se mencionan algunos con el fin de dar a conocer la forma como se han registrado en el código:

E309.

Composición: 23,5 %Cr, 13 %Ni, hasta 0,15 %C y FN entre 3 y 20. Aplicación: para soldar composiciones forjadas o fundidas o de aceros

diferentes. La fragilización o formación de grietas pueden ocurrir si estas soldaduras de acero diferentes se sometieron a un tratamiento térmico posterior a la soldadura o a servicio por encima de 700 º F [370 º C]. En

ocasiones, se utilizan para soldar tipo 304 y los metales bases similares donde existen condiciones de corrosión severa los cuales requieren soldadura de aleación metálica más alta.

E309H.

Estos electrodos son los mismos que los E309, excepto que el contenido de carbono del metal de soldadura permisible ha sido restringido para eliminar los niveles de carbono más bajos. La restricción de carbono proporcionará mayor resistencia a la tracción y resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas. Esto, junto con un contenido de ferrita típica de aproximadamente 6 FN haciendo estos electrodos adecuados para la soldadura de aceros forjados y fundiciones con 24 %Cr y 12 %Ni diseñados para resistencia a la corrosión y a la oxidación.

E309L.

Composición: es la misma que la depositada por electrodos E309, Pero con 0,04 %C máximo asegurando contenido de ferrita mayor a 8 FN.

Aplicación: para la soldadura de diferentes aceros. Propiedades: alta resistencia a la corrosión intergranular sin el uso de

niobio.

E309Mo.

Composición: es la misma que la del metal depositado por electrodos E309, excepto por la adición de molibdeno y una pequeña reducción en el límite de carbono.

Aplicación: para soldar aceros revestidos 316 o para la superposición de los aceros al carbono.

E309LMo.

Composición: es la misma que la del metal depositado por electrodos E309Mo, excepto por el contenido de carbono restringido. El bajo contenido de carbono del metal de soldadura reduce la posibilidad de corrosión intergranular y aumenta el contenido de ferrita. Esto a su vez reduce el potencial para la solidificación de grietas cuando se deposita sobre carbono o aceros de baja aleación.

10.CLASIFICACIÓN EN CUANTO A USABILIDAD

El tipo de revestimiento aplicado a un electrodo de SMAW normalmente determina las características de facilidad de uso del electrodo.

Designación de Usabilidad -15. Los electrodos sólo son utilizables con DCEP. Los electrodos de 5/32 [4,0 mm] y más pequeños se pueden utilizar en todas las posiciones de soldadura.

Designación de Usabilidad -16. La cubierta para estos electrodos generalmente contiene elementos fácilmente ionizantes tales como potasio, con el fin de estabilizar el arco para la soldadura con corriente alterna. Los electrodos de 5/32 [4,0 mm] y más pequeños se pueden utilizar en todas las posiciones de soldadura.

Designación de Usabilidad -17. En lugar de óxido de titanio como en la cubierta -16, éste contiene una considerable cantidad de sílice. Con este revestimiento se tiende a producir un arco de pulverización más fino y ondulado que los de cubierta -16.

Designación de Usabilidad -26 Esta designación es para aquellos electrodos que están diseñados para la soldadura de filete plana y horizontal. En la práctica, la mayoría de estos electrodos dan velocidades de deposición más altas que sus contrapartes posicionales debido a sus recubrimientos más gruesos que contienen niveles más altos de polvos metálicos.

11.PRUEBAS ESPECIALES

Pruebas de resistencia a la corrosión:

Debido a que las soldaduras llevadas a cabo con electrodos de acero inoxidable, no es coherente realizar pruebas de resistencia a la corrosión. Estas se efectúan cuando se acuerda entre el comprador y el proveedor.

Las pruebas de corrosión de las juntas tienen la ventaja de que el diseño de la junta y el procedimiento de soldadura se pueden hacer idénticas a las que se utilizan en la fabricación. Tienen la desventaja de ser una prueba de las propiedades combinadas de metal de la soldadura, la zona afectada por el calor del metal de base, y el metal base no afectado. Además, es difícil obtener datos reproducibles si existe una diferencia entre las velocidades de corrosión o la oxidación de las diversas estructuras de metal (metal de soldadura, la zona afectada por el calor, y el metal base no afectado). Las juntas para las pruebas de corrosión no se deben utilizar para la calificación del electrodo, pero se pueden utilizar para la calificación de procedimientos de soldadura que utilizan materiales aprobados.

Todas las muestras de metal de soldadura para pruebas de resistencia a la corrosión se preparan siguiendo el procedimiento descrito para la preparación de almohadillas para el análisis químico.

Pruebas de propiedades de impacto para soldaduras para servicio criogénico:

Los metales de soldadura de aceros inoxidables completamente austeníticos se sabe que poseen una excelente tenacidad a temperaturas criogénicas tales como -320 ° F [-196 ° C]. Para asegurar la ausencia de rotura frágil, la Sección VIII del Código ASME para calderas y recipientes a presión requiere piezas soldadas destinadas para el servicio criogénico que estén calificadas por las pruebas de Charpy V-notch. El criterio de aceptación es la consecución de una expansión lateral opuesta a la muesca de no menos de 15 milésimas de pulgada (0,015 pulgadas) [0,38 mm] para cada uno de los tres especímenes.

Si hay servicio criogénico por debajo de -150 ° F [-100 ° C], se recomienda que cada lote de electrodos sea calificado con los ensayos de impacto Charpy con entalla en V.