Investigación sobre las grietas calientes en la soldadura de materiales de acero inoxidable
Debido a su fuerte resistencia a la corrosión, a la oxidación y a las altas temperaturas, los materiales de acero inoxidable se utilizan ampliamente en los sectores petroquímico, aeroespacial, de energía nuclear, metalúrgico, de energía eléctrica, de transporte y electrónico. Dado que la composición química del acero inoxidable contiene numerosos elementos de aleación y sistemas estructurales complejos, esto ha generado mayores dificultades en el proceso de soldadura; en particular, el problema de las grietas que se forman durante la soldadura a altas temperaturas ha recibido mucha atención.
En general, existen tres tipos de grietas térmicas: 1. Grietas térmicas generadas en el metal soldado, también denominadas grietas de solidificación. Estas se forman durante el proceso de solidificación del metal. 2. Grietas térmicas que se producen en la zona afectada por el calor o en la zona de recalentamiento del cordón de soldadura multicapa; estas grietas se denominan grietas de licuefacción, ya que ocurren durante una fase líquida del material. Dichas zonas suelen encontrarse bajo la acción de deformaciones térmicas. 3. Grietas de baja plasticidad: estas grietas aparecen a temperaturas relativamente bajas y no están relacionadas con el estado líquido del metal; generalmente se localizan en las áreas de grano grueso de la zona afectada por el calor.
En el proceso de soldadura del acero inoxidable, las grietas por solidificación del metal soldado representan un problema más crítico. La sensibilidad a estas grietas depende del contenido de ferrita delta. Cuando el contenido de ferrita se encuentra entre el 5% y el 20%, la susceptibilidad a grietas es la más baja. Sin embargo, si predomina la fase γ o el contenido de ferrita supera el 40%, la sensibilidad a las grietas aumenta significativamente. Al optimizar la composición química del metal soldado y ajustar la proporción de fusión, es posible controlar el contenido de ferrita dentro de un rango del 5% al 20%, lo que puede prevenir la formación de grietas por solidificación.
Entre las diversas aleaciones a base de níquel, dado que el rango de temperatura de fragilidad del níquel 625 o 718 es mayor que el del Hastelloy X o C-276, la sensibilidad a las grietas durante la solidificación de estas primeras aleaciones es ligeramente más elevada. Esto se debe a la composición química diferenciada de cada aleación. El elemento más abundante en estas aleaciones es el niobio, que genera las fases NbC, γ (Ni3Nb) y Laves durante el proceso de solidificación. Al soldar aleaciones con esta composición química, es fácil que se formen eutectias de tipo γ/NbC o γ/Laves en la zona final de solidificación; dichas eutectias tienen un punto de fusión bajo, lo que facilita la aparición de grietas. Además del niobio, el carbono y el silicio también pueden aumentar la susceptibilidad a las grietas durante la solidificación. Asimismo, si hay NbC no solidificado en el material base, puede ocurrir una licuefacción en la interfaz γ/NbC, lo que genera grietas a lo largo de los bordes de los gránulos.
En general, la formación de diversos tipos de grietas calientes en materiales de acero inoxidable no solo está relacionada con la composición y estructura del propio material, sino también con las inclusiones presentes en él, así como con elementos disueltos como fósforo, azufre, plomo (Pb), estaño (Sn), zinc (Zn) 霌? El papel más importante de estos elementos es el de producir sustancias con bajos puntos de fusión, lo que provoca que la fase líquida residual se acumule alrededor de los bordes de los gránulos del material, lo que puede dar lugar a la aparición de grietas bajo la acción de pequeñas deformaciones térmicas.
Para las soldaduras de acero inoxidable austenítico-ferrítico, el contenido de estructura ferrítica tiene una influencia importante en la susceptibilidad a las grietas de solidificación. En el caso de las soldaduras de acero inoxidable puramente austenítico, el contenido de fósforo y azufre también afecta la resistencia a las grietas térmicas (Hot Cracking Resistance, BTR). Cuanto menor sea su contenido, menor será la susceptibilidad a estas grietas. Durante la soldadura de aleaciones resistentes al calor y a la corrosión basadas en níquel, elementos como el niobio, el carbono y el silicio tienden a formar eutectias de bajo punto de fusión, lo que también aumenta la susceptibilidad a las grietas de solidificación. Además, la segregación de impurezas como el fósforo y el azufre en los bordes de los gránulos puede provocar la aparición de grietas térmicas.
