Soldadura Inconel 600 a acero al carbono: procedimientos de soldadura de metales diferentes y selección de relleno

¿Se puede soldar Inconel 600 al acero al carbono?

Sí.Inconel 600se puede soldar directamente a acero al carbono como ASTM A106 Grado B, A333 Grado 6 o A516 Grado 70, y la unión es una fabricación rutinaria cubierta por código-en lugar de una exótica. Está fabricado con un metal de aportación a base de níquel-, nunca con aportación de acero al carbono, y está calificado como una soldadura de metal diferente según la Sección IX del Código de calderas y recipientes a presión de ASME. Puede ver la gama completa de formas de materiales base en la páginaPágina de producto Inconel 600y el rango de tuberías en elPágina de tubos Inconel 600.

La dificultad en esta unión no proviene de la aleación de níquel. Inconel 600 es una aleación austenítica de níquel-cromo-hierro con una estructura cúbica centrada en la cara-y es una de las aleaciones más soldables de la familia del níquel: tiene buena ductilidad, no se endurece al enfriarse y acepta fácilmente el metal de aportación. La dificultad viene del acero al carbono. El acero al carbono es cúbico centrado en el cuerpo, se endurece en la zona afectada por el calor, transporta mucho más carbono del que la aleación de níquel puede disolver y su coeficiente de expansión térmica es diferente. Cada modo de falla grave en una unión de Inconel 600 con acero al carbono se ubica en el lado del acero al carbono de la línea de fusión, razón por la cual la selección del relleno y el control del calor son más importantes que la técnica de soldadura.

Esta combinación aparece siempre que una aleación de níquel-resistente a la corrosión tiene que unirse a un componente de acero estructural o que contiene presión-. Los ejemplos típicos incluyen conexiones de termopozo y boquillas de instrumentos, juntas de tubo-a-placa de tubos del intercambiador de calor, herrajes para tratamiento térmico-y hornos, componentes de antorchas y quemadores, y tuberías de suministro de vapor nuclear. La lógica de la ingeniería es siempre la misma: pagar por la aleación de níquel sólo cuando se necesita resistencia a la corrosión o a la temperatura, y dejar que el acero al carbono se encargue del resto. La soldadura es el límite donde esa decisión se valida o se pierde.

Punto clave: la soldadura es una soldadura de metal diferente. Necesita su propio procedimiento cualificado y su propia cualificación de soldador. Un procedimiento de acero al carbono y un soldador de acero al carbono no se pueden reutilizar para el lado de la aleación de níquel.

¿Por qué una unión de Inconel 600 con acero al carbono es una soldadura de metal diferente?

Debido a que los dos metales base pertenecen a diferentes números ASME P-y diferentes estructuras cristalinas, la Sección IX de ASME clasifica la unión como una soldadura de metal diferente. Inconel 600 es P-No. 43 Grupo 1 bajo QW/QB-422, con un número de grupo ISO 15608 de 43. El acero al carbono como A106 Grado B, A333 Grado 6, A516 Grado 70 y A105 es P-No. 1. Esa clasificación no es papeleo administrativo: cambia lo que se le permite hacer en la tienda. piso.

La primera consecuencia es la calificación del procedimiento. Una especificación de procedimiento de soldadura calificada únicamente para acero al carbono no cubre Inconel 600, y un procedimiento calificado solo para Inconel 600 no cubre acero al carbono. El procedimiento debe estar calificado para la combinación. La segunda consecuencia es el régimen de pruebas. Debido a que una unión diferente concentra su debilidad en la línea de fusión ferrítica en lugar de en el metal de soldadura, ASME Sección IX exige muestras de flexión lateral transversal además de pruebas de tracción, de modo que la línea de unión se doble en todo el espesor de la sección y cualquier zona de transición frágil se vea obligada a revelarse.

La tercera consecuencia es la cualificación del soldador. La calificación de rendimiento del soldador está ligada al número P-del metal base y al número F-del metal de aportación, por lo que un soldador que tenga una calificación de acero al carbono no está calificado para realizar esta unión. En la práctica, esta es la brecha de cumplimiento más común encontrada en el sitio, y también es una verdadera brecha de calidad, porque las aleaciones de níquel se comportan de manera diferente en la mano: la piscina es lenta, la penetración es menor para una corriente determinada y el metal es mucho más sensible a la contaminación.

Tabla 1. Agrupación de los dos metales base de ASME Sección IX

¿Qué metal de aportación debería utilizar para soldar Inconel 600 al acero al carbono?

Utilice un metal de aportación a base de níquel-. ERNiCr-3 (Alloy 82, UNS N06082, AWS A5.14/ASME SFA-5.14) es el valor predeterminado para GTAW y GMAW, y ENiCrFe-2 o ENiCrFe-3 (Alloy 182, AWS A5.11/ASME SFA-5.11) es el valor predeterminado para SMAW. No utilice acero al carbono, cromo-molibdeno de baja aleación ni relleno de acero inoxidable austenítico para la junta de producción.

ERNiCr-3 se especifica con un mínimo de 67 por ciento de níquel con 18 a 22 por ciento de cromo, 2,0 a 3,0 por ciento de niobio más tantalio, un máximo de 3,0 por ciento de hierro y un máximo de 0,10 por ciento de carbono. Cada elemento tiene un trabajo. El níquel proporciona una matriz austenítica dúctil que tolera el amplio rango de composición creado por la dilución del acero. El cromo proporciona resistencia a la oxidación y la corrosión. El niobio es el elemento anti-agrietamiento: se combina con azufre y fósforo para formar compuestos de niobio de alto-punto de fusión en lugar de películas de bajo punto de fusión en los límites de los granos, que es exactamente lo que evita el agrietamiento por solidificación en una soldadura totalmente austenítica que no contiene ferrita delta a la que recurrir.

El metal de soldadura de aleación 82 depositado generalmente alcanza una resistencia a la tracción mínima de aproximadamente 552 MPa, un límite elástico del 0,2 por ciento de aproximadamente 360 MPa y un alargamiento del 30 por ciento o más, con un servicio útil de aproximadamente -196 C a más 550 C. Esos números exceden cómodamente el acero al carbono al que se está uniendo, lo cual es importante: el metal de soldadura de níquel debe ser la parte más fuerte y dúctil de la junta para que cualquier deformación sea expulsada de la unión. línea de fusión ferrítica frágil.

Tabla 2. Matriz de selección de metal de aportación para Inconel 600 a acero al carbono

Si obtiene el metal base al mismo tiempo que los consumibles, la gama de placas y láminas se describe en laPágina de placa ASTM B168 UNS N06600, el rango de barras y varillas en elPágina de Inconel 600 barras, y los accesorios que generalmente se encuentran al final de estas juntas en elPágina de accesorios de tubería para soldar a tope-.

¿Por qué ERNiCr-3 es el relleno estándar para acero al carbono de Inconel 600?

ERNiCr-3 es el relleno estándar porque su coeficiente de expansión térmica se ubica entre el acero al carbono y el acero inoxidable austenítico, y porque tolera la alta dilución que inevitablemente produce una junta diferente. Esas dos propiedades abordan los dos mecanismos de falla que realmente matan el Inconel 600 en las soldaduras de acero al carbono: fatiga por expansión térmica diferencial en la línea de fusión y una zona de transición dura y frágil causada por la dilución y la migración de carbono.

El argumento de la expansión es decisivo. Los coeficientes medios medidos de expansión térmica muestran que la aleación 600 es una combinación inusualmente cercana al acero al carbono, mucho más cercana que cualquier acero inoxidable de la serie 300-. Ésa es una de las razones por las que se elige Inconel 600 para juntas bimetálicas y de transición. También significa que un relleno de acero inoxidable austenítico como el ER309L, que tiene un coeficiente de expansión más cercano al del acero inoxidable 304 que al de cualquiera de los metales base, introduce una falta de coincidencia que la combinación del metal base en sí no tenía. Un relleno a base de níquel evita agregar ese desajuste.

Tabla 3. Coeficiente medio de expansión térmica - por el que gana el relleno a base de níquel-

El argumento de la dilución es igualmente importante. Un relleno a base de níquel-con 67 por ciento o más de níquel puede absorber una cantidad sustancial de hierro del acero al carbono y aún permanecer completamente austenítico y libre de grietas-. Un relleno más magro no puede. Esta es la razón por la que ERNiCr-3 se usa no solo para Inconel 600 sino también para soldar Inconel 600 a acero al carbono, acero inoxidable y otras aleaciones de níquel, y por qué también se usa como consumible de revestimiento y untado. La misma lógica se aplica a las guías de soldadura hermanas paraSoldadura Inconel 625ySoldadura Hastelloy C276, donde los rellenos a base de níquel-son nuevamente el ancla del procedimiento.

Punto clave: Regla general de campo: si la junta soportará más de 315 C (600 F) en servicio, o si será tratada térmicamente, o si el servicio es ácido, especifique un relleno a base de níquel-. El relleno de acero inoxidable austenítico es un compromiso de baja-temperatura y bajas-consecuencias que no debe usarse en una unión de Inconel 600 con acero al carbono.

¿Qué metales de aportación debería evitar para el acero al carbono de Inconel 600?

Evite el relleno de acero al carbono, el relleno de baja-aleación de cromo-molibdeno y el relleno de acero inoxidable austenítico como ER309L o ER308L. Cada uno de ellos destruye la resistencia a la corrosión de la junta, crea una zona de transición dura y propensa a agrietarse-o introduce una discordancia de expansión térmica que los metales base no tenían. La única excepción es un relleno a base de níquel-elegido por un motivo de servicio específico, que es una sustitución deliberada y no un atajo.

Tabla 4. Metales de aportación a evitar y mecanismo de fallo.

La opción del acero inoxidable austenítico merece una advertencia específica porque se utiliza mucho en otros lugares. ER309L es una opción legítima y común para unir acero al carbono con acero inoxidable de la serie 300 a temperaturas inferiores a aproximadamente 315 C, porque su alto contenido de aleación absorbe la dilución del acero y permanece austenítico.

El problema es que la regla fue escrita para una unión de acero al carbono con acero inoxidable. Cuando el otro lado es Inconel 600, cuyo coeficiente de expansión es casi idéntico al del acero al carbono, la introducción de un relleno con un coeficiente de expansión de 16 a 18 um/m/C crea una falta de coincidencia que simplemente no existía entre los metales base. La articulación empeora, no mejora.

También vale la pena separar el concepto de alternativa aceptable del de sustitución. ERNiCrMo-3, el relleno de aleación 625, es una alternativa legítima para servicios corrosivos severos. ERNiCrFe-5 y la familia ERNiCrFe-7A / ENiCrFe-7 de bajas emisiones de carbono son alternativas legítimas para servicios nucleares o de temperatura muy alta. Lo que no son es un intercambio intercambiable: cambiar el metal de aporte cambia una variable esencial, por lo que se requiere una nueva calificación del procedimiento antes de que cualquiera de ellos pueda usarse en trabajos de producción.

¿Cuándo debería elegir un relleno diferente a base de níquel-?

Elija ERNiCrMo-3 para servicios severos de corrosión por cloruros, picaduras o grietas, o cuando la junta necesita mayor resistencia. Elija ERNiCrFe-5 o la familia ERNiCrFe-7A/ENiCrFe-7 para servicios de fluencia a muy alta temperatura o para uniones nucleares donde se especifica resistencia al agrietamiento por corrosión por estrés hídrico primario. Para todo lo demás, ERNiCr-3 sigue siendo la respuesta correcta y más económica.

Vale la pena comprender la referencia nuclear porque es la evidencia más sólida disponible de que la química de relleno no es una opción cosmética. Las primeras soldaduras nucleares diferentes utilizaban aleación 82 y aleación 182 sobre metal base aleación 600. Durante décadas de servicio, algunas de esas juntas desarrollaron grietas primarias por corrosión bajo tensión hídrica, y la industria hizo la transición de nuevas construcciones a rellenos con bajo-carbono y alto-cromo en la familia Alloy 52/152, que son notablemente más resistentes a ese mecanismo. La lección es general: para una unión diferente-de larga duración, especifique el relleno para el mecanismo de degradación que espera, no solo para la resistencia a la tracción en el certificado.

Tenga en cuenta que la familia Alloy 52 / 152 tiene sus propias compensaciones-. Esos rellenos están libres de -cromo y niobio-, lo que mejora la resistencia a la corrosión pero reduce la fluidez del baño de soldadura y aumenta la sensibilidad a la falta de fusión y al agrietamiento por inmersión de ductilidad. Deben usarse únicamente con un procedimiento calificado para ellos y por soldadores que hayan practicado con ellos. ERNiCr-3, por el contrario, es indulgente, y es precisamente por eso que sigue siendo el valor predeterminado de la industria para el Inconel 600 para el acero al carbono.

¿Qué procesos de soldadura funcionan mejor para Inconel 600 y acero al carbono?

GTAW es el mejor proceso para la pasada de raíz y para trabajos en paredes-delgadas, GMAW con transferencia por aspersión se adapta a pasadas de relleno más gruesas y SMAW es la opción práctica en el campo. La soldadura por arco sumergido y la soldadura por arco con núcleo fundente-no se recomiendan para el lado del níquel, porque los fundentes interactúan con la aleación y el mayor aporte de calor aumenta la dilución y la migración de carbono.

La selección del proceso se deriva directamente de las propiedades de las aleaciones de níquel. Inconel 600 tiene una conductividad térmica de aproximadamente 15 W/m/K frente a aproximadamente 50 W/m/K para el acero al carbono, por lo que el calor se concentra en el arco en lugar de dispersarse. Eso produce una penetración más profunda y una zona afectada por el calor-más amplia para la misma corriente, lo que significa que debes utilizar una corriente más baja y viajar de manera constante en lugar de quedarte. El baño de soldadura también es más lento que un baño de acero, por lo que moja las paredes de la junta con menos facilidad y necesita un arco ligeramente más largo y una manipulación más cuidadosa para evitar la falta de fusión.

Tabla 5. Comparación del proceso de soldadura para el lado Inconel 600

¿Qué parámetros de soldadura debería utilizar para Inconel 600 a acero al carbono?

Utilice la corriente más baja que proporcione una fusión completa, mantenga el aporte de calor en el rango moderado de aproximadamente 0,5 a 1,8 kJ/mm (alrededor de 13 a 45 kJ/pulg.) y mantenga la temperatura entre pasadas a 150 C (300 F) o menos. Los rangos de parámetros siguientes son puntos de partida típicos para el desarrollo de procedimientos; Los valores que rigen el trabajo de producción son los escritos en su especificación de procedimiento de soldadura calificado.

Tabla 6. Parámetros típicos de soldadura de Inconel 600 a acero al carbono

Dos decisiones sobre parámetros importan más que el resto. El primero es el aporte de calor. Demasiado aporte de calor amplía la zona afectada por el calor-en el acero al carbono, aumenta la dilución del depósito de níquel con hierro y promueve la precipitación de carburo de cromo en la aleación de níquel.

Un aporte de calor demasiado pequeño corre el riesgo de falta de fusión, lo cual es un defecto grave en las soldaduras de níquel porque el charco lento no fluye hacia esquinas estrechas como lo hace un charco de acero. La segunda es la temperatura entre pasadas. Las aleaciones de níquel no necesitan un régimen de paso en caliente-. Deje que cada pasada se enfríe naturalmente, mida la temperatura entre pasadas antes de comenzar la siguiente y no enfríe la unión con agua para acelerar el proceso.

La corriente y la polaridad también hacen tropezar a la gente. GTAW en aleaciones de níquel funciona con electrodo negativo de corriente continua, al igual que el acero inoxidable. Los electrodos de níquel SMAW generalmente funcionan con electrodo positivo de corriente continua, lo contrario del electrodo-negativo utilizado para muchos electrodos de acero al carbono, y algunas marcas también funcionan con corriente alterna. Siga siempre la hoja de datos del fabricante del electrodo, porque la polaridad afecta la penetración, el perfil del cordón y la tendencia a la porosidad.

¿Cómo se debe preparar la articulación y purgarla?

Mecanice una ranura en -ángulo en V- incluido de 60 a 70 grados con una cara de raíz de 1,5 a 2,0 mm y un espacio de raíz de 2,0 a 3,0 mm, limpie ambas caras hasta obtener metal brillante con herramientas dedicadas a aleaciones de níquel y purgue hacia atrás las secciones cerradas con argón para mantener el oxígeno interno por debajo de aproximadamente 100 ppm. La preparación de la articulación no es cosmética en esta articulación; es una medida de control del cracking.

Inconel 600 es inusualmente sensible al azufre y a los contaminantes de bajo punto de fusión-. El azufre, el fósforo, el plomo y elementos similares forman películas de bajo punto de fusión-en los límites de los granos en el metal de soldadura totalmente austenítico y provocan grietas en caliente. Las fuentes en un piso de fabricación normal incluyen fluidos de corte, refrigerante de mecanizado, pintura, tinte de diseño, tinta para marcadores, residuos de cinta adhesiva y lubricantes para cojinetes de azufre- o de cloruro-. El remedio es de procedimiento: retírelo todo con un solvente libre de cloruro-y bajo-azufre, como acetona o alcohol isopropílico, use un cepillo de acero inoxidable o de níquel que nunca haya tocado el acero al carbono y no permita que el polvo del pulido del acero al carbono se deposite en la superficie del níquel.

Para tuberías, tubos y secciones cerradas, la superficie interna debe protegerse mediante una purga de respaldo. Sin él, el pase de la raíz se oxida por dentro y forma una escama coloreada y rugosa, comúnmente llamada azúcar. El azúcar no es sólo un defecto cosmético: destruye la resistencia a la corrosión local, crea un sitio de iniciación de grietas en la raíz y es muy difícil de eliminar una vez cerrada la junta. Utilice un dique de purga cerca de la junta, deje suficiente tiempo de purga para desplazar el aire y verifique el nivel de oxígeno en lugar de adivinar.

Tabla 7. Objetivos de calidad del gas de purga para el paso de raíz

¿Necesita precalentar el lado de acero al carbono?

Generalmente no. Inconel 600 nunca requiere precalentamiento, y el acero al carbono del grupo 1 P-No. 1 con un equivalente de carbono inferior a aproximadamente 0,42 y un espesor de hasta aproximadamente 19 mm normalmente se puede soldar a temperatura ambiente, siempre que la superficie esté seca y por encima del punto de rocío. El precalentamiento se vuelve necesario para secciones más gruesas, equivalentes con mayor contenido de carbono, juntas muy restringidas, condiciones ambientales frías o cuando el código vigente o las especificaciones del propietario lo exigen.

El propósito del precalentamiento en esta unión no es ayudar a la aleación de níquel. Su objetivo es reducir la velocidad de enfriamiento de la zona afectada por el calor-del acero al carbono para que no se transforme en martensita dura y para que el hidrógeno disuelto tenga tiempo de escapar antes de que la soldadura se enfríe. Es por eso que el precalentamiento lo impulsa enteramente el lado del acero al carbono, y por qué el equivalente al carbono del acero, no el Inconel 600, determina si es necesario. Utilice la fórmula IIW para calcularlo: CE=C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15.

Tabla 8. Guía de precalentamiento para el lado de acero al carbono

Punto clave: No aplique precalentamiento al lado de Inconel 600. Caliente solo el lado de acero al carbono y nunca permita que la aleación de níquel supere los 150 C (300 F) en ningún momento del proceso.

¿Se requiere tratamiento térmico posterior-a la soldadura para el acero al carbono de Inconel 600?

No, no por el lado del níquel. El metal de soldadura Inconel 600 y ERNiCr-3 no requieren tratamiento térmico posterior-a la soldadura, y su aplicación innecesaria es activamente perjudicial: la migración de carbono a través de la línea de fusión se acelera por encima de aproximadamente 480 C, y el rango de temperatura del tratamiento térmico-para el acero al carbono se sitúa por encima de ese umbral. El tratamiento térmico posterior a la soldadura se requiere solo cuando el lado de acero al carbono lo activa según el código vigente o según las condiciones de servicio.

Tres factores desencadenantes cubren casi todos los casos. Según ASME B31.3 Tuberías de proceso, la Tabla 331.1.1 requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura para acero al carbono P-No. 1 cuando el espesor nominal de la pared excede los 19 mm, de 593 a 649 C (1100 a 1200 F). Según ASME BPVC Sección VIII División 1, UCS-56 lo hace obligatorio por encima de los 38 mm de espesor nominal, con una exención condicional entre 32 y 38 mm cuando se mantiene un precalentamiento mínimo de 95 C. Y según NACE MR0175/ISO 15156, cualquier soldadura de acero al carbono o de baja aleación en servicio ácido debe cumplir con una dureza máxima de 22 HRC (aproximadamente 248 HV), lo que en la práctica significa tratamiento térmico independientemente del espesor.

Cuando el tratamiento térmico es inevitable, la respuesta de ingeniería correcta es no tratar térmicamente la junta diferente completada. Se utiliza mantequilla, que se describe en la siguiente sección, para que se cree la interfaz de migración de carbono y se trate térmicamente antes de realizar la soldadura final. Esta es la decisión procesal más importante en la fabricación de Inconel 600 de alta-integridad para acero al carbono.

Tabla 9. Activadores y parámetros del tratamiento térmico posterior-a la soldadura

¿Qué es la mantequilla y cuándo debería usarse?

El enmantequillado es la práctica de depositar una o más capas de relleno a base de níquel-en la cara del acero al carbono, mecanizar esa superficie hasta dejarla plana, realizar el tratamiento térmico posterior a la soldadura solo en el componente de acero al carbono y solo después completar la unión con relleno a base de níquel-. Úselo siempre que el lado de acero al carbono deba ser tratado térmicamente, cuando el acero al carbono sea una forja gruesa o muy restringida, o cuando las condiciones de campo hagan que el tratamiento térmico controlado de una junta completa no sea práctico.

El mecanismo es sencillo una vez que ves dónde ocurre el daño. La migración de carbono ocurre en el límite entre el acero ferrítico y el depósito superior-de cromo-níquel. En una unión soldada directamente, ese límite es la soldadura de producción, por lo que cualquier tratamiento térmico aplicado a la unión daña la soldadura de producción. Si primero unta con mantequilla el acero al carbono, el límite de migración de carbono se crea dentro de la operación de untado con mantequilla y puede tratarse térmicamente a voluntad. La soldadura de producción posterior se realiza íntegramente entre metal de soldadura a base de níquel-e Inconel 600, que es una unión austenítica-a-austenítica que no necesita tratamiento térmico y se comporta de manera mucho más predecible.

En la práctica, untar con mantequilla significa un mínimo de dos capas depositadas, normalmente de 5 a 8 mm de depósito mecanizado hasta una superficie plana de aproximadamente 3 a 4 mm. Luego, el componente untado con mantequilla se trata térmicamente, se examina y se mide la dureza si el servicio es ácido, y solo después de eso se completa la unión. La unión completa se suelda con el mismo relleno a base de níquel-y se inspecciona normalmente. El costo adicional es real, pero casi siempre es más barato que una soldadura diferente fallida en un servicio ácido o de alta-temperatura.

¿Cómo se suelda Inconel 600 a acero al carbono paso a paso?

La secuencia siguiente es el orden estándar de operaciones para una unión que cumple con el código-. Los dos pasos que la gente se salta y que causan la mayoría de las fallas son el procedimiento y la calificación del soldador en los pasos 3 y 4 y la verificación de la purga en el paso 6.

1. Confirmar la combinación de materiales y la base de diseño.

Identifique la especificación exacta del producto Inconel 600 (por ejemplo, tubería ASTM B167 o placa ASTM B168) y el grado y espesor exactos del acero al carbono. Registre la temperatura de diseño, el fluido de servicio, si el servicio es ácido y el código de tubería o recipiente que gobierna la junta. Esto determina si el lado de acero al carbono activará el tratamiento térmico de precalentamiento o post-soldadura.

2. Seleccione el metal de aportación y escriba el WPS.

Seleccione ERNiCr-3 (Aleación 82) para GTAW y GMAW, o ENiCrFe-2/ENiCrFe-3 (Aleación 182) para SMAW. Documente el relleno, el proceso, la polaridad, los rangos de corriente y voltaje, la velocidad de desplazamiento, el gas de protección, el gas de respaldo o de purga, el límite de temperatura entre pasadas y el rango de entrada de calor en una Especificación del procedimiento de soldadura.

3. Califica el procedimiento con curvas laterales.

Suelde un cupón de prueba que combine ambos números P-y pruébelo. Debido a que la unión es una soldadura de metal diferente, ASME Sección IX requiere muestras de flexión lateral transversal además de pruebas de tracción, de modo que la línea de fusión ferrítica se deforme y cualquier zona de transición frágil quede expuesta.

4. Calificar a los soldadores en aleación de níquel.

Califique a cada soldador con una prueba de rendimiento en el lado de la aleación de níquel. Un soldador que está calificado solo en acero al carbono no está calificado para soldar Inconel 600, porque la calificación de desempeño del soldador está ligada al número P-del metal base y al número F-de relleno.

5. Preparar la junta y limpiarla.

Mecanice una ranura en V- en ángulo incluido de 60 a 70 grados con una cara de raíz de 1,5 a 2,0 mm y un espacio de raíz de 2,0 a 3,0 mm. Esmerile o mecanice ambas caras hasta obtener metal brillante con herramientas dedicadas a aleaciones de níquel y luego limpie con un disolvente bajo-azufre y sin cloruro-. Retire toda la pintura, aceite, tinta para marcadores y compuestos que contengan azufre-.

6. Configure el gas de purga y precaliéntelo si es necesario.

Purgue hacia atrás-las uniones de tuberías y tubos con argón y mantenga el nivel interno de oxígeno por debajo de aproximadamente 100 ppm para que la raíz no se oxide ni se azucare. Aplique precalentamiento al lado de acero al carbono sólo cuando el equivalente de carbono, el espesor, el nivel de contención o la temperatura ambiente lo requiera, y nunca precaliente el lado de Inconel 600 por encima de 150 C.

7. Soldar con aporte de calor controlado y cordones largueros

Soldar la raíz con GTAW utilizando ERNiCr-3 y DCEN. Deposite cordones largueros en lugar de tejidos anchos, mantenga el baño de soldadura pequeño y controle la entrada de calor en el rango indicado en el WPS. Monitoree la temperatura entre pasadas continuamente y deje que la junta se enfríe por debajo de 150 C entre pasadas.

8. Unte con mantequilla y trate con calor antes de completar la unión donde sea necesario.

Si el lado de acero al carbono debe recibir un tratamiento térmico posterior-a la soldadura, deposite al menos dos capas de relleno a base de níquel-en la cara de acero al carbono, mecanice la superficie untada con mantequilla hasta quedar plana, realice el tratamiento térmico posterior a la soldadura solo en ese componente y solo luego complete la unión con relleno a base de níquel-para que la soldadura final nunca alcance la temperatura del tratamiento-térmico.

9. Inspeccionar, probar y documentar

Realice una inspección visual, luego tinte penetrante y un examen radiográfico o ultrasónico según lo especificado. Realice un estudio de dureza a lo largo de la línea de fusión ferrítica cuando el servicio esté agrio. Verifique los metales base y de aporte mediante una identificación positiva del material y archive el WPS, el PQR, los certificados del soldador y las tablas de tratamiento térmico-en el paquete de datos de soldadura.

Si la junta es una conexión de tubería o tubo, los accesorios y bridas en el lado de acero al carbono generalmente están cubiertos por las especificaciones estándar del producto; elpágina de accesorios de tubería forjaday elpágina de descripción general de bridasExplique cómo se especifican y ordenan esos componentes para que el procedimiento de soldadura y los artículos comprados sean consistentes.

¿Qué defectos ocurren en las soldaduras de Inconel 600 a acero al carbono?

Los defectos dominantes son el agrietamiento por solidificación en el metal de soldadura de níquel, el agrietamiento-asistido por hidrógeno en la zona afectada por el calor del acero al carbono-, la falta de fusión del lento baño de soldadura de níquel, la porosidad por contaminación o una mala cobertura de gas, la oxidación de la raíz por una purga inadecuada y la migración de carbono con una zona de transición dura asociada. Cada uno tiene una causa específica y un control específico.

Tabla 10. Defectos, causas fundamentales y prevención

¿Cómo se califican los procedimientos y los soldadores para esta unión?

Usted califica una especificación de procedimiento de soldadura con un registro de calificación de procedimiento que combina ambos números P-y la prueba con dobleces laterales transversales además de pruebas de tracción. Luego califica a cada soldador por separado en aleación de níquel, porque la calificación del desempeño del soldador está ligada al número P-del metal base y al número F-de relleno y no se transfiere del acero al carbono.

El requisito de curvatura lateral es el corazón técnico de la calificación. Una prueba de tracción transversal en una unión diferente generalmente falla en el metal base más débil y dice muy poco sobre la línea de fusión. Una muestra de curvatura lateral mecanizada en todo su espesor y doblada para que la línea de fusión ferrítica esté en tensión deforma exactamente la región donde existiría una zona de transición dura o una banda empobrecida en carbono-, y revela el problema antes de que la junta entre en servicio. ASME Sección IX QW-462.2 define la muestra y QW-423 rige la combinación diferente de metales base. Para material de más de 12 mm de espesor, las curvaturas laterales son el enfoque estándar porque prueban el espesor completo de la sección.

Tabla 11. Requisitos esenciales para la calificación de la unión de Inconel 600 a acero al carbono

¿Cómo se inspecciona y prueba la articulación?

Comience con una inspección visual, agregue pruebas de tintes penetrantes con penetrantes bajos-de azufre y bajos-halógenos, luego un examen radiográfico o ultrasónico-de matriz en fases, según lo requiera el diseño. Agregue un estudio de dureza a lo largo de la línea de fusión ferrítica para servicio amargo, verifique los materiales mediante una identificación positiva del material y confirme que el metal de soldadura de níquel esencialmente no contiene ferrita.

Dos puntos de inspección son específicos de soldaduras de níquel diferentes. La primera es que los materiales de prueba con penetrantes deben estar calificados para aleaciones de níquel: los penetrantes estándar pueden transportar azufre y halógenos que atacan al níquel a temperatura, por lo que la prueba en sí puede convertirse en una fuente de corrosión. La segunda es que la dureza importa en el lado ferrítico, no en el lado del níquel. Un recorrido de dureza colocado a lo largo de la línea de fusión y dentro de la zona afectada por el calor-del acero al carbono le indica si la estrategia de precalentamiento y tratamiento térmico-realmente funcionó.

Tabla 12. Métodos de inspección para soldaduras de Inconel 600 a acero al carbono

¿Qué normas y códigos rigen la soldadura de Inconel 600 a acero al carbono?

La junta se rige por ASME BPVC Sección IX para calificación, por el código de construcción que aplica al equipo para diseño y tratamiento térmico, por las especificaciones de metal de aporte de AWS para consumibles y por NACE MR0175 / ISO 15156 siempre que el servicio contenga sulfuro de hidrógeno.

Tabla 13. Normas y códigos para soldadura de Inconel 600 a acero al carbono

Para proyectos que también involucran un grado de níquel o molibdeno altamente aleado, vale la pena consultar la guía paralela en laHastelloy C276 guía definitivay elguía inconel 625, porque la lógica de soldadura diferente y la estructura de calificación son las mismas aunque las químicas de relleno difieran.

Inconel 600 vs Inconel 625 vs acero al carbono: comparación de grados

Inconel 600 es la aleación de hierro-de níquel-cromo-de uso general y alta-temperatura y es la más fácil de soldar de las tres al acero al carbono. Inconel 625 agrega molibdeno y niobio para lograr una resistencia mucho mayor a los cloruros, y su metal de aporte es la mejora estándar para servicios severos. El acero al carbono es el material estructural económico que soporta la carga y la presión. La siguiente comparación explica qué propiedades impulsan la decisión de cada relleno.

Tabla 14. Comparación de grados relevantes para soldaduras diferentes

Un punto práctico de la tabla: tanto Inconel 600 como Inconel 625 se encuentran en P-No. 43, por lo que un procedimiento calificado en uno no cubre automáticamente el otro. La especificación del metal base es una variable esencial, por lo que si un proyecto utiliza ambos grados, califique cada uno. La comparación más amplia entre las aleaciones de níquel y el acero inoxidable se trata en elComparación de Inconel 625 y 316Ly en elComparación de Inconel 625 vs Incoloy 825.

¿Qué influye en el costo de una soldadura de Inconel 600 para acero al carbono?

El costo dominante es el paquete de calificación e inspección, no el metal depositado. El relleno a base de níquel-cuesta varias veces más por kilogramo que el relleno de acero al carbono, pero un solo procedimiento calificado puede cubrir una gran cantidad de uniones similares, mientras que la calificación del procedimiento, la calificación del soldador, el gas de purga, los estudios de dureza y cualquier tratamiento térmico posterior-a la soldadura son en gran medida costos fijos que deben cubrirse una vez y luego amortizarse.

Tres decisiones mueven más el costo. Primero, si se requiere untar con mantequilla: agrega deposición, mecanizado y un ciclo de tratamiento térmico-por separado, pero convierte un problema de tratamiento térmico-inmanejable en uno manejable. En segundo lugar, si el código aplicable activa el tratamiento térmico posterior a la soldadura: permanecer por debajo del umbral de 19 mm según ASME B31.3 evita una operación completa. En tercer lugar, qué parte del trabajo se realiza en el taller y no en el campo, ya que soldar una aleación de níquel en el campo requiere protección contra el viento, control de purga y un soldador calificado para el puesto. La economía de la prefabricación para este tipo de trabajo se examina en elComparación de costos de prefabricación de carretes de tubería versus soldadura en campo.

Vale la pena señalar que el costo de ingeniería de utilizar un relleno incorrecto es mucho mayor que el costo del relleno en sí. Una soldadura diferente fallida en una planta química o en una línea de gas amargo significa pérdida de producción, retrabajo, re-inspección y, a menudo, un procedimiento revisado. Esa asimetría es la razón por la cual el relleno a base de níquel-se especifica como una opción predeterminada en lugar de una opción premium.

Preguntas frecuentes

¿Se puede soldar Inconel 600 al acero al carbono?

Sí. Inconel 600 (UNS N06600) suelda de manera confiable a acero al carbono como ASTM A106 Grado B o A516 Grado 70 cuando se utiliza un metal de aportación a base de níquel-. La unión se clasifica como una soldadura de metales diferentes, por lo que necesita un procedimiento propio calificado y soldadores calificados en aleación de níquel. Las aplicaciones típicas incluyen conexiones de termopozos y boquillas, juntas de tubos-a-placas de tubos de intercambiadores de calor, herrajes para hornos y componentes nucleares.

¿Qué metal de aportación se debe utilizar para soldar Inconel 600 al acero al carbono?

Utilice un metal de aportación a base de níquel-. ERNiCr-3 (Alloy 82, UNS N06082, AWS A5.14) es la opción estándar para GTAW y GMAW, y ENiCrFe-2 o ENiCrFe-3 (Alloy 182, AWS A5.11) es la opción estándar para SMAW. Estos rellenos coinciden estrechamente con la expansión térmica del acero al carbono, toleran la dilución del acero y resisten el agrietamiento por solidificación porque su contenido de niobio retiene azufre y fósforo.

¿Puedo usar ER309L para soldar Inconel 600 a acero al carbono?

No apto para temperaturas elevadas-ni servicio crítico. ER309L se usa ampliamente para unir acero al carbono con acero inoxidable por debajo de aproximadamente 315 C (600 F), pero para el acero al carbono con Inconel 600, el relleno austenítico tiene un coeficiente de expansión térmica de aproximadamente 18 micrómetros por metro por grado Celsius contra aproximadamente 12 para el acero al carbono. Ese desajuste concentra la tensión en la línea de fusión ferrítica y provoca fatiga térmica y agrietamiento. Se prefiere el relleno a base de níquel-, como ERNiCr-3, a todas las temperaturas.

¿Cuál es el número ASME P-de Inconel 600?

Inconel 600 (UNS N06600) es P-No. 43 Grupo 1 en ASME BPVC Sección IX, listado en QW/QB-422. Su número de grupo ISO 15608 también es 43. El acero al carbono como A106 Grado B, A333 Grado 6, A516 Grado 70 y A105 es P-No. 1. Debido a que los dos metales base tienen números P diferentes, ASME Sección IX trata la unión como una soldadura de metal diferente.

¿Se requiere precalentamiento al soldar Inconel 600 a acero al carbono?

Generalmente no. El Inconel 600 en sí nunca necesita precalentamiento, y el acero al carbono en P-No. 1 con un equivalente de carbono inferior a aproximadamente 0,42 y un espesor de hasta aproximadamente 19 mm normalmente se puede soldar a temperatura ambiente siempre que la superficie esté seca y por encima del punto de rocío. El precalentamiento se vuelve necesario para secciones más gruesas, mayores equivalentes de carbono, alta restricción, baja temperatura ambiente o cuando el código vigente o la especificación del propietario lo requiera.

¿Se requiere tratamiento térmico posterior-a la soldadura de Inconel 600 a acero al carbono?

No para el lado del níquel. El metal de soldadura Inconel 600 y ERNiCr-3 no requieren tratamiento térmico posterior a la soldadura, y su aplicación innecesaria es perjudicial porque la migración de carbono se acelera por encima de aproximadamente 480 C. El tratamiento térmico se requiere solo cuando el lado de acero al carbono lo activa, por ejemplo, con un espesor de pared superior a 19 mm según ASME B31.3 Tabla 331.1.1, por encima de 38 mm según ASME VIII División 1 UCS-56, o para cualquier Servicio amargo bajo NACE MR0175 / ISO 15156.

¿Por qué ocurre la migración de carbono en Inconel 600 a las soldaduras de acero al carbono?

El carbono migra porque los dos lados tienen una actividad de carbono muy diferente. A temperaturas de servicio o de tratamiento térmico-superiores a aproximadamente 480 °C, el carbono del acero ferrítico se difunde hacia el lado superior-de cromo-níquel y precipita como carburos de cromo a lo largo del límite de fusión. Eso deja una banda de ferrita suave, sin carbono-en el acero y una banda dura y quebradiza-enriquecida con carburo en la interfaz. La solución es un relleno a base de níquel-que aumenta el contenido de níquel de la zona de fusión y reduce la actividad del carbono, combinado con una dilución mínima y evitando tratamientos térmicos innecesarios.

¿Qué causa las grietas al soldar Inconel 600 al acero al carbono?

Dominan cuatro mecanismos. Solidificación o agrietamiento en caliente en el baño de soldadura austenítica, impulsado por azufre y fósforo; craqueo asistido por hidrógeno-en una zona afectada por el calor-en el lado del acero al carbono, impulsado por un alto equivalente de carbono y sin precalentamiento; fatiga diferencial por expansión térmica en la línea de fusión ferrítica, impulsada por el desajuste de expansión; y agrietamiento-de tensión o relajación cuando la junta se trata térmicamente a una temperatura incorrecta. Un relleno de níquel que contiene niobio-, superficies limpias, entrada de calor controlada y control correcto del precalentamiento, los cuatro.

¿Qué es el enmantequillado en la soldadura de metales diferentes?

El enmantequillado es la práctica de depositar una o más capas de relleno a base de níquel-en la cara del acero al carbono, mecanizar esa superficie hasta dejarla plana, tratar térmicamente el componente de acero al carbono por sí solo y luego completar la unión con relleno a base de níquel-. Separa la interfaz de migración de carbono de la soldadura final y permite que el acero al carbono reciba el tratamiento térmico posterior-a la soldadura que exige el código o el servicio sin exponer nunca la soldadura de níquel completada a esa temperatura.

¿Qué gas protector se debe utilizar para GTAW en Inconel 600?

Utilice 100 por ciento argón para la mayoría de los trabajos GTAW, a aproximadamente 10 a 15 litros por minuto. Para secciones más gruesas o cuando se necesita una mejor humectación y penetración, use una mezcla de argón y helio, como 75 por ciento de helio con 25 por ciento de argón. No utilice dióxido de carbono ni gases que contengan -nitrógeno, ya que provocan porosidad y formación de nitruros. Para GMAW, lo típico es argón con entre un 15 y un 25 por ciento de helio.

¿Los soldadores necesitan calificación especial para Inconel 600?

Sí. La calificación de rendimiento del soldador según ASME Sección IX está ligada al número P-del metal base y al número F-del metal de aportación, por lo que un soldador calificado solo en acero al carbono no está calificado para soldar Inconel 600. Cada soldador debe pasar una prueba de rendimiento separada en aleación de níquel utilizando el procedimiento calificado antes de trabajar en juntas de producción.

¿Cuál es la temperatura máxima entre pasadas para soldar Inconel 600?

Mantenga la temperatura entre pasadas a 150 C (300 F) o menos cuando suelde Inconel 600, y especialmente cuando lo suelde a acero al carbono. Una temperatura excesiva entre pasadas ralentiza el enfriamiento, promueve la precipitación de carburo de cromo y el crecimiento de granos en la aleación de níquel, aumenta la dilución del acero y aumenta el riesgo de agrietamiento en caliente y pérdida de resistencia a la corrosión. Deje que la articulación se enfríe naturalmente entre pasadas en lugar de apagarla.

¿Cómo se inspecciona una soldadura de Inconel 600 a acero al carbono?

Comience con una inspección visual, luego una prueba de tintes penetrantes usando penetrantes con bajo contenido de azufre y halógenos y luego un examen radiográfico o ultrasónico en fases, según lo requiera el diseño. Agregue un estudio de dureza a través de la línea de fusión ferrítica cuando el servicio esté ácido, verifique los metales de aporte y base mediante una identificación positiva del material y confirme cero ferrita en el metal de soldadura de níquel. Las curvaturas laterales destructivas en el cupón de calificación del procedimiento son la verificación más sensible en la línea de fusión ferrítica.

¿Se puede soldar Inconel 600 al acero inoxidable 316?

Sí, y es más fácil que soldar acero al carbono. Tanto el acero inoxidable Inconel 600 como el 316 son austeníticos, por lo que no hay desajustes en la estructura cristalina ni riesgo de migración de carbono de la misma magnitud. ERNiCr-3 sigue siendo el relleno preferido porque tolera la dilución y resiste el agrietamiento en caliente, aunque se utilizan rellenos con alto contenido de molibdeno, como ERNiCrMo-3, cuando es importante la resistencia a las picaduras o al cloruro.

¿Cuál es la diferencia entre ERNiCr-3 y ERNiCrMo-3?

ERNiCr-3 (Aleación 82) es una carga de níquel-cromo-hierro con aproximadamente un 67 por ciento de níquel, entre un 18 y un 22 por ciento de cromo y entre un 2 y un 3 por ciento de niobio, y es la opción estándar para soldar Inconel 600 a acero al carbono. ERNiCrMo-3 (relleno de aleación 625) agrega aproximadamente un 9 por ciento de molibdeno y un 3,5 por ciento de niobio, lo que proporciona una resistencia mucho mejor a las picaduras, la corrosión por grietas y los cloruros, además de una mayor resistencia. Elija ERNiCrMo-3 para servicios corrosivos severos o mayor resistencia de las juntas, y tenga en cuenta que el cambio requiere una nueva calificación del procedimiento.

¿Una soldadura de Inconel 600 a acero al carbono necesita PWHT para servicio amargo?

El lado de níquel no, pero el lado de acero al carbono sí. Las tapas NACE MR0175/ISO 15156 sueldan y la dureza de la zona-afectada-por calor a 22 HRC (aproximadamente 248 HV) para aceros al carbono y de baja-aleación en servicio ácido, y una zona-afectada por el calor-soldada frecuentemente excede eso cuando el equivalente de carbono está por encima de aproximadamente 0,42. La solución práctica es untar con mantequilla el acero al carbono, tratar térmicamente ese componente para cumplir con el límite de dureza, verificarlo con un estudio de dureza y luego completar la unión con relleno a base de níquel-.

¿Cómo se previene la porosidad en las soldaduras de Inconel 600?

La limpieza y la cobertura de gas deciden el resultado. Desengrase y limpie la junta con un solvente libre de cloruro-y bajo-azufre, elimine toda la pintura, tinta de marcador y compuestos que contengan azufre-, use un cepillo específico para acero inoxidable o níquel y nunca permita que el polvo de esmerilado de acero al carbono contamine la superficie de níquel. Luego use el flujo de gas de protección correcto, proteja el baño de soldadura de corrientes de aire, purgue las secciones cerradas con argón y mantenga el alambre de relleno limpio y seco.

¿Cuál es el límite de carbono equivalente para el lado de acero al carbono?

Utilice la fórmula IIW, CE=C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. Los aceros con un equivalente de carbono superior a aproximadamente 0,42 se consideran difíciles de soldar porque la zona afectada por el calor-se endurece y se vuelve susceptible al agrietamiento por hidrógeno. Para una unión de Inconel 600 a acero al carbono, esto es importante porque la zona afectada por el calor ferrítico-es donde las soldaduras diferentes fallan con mayor frecuencia, por lo que un mayor equivalente de carbono significa precalentamiento, entrada de calor controlada y, a menudo, un estudio de dureza.

¿Cuánto cuesta soldar Inconel 600 al acero al carbono?

La soldadura en sí es una pequeña parte del coste. El relleno a base de níquel-cuesta varias veces más por kilogramo que el relleno de acero al carbono, y el enmantequillado, la calificación de procedimientos, la calificación de soldadores, el gas de purga, los estudios de dureza y cualquier tratamiento térmico posterior-a la soldadura agregan horas de ingeniería e inspección. El factor de costo dominante suele ser el paquete de calificación en lugar del metal depositado, razón por la cual un único procedimiento calificado debe reutilizarse en tantas uniones similares como lo permita el código.

¿Cuál es el mejor proceso de soldadura de Inconel 600 a acero al carbono?

La soldadura por arco de tungsteno con gas es el mejor proceso para la pasada de raíz y para trabajos en paredes delgadas-porque proporciona un control preciso del calor y depósitos limpios y libres de escoria-. La soldadura por arco metálico con gas con transferencia por pulverización se adapta a rellenos más espesos, y la soldadura por arco metálico protegido es la opción práctica en el campo con electrodos ENiCrFe-2 o ENiCrFe-3. La soldadura por arco sumergido y con núcleo fundente generalmente no se recomienda para el lado del níquel debido a las interacciones del fundente y al mayor aporte de calor.

Las siguientes preguntas son las que los ingenieros, fabricantes y equipos de adquisiciones hacen con más frecuencia sobre la soldadura de Inconel 600 para acero al carbono. Para obtener un conjunto más amplio de preguntas sobre aleaciones de níquel, consulte elÍndice de preguntas frecuentes sobre aleación JN.

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