Evaluarea stadiului actual privind materialele de sudare performante

Evaluarea stadiului actual privind materialele de sudare performante

4.5. Materiale de sudare pentru otelurile duplex

Otelurile moderne inoxidabile duplex au o sudabilitate buna, dar difera totusi în câteva privinte de marcile standard austenitice. Sudarea otelurilor duplex si superduplex cere alegerea corespunzatoare a materialelor de sudare.

Metalul depus prin sudare are o structura de turnare, daca nu se foloseste un tratament termic dupa sudare, astfel ca proprietatile acestuia pot fi diferite de ale metalului de baza în care, la elaborare se are în vedere echilibrul celor doua faze: ferita si austenita.

Din fericire, experienta, cât si practica de productie au aratat ca o rezistenta buna la coroziune si caracteristici mecanice bune pot fi obtinute, în cazul unui continut relativ larg de ferita. În practica, aceasta însemna ca variatiile în continut ale feritei, care apar întotdeauna la o îmbinare sudat 16416m1211q 59;, pot fi tolerate si ca un continut acceptabil de ferita poate fi obtinut pentru o gama de conditii de sudare, respectiv de materiale de sudare.

Proprietatile optime ale metalului depus prin sudare se obtin, în mod normal, folosind un material de adaos supra-aliat cu Ni (de ordinul a 9%) fata de metalul de baza (5,5 - 7%). Continutul ridicat de Ni este necesar pentru a asigura si îmbunatati formarea austenitei în timpul racirii. Materialele de adaos cu compozitii chimice apropiate de cele ale materialelor de baza (5,5 - 7%) sunt folosite numai atunci când se efectueaza si un tratament termic post-sudare. Sudarea fara material de adaos, sau o dilutie excesiva cu materialul de baza, pot produce o structura fragila, cu un continut ridicat de ferita. Este interesant de notat ca, în principiu, doua tipuri de compozitii chimice ale materialului depus prin sudare sunt suficiente pentru sudarea tuturor otelurilor duplex. Materialele de adaos standard tip 22%Cr 9%Ni 3%Mo 0,15N pot fi folosite pentru otelurile duplex cu 23%Cr fara Mo si tip 22%Cr, în timp ce materialele de adaos de tip superduplex 25%Cr 9%Ni 4%Mo 0,25%N pot fi folosite la otelurile cu 23%Cr si marci mai înalt aliate.

Totusi , dezvoltarea noilor si modernelor oteluri duplex si superduplex a impus dezvoltarea unor noi materiale de sudare pentru a se potrivi proprietatilor noilor marci de oteluri si noilor cerinte.

Pe plan mondial exista o gama larga de materiale de adaos pentru sudarea, atât a tipurilor moderne, cât si a celor deja clasice de oteluri duplex si superduplex. Aceste materiale dezvoltate pentru toate tipurile de procedee (manual cu electrozi înveliti, mecanizat în medii de gaze protectoare cu sârme pline si tubulare si sub strat de flux), trebuie sa satisfaca cerintele de rezistenta la coroziune atât la sudarea otelurilor duplex Cr-Ni-Mo-N, cât si în cazul sudarii cu adaosuri de Cu sau Cu/W.

Materialele de adaos superduplex se folosesc din ce în ce mai mult pentru sudarea otelurilor duplex standard cu 22%Cr pentru a se obtine o crestere a rezistentei la coroziune a cordoanelor de sudura. O alta metoda care se foloseste pentru cresterea rezistentei la coroziune este adaugarea de azot, care mai nou, în cazul sudarii MIG sau WIG se poate face si prin intermediul gazului de protectie si suport la radacina. Introducerea azotului în gazul de protectie se face în proportie de 2 - 4% pentru a compensa degazarea azotului din baia lichida, iar rezistenta la coroziune si structura cusaturii sa nu fie modificata esential. Acest fapt a condus, combinat cu avantajele cunoscute ale procedeului de sudare în mediu de gaze protectoare, la extinderea acestui procedeu si la sudarea echipamentelor din oteluri duplex, respectiv superduplex.

Pâna acum, sudarea în mediu de gaz protector cu sârma tubulara a fost folosita numai la un domeniu restrâns de oteluri inoxidabile duplex, în principal datorita gamei relativ restrânse de materiale de adaos disponibile. Cu toate acestea, fiind un procedeu de sudare cu adaptabilitate si randament ridicat, cu posibilitati relativ usoare de adaptare a compozitiei chimice a metalului depus, se poate prevedea o extindere a utilizarii sale în masura mult mai mare în viitor. Aceasta adaptare a compozitiei chimice se poate face atât din punct de vedere a elementelor formatoare de ferita (Cr, Mo), care se regasesc în structura feritica a metalului depus de tip duplex, cât si a elementelor formatoare de austenita (Ni, Cu, Si, chiar N₂). Azotul, în special, se regaseste în principal în structura austenitica a metalului depus. Se va urmari, deci, de a avea o cantitate suficienta de azot în metalul depus (norma specifica 0,08%, dar 0,15 este acoperitor). Azotul prezent în metalul de baza asigura o prezenta suficienta a austenitei în ZIT lânga sudura. La temperatura ridicata, grauntii de austenita cu continut ridicat în azot nu se transforma rapid în ferita, iar acolo unde are loc transformarea, austenita se va forma la limita grauntilor de ferita sub influenta azotului si la o temperatura în scadere. Riscul unui ZIT cu continut ridicat în ferita se diminueaza deci, si în consecinta, proprietatile mecanice ale zonei de tranzitie pun mai putin probleme.

Pentru alegerea corecta a materialelor de sudare, un ajutor important ni-l ofera diagrama "WRC-1992" [4.20]. Cu ajutorul diagramei este posibila cunoasterea continutului de ferita al îmbinarii realizate din otelul dat cu diferite tipuri de materiale de sudare, putându-se stabili raportul optim austenita - ferita.

Figura 4.6. Diagrama WRC-1992

În continuare, în tabelul 4.18 se prezinta câteva materiale de sudare produse de firme de prestigiu de pe plan mondial, pentru diferite procedee de sudare a otelurilor duplex si superduplex.

Tabelul 4.18. 

Materiale de sudare pentru oteluri duplex si superduplex

În tabelul 4.19 se prezinta principalele caracteristici ale materialelor de sudare pentru otelurile duplex, iar în tabelul 4.20 pentru otelurile superduplex.

Tabelul 4.19. 

Principalele caracteristici ale materialelor de sudare pentru otelurile duplex

Tabelul 4.20. 

Principalele caracteristici ale materialelor de sudare pentru otelurile superduplex

Analizând datele din tabele rezulta ca, pentru otelurile duplex sunt asigurate materiale de sudare pentru toate procedeele de sudare de marile firme producatoare de pe plan mondial. Pentru otelurile superduplex deocamdata sunt asigurate materiale pentru sudarea manuala cu electrozi înveliti, sudarea cu sârme pline în mediu de gaz protector si pentru sudarea sub strat de flux doar de doua firme producatoare, si anume: ESAB Suedia si Böhler Austria.

De remarcat ca, pe plan national nu se produc materiale de sudare pentru îmbinarea otelurilor duplex si superduplex.

Pentru clasificarea acestor materiale de sudare se utilizeaza, în principal, normele europene:

• EN 1600 pentru electrozi înveliti, preluat ca standard national SR EN 1600 "Materiale de sudare. Electrozi înveliti pentru sudarea otelurilor inoxidabile si refractare";
• EN 12072 pentru sârme pline pentru sudarea otelurilor inoxidabile si termorefractare;
• EN 12073 pentru sârme tubulare pentru sudarea otelurilor inoxidabile si termorefractare;
• EN 760 pentru fluxuri pentru sudarea cu arc electric sub strat de flux, adoptat si ca standard national SR EN 760.

Alta norma generala aplicata este EN 759 "Conditii tehnice de livrare a metalelor de adaos pentru sudare", adoptat si ca standard national SR EN 759.