¿Cuál es el proceso de soldadura para tuberías de acero inoxidable 347H?

El proceso de soldadura para tuberías de acero inoxidable 347H debe tener en cuenta tanto las características de su estructura austenítica como el efecto estabilizador de los elementos de niobio, con el fin de prevenir problemas como la corrosión intergranular y las grietas térmicas, mientras se asegura el rendimiento a alta temperatura. A continuación, se presentan los puntos detallados del proceso de soldadura basados en las propiedades del material y la práctica ingenieril: 

I. Selección de Materiales de Soldadura

1. Cable de Soldadura (Metal de Aporte)

Cable de Soldadura Estándar

Utilice ER347 con niobio (por ejemplo, AWS A5.9 ER347, composición: C ≤ 0,08%, Cr18 - 21%, Ni9 - 11%, Nb ≥ 8×C%), para asegurar la formación de NbC estable en la costura de soldadura y prevenir la corrosión intergranular causada por la precipitación de carburos.

Cable de Soldadura sin Relleno de Argón

Como TGF - 347 (cable con núcleo fundido), a través de los desoxidantes en el fundente (como Al, Ti) para formar un desecho protector posterior durante la soldadura, no se requiere gas argón adicional, adecuado para la soldadura en todas las posiciones de tuberías en el sitio (por ejemplo, uniones de soldadura 6G), aumentando la eficiencia en más del 30%.

Varilla de soldadura

Para la soldadura manual, se puede seleccionar E347 (por ejemplo, AWS A5.4 E347-16), que se utiliza para el mantenimiento o la soldadura de tuberías de pared gruesa. La temperatura de secado es de 150-200℃, manteniéndola durante 1 hora.

2. Materiales de soldadura a evitar

Se prohíbe el uso del alambre de soldadura ER321 que contiene titanio, ya que el titanio tiende a quemarse (temperatura de oxidación aproximadamente 600℃) a altas temperaturas de soldadura, lo que resulta en un contenido insuficiente de titanio en la costura de soldadura y la incapacidad de fijar efectivamente el carbono, aumentando el riesgo de corrosión intergranular.

II. Métodos de soldadura y escenarios aplicables

Imagen (Figura 1)

III. Preparación antes de la soldadura

Procesamiento de ranuras

Utilizando procesamiento mecánico (tornero, máquina de biselado) o corte por plasma (se requiere lijado para eliminar la capa de óxido), las formas de bisel recomendadas son en forma de V (ángulo 60±5°) o en forma de U (radio de la raíz 3-5mm), con un borde de bisel de 1-2mm y un espacio de 2-3mm. Evite la oxidación del borde causada por el corte manual con gas.,

Limpieza de superficies 

Retire el aceite, el agua y la pintura del bisel y del área de 20 mm a ambos lados utilizando acetona o alcohol. Utilice un cepillo de alambre de acero inoxidable para eliminar la escama de óxido o la corrosión. No permita que las herramientas de acero al carbono entren en contacto con el material base.

Protección posterior (proceso sin llenado de argón) 

Antes de la soldadura, se llena el conducto con gas argón (caudal de 15 - 20 L/min) hasta que el contenido de oxígeno sea inferior a 50 ppm (controlado por un detector de contenido de oxígeno) para prevenir la oxidación del reverso y la formación de una capa pobre en cromo. 

IV. Control del proceso de soldadura

Control de la entrada de calor 

Controle estrictamente la corriente y la velocidad de soldadura, con una entrada de calor ≤ 1,5 kJ/mm (para tubos de pared delgada, ≤ 1,0 kJ/mm). Adopte la técnica de corriente baja, soldadura rápida y cordones de soldadura estrechos para reducir la duración de la alta temperatura y evitar el engrosamiento de los granos y la precipitación de NbC. Temperatura entre capas

Durante la soldadura en múltiples capas, la temperatura entre capas debe controlarse entre 100 - 150℃. Esto se puede monitorear en tiempo real utilizando un termómetro infrarrojo para evitar que el metal de soldadura se envejezca excesivamente debido a temperaturas entre capas excesivamente altas.

Puntos clave de operación

Durante la soldadura TIG, mantenga el electrodo de tungsteno a 2 - 3mm de la ranura y utilice una línea recta o una pequeña oscilación para evitar la deriva del arco que puede causar la falla de la protección; para la soldadura MIG, mantenga la longitud del alambre de soldadura en 15 - 20mm para evitar que el alambre se sobrecaliente y se oxide.

Para la soldadura en todas las posiciones (como las aberturas de acceso a tuberías), prefiera utilizar "soldadura vertical ascendente" o "soldadura horizontal descendente", controle la forma del charco fundido y reduzca el flujo del metal líquido hacia abajo.

V. Tratamiento posterior a la soldadura

Limpieza de costuras de soldadura 

Retire la escoria y las salpicaduras de soldadura superficiales (utilizando cinceles de acero inoxidable o discos de esmerilado). No utilice herramientas de acero al carbono para evitar la contaminación por iones de hierro.

Tratamiento térmico (según sea necesario) 

Tratamiento de solución

Para tuberías de pared gruesa (con un espesor de pared mayor a 15mm) o componentes críticos, después de la soldadura, se requiere un recocido de solución a 1020 - 1100℃. Es necesario el enfriamiento rápido con agua para asegurar que el NbC se disuelva completamente y para restaurar la resistencia a la corrosión intergranular.

Alivio de tensiones

Si la pieza de trabajo necesita soportar cargas alternas, se puede realizar un recocido de alivio de tensiones a 650 - 700℃ (con un tiempo de permanencia de 1 - 2 horas para un espesor de 25mm). Luego, el horno se enfría a menos de 300℃ y se enfía al aire para reducir el riesgo de corrosión por tensiones. Tratamiento de superficie

Para componentes con altos requisitos de resistencia a la corrosión, después de la soldadura, realizar lavado ácido y pasivación (por ejemplo, sumergir en una solución de 20% HNO₃ + 5% HF durante 30 minutos), o pulido mecánico (con una rugosidad Ra ≤ 1.6 μm) para eliminar la película de óxido superficial. 

VI. Inspección de calidad y prevención de defectos

Pruebas no destructivas 

Prueba radiográfica (RT)

Realizada de acuerdo con ASTM E155 o GB/T 3323, el grado I es apto. El enfoque es detectar fusión incompleta y poros (diámetro de poro individual ≤ 1.5mm, poros densos ≤ 3 por 100mm).

Prueba penetrante (PT)

Utilizada para la detección de grietas superficiales, utilizando penetrante fluorescente a base de disolvente, con nivel de sensibilidad B.

Defectos comunes y medidas contra ellos 

Grietas térmicas:

La causa es la precipitación de NbC durante la solidificación del charco fundido, lo que conduce a la fragilidad de los límites de grano. La contrapartida es controlar el contenido de azufre y fósforo (metal base S ≤ 0.030%, P ≤ 0.035%) y reducir la tensión de soldadura (evitar el ensamblaje forzado).

Corrosión intergranular:

En su mayoría es causada por una selección inadecuada de materiales de soldadura o una entrada de calor excesiva. Es necesario garantizar que el contenido de Nb/C del alambre de soldar sea ≥ 8 y realizar un tratamiento de solución posterior a la soldadura de manera oportuna. Poros

La principal razón es que el gas de protección no es puro o que el surco no se ha limpiado completamente. Por lo tanto, se debe utilizar argón de alta pureza (con un punto de rocío de ≤ -40℃) y se debe eliminar completamente el aceite antes de la soldadura.

VII. Casos de aplicación en ingeniería

Soldadura de tuberías de caldera en centrales eléctricas,

En una unidad supercrítica de 600℃, se soldó la tubería 347H de Φ108×12mm utilizando TIG como capa base (ER347, φ2.4mm, corriente 120A) y soldadura manual para las capas de relleno y de cobertura (E347, φ3.2mm, corriente 100A). Se realizó una inspección RT al 100% después de la soldadura, y la tasa de aprobación en un solo intento fue superior al 98%.

Soldadura en sitio de tanques de almacenamiento de sal fundida de energía térmica

Se realizó soldadura en toda la posición utilizando alambre de relleno TGF-347 (φ1.2mm). No se requirió argón en la parte posterior, y la velocidad de soldadura se incrementó a 0.8m/min. Combinado con la inspección por partículas magnéticas (MT), se garantizó que la superficie de la costura no tuviera grietas. Esto se aplicó a un proyecto de energía térmica de 50MW en Qinghai, con una longitud acumulada de soldadura que superó los 10km.

Resumen

El núcleo de la soldadura de tuberías de acero inoxidable 347H radica en equilibrar la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión mediante el uso de materiales de soldadura que contengan niobio, el control estricto de la entrada de calor y tratamientos posteriores a la soldadura específicos. En la operación real, se debe seleccionar el método de soldadura en función del espesor de la pieza y el entorno de servicio. Se deben priorizar procesos eficientes, como los que no requieran llenado de argón. Al mismo tiempo, se debe prestar atención a la limpieza del bisel y a la pureza del gas de protección para garantizar que las propiedades de la soldadura coincidan con las del material base, cumpliendo con los requisitos de servicio a largo plazo en condiciones adversas, como las de las industrias eléctricas y químicas.