Varilla de soldadura de aleación a base de níquel Monel K500

Monel K500 se puede soldar, y la unión no será tan fuerte como la aleación que une. Eso no es un defecto en el procedimiento. Es una propiedad del único metal de aporte recomendado para el trabajo, y es lo primero que un fabricante debe saber antes de que se fije el plano.

La razón se encuentra en una sola frase publicada. El metal de aporte depositado por el grado utilizado para esta aleación no es endurecible por envejecimiento, y cuando se utiliza para unir Monel K500 tiene menor resistencia que el metal base. Monel K500 obtiene su resistencia de un tratamiento térmico que precipita partículas a través del material. El metal de aporte a juego tiene una química similar pero sin respuesta de envejecimiento utilizable, por lo que un tratamiento térmico posterior a la soldadura endurece el metal base alrededor de la soldadura y deja el metal de soldadura donde estaba.

Se recomienda un metal de aporte para unir esta aleación, y está designado en todos los sistemas de clasificación que un comprador probablemente consultará. El mismo alambre responde a todos ellos, por eso una consulta que cita un sistema y un certificado de molino que cita otro pueden describir el mismo producto.

Dos de esos números son fáciles de transponer y vale la pena separarlos una vez. El aporte es 2.4377. El metal base es 2.4375. Difieren en el último dígito y son materiales diferentes.

Las dos cifras a continuación provienen de dos documentos diferentes, y ponerlas una al lado de la otra es la razón por la que existe esta página. Una es el mínimo que debe entregar el metal de aporte. La otra es el mínimo que debe entregar el metal base en la condición en que se compran la mayoría de las piezas.

El depósito está garantizado a la mitad de la resistencia a la tracción de la barra endurecida por envejecimiento que une, y la brecha no se cierra por nada hecho después de la soldadura. La descripción publicada del depósito es que sus propiedades son similares a las de la aleación Monel 400, que es la forma correcta de pensarlo: un ensamblaje soldado de K500 contiene una región de material de nivel de aleación 400 que lo atraviesa.

Dos consecuencias se derivan para el plano. Una unión soldada en K500 debe colocarse donde el diseño permita una región de menor resistencia, lo que generalmente significa lejos de la sección de mayor tensión. Y donde la resistencia envejecida completa debe cruzar una unión, la unión debe hacerse por un método que no dependa del aporte, o la pieza debe rediseñarse para evitar la unión.

La guía de aleación publicada se sitúa junto a eso y no lo contradice, aunque las dos parecen que podrían hacerlo. El boletín de aleación afirma que se pueden producir soldaduras con la resistencia del metal base endurecido por envejecimiento si el tratamiento de envejecimiento se aplica después de la soldadura, lo que es una declaración sobre el ensamblaje. La hoja de datos del metal de aporte afirma que el metal de soldadura no es endurecible por envejecimiento, lo que es una declaración sobre el depósito. Ambas son correctas a la vez: el metal base alrededor de una soldadura recupera su resistencia envejecida cuando se envejece el ensamblaje soldado, y el depósito no.

Esta es la parte del procedimiento que más a menudo se comprime, y comprimirla produce una pieza que falla la inspección o falla al principio del servicio. La secuencia publicada para un componente K500 soldado tiene un recocido entre la soldadura y el envejecimiento, lo que significa tres operaciones térmicas en total.

El paso de recocido tiene una segunda consecuencia que va más allá de la soldadura. Cada parte del ensamblaje pasa por 850 a 900 °C y luego por el ciclo de envejecimiento, por lo que cualquier otra cosa unida a la misma fabricación debe sobrevivir a ambos. Una junta, un sello, un accesorio atornillado o un inserto que no pueda soportar esas temperaturas debe instalarse después del tratamiento térmico, lo que es una decisión de enrutamiento y no de soldadura, y vale la pena resolverlo en la etapa de diseño.

La guía publicada también advierte sobre la otra dirección. El material sobreenvejecido no se puede recuperar con un tratamiento de envejecimiento adicional: la pieza debe recocerse en solución a 1,800 a 1,900 °F para redisolver el precipitado y luego envejecerse nuevamente, y el beneficio de cualquier trabajo en frío se pierde en ese recocido. Un ensamblaje soldado que ve demasiado tiempo a temperatura, por lo tanto, no tiene una ruta de regreso a su condición diseñada.

Los electrodos revestidos son la otra mitad del rango, y están designados con el prefijo EN y no ER. Los dos prefijos no son intercambiables y no son para el mismo proceso: los grados ER son alambre y varilla desnudos para trabajos con protección de gas, y los grados EN son electrodos revestidos para arco de metal manual. La tabla a continuación empareja cada electrodo revestido con el material base para el que está destinado.

Tres correcciones vale la pena llevar adelante de esa tabla, porque las páginas publicadas las tienen mal. Monel 400 es N04400; N02200 es Níquel 200, que es una aleación diferente y una familia diferente. La aleación 825 es Incoloy 825 y no Inconel, ya que los grados Incoloy son la familia de níquel-hierro-cromo. Y el electrodo revestido para 254SMO es ENiCrMo-3, que es la misma designación utilizada para Inconel 625, porque el aporte se elige por la química de la unión y no por el nombre del metal base.

Una de las razones por las que se especifica Monel K500 es que no es magnético, y un componente soldado puede perder esa propiedad en la costura. La descripción publicada de la aleación es que no es magnética hasta -100 °C en la condición endurecida por envejecimiento, con una permeabilidad magnética relativa a temperatura ambiente de 1.0015 o menos. El metal de soldadura tiene una calidad inferior en este aspecto, y la razón es la frase ya citada: el depósito tiene propiedades similares a las de la aleación Monel 400.

La aleación 400 es el único grado de níquel-cobre cuya temperatura de Curie cae dentro del rango ambiental. Su rango publicado es de 21 a 49 °C, con la nota adjunta de que el valor se ve afectado por la composición y que, por lo tanto, algunos lotes serán magnéticos a temperatura ambiente mientras que otros no. Siguiendo la declaración publicada de que el depósito se comporta como la aleación 400, una soldadura K500 hecha con este aporte lleva una región cuyo comportamiento magnético a temperatura ambiente es menos seguro que el del metal base circundante.

Para un componente cuyo propósito es evitar perturbar un sensor magnético, eso debe manejarse deliberadamente y no asumirse. Las opciones prácticas son mantener la costura alejada del sensor, especificar una verificación de permeabilidad magnética en el componente terminado y no solo en el metal base, o evitar soldar en la región sensible por completo. Una orden de compra que especifica el metal base y permanece en silencio sobre la costura no ha especificado la propiedad que importa.

La guía de fabricación publicada para esta familia es inusualmente prescriptiva sobre el taller, y la razón es que las aleaciones de níquel son intolerantes a la contaminación que el acero al carbono tolera sin consecuencias.

ERNiCu-7 para trabajos de arco de tungsteno con gas, arco de metal con gas y arco sumergido, también designado AWS A5.14 ERNiCu-7 y UNS N04060, con el nombre comercial Monel Filler Metal 60. El equivalente en electrodo revestido para arco de metal manual es ENiCu-7. La designación alemana es SG-NiCu30MnTi con el número de material 2.4377, y la designación internacional es SNi4060, o NiCu30Mn3Ti.

No. La declaración publicada es que el metal de soldadura no es endurecible por envejecimiento y tiene menor resistencia que el metal base cuando se utiliza para unir K500. Los números concretan el tamaño de la brecha: el aporte se especifica con una resistencia a la tracción mínima de 70,000 psi, o 483 MPa, mientras que la barra K500 endurecida por envejecimiento se especifica con un mínimo de 140 ksi, o 965 MPa. El depósito está garantizado a la mitad de la resistencia de la barra que une, y ningún tratamiento posterior a la soldadura cierra esa brecha.

Fortalece el metal base alrededor de la soldadura y no el metal de soldadura. La guía de aleación de que se pueden producir soldaduras con la resistencia del metal base endurecido por envejecimiento si el envejecimiento se aplica después de la soldadura describe el ensamblaje. La declaración de la hoja de datos del aporte de que el metal de soldadura no es endurecible por envejecimiento describe el depósito. Ambas son correctas, y leer la primera como una declaración sobre el metal de soldadura es el error que esta distinción existe para prevenir.

Soldar la pieza con el metal base en condición de recocido en solución, luego recocer el componente soldado entre 850 y 900 °C con enfriamiento lo más rápido posible, luego endurecerlo por envejecimiento. El rango de envejecimiento publicado es de 580 a 610 °C, con 4 a 16 horas para varilla y forjas, enfriamiento en horno a aproximadamente 12 °C por hora hasta 480 °C, y luego enfriamiento al aire. El recocido entre la soldadura y el envejecimiento es el paso que más a menudo se omite.

No debería. La guía publicada es evitar soldar material endurecido por envejecimiento debido a una ductilidad muy reducida. La secuencia que funciona es soldar en condición recocida y aplicar el tratamiento de envejecimiento después. Donde una pieza ha sido envejecida y luego necesita ser unida, las opciones son eliminar el envejecimiento recociendo en solución primero, o cambiar el diseño de la unión.

ENiCu-7, que es el electrodo revestido para la familia de níquel-cobre y comparte el número de designación con el alambre desnudo utilizado para K500. Una página publicada sobre este tema da Monel 400 como N02200; el número UNS correcto es N04400. N02200 es Níquel 200, un níquel comercialmente puro y un material diferente.

Monel K500 se suelda con un aporte de níquel-cobre, designado ERNiCu-7 como alambre desnudo y ENiCu-7 como electrodo revestido, con el número de material 2.4377 frente a 2.4375 para el metal base. Ese aporte no es endurecible por envejecimiento, por lo que el depósito está garantizado a 70,000 psi, o 483 MPa, frente a los 140 ksi, o 965 MPa, mínimos de la barra endurecida por envejecimiento que une. La unión es, por lo tanto, la región más débil del componente por diseño y no por error, y debe colocarse en consecuencia. La secuencia correcta son tres pasos térmicos y no dos: soldar en condición recocida con la temperatura entre pasadas por debajo de 120 °C, recocer entre 850 y 900 °C, luego envejecer a 580 a 610 °C. El área de trabajo, las herramientas y el régimen de limpieza importan más de lo que lo harían en acero al carbono, porque la aleación es menos indulgente con la contaminación.

Los consumibles de soldadura de níquel-cobre y el metal base a juego se suministran desde Changzhou, Jiangsu, en las formas de alambre desnudo y electrodo revestido descritas anteriormente, desde una planta que tiene certificación ISO 9001 y es auditada por SGS. Envíe los materiales base, el proceso y si la unión debe soportar la resistencia envejecida, y el aporte y la secuencia se derivarán de esas tres respuestas.

1. Ficha técnica de producto de Special Metals para MONEL Filler Metal 60. Fuente de los aportes y metales base para los que está destinado, la declaración de que el metal de soldadura no es endurecible por envejecimiento y tiene menor resistencia que K500 cuando se utiliza para unirlo, la similitud del metal depositado con la aleación 400, la resistencia a la tracción mínima de 70,000 psi y la elongación del 30 %, la composición química limitante, la lista de designaciones en AWS, ASME, BS, DIN e ISO, la capa barrera recomendada para ciertas condiciones de arco de metal con gas, el fundente para arco sumergido, y los diámetros y longitudes rectas disponibles.
2. Ficha de datos de VDM Metals para Alloy K-500, Nicorros Al. Fuente de la sección de soldadura: el requisito de que el material esté en condición de recocido en solución para soldar, la temperatura máxima entre pasadas de 120 °C, la recomendación de recocer entre 850 y 900 °C después de soldar y antes del endurecimiento por envejecimiento, el rango y los tiempos de endurecimiento por envejecimiento, el requisito de protección de raíz, la técnica de impulso, los requisitos de limpieza y lugar de trabajo, las restricciones de herramientas y máquinas, la eliminación del tinte de calor y la secuencia de decapado, y la declaración de que la aleación no es magnética hasta menos 100 °C en la condición endurecida por envejecimiento.
3. La misma ficha de datos, sobre el tratamiento de endurecimiento por envejecimiento y sus límites. Fuente del rango de 580 a 610 °C, la retención de 4 a 16 horas para varilla y forjas, la velocidad de enfriamiento en horno de aproximadamente 12 °C por hora hasta 480 °C, y el ciclo acortado a 640 °C.
4. ASTM B865, barra, varilla, alambre y forjas de aleación de níquel-cobre-aluminio endurecible por precipitación. Fuente de los valores mínimos de resistencia a la tracción, límite elástico y elongación para barra y varilla endurecidas por envejecimiento utilizadas en la comparación del depósito frente al metal base.
5. Boletín técnico de Special Metals SMC-062, aleación MONEL K-500. Fuente de la guía de que se debe evitar la soldadura de material endurecido por envejecimiento debido a una ductilidad muy reducida, que se pueden producir soldaduras con la resistencia del metal base endurecido por envejecimiento si el envejecimiento se aplica después de la soldadura, que el material sobreenvejecido debe recocerse en solución antes de poder volver a envejecerse, y el rango de temperatura de Curie citado para la aleación 400.
6. Boletín técnico de Special Metals SMC-053, aleación MONEL 400. Fuente del rango de temperatura de Curie de 21 a 49 °C, la nota de que se encuentra dentro del rango ambiental, por lo que algunos lotes son magnéticos a temperatura ambiente, y el número UNS N04400 para esa aleación.
7. Registros de entrega en poder de DLX Alloy que cubren consumibles de soldadura de níquel-cobre y metal base. Fuente de las formas suministradas.

Todo lo anterior es un valor publicado para el grado nombrado, y nada de ello es un criterio de aceptación para una fabricación particular. Lo que alcanza una unión depende de la condición del material base, el diseño de la unión, la entrada de calor y la secuencia de tratamiento térmico en conjunto, por lo que un procedimiento se califica en el ensamblaje y no en el alambre. Sobre la temperatura de Curie del material base, dos fuentes publicadas difieren en un pequeño margen; las cifras anteriores se atribuyen a la fuente de la que provienen.