ELECTRODO RECUBIERTO DE BAJA EMISION DE HUMOS Y CROMO HEXAVALENTE PARA LA SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES.

Electrodo recubierto formado por un alma metálica central al menos parcialmente recubierta con un recubrimiento sólido que forma un revestimiento sobre dicha alma,

conteniendo dicho recubrimiento rutilo y al menos un compuesto basado en litio y estando exento de feldespato de sodio y de potasio, comprendiendo el recubrimiento, estando expresado el porcentaje en peso (%) de cada compuesto con respecto al peso total del recubrimiento del electrodo:

- de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o de 0,2 a 3% de litio que proviene de al menos un aluminosilicato basado en litio,

- al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,

- silicato de litio como aglutinante,

- aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de elementos solos, y

- una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 1% en peso

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05300115.

Solicitante: LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE
L'AIR LIQUIDE SOCIETE ANONYME A DIRECTOIRE ET CONSEIL DE SURVEILLANCE POUR L'ETUDE ET EXPLOITATION.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 75, QUAI D'ORSAY,75321 PARIS CEDEX 07.

Inventor/es: BAUNE,EMMANUEL.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 14 de Febrero de 2005.

Fecha Concesión Europea: 28 de Octubre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B23K35/365 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR. › B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › B23K 35/00 Varillas de soldar, electrodos, materiales o medios ambientes utilizado para la soldadura sin fusión, la soldadura o el corte. › Empleo de composiciones no metálicas especificadas como revestimientos, sean solas, sean ligadas al empleo de materiales especificados para la soldadura con o sin fusión.
  • B23K35/36B6

Clasificación PCT:

  • B23K35/365 B23K 35/00 […] › Empleo de composiciones no metálicas especificadas como revestimientos, sean solas, sean ligadas al empleo de materiales especificados para la soldadura con o sin fusión.

Clasificación antigua:

  • B23K35/365 B23K 35/00 […] › Empleo de composiciones no metálicas especificadas como revestimientos, sean solas, sean ligadas al empleo de materiales especificados para la soldadura con o sin fusión.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

ELECTRODO RECUBIERTO DE BAJA EMISION DE HUMOS Y CROMO HEXAVALENTE PARA LA SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES.

Fragmento de la descripción:

Electrodo recubierto de baja emisión de humos y cromo hexavalente para la soldadura de aceros inoxidables.

La presente invención se refiere al campo de los electrodos recubiertos ecológicos de tipo rutilo de fusión suave, con baja emisión de humos, baja emisión de cromo hexavalente (CrVI) y recubrimiento sólido, es decir, poco o nada friable, destinados particularmente a la soldadura de aceros inoxidables.

Los humos emitidos en las operaciones de soldadura, procedentes de procesos complejos de vaporización-condensación-oxidación o vaporización-oxidación-condensación, se cuentan entre las molestias asociadas a la soldadura por arco. Por ello, los humos de soldadura, cuya naturaleza y cantidad constituyen una preocupación creciente en los talleres de fabricación, obligan a recurrir a protecciones tales como extractores de humos con el fin de conservar la salud de los operarios y de los miembros del personal que trabajan en las proximidades.

Desde un punto de vista general, se define un acero inoxidable como una aleación de hierro cuyo contenido nominal de cromo es de al menos un 11% en peso. Su utilización se justifica cuando se busca un buen comportamiento ante la oxidación y la corrosión. Entre los aceros inoxidables figuran varias subcategorías de aceros, a saber:

    - los aceros austeníticos, probablemente los más corrientemente usados y a menudo citados con la referencia "serie 300" por su clasificación según la normalización estadounidense, cuya composición está basada en el sistema de hiero-cromo-níquel y cuyo total de contenidos de los elementos Cr, Ni, Mn y Si supera un 16% en peso en la aleación; y
    - los aceros martensíticos;
    - los aceros ferríticos;
    - los aceros dúplex;
    - las aleaciones de acero de endurecimiento por precipitación; y
    - las superaleaciones de aceros.

De hecho, la gran presencia del elemento cromo en los aceros inoxidables hace que, durante su soldadura, las partículas constituyentes de los humos de soldadura contengan un alto contenido de compuestos portadores del elemento cromo, a saber, cromo trivalente (CrIII), la forma menos tóxica del elemento cromo, y/o cromo hexavalente (CrVI), la forma conocida por ser altamente tóxica para el ser humano, ya que se considera cancerígena.

En el caso de soldadura de aceros inoxidables, el elemento cromo hexavalente (CrVI) procedente de los humos de soldadura y presente en el aire respirado, está por tanto particularmente reglamentado, teniendo en cuenta su carácter potencialmente tóxico.

Así, sabiendo que las reglamentaciones en vigor en la mayoría de los países indican que el valor medio de exposición (VME) tolerado es de 5 mg/m3 de aire para partículas de humos "no nocivas" y que la del elemento CrVI contenido en los humos es igual a 0,05 mg/m3, como reseña Cunat P.J., "Le chrome dans les fumées de soudage des aciers inoxydables", Matériaux et Techniques, nº 1-2 2002, la concentración máxima tolerada de CrVI para que ésta no implique una reducción del contenido máximo en humos en el aire respirado, debe ser como máximo del 1%, es decir, (0,05/5)x100. Por debajo de 1%, el CrVI no es por lo tanto el factor limitante de la cantidad de humos admisible en el aire respirado.

En comparación, siendo la VME del cromo trivalente (CrIII) de 0,5 mg/m3, su concentración máxima admisible en los humos para no generar una reducción de los humos admisibles en al aire respirado es de un 10%.

Por esto, en los talleres de soldadura, con el fin de limitar la cantidad de humos y la proporción de CrVI en el aire respirado por los operarios por debajo de los valores máximos admisibles, la ventilación del taller deber ser muy superior con la utilización de productos de soldadura tradicionales de aceros inoxidables a la necesaria en el empleo de productos para aceros clásicos.

Mediante los ajustes de formulación de un electrodo recubierto tradicional, es posible reducir los humos de soldadura en la fuente. Estas modificaciones de formulación constituyen así el medio más eficaz para limitar las molestias causadas en el entorno del soldador, antes de recurrir a equipos en ocasiones pesados, tales como extractores de humos.

Esto es aún más cierto porque el procedimiento de soldadura con electrodo recubierto, por su facilidad de puesta en práctica, es muy utilizado para las soldaduras en espacios limitados en ciertos talleres u obras en que es a veces difícil disponer una aspiración de humos realmente eficaz.

El principio de generación de CrVI en los humos se ilustra mediante las ecuaciones [1] y [2] siguientes y se basa en la formación en la soldadura de ciertos compuestos nocivos portadores del elemento CrVI tales como, por ejemplo, Na2CrVIO4, K2CrVIO4, NaK3(CrVIO4)2 o K2NaCrVIF6, a partir de la reacción de los elementos sodio (Na) y potasio (K) con el cromo (Cr) que entra en la composición del electrodo.


Con el fin de reducir los contenidos de estos compuestos portadores del elemento CrVI en los humos, el documento de Kimura S., Kobayashi M., Godai T. y Mimato S., "Investigations on chromium in stainless steel welding fumes", Welding Journal, pág.195s-203s, julio de 1979, ha propuesto suprimir en las fórmulas de recubrimientos de electrodos todos los ingredientes que contienen los elementos Na y K, y sustituirles por ingredientes "equivalentes" basados en litio (Li).

Así, es conocido trabajar o bien con una sustitución de feldespatos de Na o K tales como KAlSi3O8 o NaAlSi3O8, presentes en las fórmulas tradicionales no ecológicas de recubrimientos para electrodos, por compuestos de tipo aluminosilicatos basados en Li de propiedades muy similares tales como petalita LiAlSi4O10, espodumeno LiAl(SiO3)2 o eucriptita LiAlSiO4, o bien con un reemplazo de los silicatos de Na y K habituales por silicato de Li.

Sin embargo, la puesta en práctica de esta solución siempre ha sido difícil y nunca se ha podido usar realmente a escala industrial, puesto que la utilización de un aglutinante de litio para reemplazar a aglutinante(s) de sodio y/o potasio conduce a electrodos de recubrimiento frágil, hasta muy friable, volviendo a los electrodos así formulados inutilizables en medio industrial en el que los electrodos se someten normalmente a choques accidentales o a manipulaciones poco delicadas que conducen a su rápido deterioro cuando no son bastante resistentes en el plano mecánico.

Por otro lado, los compuestos basados en Na y K, estén en forma de polvos y/o de silicatos líquidos, se utilizan clásicamente de manera casi sistemática en los recubrimientos de electrodos recubiertos para conferir a los productos sus buenas características de arco, especialmente la estabilidad y dinamismo de arco. Por esta razón, los electrodos formulados basándose en silicato de litio únicamente, por tanto sin Na ni K, presentan una soldabilidad operativa muy inferior a la de los electrodos estándar.

El documento extraído de la experiencia del grupo Boehler Thyssen Welding y publicado por Spiegel-Ciobanu V.E., "Entwicklung schadstoffarmer hoch legierter Cr-Ni-Schweisszusatze - Teil 1 : Reduktion des CrVI-Gehalts im Schweissrauc", Schweissen und Schneiden, 55(4), pág. 198-200, mayo de 2003, describe la dificultad de producir dichos electrodos inoxidables ecológicos desprovistos de Na y K por el hecho particular de su baja resistencia de recubrimiento, y confirma su nivel de soldabilidad operativo significativamente inferior al de los productos inoxidables estándar.

En definitiva, aunque el principio de sustitución de los ingredientes que contienen los elementos Na y K por ingredientes "equivalentes" basados en Li sea conocido desde hace mucho tiempo para reducir los índices de emisión de humos y la cantidad de CrVI en los humos, sólo el documento de Griffiths T. y Stevenson A.C., "Development of stainless steel welding electrodes having...

 

Reivindicaciones:

1. Electrodo recubierto formado por un alma metálica central al menos parcialmente recubierta con un recubrimiento sólido que forma un revestimiento sobre dicha alma, conteniendo dicho recubrimiento rutilo y al menos un compuesto basado en litio y estando exento de feldespato de sodio y de potasio, comprendiendo el recubrimiento, estando expresado el porcentaje en peso (%) de cada compuesto con respecto al peso total del recubrimiento del electrodo:

    - de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o de 0,2 a 3% de litio que proviene de al menos un aluminosilicato basado en litio,
    - al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,
    - silicato de litio como aglutinante,
    - aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de elementos solos, y
    - una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 1% en peso.

2. Electrodo según la reivindicación 1, caracterizado porque el alma metálica central es de acero suave o de acero inoxidable.

3. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el diámetro del alma está comprendido entre 1,6 y 6 mm, preferiblemente comprendido entre 2,5 y 4 mm.

4. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque al menos un aluminosilicato, especialmente al menos un feldespato de litio, se elige entre espodumeno, petalita y eucriptita.

5. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende, en peso de los elementos expresados con respecto al peso total de recubrimiento del electrodo, más de 10% de Si y más de 1,3% de Li, preferiblemente de 11 a 21% de Si y de 1,5 a 2,9% de Li.

6. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la proporción total en el recubrimiento de Na y K es inferior o igual a 0,50% en peso.

7. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque al menos un agente de fluidificación se selecciona del grupo formado por carboximetilcelulosa (CMC), hidroxietilcelulosa, sustancias orgánicas o resinas solubles en agua, alginato de calcio, polímeros de origen vegetal tales como goma guar, o talco (de fórmula típica 3 MgO.4 SiO2. H2O) y arcilla (de fórmula típica Al2O3.2 SiO2.2 H2O).

8. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el recubrimiento comprende aproximadamente al menos un 20% en peso del recubrimiento de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de los elementos solos elegidos entre manganeso, níquel, cromo, molibdeno, hierro, silicio, aluminio, niobio, tantalio, cobre y sus mezclas.

9. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende de 11 a 21% de Si y de 1,5 a 2,9% de Li con respecto al peso total de recubrimiento del electrodo.

10. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el recubrimiento contiene, expresado en % en peso del recubrimiento, polvos que sirven para la constitución del recubrimiento en las proporciones siguientes:

    - de 0,8 a 18,5% de Al2O3, preferiblemente de 2 a 16,5% de Al2O3,
    - de 5 a 40% de SiO2, preferiblemente de 9 a 35% de SiO2,
    - de 15 a 45% de TiO2, preferiblemente de 20 a 40% de TiO2,
    - de 2,8 a 8,5% de CaO, preferiblemente de 4 a 7,5% de CaO,
    - de 0,5 a 5% de CaF2, preferiblemente de 1 a 4% de CaF2.

11. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el recubrimiento contiene, expresado en % en peso del recubrimiento, polvos que sirven para la constitución del recubrimiento en las proporciones siguientes:

    - de 0,4 a 10,0% de Al, preferiblemente de 1 a 9% de Al,
    - de 2,0 a 19,0% de Si, preferiblemente de 4 a 17% de Si,
    - de 9,0 a 27,0% de Ti, preferiblemente de 12 a 24% de Ti,
    - de 0,2 a 3,0% de Ca, preferiblemente de 0,5 a 2,5% de Ca, y
    - de 0,2 a 3,0% de Li, preferiblemente de 0,4 a 2,6% de Li.

12. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el recubrimiento se obtiene a partir de una mezcla seca de polvos de recubrimiento formada por al menos 17% en peso en la fórmula seca de partículas de granulometría superior o igual a 100 µm y por al menos 8% de partículas finas de granulometría inferior o igual a 40 µm.

13. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la cantidad de materia que se desprende del recubrimiento después de un ensayo de caída, en el que el electrodo sufre una caída vertical de una altura de 1 m sobre una superficie horizontal dura, es inferior o igual a aproximadamente un 15% en peso con respecto al peso total del recubrimiento para electrodos cuyo diámetro de alma está comprendido entre 1,6 y 6 mm, preferiblemente inferior o igual a aproximadamente un 7% para electrodos cuyo diámetro de alma es inferior a 3,2 mm.

14. Electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el recubrimiento contiene, expresado en % en peso del recubrimiento, de 4 a 18% de carbonatos en polvo, particularmente de CaCO3, preferiblemente de 8 a 13% de carbonatos.

15. Procedimiento de soldadura por arco de una o varias piezas a soldar de acero inoxidable, en el que se utiliza un electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 14 para realizar al menos una junta de soldadura sobre la o dichas piezas a soldar.

16. Recubrimiento para electrodo que contiene rutilo y comprende, estando expresado el porcentaje en peso (%) de cada compuesto con respecto al peso total de recubrimiento del electrodo:

    - de 5 a 45% en peso de al menos un aluminosilicato basado en litio o en total de 0,2 a 3% de litio procedente del conjunto de elementos que sirven para la constitución del recubrimiento en forma de polvos y aglutinantes,
    - al menos un agente de fluidificación exento de Na y/o K,
    - silicato de litio como aglutinante,
    - aproximadamente 10 a 55% en peso de uno o varios elementos metálicos en forma de aleaciones de hierro o de los elementos solos, y
    - una proporción total en el recubrimiento de Na y K comprendida entre 0 y 0,5% en peso.

 

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