Já se interrogou sobre como selecionar os materiais de soldadura correctos para o aço inoxidável? Este artigo analisa as complexidades da soldadura de diferentes tipos de aço inoxidável, destacando considerações importantes como a correspondência de materiais de base, lidar com metais dissimilares e evitar problemas como a corrosão intergranular. No final, terá uma compreensão clara de como escolher os consumíveis de soldadura adequados para garantir soldaduras fortes e duradouras. Mergulhe para aprender dicas essenciais que podem poupar tempo e melhorar os seus projectos de soldadura.
Existem quatro tipos de aço inoxidável: aço inoxidável austenítico, martensítico, ferrítico e duplex (conforme mostrado na Tabela 1).
Quadro 1 Tipos de aço inoxidável e respectivos teores de elementos Cr e Ni
| Tipos | Cr/% | Ni/% | Grau |
|---|---|---|---|
| Austenite | 16-30 | 8-40 | 200，300 |
| Martensite | 11-18 | 0-5 | 403，410，416，420 |
| Ferrite | 11-30 | 0-4 | 405，409，430，422，446 |
| Duplex | 18-28 | 4-8 | 2205 |
Isto baseia-se na estrutura metalográfica do aço inoxidável à temperatura ambiente. Ao aquecer o aço macio a 1550°F, a sua estrutura transforma-se de uma fase de ferrite para uma fase de austenite fase. Após o arrefecimento, a estrutura do aço de baixo carbono regressa à ferrite.
A estrutura de austenite a altas temperaturas é não magnética e tem menor resistência, mas melhor tenacidade, em comparação com a estrutura de ferrite à temperatura ambiente.
Se o teor de crómio (Cr) no aço for superior a 16%, a estrutura de ferrite à temperatura ambiente é estabilizada, fazendo com que o aço permaneça no estado de ferrite em todas as gamas de temperatura. Este tipo de aço é designado por aço inoxidável ferrítico.
Se o teor de Cr for superior a 17% e o teor de níquel (Ni) for superior a 7%, a fase de austenite é estabilizada, permitindo que o aço permaneça no estado de austenite desde baixas temperaturas até perto do seu ponto de fusão. Este tipo de aço é referido como aço inoxidável austenítico e é normalmente referido como tipo "Cr-Ni". Os aços martensíticos e aços inoxidáveis ferríticos são designados por tipo "Cr".
Elementos em aço inoxidável e os metais de adição podem ser classificados como formadores de austenite ou formadores de ferrite. Os elementos formadores de austenite mais importantes são o Ni, o carbono (C), o manganês (Mn) e o azoto (N), enquanto os elementos formadores de ferrite mais importantes são o Cr, o silício (Si), o molibdénio (Mo) e o nióbio (Nb). O conteúdo do elemento pode ser ajustado para controlar o conteúdo de ferrite na soldadura.
O aço inoxidável austenítico é mais fácil de soldar e tem melhor qualidade da soldadura em comparação com o aço inoxidável com menos de 5% Ni. O juntas soldadas de aço inoxidável austenítico têm boa resistência e tenacidade e, normalmente, não requerem pré-aquecimento ou tratamento térmico pós-soldadura.
No domínio da soldadura de aço inoxidável, o aço inoxidável austenítico representa 80% da quantidade total de aço inoxidável utilizado, pelo que este artigo se centrará na soldadura de aço inoxidável austenítico.
Ao soldar o mesmo material de base, é importante fazer corresponder o material de base ao material de soldadura. Por exemplo, ao soldar aço inoxidável 310 ou 316, deve utilizar o material de soldadura correspondente.
No caso de materiais dissimilares, recomenda-se a escolha de um metal de base com um elevado teor de elementos de liga. Por exemplo, ao soldar aço inoxidável 304 e 316, deve escolher consumíveis de soldadura do tipo 316.
No entanto, existem excepções ao princípio da correspondência com o material de base. Nestes casos, é importante consultar um especialista em soldadura seleção de materiais tabela. Por exemplo, embora o aço inoxidável tipo 304 seja um material de base comum, não existe nenhum elétrodo 304 disponível.
Ao soldar aço inoxidável 304, recomenda-se a utilização de material de soldadura do tipo 308, uma vez que os elementos adicionais do aço inoxidável 308 podem estabilizar eficazmente a área de soldadura. O 308L é também uma alternativa aceitável. O "L" em 308L significa baixo teor de carbonocom um teor de carbono de 0,03% ou inferior. Em comparação, o aço inoxidável 308 padrão pode conter até 0,08% de carbono.
Tipo L materiais de soldaduracomo o 308L, pertencem ao mesmo tipo que os materiais de soldadura não tipo L, mas têm a vantagem de um teor de carbono mais baixo, reduzindo o risco de corrosão intergranular (Figura 1).
Acredita-se que a utilização de consumíveis de soldadura do tipo L irá aumentar à medida que os fabricantes procuram melhorar a qualidade dos seus produtos.
Figura 1 A utilização de materiais de soldadura em forma de L pode reduzir a tendência para a corrosão intergranular
Os fabricantes que utilizam o método de soldadura GMAW podem considerar a utilização de materiais de soldadura do tipo 3XXSi, uma vez que a adição de silício (Si) pode melhorar a molhabilidade (Figura 2).
Em situações em que a soldadura tem uma protuberância elevada ou o banho de soldadura está mal ligado na extremidade do filete ou da soldadura sobreposta, a utilização de soldaduras contendo Si soldadura com proteção gasosa pode melhorar a molhabilidade e aumentar a taxa de deposição.
Na soldadura GMAW, para melhorar a molhabilidade do material de soldadura, pode ser utilizado um fio de soldadura contendo Si, como o 308L Si ou o 316L Si (Figura 2).
Ao considerar a precipitação de carbonetos, um material de soldadura do tipo 347 com uma pequena quantidade de nióbio (Nb) pode ser escolhido como uma solução.
Para reduzir os custos, algumas peças estruturais podem ter uma camada resistente à corrosão adicionada à sua superfície por soldadura de aço-carbono.
Na soldadura de ligas de base sem elementos de liga e de ligas de base com elementos de liga, é necessário um liga de soldadura com um teor de liga mais elevado é utilizado para equilibrar a taxa de diluição na soldadura.
Ao soldar aço carbono com aço inoxidável 304 ou 316, bem como outros aços inoxidáveis dissimilares (Tabela 2), os consumíveis de soldadura 309L são normalmente utilizados. Se se pretender um teor de crómio (Cr) mais elevado, utiliza-se o tipo 312.
Tabela 2 Os aços inoxidáveis com elevado teor de liga 309L e 312 são adequados para soldar aço inoxidável e aço carbono
| Ni | Si | C | Mn | Cr | FN WRC-92 | N | Mo | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 309L | 13.4 | 0.4 | 0.02 | 1.8 | 23.2 | 10 | 0.05 | 0.1 |
| 312 | 8.8 | 0.4 | 0.1 | 1.6 | 30.7 |
É importante notar que a taxa de expansão térmica do aço inoxidável austenítico é 50% mais elevada do que a do aço carbono.
Durante a soldadura, a diferença na taxa de expansão térmica pode resultar em tensão interna e provocar fissuras.
Para atenuar este problema, é necessário selecionar o material de soldadura adequado ou especificar a processo de soldadura (Figura 3).
A Figura 3 destaca a necessidade de uma maior compensação ao soldar aço carbono e aço inoxidável devido à deformação por empenamento causada pelas suas diferentes taxas de expansão térmica.
Ao soldar a outros materiais, é crucial limpar primeiro a área utilizando um solvente sem cloro para remover óleo, marcas e poeiras. Uma das principais considerações ao soldar aço inoxidável é evitar a contaminação por aço carbono, que pode comprometer a resistência à corrosão. Para evitar a contaminação cruzada, algumas empresas armazenam o aço inoxidável e o aço-carbono separadamente.
Ao limpar a área à volta da ranhura, utilize uma roda de lixar especial e uma escova especificamente concebida para aço inoxidável. Em alguns casos, pode ser necessária uma limpeza secundária da junta. Uma vez que a compensação do elétrodo é mais difícil na soldadura de aço inoxidável do que na de aço-carbono, a limpeza adequada da junta é crucial.
Para começar, vale a pena referir que o aço inoxidável não enferruja devido à camada protetora de óxido formada pela reação entre o crómio (Cr) e o oxigénio (O).
No entanto, o aço inoxidável pode enferrujar como resultado da precipitação de carbonetos e do aquecimento durante o processo de soldadura, levando à formação de óxidos de ferro na superfície da soldadura. Adicionalmente, uma soldadura aparentemente perfeita pode resultar em cortes inferiores em áreas enferrujadas nos limites da soldadura zona afetada pelo calor no prazo de 24 horas.
Para regenerar os novos óxidos de crómio e evitar a oxidação, é necessário polir, decapar, lixar ou esfregar o aço inoxidável após a soldadura. É importante notar que a lixa e a escova utilizadas devem ser específicas para o aço inoxidável.
O aço inoxidável austenítico não é magnético por natureza. No entanto, as temperaturas elevadas durante a soldadura podem provocar o crescimento de grãos na estrutura, levando a um aumento da sensibilidade à fissuração após a soldadura.
Para mitigar a suscetibilidade à fissuração a quente, os fabricantes de materiais de soldadura adicionam elementos formadores de ferrite ao material de soldadura (Figura 4). A presença da fase de ferrite ajuda a refinar os grãos de austenite, aumentando assim a resistência à fissuração.
A Figura 4 ilustra a utilização da ferrite para evitar a fissuração a quente nos materiais de soldadura austeníticos. A maioria dos materiais de soldadura austeníticos contém uma pequena quantidade de ferrite, como se vê na imagem do consumível de soldadura 309L, onde a fase de ferrite (parte cinzenta) está distribuída por toda a matriz de austenite.
O metal de solda austenítico não é atraído por um íman, mas sente-se uma ligeira força de sucção quando um íman é mantido perto dele. No entanto, este facto levou alguns utilizadores a pensar erradamente que o produto estava mal rotulado ou que foi utilizado o material de soldadura errado, especialmente quando o rótulo da embalagem não está presente.
A quantidade de ferrite no consumível depende da temperatura de serviço da aplicação. Por exemplo, uma quantidade excessiva de ferrite pode reduzir a tenacidade a baixas temperaturas. É por isso que a número de ferrite dos materiais de soldadura do tipo 308 utilizados para gasodutos de GNL situa-se entre 3-6, enquanto o número de ferrite dos materiais de soldadura do tipo 308 normalizado é 8.
Em conclusão, embora os consumíveis possam parecer semelhantes, pequenas diferenças na composição podem ter um impacto significativo.
Normalmente, a estrutura do aço inoxidável duplex é composta por aproximadamente 50% de fase austenita e 50% de fase ferrita. A fase ferrita contribui para melhorar a resistência e a resistência à corrosão sob tensão, enquanto a fase austenita aumenta a tenacidade. A combinação destas duas fases resulta num desempenho ainda melhor para o aço inoxidável duplex (Figura 5).
A gama de aços inoxidáveis duplex é bastante ampla, sendo o 2205 o tipo mais comum. O 2205 contém 22% de crómio, 5% de níquel, 3% de molibdénio e 0,15% de azoto.
Figura 5 O aço inoxidável duplex combina as vantagens da ferrita e da austenita.
A imagem mostra a estrutura de solda de duas fases da fase austenita (parte branca) distribuída na matriz de ferrita. No entanto, quantidades excessivas de ferrite podem representar desafios na soldadura de aços inoxidáveis duplex, uma vez que o calor do arco pode fazer com que os átomos da matriz de ferrite se reordenem.
Para resolver este problema, os consumíveis de soldadura têm de fornecer mais elementos formadores de austenite, o que normalmente representa um teor de níquel 2-4% superior ao do metal de base. Por exemplo, o fio fluxado utilizado na soldadura do aço inoxidável 2205 contém 8,85% de níquel. Após a soldadura, o teor de ferrite na soldadura é tipicamente entre 25-55% (e pode ser ainda mais elevado).
É importante notar que a taxa de arrefecimento após a soldadura deve ser suficientemente lenta para permitir a reformação da austenite, mas não demasiado lenta, uma vez que isto pode resultar na precipitação da fase intermetálica. Da mesma forma, um arrefecimento demasiado rápido pode resultar em ferrite excessiva na zona afetada pelo calor.
Para garantir os melhores resultados, seguir sempre o procedimento de soldadura e a soldadura seleção de materiais manual fornecido pelo fabricante.
A temperaturas entre 800-1600 °F, se o teor de carbono exceder 0,02%, o carbono (C) difunde-se e migra para os limites de grão da austenite e reage com o crómio (Cr) para formar carbonetos de crómio.
Se uma quantidade excessiva de crómio for fixada pelo carbono, a resistência à corrosão diminuirá, conduzindo a corrosão intergranular se exposto a um ambiente corrosivo. Esta corrosão resultará em erosão nos limites dos grãos (Figura 6).
A figura 6 ilustra a corrosão intergranular que ocorreu no calor de soldadura zona afetada de um tanque de água cheio de meio corrosivo. Para reduzir a probabilidade de precipitação de carbonetos e melhorar a resistência à corrosão, podem ser utilizados materiais de soldadura com baixo teor de carbono ou com ligas especiais.
Para controlar a precipitação de carbonetos, é utilizado um material de soldadura com baixo teor de carbono para garantir que o teor de carbono no metal de solda seja o mais baixo possível, até 0,04%. Além disso, a adição de elementos Nb e Ti pode também fixar o carbono, uma vez que estes elementos têm uma maior afinidade com o carbono do que o crómio. Os consumíveis do tipo 347 são especificamente concebidos para este fim.
Para selecionar o soldadura de aço inoxidável material, é importante reunir informações sobre a aplicação final da soldadura. Isto inclui detalhes sobre o ambiente de serviço, como a temperatura de serviço, a presença de um meio corrosivo e o nível desejado de resistência à corrosão, bem como a vida útil esperada.
Informações sobre as propriedades mecânicas necessárias em condições de serviço, tais como resistência, tenacidade, plasticidade e propriedades de fadigaé igualmente importante.
A maioria dos principais fabricantes de materiais de soldadura fornece manuais de instruções para a seleção dos materiais. Recomenda-se vivamente a consulta destes manuais ou a consulta dos peritos técnicos do fabricante para obter ajuda na escolha do material de soldadura correto. Isto garantirá que o material correto é selecionado para a aplicação e requisitos específicos.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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