Porque é que a soldadura de aço martensítico é um desafio tão grande? Este artigo analisa as complexidades da soldadura deste material de elevada resistência, destacando a sua tendência para endurecer e fissurar. Ficará a conhecer as técnicas e precauções específicas necessárias para garantir o sucesso das soldaduras, desde o pré-aquecimento aos tratamentos pós-soldadura. Ao compreender estes métodos, poderá obter soldaduras duradouras e fiáveis em aço martensítico.
A microestrutura do aço martensítico (MS) é predominantemente martensítica. Apresenta uma elevada resistência à tração, com a resistência máxima a atingir 1600 MPa. Para aumentar a sua plasticidade, o aço deve ser temperado, permitindo-lhe manter uma formabilidade suficiente apesar da sua elevada resistência.
Atualmente, Aço martensítico tem o nível de resistência mais elevado entre as chapas de aço de alta resistência disponíveis no mercado.
Aço martensítico é classificado em dois tipos:
O aço martensítico é conhecido pela sua forte tendência para a têmpera, que pode ser obtida através do arrefecimento a ar a alta temperatura austenite para formar uma estrutura de martensite. No entanto, o 1Cr13 com baixo teor de carbono forma uma estrutura semi-martensítica com martensite e ferrite após a têmpera.
O primeiro tipo de aço martensítico é utilizado principalmente em condições gerais de resistência à corrosão, como em atmosferas, água do mar e ácido nítrico, bem como em componentes que exigem um certo nível de resistência. O segundo tipo é utilizado principalmente para aço resistente ao calor.
Os aços martensíticos têm uma forte tendência para endurecer. Quando arrefecidos ao ar, os aços de elevada dureza martensite pode ser produzido. No entanto, isto também conduz ao pior soldabilidade entre todos os aços inoxidáveis e aços de alta liga resistentes ao calor.
Durante a soldadura, é frequente encontrarem-se os seguintes problemas:
Este é um problema bem conhecido dos aços martensíticos.
Por um lado, isso deve-se à sua elevada temperabilidade. Por outro lado, é também o resultado da fraca condutividade térmica da martensite, que pode levar a uma significativa tensão interna durante a soldadura.
Em particular, os aços martensíticos com um elevado teor de carbono e estruturas de soldadura rígidas são propensos a desenvolver soldadura fissuras frias.
Para resolver este problema, são frequentemente necessárias medidas como o pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldadura.
(1) Fragilização por sobreaquecimento junto à costura
Os aços martensíticos estão frequentemente localizados na fronteira entre a martensite e a ferrite devido às suas características de composição.
Quando a taxa de arrefecimento é elevada, podem formar-se grandes grãos de martensite perto da junta, reduzindo a sua plasticidade.
Se a taxa de arrefecimento for baixa, forma-se uma estrutura grosseira de ferrite maciça e carbonetos, o que diminui significativamente a forma da junta.
Por conseguinte, é essencial controlar a taxa de arrefecimento durante a soldadura.
(2) Fragilização da têmpera
Aços martensíticos e seus juntas soldadas podem ser susceptíveis de fragilização por têmpera, o que pode reduzir significativamente a sua resistência à fratura, quando aquecidos e arrefecidos lentamente no intervalo de temperaturas de 375 a 575°C.
Por conseguinte, é crucial evitar este intervalo de temperatura durante o tratamento térmico para evitar a fragilização por têmpera.
Os aços martensíticos podem ser soldados utilizando todas as técnicas de fusão métodos de soldadura exceto para a soldadura a gás, incluindo a soldadura por arco de metal blindado, a soldadura por arco submerso, a soldadura por arco de tungsténio de árgon e a soldadura por arco de metal de árgon, entre outras.
No entanto, devido à sua elevada sensibilidade à fissuração a frio, é importante limpar bem a soldadura e secar o material. vareta de soldadura antes da soldadura para garantir condições de hidrogénio baixas ou mesmo ultra-baixas.
Quando o grau de restrição da junta é elevado, recomenda-se a utilização da soldadura por arco de árgon-tungsténio ou da soldadura por arco de árgon arco metálico soldadura.
Para minimizar o risco de fissuras por frio, é importante aumentar a calor de soldadura introduzir adequadamente, evitando o sobreaquecimento e a fragilização na proximidade da soldadura.
A escolha de materiais de soldadura deve basear-se no tipo de aço, no método de soldadura e nas condições de trabalho da junta.
Para garantir que a junta tem o desempenho exigido, é importante escolher materiais de soldadura que tenham uma composição química próxima da do metal de base. No entanto, isto pode fazer com que a soldadura e a zona afetada pelo calor endureçam e se tornem frágeis.
O tratamento térmico é frequentemente necessário após a soldadura para evitar a fissuração a frio. Quando o tratamento térmico não é possível, os aços austeníticos dos tipos 25-20 e 25-13 soldadura de aço podem ser utilizados para formar soldaduras austeníticas, o que pode aliviar a tensão de soldadura e reduzir a tendência para a fissuração a frio devido ao aumento do teor de hidrogénio.
As soldaduras austeníticas têm boa plasticidade e tenacidade, mas baixa resistência, o que as torna adequadas apenas para juntas em condições de carga estática com baixa tensão. Além disso, a grande diferença nas propriedades termofísicas entre a soldadura e o metal de base pode resultar em tensões adicionais na interface da junta quando se trabalha a altas temperaturas, levando a uma falha precoce da junta, pelo que não são adequadas para aplicações a altas temperaturas.
Os eléctrodos com baixo teor de hidrogénio são normalmente utilizados para soldadura por arco com varetas de soldadura, e devem ser secos a 400-450°C durante duas horas antes da soldadura. A soldadura por arco submerso deve utilizar um fluxo com baixo teor de silício, alto teor alcalino ou ácido fraco, como HJ172, HJ173 ou HJ251. Soldadura TIG é utilizado principalmente para soldadura de suporte e soldadura de peças finas em soldadura multicamada.
O pré-aquecimento e a manutenção da temperatura interpasse é um passo crucial para evitar fissuras a frio durante a soldadura.
A temperatura de pré-aquecimento deve ser determinada com base no teor de carbono do aço e, em seguida, tendo em conta o grau de restrição da junta, o material de enchimento composição metálicae o método de soldadura. O Quadro 1 apresenta as temperaturas de pré-aquecimento recomendadas, os aportes térmicos, etc., com base na classificação do teor de carbono.
Se a junta tiver um elevado grau de restrição, é necessário aumentar a temperatura de pré-aquecimento e a temperatura de interpasse em conformidade. A temperatura de interpasse não deve ser inferior à temperatura de pré-aquecimento.
Para a soldadura com materiais austeníticos soldadura de aço materiais, o pré-aquecimento ou o pré-aquecimento a baixa temperatura pode não ser necessário, dependendo da espessura da soldadura.
Tabela 1 Temperatura de pré-aquecimento recomendada e entrada de calor para martensítico Soldadura de aço
| Fração mássica de carbono (%) | Gama de temperaturas de pré-aquecimento/℃ | Calor de soldadura entrada | Requisitos de tratamento térmico pós-soldadura |
| Inferior a 0,10 | 100-150 | Potência térmica média | Por espessura de parede |
| 0.10~0.20 | 150~250 | Consumo moderado de calor | O tratamento térmico é necessário para qualquer espessura |
| 0.20-0.50 | 250~300 | Elevada entrada de calor | O tratamento térmico é necessário para qualquer espessura |
O tratamento térmico pós-soldadura é outra medida importante para evitar fissuras a frio durante a soldadura.
Quando são utilizados materiais de soldadura com uma composição semelhante à do metal de base, a pós-soldadura tratamento térmico de têmpera é normalmente necessário. Por outro lado, ao soldar com materiais de soldadura de aço austenítico, o tratamento térmico pós-soldadura não é normalmente necessário.
A fim de assegurar a transformação completa de austenite em martensite após a soldadura, é importante evitar o tratamento de têmpera imediatamente após a soldadura. A junta deve ser arrefecida a uma temperatura inferior a Ponto e mantida a essa temperatura durante um determinado período de tempo antes de ser submetida a um tratamento de têmpera a alta temperatura. Isto porque, se a têmpera for efectuada imediatamente após a soldadura, o austenite transformar-se-á em perlite e os carbonetos precipitarão ao longo do limite de grão da austenite, tornando a junta muito frágil.
No entanto, para evitar a fissuração a frio, o tratamento de têmpera a alta temperatura não deve ser efectuado depois de a junta ter arrefecido até à temperatura ambiente. Normalmente, o tratamento de têmpera é efectuado quando a junta arrefeceu até 100-150°C.
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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