Porque é que a soldadura de aço com elevado teor de carbono é um desafio tão grande? Este artigo analisa as dificuldades únicas associadas a este material, tais como a sua tendência para formar martensite frágil, conduzindo a potenciais fissuras. Ficará a conhecer as técnicas de soldadura especializadas necessárias e as medidas preventivas necessárias para garantir a integridade estrutural. Descubra como gerir os problemas de soldabilidade e que precauções podem ser tomadas para conseguir soldaduras bem sucedidas com aço de alto carbono. Continue a ler para obter uma compreensão mais profunda destas considerações críticas de soldadura.
O aço de alto carbono refere-se a um tipo de aço carbono com um teor de carbono (c) superior a 0,6%.
É mais suscetível de endurecer do que o aço de médio carbono e forma martensite de alto carbono, que é suscetível de formar fissuras a frio.
A estrutura de martensite formada na zona afetada pelo calor da soldadura tem propriedades duras e frágeis, levando a uma diminuição significativa da plasticidade e da tenacidade da junta. Como resultado, a soldabilidade do aço com alto teor de carbono é fraco, e deve ser utilizado um processo de soldadura especializado para manter o desempenho da junta.
Devido à sua fraca soldabilidade, o aço com elevado teor de carbono não é habitualmente utilizado em estruturas de soldadura.
O aço com elevado teor de carbono é utilizado principalmente em peças de máquinas que requerem elevada dureza e resistência ao desgaste, tais como veios rotativos, engrenagens grandes e acoplamentos.
Para conservar o aço e simplificar a tecnologia de processamento, estas peças de máquinas são frequentemente unidas por soldadura.
O fabrico de máquinas pesadas pode também implicar soldadura de aço com elevado teor de carbono peças.
Ao desenvolver o processo de soldadura para componentes de aço com elevado teor de carbono, é importante analisar minuciosamente as possíveis defeitos de soldadura e aplicar medidas adequadas ao processo de soldadura.
O aço com elevado teor de carbono é utilizado principalmente em estruturas que requerem elevada dureza e resistência ao desgaste, e é normalmente soldado com recurso à soldadura por arco elétrico, brasagemou soldadura por arco submerso.
A soldadura de aço com elevado teor de carbono não exige necessariamente que a junta e o metal de base tenham a mesma resistência.
Para a soldadura por arco com elétrodo, são normalmente utilizados eléctrodos com baixo teor de hidrogénio com fortes capacidades de dessulfuração, baixo teor de hidrogénio difusível no metal depositado e boa tenacidade.
Se for necessária a resistência do metal de solda e do metal de base, deve ser selecionado um elétrodo com baixo teor de hidrogénio do grau adequado.
No entanto, se a resistência do metal de solda e do metal de base não for necessária, deve ser selecionado um elétrodo de baixo hidrogénio com um nível de resistência inferior ao do metal de base.
É importante evitar selecionar um elétrodo com um nível de resistência superior ao do metal de base.
Se o pré-aquecimento do metal de base não for possível durante a soldadura, pode ser utilizado um elétrodo de aço inoxidável austenítico para evitar fissuras frias na zona afetada pelo calor, resultando numa estrutura austenítica com boa plasticidade e resistência à fissuração.
Para limitar o teor de carbono no metal de solda, o rácio de fusão deve ser reduzido. Como resultado, as ranhuras em forma de U ou em forma de V são normalmente utilizadas durante a soldadura. É importante limpar quaisquer manchas de óleo e ferrugem num raio de 20 mm em ambos os lados da ranhura.
Ao soldar com eléctrodos de aço estrutural, o pré-aquecimento é necessário e deve ser efectuado antes da soldadura. O temperatura de pré-aquecimento deve ser controlada no intervalo de 250°C a 350°C.
Na soldadura multi-camadas e multi-passos, o primeiro passe é tipicamente realizado utilizando um elétrodo de pequeno diâmetro e uma corrente baixa.
A peça de trabalho é normalmente posicionada em soldadura semi-vertical, ou a vareta de soldadura é utilizado para oscilar lateralmente, permitindo que toda a zona afetada pelo calor do metal de base seja rapidamente aquecida, obtendo-se assim os efeitos de pré-aquecimento e conservação do calor.
Imediatamente após a soldadura, a peça de trabalho deve ser colocada num forno de aquecimento e sujeita a isolamento térmico a 650°C para alívio de tensões recozimento.
O aço com elevado teor de carbono tem uma forte tendência para endurecer, tornando-o suscetível de fissuras quentes e fissuras a frio durante a soldadura.
(1) Controlo da composição química da soldadura
É importante controlar rigorosamente o teor de enxofre e fósforo, e aumentar o teor de manganês de forma adequada para melhorar a estrutura da soldadura e reduzir a segregação.
(2) Controlo da forma da secção de soldadura
A relação de aspeto deve ser ligeiramente superior para evitar a segregação no centro da soldadura.
(3) Soldaduras com elevada rigidez
Para soldaduras com elevada rigidez, devem ser seleccionados parâmetros, sequência e direção de soldadura adequados.
(4) Medidas de pré-aquecimento e de arrefecimento lento
Se necessário, devem ser aplicadas medidas de pré-aquecimento e de arrefecimento lento para evitar fissuras a quente.
(5) Aumento da alcalinidade do elétrodo ou do fluxo
O aumento da alcalinidade do elétrodo ou do fluxo pode reduzir as impurezas na soldadura e aumentar a segregação.
(1) Pré-aquecimento e arrefecimento lento
Pré-aquecimento antes da soldadura e o arrefecimento lento após a soldadura podem reduzir a dureza e a fragilidade da zona afetada pelo calor e acelerar a difusão do hidrogénio na soldadura.
(2) Seleção de medidas de soldadura adequadas
(3) Adoção de uma sequência adequada de montagem e soldadura
Para reduzir o stress da contenção no juntas soldadas e melhorar o estado de tensão das soldaduras, deve ser utilizada uma sequência de montagem e de soldadura adequada.
(4) Seleção adequada de Materiais de soldadura
A vareta de soldadura e o fluxo devem ser secos e utilizados imediatamente antes da soldadura.
(5) Remoção de contaminantes
Antes da soldadura, a água, a ferrugem e outros contaminantes na superfície do metal de base que circunda a ranhura devem ser cuidadosamente removidos para reduzir o teor de hidrogénio difusível na soldadura.
(6) Tratamento de desidrogenação
Deve ser efectuado um tratamento de desidrogenação imediato antes da soldadura para garantir que o hidrogénio é totalmente removido da junta soldada.
(7) Alívio do stress Recozimento
Imediatamente após a soldadura, deve ser efectuado um tratamento de recozimento de alívio de tensões para promover a difusão do hidrogénio na soldadura.
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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