Como a soldagem de aço carbono pode ser uma prática comum e um desafio complexo? Este guia explora o intrincado mundo da soldagem de aço carbono, abordando os tipos de aço carbono, sua soldabilidade e técnicas específicas para garantir juntas fortes e confiáveis. Os leitores aprenderão sobre as diferenças na soldagem de aço de baixo, médio e alto carbono e as precauções necessárias para evitar defeitos comuns de soldagem. Mergulhe de cabeça para entender as etapas cruciais e as melhores práticas para uma soldagem de aço carbono bem-sucedida.
1. O que é aço carbono?
O aço é classificado em duas categorias principais com base em sua composição química: aço-carbono e aço-liga. O aço-carbono é subdividido em três tipos, de acordo com seu teor de carbono:
O aço de baixo carbono, também conhecido como aço doce, contém menos de 0,25% de carbono. Ele é caracterizado por:
Os aplicativos incluem:
Alguns aços de baixo carbono passam por tratamentos de cementação ou outros tratamentos de endurecimento de superfície para aumentar a resistência ao desgaste em aplicações mecânicas específicas.
2. Aço carbono médio
O aço de médio carbono, com teor de carbono de 0,25% a 0,60%, oferece:
Principais características:
Aplicativos:
3. Aço de alto carbono
O aço de alto carbono, geralmente chamado de aço para ferramentas, contém carbono de 0,60% a 1,70%. Ele é caracterizado por:
Aplicações baseadas no teor de carbono:
Os aços com alto teor de carbono normalmente são tratados termicamente (temperados e revenidos) para obter as propriedades mecânicas ideais para as aplicações a que se destinam.
A soldabilidade do aço é influenciada principalmente por sua composição química, sendo o teor de carbono o fator mais crítico. Embora outros elementos de liga no aço possam afetar a soldagem, seu impacto é geralmente menos significativo em comparação com o carbono.
O aço com baixo teor de carbono (normalmente 25 mm), baixas temperaturas ambientes (0,05%), são necessárias precauções adicionais:
O aço de médio carbono (0,25-0,60% C) é mais suscetível a trincas a frio durante a soldagem. À medida que o teor de carbono aumenta, a temperabilidade da HAZ se eleva, levando a uma maior probabilidade de trincas a frio e menor soldabilidade. Os níveis elevados de carbono no material de base também aumentam o teor de carbono no metal de solda, o que, combinado com qualquer enxofre presente, pode promover rachaduras a quente. Para mitigar esses problemas ao soldar aço de médio carbono:
O aço com alto teor de carbono (>0,60% C) apresenta os desafios de soldagem mais significativos devido ao seu alto teor de carbono. Durante a soldagem, desenvolvem-se tensões térmicas substanciais, a HAZ torna-se altamente suscetível ao endurecimento e à trinca a frio, e o metal de solda é propenso à trinca a quente. Consequentemente, o aço com alto teor de carbono tem a pior soldabilidade entre as três categorias. Seu uso em estruturas soldadas é geralmente evitado, limitando as aplicações à soldagem de reparos ou ao revestimento duro de componentes resistentes ao desgaste. Quando for necessário soldar aço com alto teor de carbono:
O aço de médio carbono refere-se ao aço carbono com um teor de carbono de 0,25% a 0,60%, que inclui carbono de alta qualidade classes de aço estrutural como 30, 35, 45, 50, 55 e graus de aço carbono fundido, como ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 e ZG340-640.
Devido ao maior teor de carbono no aço de médio carbono em comparação com o aço de baixo carbono, sua soldabilidade é inferior. Quando a fração de massa de carbono está próxima de 0,30% e o teor de manganês não é alto, a soldabilidade ainda é boa, mas, à medida que o teor de carbono aumenta, a soldabilidade piora gradualmente.
Quando a fração de massa de carbono atinge cerca de 0,50%, a soldabilidade piora significativamente.
Os problemas que podem ocorrer ao soldar aço carbono médio são os seguintes:
Devido ao alto teor de carbono no aço, a zona afetada pelo calor pode facilmente produzir materiais duros e quebradiços estrutura de martensita durante a soldagem, resultando em trincas a frio.
Se forem usados materiais de soldagem inadequados ou se o processo de soldagem não for formulado corretamente, as trincas a frio também podem ocorrer facilmente na solda.
Durante a soldagem, o material de base com alto teor de carbono derreterá e introduzirá carbono na solda, aumentando assim o teor de carbono na solda. O carbono pode intensificar o efeito do enxofre e do fósforo nos metais, causando trincas a quente.
Portanto, ao soldar aço carbono médio, podem ocorrer facilmente trincas a quente na solda. Isso é especialmente verdadeiro quando o teor de enxofre e fósforo no material de base ou material de soldagem não são estritamente controlados, o que aumenta a probabilidade de ocorrência de trincas a quente.
Além disso, o alto teor de carbono no aço também pode aumentar a tendência da solda de produzir poros de gás CO.
Devido à propensão do aço de médio carbono a formar defeitos, como trincas a frio e a quente, quando soldado, medidas técnicas especiais precisam ser implementadas para garantir o sucesso da soldagem.
Vários métodos de soldagem a arco podem ser empregados para soldagem de carbono médio soldagem de aço. Como o aço carbono médio é comumente usado na produção de peças de máquinas, em vez de estruturas de soldagem em larga escala, o metal blindado soldagem a arco é utilizado com mais frequência.
Para evitar a formação de trincas a frio e a quente na solda, os eletrodos com baixo teor de hidrogênio são normalmente usados em soldas blindadas. arco metálico soldagem. Esses eletrodos não apenas mantêm um baixo teor de hidrogênio na solda, mas também apresentam efeitos dessulfurizantes e desfosforizantes, melhorando a plasticidade e a resistência da solda.
Quando o aço tem um teor de carbono mais baixo e a junta tem menos rigidez, podem ser usados eletrodos rutílicos ou básicos. No entanto, medidas técnicas rigorosas devem ser implementadas, como a minimização da taxa de fusão, o pré-aquecimento rigoroso da peça de trabalho e o controle da temperatura da camada intermediária.
Se o pré-aquecimento não for possível, podem ser usados eletrodos de aço inoxidável austenítico, como E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407).
O pré-aquecimento é a técnica mais eficaz para evitar rachaduras na soldagem de aço carbono médio. O pré-aquecimento não apenas reduz a taxa de resfriamento da junta, evitando a formação de martensita, mas também reduz a tensão de soldagem e acelera a difusão do hidrogênio.
Na maioria das circunstâncias, é necessário pré-aquecer e manter a temperatura da camada intermediária.
A seleção das temperaturas de pré-aquecimento e de intercamadas depende do carbono equivalente do aço, da espessura do metal de base, da rigidez da estrutura e do tipo de eletrodo.
A temperatura de pré-aquecimento pode ser determinada por meio de testes de soldagem ou pela fórmula empírica T0=550(C-0,12)+0,4δ. Nessa fórmula, T0 representa a temperatura de pré-aquecimento (℃), C representa a fração de massa de carbono no metal de base que está sendo soldado (%) e δ representa a espessura do metal de base. chapa de aço (mm).
As temperaturas de pré-aquecimento e da camada intermediária para soldagem de aço 30, 35 e 45 podem ser consultadas na Tabela 1.
Tabela 1 Temperatura de pré-aquecimento e temperatura de revenimento pós-soldagem para carbono soldagem de aço
| Grau de aço | Espessura da solda /mm | Processo de operação | Haste de solda categoria | Observação | |
| Temperatura da camada intermediária de pré-aquecimento /℃ | Temperatura de têmpera para alívio de estresse /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Vareta de solda do tipo sem baixo teor de hidrogênio | 1. A faixa de aquecimento em ambos os lados da ranhura para pré-aquecimento local é de 150 a 200 mm 2. Durante o processo de soldagem, o martelamento pode ser usado para reduzir a soldagem tensão residual. |
| Vareta de solda com baixo teor de hidrogênio | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Tipo com baixo teor de hidrogênio | ||
| >150 | Tipo sem baixo teor de hidrogênio | ||||
| 50-100 | >150 | Tipo com baixo teor de hidrogênio | |||
| 45 | -100 | >200 | Tipo com baixo teor de hidrogênio | ||
O ideal é que a peça de trabalho tenha uma ranhura em forma de U ou V para reduzir a proporção de metal de base que se funde na solda. Se estiver reparando defeitos em peças fundidas, a ranhura escavada deve ter um exterior liso para minimizar a quantidade de metal de base que se funde na solda.
A fonte de alimentação de polaridade reversa de corrente contínua deve ser usada para a soldagem. Para a soldagem de várias camadas, eletrodos de pequeno diâmetro, baixa corrente e baixa velocidade devem ser usados. velocidade de soldagem deve ser usado, pois a proporção de metal de base que se funde na primeira camada da solda pode chegar a 30%.
Após a soldagem, o ideal é que a peça de trabalho seja submetida imediatamente a um tratamento térmico de alívio de tensão. Isso é especialmente importante para soldas de grande espessura, estruturas altamente rígidas e soldas que operam sob cargas dinâmicas ou de impacto.
A temperatura para aliviar o estresse recozimento está geralmente entre 600 e 650 graus Celsius.
Se não for possível realizar o tratamento térmico de alívio de tensão imediatamente após a soldagem, deve-se realizar o pós-aquecimento, que envolve o aquecimento um pouco acima da temperatura de pré-aquecimentocom um tempo de retenção de aproximadamente 1 hora para cada 10 mm de espessura.
(I) Aço 35 e aço carbono fundido ZG270-500
A fração de massa de carbono no aço 35 é de 0,32% a 0,39%, e a do aço carbono fundido ZG270-500 é de 0,31% a 0,40%. O carbono equivalente é de aproximadamente 0,45%, portanto, a capacidade de soldagem desse tipo de aço é aceitável.
No entanto, na zona afetada pelo calor durante a soldagem, uma camada dura e quebradiça estrutura martensítica que tende a rachar. Portanto, algumas medidas técnicas devem ser tomadas ao soldar esse tipo de aço.
Ao usar a soldagem a arco com eletrodo, se um costura de solda Se for necessário um cordão de solda de resistência igual à do material de base, podem ser usadas as varetas de solda E5016 (J506) ou E5015 (J507). Se não for necessário um cordão de solda com a mesma resistência do material de base, podem ser selecionadas as varetas de solda E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423) etc.
Para soldagem por arco submerso, podem ser selecionados os fluxos HJ430 ou HJ431 e os fios H08MnA ou H10Mn2.
Para soldagem com escória, podem ser selecionados os fluxos HJ430, HJ431, HJ360 e os fios H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA.
Ao soldar o aço 35 e o aço fundido ZG270-500, a temperatura típica de pré-aquecimento e a temperatura da camada intermediária para as peças soldadas ficam em torno de 150 ℃. Se a rigidez das peças soldadas for relativamente grande, a temperatura de pré-aquecimento e a temperatura da camada intermediária devem ser aumentadas para 200-250 ℃.
A faixa de aquecimento para pré-aquecimento local é de 150 a 200 mm em ambos os lados da ranhura.
Para peças soldadas com alta espessura, alta rigidez ou que trabalham sob cargas dinâmicas ou de impacto, o recozimento para alívio de tensão deve ser realizado imediatamente após a soldagem. A temperatura de recozimento é geralmente de 600-650°C.
Para peças soldadas de espessura geral, o pós-aquecimento pode ser usado para permitir a difusão do hidrogênio para escapar.
A temperatura de pós-aquecimento é geralmente de 200 a 350°C, e o tempo de espera é de 2 a 6 horas, dependendo da espessura das peças soldadas.
(II) Aço 45 e aço carbono fundido ZG310-570
A fração de massa do carbono no aço 45 é de 0,42% a 0,5%, e a do aço fundido ZG310-570 é de 0,41% a 0,50%. O carbono equivalente é de aproximadamente 0,56%. Esse aço tem maior tendência a endurecer e é propenso a rachaduras, o que torna sua capacidade de soldagem relativamente ruim.
Para a soldagem a arco com eletrodo, devem ser escolhidas varetas de soldagem com baixo teor de hidrogênio. Se for necessário um cordão de solda de resistência igual à do material de base, podem ser usadas as varetas de solda E5516-G (J556) ou E5515-G (J557).
Se não for necessário um cordão de solda com a mesma resistência do material de base, podem ser selecionadas as varetas de solda E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423) etc.
Para soldagem por arco submerso, podem ser selecionados os fluxos HJ350 ou SJ101 e os fios H08MnMoA.
Ao soldar aço 45 e aço carbono fundido ZG310-570, deve-se escolher uma corrente de soldagem menor para reduzir a taxa de fusão do cordão de solda e diminuir a quantidade de carbono que passa do material de base para o cordão de solda.
Para soldar esse tipo de aço, é melhor pré-aquecer a peça inteira a uma temperatura acima de 200°C.
Para as juntas em T, como elas têm mais direções de dissipação de calor do que as juntas de topo, a velocidade de resfriamento do junta soldada aumentará, elevando a tendência de produzir rachaduras frias.
Portanto, a temperatura de pré-aquecimento deve ser adequadamente aumentada para 250-400°C, dependendo da espessura das peças soldadas.
A temperatura da camada intermediária não deve ser inferior à temperatura de pré-aquecimento.
Após a soldagem, as peças soldadas devem ser submetidas imediatamente ao recozimento para alívio de tensão. A temperatura de recozimento é de 600-650 ℃.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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