Como os vários elementos metálicos do arame de soldagem afetam a qualidade final da solda? Do silício ao vanádio, cada elemento desempenha uma função exclusiva no processo de soldagem. A compreensão de seus efeitos pode melhorar significativamente a resistência da solda, a ductilidade e a resistência a defeitos. Este artigo explora as funções e as implicações desses elementos, fornecendo percepções essenciais para a obtenção de resultados de soldagem ideais.
Com relação aos elementos de liga como Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo e V contidos no arame de soldagem, qual é o impacto desses elementos de liga no desempenho da soldagem? A seguir, explicações sobre cada elemento:
O silício é o elemento desoxidante mais comumente usado em fios de solda. Ele pode impedir que o ferro se combine com o oxigênio e pode reduzir o FeO na poça de fusão.
No entanto, quando o silício é usado sozinho para a desoxidação, o SiO2 tem um alto ponto de fusão (aproximadamente 1710 ℃), e as partículas produzidas são pequenas e difíceis de flutuar para fora da poça de fusão. Isso pode levar ao aprisionamento da escória no metal de solda.
A função do manganês é semelhante à do silício, mas sua capacidade de desoxidação é ligeiramente inferior à do silício. Quando o manganês é usado sozinho para a desoxidação, o MnO resultante tem uma densidade maior (15,11g/cm3) e também é difícil de flutuar para fora da poça de fusão.
Além de sua função de desoxidação, o manganês no arame de solda também pode se combinar com o enxofre para formar sulfeto de manganês (MnS), que pode ser removido (dessulfurizado), reduzindo assim a tendência de rachaduras a quente causadas pelo enxofre.
Como é difícil remover os produtos de desoxidação quando o silício ou o manganês é usado sozinho para a desoxidação, uma combinação de silício e manganês é comumente usada para formar um composto de silicato (MnO-SiO2) durante a desoxidação.
MnO-SiO2 tem um ponto de fusão mais baixo (aproximadamente 1270℃) e uma densidade mais baixa (aproximadamente 3,6g/cm3). Ele pode coagular em grandes blocos de escória e flutuar para fora da poça de fusão, obtendo um bom efeito de desoxidação.
O manganês também é um importante elemento de liga no aço e um importante elemento de endurecimento. Ele tem um impacto significativo sobre a resistência do metal de solda.
Quando o teor de Mn é menor que 0,05%, o metal de solda tem alta tenacidade. Quando o teor de Mn é maior que 3%, o metal de solda se torna frágil. Quando o teor de Mn está entre 0,6% e 1,8%, o metal de solda tem alta resistência e tenacidade.
O enxofre no aço geralmente está presente na forma de sulfeto de ferro, que é distribuído em um padrão de malha ao longo dos limites dos grãos e reduz significativamente a resistência do aço. O eutético temperatura do ferro e o sulfeto de ferro é relativamente baixo (985℃).
Portanto, durante o trabalho a quente, como a temperatura inicial de trabalho está geralmente entre 1150-1200°C, o eutético de ferro e sulfeto de ferro já derreteu, causando rachaduras durante o processo de trabalho.
Esse fenômeno é conhecido como "fragilidade a quente do enxofre". A propriedade do enxofre torna o aço propenso a rachaduras a quente durante a soldagem.
Portanto, o teor de enxofre no aço é rigorosamente controlado. A principal diferença entre o aço-carbono comum, o aço-carbono de alta qualidade e o aço avançado de alta qualidade é a quantidade de enxofre e o teor de fósforo.
Conforme mencionado anteriormente, o manganês tem um efeito dessulfurizante porque pode formar sulfeto de manganês (MnS) de alto ponto de fusão (1600 ℃) com enxofre, que é distribuído em uma forma granular dentro dos grãos.
Durante o trabalho a quente, o sulfeto de manganês tem plasticidade suficiente para eliminar os efeitos nocivos do enxofre. Portanto, é benéfico manter uma certa quantidade de teor de manganês no aço.
O fósforo pode ser completamente dissolvido em ferrite em aço. Seu efeito de reforço no aço só fica atrás do carbono, e aumenta a resistência e dureza de aço.
O fósforo também pode melhorar a resistência à corrosão do aço, mas diminui significativamente sua ductilidade e tenacidade. Esse efeito é particularmente grave em baixas temperaturas, o que é conhecido como o fenômeno da "fragilidade a frio do fósforo".
Portanto, ele é prejudicial à soldagem e aumenta a suscetibilidade do aço a rachaduras. Como impureza, o teor de fósforo no aço também deve ser restrito.
O cromo pode aumentar a resistência e a dureza do aço enquanto diminui sua ductilidade e resistência em menor grau. O cromo tem forte capacidade de resistência à corrosão e aos ácidos, portanto, os aços inoxidáveis austeníticos geralmente contêm mais de 13% de cromo.
O cromo também tem fortes propriedades antioxidantes e de resistência ao calor. Portanto, o cromo também é amplamente usado em aços resistentes ao calor, como o 12CrMo, o 15CrMo e o 5CrMo. O cromo está presente no aço em determinadas quantidades.
O cromo é um componente importante do aço austenítico e um componente da ferrita. Ele pode melhorar a resistência à oxidação e as propriedades mecânicas do aço. liga de aço em altas temperaturas. No aço inoxidável austenítico, quando a quantidade total de cromo e níquel é 40% e a relação Cr/Ni é 1, há uma tendência de trincas a quente.
No entanto, quando a relação Cr/Ni é de 2,7, não há tendência de rachaduras a quente.
Portanto, em geral, quando a relação Cr/Ni está em torno de 2,2-2,3 no aço tipo 18-8, o cromo pode facilmente formar carbonetos na liga de aço, reduzir a condutividade térmica e causar dificuldades na soldagem devido à formação de óxido de cromo.
O alumínio é um dos elementos desoxidantes mais fortes. Portanto, o uso do alumínio como desoxidante pode não apenas reduzir a produção de FeO, mas também facilitar a redução de FeO, suprimindo efetivamente a reação química do gás CO produzido na poça de fusão e melhorando a capacidade de resistir à porosidade do CO.
Além disso, o alumínio também pode se combinar com o nitrogênio para formar um efeito de fixação de nitrogênio, reduzindo a porosidade do nitrogênio.
No entanto, o uso de alumínio para a desoxidação resulta na formação de AI de alto ponto de fusão2O3 (aproximadamente 2050 ℃), que existe em estado sólido na poça de fusão e é fácil de causar o aprisionamento de escória no metal de solda.
Ao mesmo tempo, o arame de solda contendo alumínio é propenso a respingos, e o teor excessivo de alumínio pode reduzir a resistência do metal de solda a trincas a quente.
Portanto, o teor de alumínio no fio de solda deve ser rigorosamente controlado e não deve ser muito alto. Se o teor de alumínio no fio de solda for adequadamente controlado, a dureza, o ponto de escoamento e a resistência à tração do metal de solda serão ligeiramente melhorados.
Titânio também é um forte elemento desoxidante e pode se combinar com o nitrogênio para formar TiN, desempenhando um papel de fixação de nitrogênio e melhorando a capacidade do metal de solda de resistir à porosidade do nitrogênio.
Se as quantidades adequadas de titânio e boro (B) estiverem presentes na estrutura do metal de solda, a estrutura do metal de solda poderá ser refinada.
O molibdênio pode aumentar a resistência e a dureza do aço-liga, refinar o tamanho do grão, evitar a fragilidade da têmpera e a tendência ao superaquecimento e melhorar a resistência a altas temperaturas, a resistência à fluência e a durabilidade.
Quando o teor de molibdênio é inferior a 0,6%, ele pode melhorar a ductilidade, reduzir a tendência a rachaduras e aumentar a resistência ao impacto. O molibdênio também tem a tendência de promover a grafitização.
Portanto, o teor de molibdênio em aços resistentes ao calor, como 16Mo, 12CrMo, 15CrMo, etc., é geralmente em torno de 0,5%.
Quando o teor de molibdênio no aço-liga está entre 0,6% e 1,0%, o molibdênio pode reduzir a plasticidade e a tenacidade do aço-liga e aumentar sua tendência de resfriamento.
O vanádio pode aumentar a resistência do aço, refinar o tamanho do grão, reduzir a tendência de crescimento do grão e melhorar a temperabilidade.
O vanádio é um elemento formador de carboneto relativamente forte, e os carbonetos que ele forma são estáveis abaixo de 650°C.
Ele também tem efeitos de endurecimento por envelhecimento. Os carbonetos de vanádio têm estabilidade em altas temperaturas e podem melhorar a dureza do aço em altas temperaturas. O vanádio também pode alterar a distribuição de carbonetos no aço, mas é propenso a formar óxidos refratários, dificultando a soldagem e o corte.
Em geral, quando o teor de vanádio no metal de solda está em torno de 0,11%, ele pode desempenhar um papel na fixação de nitrogênio, transformando uma situação desfavorável em favorável.
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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