Você já se perguntou por que algumas soldas são fortes e outras falham? Este artigo se aprofunda nas zonas críticas afetadas durante a soldagem: a zona de fusão da solda e a zona afetada pelo calor (HAZ). Compreender essas áreas é fundamental, pois elas afetam significativamente a integridade e o desempenho das juntas soldadas. Ao explorar as estruturas e os ciclos térmicos envolvidos, você obterá insights sobre os desafios e os métodos para melhorar a qualidade da solda. Descubra como otimizar as técnicas e os materiais de soldagem para obter soldas mais fortes e confiáveis.
Durante a soldagem por fusão, ocorre uma série de mudanças do estado de fusão para o estado sólido na solda devido à ação da fonte de calor de soldagem.
Além disso, a estrutura e as propriedades do metal de base em ambos os lados da solda que não são fundidos são alteradas como resultado da influência da transferência de calor da soldagem.
Há também uma zona de transição entre o metal de base e a solda, que é distinta tanto da solda quanto do metal de base e pode afetar muito o desempenho da junta soldada.
1 - Cordão de solda
2 - Fusion Zone
3 - Zona afetada pelo calor
4 - Metal base
A zona de fusão, uma região crítica em juntas soldadas, marca a transição entre o metal de solda e a zona afetada pelo calor (HAZ). Essa área microscópica, muitas vezes difícil de discernir mesmo sob ampliação, desempenha um papel fundamental na integridade geral da solda.
Nas estruturas de aço, a "Estrutura Superaquecida" representa um defeito interno significativo. Caracterizada por tamanhos de grão anormalmente grandes, essa estrutura se forma quando o aço é aquecido acima de sua temperatura AC3 (a temperatura na qual a formação de austenita está completa) por períodos prolongados ou quando altas temperaturas são mantidas após o aquecimento. Esse fenômeno pode afetar gravemente as propriedades mecânicas do aço.
A Zona de Fusão apresenta temperaturas entre as linhas solidus e liquidus no diagrama de fase ferro-carbono. Nessa faixa de temperatura, o metal existe em um estado parcialmente derretido, geralmente chamado de "zona mole" ou "região semissólida". Essa zona é caracterizada por grãos extremamente grandes e, após o resfriamento, resulta em uma estrutura grosseira e superaquecida. Essa microestrutura apresenta baixa plasticidade e resistência reduzida, o que pode comprometer o desempenho da solda sob tensão.
A posição exclusiva da Zona de Fusão na junta de solda a torna particularmente suscetível a defeitos. Suas heterogeneidades químicas e estruturais inerentes geralmente servem como locais de início de trincas ou falhas frágeis localizadas. Consequentemente, essa zona normalmente representa a área de menor resistência à fratura dentro da junta soldada, tornando-a um foco crítico para o controle de qualidade e testes não destrutivos em processos de soldagem.
Para atenuar esses problemas, os engenheiros de soldagem costumam empregar técnicas como aporte térmico controlado, seleção adequada do material de enchimento e tratamentos térmicos pós-soldagem para otimizar a microestrutura e as propriedades da zona de fusão. Tecnologias avançadas de soldagem, como a soldagem por feixe de elétrons ou soldagem a laserAlém disso, o uso de um sistema de controle de qualidade, como o Fusion Zone, também pode ajudar a minimizar a largura da zona de fusão e reduzir os riscos associados.
O processo pelo qual a temperatura de um ponto em uma solda muda ao longo do tempo sob a influência do calor de soldagem A fonte de calor é conhecida como "ciclo térmico de soldagem". Esse termo se refere a um ponto específico da solda em que a fonte de calor está próxima.
Durante o Ciclo térmico de soldagemQuando a fonte de calor se afasta, a temperatura no ponto aumenta até atingir seu valor máximo. À medida que a fonte de calor se afasta, a temperatura diminui gradualmente até voltar à temperatura ambiente. Esse processo pode ser representado por uma curva.
Curva do ciclo térmico de soldagem
A "Zona afetada pelo calor da soldagem" (HAZ) refere-se à região em que a estrutura metalúrgica e as propriedades mecânicas do metal de base são alteradas como resultado da exposição ao calor (mas não da fusão) durante o processo de soldagem. processo de soldagem. As características e propriedades da ZTA são um reflexo das propriedades e da qualidade da junta soldada.
Para aço de baixo carbono e aço de alta resistência de baixa liga com elementos de liga mínimos, a zona afetada pelo calor de soldagem pode ser dividida em "zona superaquecida", "zona de normalização", "zona de recristalização incompleta" e "zona de recristalização".
Zona afetada pelo calor de soldagem de aço não temperável
Estrutura superaquecida: estrutura widmanstatten
Na zona superaquecida da zona afetada pelo calor da soldagem, a formação de uma camada grossa de metal é um problema. austenita resulta em uma estrutura especial superaquecida sob resfriamento rápido. Essa estrutura é caracterizada por agulhas paralelas de ferrita (cementita) dentro do grão grosso. austenita A austenita restante entre as agulhas é transformada em perlita. Essa estrutura superaquecida é conhecida como "Estrutura Widmanstatten de Ferrite (Cementite)".
Em termos simples, quando o grão de austenita é grosso e a taxa de resfriamento é adequada, a fase pré-eutectoide no aço forma um floco de perlita em forma de agulha. A estrutura Widmanstatten não só tem um tamanho de grão grande, mas também apresenta uma diminuição significativa na flexibilidade do metal devido à superfície frágil criada por inúmeras agulhas de ferrita, que é a principal causa da fragilização da junta soldada em aço que não é facilmente temperado.
A largura da zona afetada pelo calor (HAZ) é influenciada por vários fatores, incluindo o método de soldagem, os parâmetros de soldagem, o tamanho e a espessura da solda, as propriedades físicas térmicas do material metálico e a forma da junta.
É possível reduzir a largura da HAZ usando parâmetros de soldagemcomo a redução da corrente de soldagem e o aumento da velocidade de soldagem.
A largura da ZTA varia de acordo com o método de soldagem utilizado. A largura total da HAZ para o eletrodo soldagem a arco é de aproximadamente 6 mm, enquanto é de cerca de 2,5 mm para a soldagem a arco submerso e de aproximadamente 27 mm para a soldagem a gás.
A "correspondência de materiais" está relacionada principalmente à escolha de materiais de soldagem.
Para aço de baixo carbono, aço estrutural de alta resistência de baixa liga e aço de baixa temperatura, a composição do metal de solda e do metal de base não precisa ser idêntica, mas as propriedades mecânicas devem ser as mesmas do metal de base.
Ao trabalhar com aço resistente ao calor e aço inoxidável, para garantir que a solda tenha um desempenho semelhante ao do metal de base em altas temperaturas e resistência à corrosão, a composição química do material de soldagem deve corresponder à do metal de base.
Na soldagem por fusão, a proporção de metal de base derretido no metal de solda é chamada de proporção de fusão.
A fórmula de cálculo da taxa de fusão é:
r = Fm/(Fm+Ft)
Onde
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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