A soldagem de metais diferentes é um processo desafiador, mas essencial na fabricação moderna. Ele envolve a união de metais com propriedades e composições diferentes, muitas vezes resultando em uma zona de fusão com características mecânicas e estruturais variáveis. Este artigo explora os problemas inerentes, os métodos de soldagem adequados, como a soldagem por fusão e por pressão, e as principais considerações para garantir soldas robustas. Ao compreender esses aspectos, os leitores podem aprender estratégias eficazes para atenuar os problemas comuns de soldagem e melhorar o desempenho da junta em ambientes de alta temperatura e alta tensão.
Problemas inerentes à soldagem de metais dissimilares impediram seu desenvolvimento, como a constituição e o desempenho da zona de fusão em metais dissimilares.
Os danos à estrutura da soldagem de metais diferentes geralmente ocorrem na zona de fusão, pois as características do cristal de soldagem diferem ao longo dos segmentos próximos à zona de fusão, levando à formação de uma camada de transição com desempenho ruim e alterações na composição.
Além disso, devido à exposição prolongada a altas temperaturas, a camada de difusão nessa região se expandirá, aumentando ainda mais a falta de homogeneidade do metal.
Além disso, durante ou após a soldagem de metais diferentes, ou após tratamento térmico ou operação em alta temperatura, é comum observar o fenômeno do carbono do lado de baixa liga "migrando" através do limite da solda para a solda de alta liga, formando descarburação e camadas de carburização em ambos os lados da linha de fusão.
Isso resulta em uma camada de descarbonetação no material de base de baixa liga e uma camada de carburação no lado da solda de alta liga.
Os obstáculos e a prevenção do uso e do desenvolvimento de estruturas metálicas dissimilares se manifestam principalmente nas seguintes áreas:
1. À temperatura ambiente, as propriedades mecânicas do metal dissimilar junta soldada (como tração, impacto, flexão, etc.) geralmente superam o desempenho do material de base soldado.
No entanto, após uma operação prolongada em alta temperatura, o desempenho da área da junta é inferior ao do material de origem.
2. Há uma zona de transição martensítica entre a solda austenítica e o material de base perlítico.
Essa zona tem menor tenacidade e é uma camada frágil de alta dureza, que é uma área fraca que leva à falha do componente. Ela reduz a confiabilidade do estrutura soldada.
3. O tratamento térmico pós-soldagem ou a migração de carbono durante a operação em alta temperatura pode resultar na formação de uma camada carburizada e uma camada descarburizada em ambos os lados da linha de fusão.
Normalmente, acredita-se que a camada descarbonetada, devido à redução do carbono, causa mudanças significativas na estrutura e nas propriedades da área (geralmente uma degradação), tornando-a propensa a falhas prematuras durante o serviço.
Os locais de falha de muitas tubulações de alta temperatura em serviço ou em teste estão concentrados na camada descarbonetada.
4. A falha está relacionada a condições como tempo, temperatura e estresse cíclico.
5. O tratamento térmico pós-soldagem não pode eliminar a tensão residual distribuição na área conjunta.
6. Inomogeneidade da composição química.
Durante a soldagem de metal dissimilar, os metais em ambos os lados da costura de solda e a composição da liga da costura de solda diferem significativamente.
Durante o processo de soldagemSe o material de base e o material de soldagem se fundirem, eles se misturarão.
Esse nível de uniformidade da mistura muda com o processo de soldagem, e o grau de uniformidade da mistura pode variar muito em diferentes locais da junta de solda, levando a uma não homogeneidade na composição química da junta de solda.
7. Inomogeneidade da estrutura metalográfica.
Devido à descontinuidade da composição química da junta de solda e à experiência do ciclo térmico de soldagemEm alguns casos, as estruturas diferentes aparecem em várias áreas da junta de solda, muitas vezes resultando em formações estruturais extremamente complexas em algumas áreas.
8. Desempenho descontínuo.
A composição química e a estrutura metalúrgica das juntas soldadas levam a variações em suas propriedades mecânicas.
A força, a dureza, a plasticidade, a tenacidade, a resistência ao impacto, a fluência em alta temperatura e o desempenho duradouro diferem significativamente em várias regiões da junta soldada.
Essa inconsistência substancial causa comportamentos diversos em diferentes regiões da junta sob condições idênticas, manifestando-se como áreas de enfraquecimento e fortalecimento.
Especialmente em condições de alta temperatura, as juntas soldadas de metais diferentes geralmente apresentam falhas prematuras durante o serviço.
A maioria dos métodos de soldagem pode ser aplicada a soldar metais diferentesNo entanto, ao escolher um método de soldagem e estabelecer medidas de processo, as características da soldagem de metais diferentes devem ser levadas em consideração.
Com base nos requisitos do material de base e da junta soldada, a soldagem por fusão, soldagem por pressãoe outros métodos têm encontrado aplicações na soldagem de metais diferentes, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens.
A soldagem por fusão é amplamente utilizada na soldagem de metais diferentes.
Os métodos comuns de soldagem por fusão incluem soldagem com eletrodo revestido, soldagem por arco submerso, soldagem por arco com proteção gasosa, soldagem por eletroescória, soldagem por arco de plasma, soldagem por feixe de elétrons e soldagem a laser.
Para reduzir a diluição, diminuir a taxa de fusão ou controlar a quantidade de fusão de diferentes metais básicos, normalmente são escolhidos métodos com maior densidade de energia de fonte de calor, como soldagem por feixe de elétrons, soldagem a laser ou soldagem a arco de plasma.
Para minimizar a profundidade da fusão, podem ser adotadas medidas tecnológicas como arco indireto, arame de solda oscilante, eletrodo de banda e arame de solda adicional não eletrificado.
No entanto, em qualquer caso, desde que seja uma soldagem por fusão, parte do material de base sempre derreterá no cordão de solda, causando diluição.
Além disso, ele também formará compostos intermetálicos, estruturas eutéticas etc.
Para aliviar esses efeitos adversos, é imperativo controlar e reduzir o tempo de permanência dos metais em um estado líquido ou sólido de alta temperatura.
No entanto, apesar dos contínuos aprimoramentos e avanços nos métodos e procedimentos de soldagem por fusão, ainda é um desafio resolver todos os problemas associados à soldagem de diferentes tipos de materiais. Tipos de metais.
Dada a diversidade de metais e a ampla gama de requisitos de desempenho, juntamente com os variados estilos de junta, em muitos casos, a soldagem por pressão ou outros métodos de soldagem devem ser empregados para resolver problemas específicos. problemas de soldagem relacionados a diferentes juntas metálicas.
A maioria dos métodos de soldagem por pressão apenas aquece os metais a serem soldados até um estado plástico ou não os aquece, caracterizando-se principalmente pela aplicação de uma determinada pressão.
Em comparação com a soldagem por fusão, a soldagem por pressão tem certas vantagens na soldagem de juntas de metais diferentes, desde que a forma da junta permita e a qualidade da soldagem atende aos requisitos, a soldagem por pressão costuma ser uma opção mais razoável.
Durante a soldagem por pressão, a superfície de junção de diferentes metais pode ser derretida ou permanecer sólida, mas, devido ao efeito da pressão, mesmo que haja metal derretido na superfície, ele será espremido para fora (como na soldagem flash e na soldagem por pressão). soldagem por fricção).
Somente em alguns casos o metal que foi derretido permanece após a soldagem por pressão (como em soldagem por pontos).
A soldagem por pressão, devido à falta de calor ou à baixa temperatura de aquecimento, pode atenuar ou evitar os efeitos adversos da ciclagem térmica nas propriedades do metal de base e evitar a formação de compostos intermetálicos frágeis.
Algumas formas de soldagem por pressão podem até mesmo espremer os compostos intermetálicos que se formaram na junta.
Além disso, não ocorrem alterações relacionadas à diluição nas propriedades do metal de solda durante a soldagem por pressão.
No entanto, a maioria dos métodos de soldagem por pressão tem certos requisitos para as formas das juntas.
Por exemplo, a soldagem por pontos, soldagem de costuraA soldagem por fricção e a soldagem ultrassônica devem usar juntas sobrepostas; pelo menos uma peça de trabalho deve ter uma seção transversal rotativa na soldagem por fricção; a soldagem por explosão só é aplicável a conexões de áreas maiores.
O equipamento de soldagem por pressão também ainda não é muito difundido. Esses fatores, sem dúvida, limitam a faixa de aplicação da soldagem por pressão.
Além da soldagem por fusão e da soldagem por pressão, há vários outros métodos de soldagem de metais diferentes. Por exemplo, brasagem é um método que usa um metal de adição para unir diferentes metais básicos.
No entanto, o foco aqui está em um tipo especial de método de brasagem.
Uma dessas técnicas é conhecida como brasagem por fusão, em que o material de ponto de fusão mais baixo em uma junta de metal diferente é submetido à soldagem por fusão, e o material de ponto de fusão mais alto é submetido à brasagem. Em geral, o metal de enchimento corresponde ao metal de base de baixo ponto de fusão.
Dessa forma, o processo entre o metal de adição e o metal de base de baixo ponto de fusão é essencialmente um processo de soldagem por fusão do mesmo metal e não apresenta nenhum desafio exclusivo.
A interação entre o metal de adição e o metal de base de alto ponto de fusão é um processo de brasagem. O metal de base não derrete nem cristaliza, contornando muitos problemas relacionados à soldagem.
No entanto, isso requer que o metal de enchimento molhe o metal de base de forma eficaz.
Outra técnica é conhecida como brasagem eutética ou brasagem por difusão eutética. Esse método envolve o aquecimento da superfície de contato de metais diferentes a uma determinada temperatura que forma um eutético de baixo ponto de fusão no ponto de contato.
Esse eutético de baixo ponto de fusão torna-se líquido a essa temperatura, criando essencialmente um método de brasagem que não precisa de metal de adição adicional.
Obviamente, isso exige que os dois metais formem um eutético de baixo ponto de fusão.
Durante o uso de metais diferentes soldagem por difusãoEm uma camada intermediária, uma camada intermediária é introduzida e, sob baixa pressão, a camada intermediária derrete ou forma um eutético de baixo ponto de fusão ao entrar em contato com os metais a serem soldados.
Essa fina camada de líquido, após um período específico de preservação do calor, permite que a camada intermediária se difunda totalmente no metal de base e se torne uniforme, resultando em uma junta de metal diferente sem camada intermediária.
Esses métodos geralmente envolvem uma pequena quantidade de metal líquido durante o processo de soldagem, por isso também são chamados de soldagem de transição de fase líquida. Sua característica comum é a ausência de estruturas fundidas na junta.
a. Sob a perspectiva de resistência igual, selecione hastes de soldagem que satisfaçam a resistência do metal de base.
Alternativamente, considerando o soldabilidade do metal de base, opte por hastes de soldagem que não sejam de igual resistência, mas que ofereçam boa soldabilidade.
No entanto, a estrutura da solda deve ser considerada para atender aos requisitos de igual resistência e igual rigidez.
b. Certifique-se de que a composição da liga seja igual ou próxima à do metal de base.
c. Quando o metal de base contém uma quantidade maior de impurezas prejudiciais, como carbono (C), enxofre (S) e fósforo (P), escolha varetas de soldagem com resistência superior a trincas e porosidade. Sugere-se o uso de varetas de solda do tipo titânio-cálcio. Se isso não resolver o problema, podem ser usadas varetas de solda do tipo sódio com baixo teor de hidrogênio.
a. Quando submetidos a cargas dinâmicas e cargas de impacto, além de garantir a resistência, são necessários alta resistência ao impacto e alongamento.
Nesse caso, opte por varetas de solda com baixo teor de hidrogênio, titânio-cálcio e óxido de ferro.
b. Se as soldas entrarem em contato com meios corrosivos, é necessário selecionar um aço inoxidável apropriado Vareta de solda com base no tipo, na concentração e na temperatura de operação do meio, bem como no fato de ser corrosão geral ou intergranular.
c. Durante as condições de operação que envolvem desgaste, diferencie se é um desgaste geral ou de impacto e se o desgaste ocorre em temperatura ambiente ou em alta temperatura.
d. Para operações em condições de temperatura extrema, escolha varetas de solda que garantam o desempenho mecânico em baixa ou alta temperatura.
a. Para soldar peças com formas complexas ou de alta espessura, o metal de solda é submetido a uma tensão de contração significativa durante o resfriamento, o que pode levar a rachaduras.
É essencial escolher varetas de soldagem com alta resistência a trincas, como varetas com baixo teor de hidrogênio, varetas de alta tenacidade ou varetas de óxido férrico.
b. Para soldar peças que não podem ser viradas devido a determinadas condições, é necessário selecionar varetas de soldagem capazes de soldar em todas as posições.
c. Para peças de soldagem em que a área de soldagem é difícil de limpar, escolha varetas altamente oxidativas que sejam insensíveis à pele oxidada e à graxa, para evitar a ocorrência de defeitos como furos de ar.
Em locais sem máquinas de soldagem CC, não é adequado escolher varetas de soldagem que funcionem apenas com energia CC. Em vez disso, devem ser selecionadas varetas que possam usar energia CA e CC.
Certos materiais de aço, como o aço perlítico resistente ao calor, exigem alívio de tensão pós-soldagem.
No entanto, se as condições do equipamento ou as limitações estruturais inerentes impedirem o tratamento térmico, recomenda-se o uso de hastes de materiais que não sejam de metal base, como o aço inoxidável austenítico, que não requer tratamento térmico pós-soldagem.
Em locais onde as varetas de soldagem ácidas e alcalinas atendem aos requisitos, as varetas ácidas devem ser preferidas.
Quando o desempenho é o mesmo, as varetas de soldagem ácidas de menor preço devem ser escolhidas em vez das alcalinas.
Entre as hastes de soldagem ácidas, titânio e os tipos de titânio-cálcio são mais caros.
Considerando a situação dos recursos minerais de nosso país, devemos promover fortemente o uso de hastes revestidas de titânio e ferro.
3. Considere a complexidade do formato da montagem, o nível de rigidez, o status de preparação da abertura de soldagem e a posição de soldagem.
a. No caso de peças de solda com formas complexas ou alta espessura, o metal de solda é submetido a uma tensão de contração significativa durante o resfriamento, o que pode levar a trincas. É essencial escolher varetas de soldagem com alta resistência a trincas, como varetas com baixo teor de hidrogênio, varetas de alta tenacidade ou varetas de óxido férrico.
b. Para soldar peças que não podem ser viradas devido a determinadas condições, é necessário selecionar varetas de soldagem capazes de soldar em todas as posições.
c. Para peças de soldagem em que a área de soldagem é difícil de limpar, escolha varetas altamente oxidativas que sejam insensíveis à pele oxidada e à graxa, para evitar a ocorrência de defeitos como furos de ar.
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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