Soldagem de ferro fundido: explicação

O ferro fundido é uma liga de ferro-carbono com um teor de carbono (C) superior a 2,14%. O ferro fundido é, na verdade, uma liga de ferro com vários elementos, composta principalmente de Fe, C e Si. O ferro fundido pode ser dividido em ferro fundido cinzento (HT), ferro fundido maleável (KT), ferro fundido dúctil (QT), ferro fundido de grafite compactado (RT) e ferro fundido branco (BT).

Tipos comuns de ferro fundido cinzento incluem HT100, HT200, HT250, HT300 e HT350. Os tipos comuns de ferro fundido dúctil incluem QT400-18, QT400-15, QT450-10 e QT500-7.

A aplicação da soldagem de ferro fundido ocorre principalmente nas três situações a seguir:

1) Reparo de soldagem de defeitos de fundição.

2) Reparo por soldagem de peças acabadas de ferro fundido danificadas.

3) Produção de componentes, que se refere à produção de componentes por meio da soldagem de peças de ferro fundido (principalmente ferro fundido dúctil) juntamente com peças de ferro fundido, vários tipos de açoou peças de metal não ferroso.

Os métodos comumente usados para soldar ferro fundido incluem metal blindado soldagem a arco (SMAW), CO₂ soldagem com proteção de gás, soldagem a gás, brasagem com chama de gás, soldagem manual a arco de metal (MMAW) e pulverização de pó com chama de gás.

Entre esses métodos, o SMAW é o mais comumente usado. Para atender a diferentes requisitos, o ferro fundido materiais de soldagem usados no SMAW são classificados em três tipos principais com base no tipo de metal de solda: à base de ferro, à base de níquel e à base de cobre.

1. Soldagem de ferro fundido cinzento

1. Características de soldagem do ferro fundido cinzento

O ferro fundido cinzento tem certas características em termos de composição química, incluindo uma alta teor de carbono e altos níveis de impurezas de enxofre e fósforo. Isso aumenta a sensibilidade da junta soldada a mudanças na taxa de resfriamento e sua suscetibilidade a trincas a frio e a quente.

Em termos de propriedades mecânicas, o ferro fundido cinzento é caracterizado por baixa resistência e praticamente nenhuma ductilidade. Esses dois aspectos, combinados com a rápida taxa de resfriamento durante o processo de soldagem e a significativa tensão de soldagem causada pelo aquecimento desigual da solda, resultam em uma baixa soldabilidade de ferro fundido.

Os principais problemas são dois: a junta soldada é propensa à formação de ferro branco e estruturas endurecidas, e também é suscetível a rachaduras.

(1) Formação de ferro branco e estruturas endurecidas em juntas soldadas

Ao soldar ferro fundido cinzento, o pequeno tamanho da poça de solda e seu curto tempo de existência, combinados com a condução interna de calor do ferro fundido, resultam em uma taxa de resfriamento muito mais rápida na solda e na zona adjacente afetada pelo calor em comparação com a taxa de resfriamento das peças fundidas no molde de areia.

Como resultado, uma grande quantidade de cementita será formada na solda e na zona parcialmente fundida, levando à formação de uma estrutura de ferro fundido branco. As áreas em que a estrutura de ferro branco é formada na junta soldada são principalmente as seguintes zona de soldazona parcialmente fundida e zona de austenita.

O problema da formação de ferro branco em juntas de ferro fundido cinzento refere-se principalmente à tendência de a solda e a zona parcialmente fundida formarem uma estrutura de ferro branco. Isso se deve principalmente à alta tendência de a junta ser excessivamente resfriada durante o processo de soldagem, o que afeta o processo de grafitização do ferro fundido.

A presença de estrutura de ferro branco em juntas de ferro fundido não só causa dificuldades de processamento, mas também leva à formação de defeitos, como rachaduras. Portanto, certas medidas devem ser tomadas para minimizar as condições para sua formação e criar condições favoráveis para a grafitização da junta.

A principal abordagem é alterar a composição química da solda ou diminuir a taxa de resfriamento da solda para evitar a formação da estrutura de ferro branco.

Além disso, o uso de brasagem Os métodos em que o material de base não é derretido podem evitar fundamentalmente a formação de estrutura de ferro branco na zona parcialmente derretida. Essa é outra abordagem para evitar o problema da formação de ferro branco nas juntas.

(2) Trincas de solda

A rachadura é um defeito comum na soldagem de ferro fundido cinzento. Trincas de solda em ferro fundido podem ser classificadas em duas categorias: trincas a frio e trincas a quente.

1) Trincas a frio: As trincas a frio na soldagem de ferro fundido cinzento geralmente ocorrem na zona de solda e na zona afetada pelo calor. É mais provável que ocorram trincas a frio em soldas em que o metal de adição é o próprio ferro fundido.

Ao usar materiais de soldagem diferentes para criar soldas de austenitaSe o metal de enchimento for à base de ferrita, ferrite ou cobre, é menos provável que ocorram trincas a frio devido à melhor ductilidade do metal de solda e ao uso de processos adequados de soldagem a frio.

A temperatura na qual as rachaduras ocorrem em soldas de ferro fundido é geralmente inferior a 400°C. As rachaduras geralmente são acompanhadas por um som audível de fratura frágil. Esses tipos de rachaduras geralmente ocorrem em soldas mais longas ou no reparo de grandes defeitos de ferro fundido com alta rigidez.

A maneira mais eficaz de evitar a formação de trincas é pré-aquecer toda a soldagem (550-700°C) para reduzir os diferenciais de temperatura e diminuir a tensão de soldagem. Em alguns casos, o uso do método de dissipador de calor para reduzir a tensão na área de reparo também pode evitar a formação de trincas.

As trincas a frio na zona afetada pelo calor geralmente ocorrem em áreas com alto teor de cementita e martensita. Em alguns casos, elas também podem ocorrer na zona afetada pelo calor, ligeiramente afastada da linha de fusão. Ao soldar componentes de ferro fundido com paredes finas (5 a 10 mm), também podem ocorrer trincas a frio na zona afetada pelo calor, ligeiramente afastadas da linha de fusão.

É importante observar que o temperatura de pré-aquecimento e outras medidas para evitar rachaduras podem variar dependendo do material específico do ferro fundido, da espessura e das condições de soldagem. Portanto, é recomendável consultar especialistas em soldagem e consultar as normas e diretrizes de soldagem relevantes para obter os procedimentos adequados.

Medidas de processo podem ser tomadas para reduzir a tensão na junta soldada e evitar a formação de cementita e martensita. O pré-aquecimento da soldagem pode ser usado para evitar a ocorrência das trincas a frio mencionadas acima. Ao usar arco soldagem a frioSe o processo de soldagem a frio for adotado corretamente para enfraquecer o estado de tensão da junta soldada, será benéfico para evitar trincas a frio.

O uso de materiais de soldagem com pontos de escoamento mais baixos e boa plasticidade também é benéfico na prevenção de trincas a frio. Ao reparar componentes grandes e espessos com defeitos de trinca, em que a ranhura é grande e são necessárias várias camadas de solda, a tensão acumulada na soldagem é alta.

Para evitar que as trincas frias na zona afetada pelo calor se transformem em trincas de delaminação, o método de alimentação de arame pode ser usado em ambos os lados da ranhura para soldagem.

2) Rachaduras quentes: Quando a solda é do tipo ferro fundido, ela não é sensível a trincas a quente. Entretanto, ao usar eletrodos de aço de baixo carbono e eletrodos de ferro fundido à base de níquel para soldagem a frio, a solda é mais propensa a trincas cristalinas, que pertencem às trincas a quente.

Ao soldar ferro fundido cinzento, há uma tendência significativa de rachaduras na junta soldada. Isso está relacionado principalmente às propriedades do próprio ferro fundido, à tensão de soldagem, à estrutura da junta e à composição química.

Para evitar a formação de trincas durante a soldagem de ferro fundido, medidas como a redução da tensão de soldagem, a alteração da liga de solda e limitando a inclusão de impurezas do material de base na solda são adotados principalmente na produção.

2. Processo de soldagem para ferro fundido cinzento

Com base nas características de soldagem do ferro fundido cinzento, que são a tendência de formação de ferro branco e a ocorrência de trincas, é necessário começar pela prevenção desses defeitos e considerar vários fatores ao selecionar métodos de soldagem e desenvolver um processo de soldagem razoável.

(1) Soldagem por fusão de soldas homogêneas (tipo ferro fundido):

A soldagem por fusão de soldas homogêneas pode ser feita usando soldagem a arco, soldagem semi-quente, soldagem a gáse soldagem a arco frio.

1) Soldagem a arco e soldagem semi-quente:

Pré-aqueça toda a soldagem ou a área defeituosa a 600-700°C e, em seguida, realize a soldagem de reparo. Após a soldagem, adote um processo de reparo de ferro fundido com resfriamento gradual, que é conhecido como soldagem a quente. Quando a faixa de temperatura de pré-aquecimento é de 300-400°C, ela é chamada de soldagem semi-quente.

Tanto a soldagem a arco quente quanto a soldagem semi-quente têm dois tipos de eletrodos. Um tipo é o eletrodo de ferro fundido de grafite com núcleo de ferro fundido (Z248) e o outro tipo é o eletrodo de ferro fundido de grafite com núcleo de aço (Z208).

O eletrodo Z248 é usado principalmente para reparar defeitos em peças fundidas grossas e grandes. A alma de solda desse tipo de eletrodo é uma haste de ferro fundido de φ6-φ12 mm, revestida com um fluxo formador de grafite. O grande diâmetro do eletrodo com núcleo de ferro fundido permite o uso de altas correntes de soldagem, o que acelera o processo de soldagem e reduz a intensidade de trabalho do soldador.

O eletrodo Z208 usa um núcleo de aço de baixo carbono (H08) e é revestido com um forte fluxo formador de grafite. A solda resultante é do tipo ferro fundido. Embora o núcleo de soldagem seja feito de aço de baixo carbono, a adição de substâncias formadoras de grafite no fluxo garante que a solda obtenha uma composição e uma estrutura semelhantes às do ferro fundido cinzento sob condições de soldagem a quente e semi-quente.

Durante a soldagem a arco quente, a fundição ou a área de reparo local geralmente é pré-aquecida a 600-700°C antes da soldagem. Após a soldagem, a junta é isolada e resfriada lentamente, melhorando significativamente o estado de estresse da junta e evitando efetivamente a formação de trincas a frio.

Devido à alta temperatura de pré-aquecimento e ao resfriamento lento na soldagem a quente, a junta é totalmente grafitizada, o que impede completamente a formação de ferro branco e estruturas endurecidas. O processo específico de soldagem a quente é o seguinte:

a) Pré-aquecimento: Para peças fundidas com estruturas complexas, onde a área de reparo tem alta rigidez e a solda tem liberdade limitada para expansão e contração, recomenda-se realizar o pré-aquecimento geral.

Para peças fundidas com estruturas simples, em que a área de reparo tem baixa rigidez e a solda tem algum espaço para expansão e contração, como defeitos na borda da peça fundida ou pequenas áreas de fratura, pode ser usado o pré-aquecimento local.

b) Limpeza antes da soldagem: Antes da soldagem a arco quente, a área de soldagem da peça fundida deve ser limpa e preparada com a remoção de qualquer sujeira ou contaminante. Se houver contaminação por óleo na área com defeito da peça fundida, ela geralmente pode ser removida por aquecimento com uma chama de oxiacetileno.

Em seguida, dependendo da natureza do defeito, ferramentas como esmerilhadeiras manuais, cinzéis ou cinzéis pneumáticos podem ser usados para processamento adicional. Ao criar a ranhura, ela deve ser retificada ou chanfrada até que não haja defeitos, e a ranhura deve ter um fundo liso e uma abertura um pouco mais larga para facilitar a operação e garantir qualidade da soldagem.

c) Moldagem: Para áreas de canto e defeitos penetrantes, a fim de evitar a perda de metal fundido e garantir o formato desejado da solda, a moldagem deve ser feita na área de soldagem antes da soldagem. O formato e as dimensões do molde são mostrados na Figura 5-1.

Podem ser usados materiais de moldagem, como areia de moldagem misturada com vidro de água ou argila amarela. É preferível colocar peças de grafite resistentes ao calor na parede interna do molde para evitar que o material de moldagem derreta ou desmorone devido ao calor. O molde deve ser seco antes da soldagem.

Durante a soldagem, para manter a temperatura de pré-aquecimento e reduzir o tempo de trabalho em alta temperatura, é necessário concluir a soldagem no menor tempo possível. Portanto, recomenda-se usar alta corrente, soldagem de arco longo e soldagem contínua.

a) Reparo de defeitos do meio

b) Reparo de defeitos nas bordas

A fim de reduzir a temperatura de pré-aquecimento e melhorar as condições de trabalho, verificou-se na prática que o aumento adequado da capacidade de grafitização do costura de solda e o uso de uma temperatura de pré-aquecimento de 300-400°C, seja global ou localmente, pode alcançar bons resultados na soldagem de peças fundidas com baixa rigidez.

Em geral, podem ser usadas varetas de soldagem de ferro fundido Z208 ou Z248. O processo de soldagem semi-quente é basicamente o mesmo que o processo de soldagem quente, que envolve alta corrente, arco longo, soldagem contínua, isolamento pós-soldagem e resfriamento lento.

Devido à menor temperatura de pré-aquecimento na soldagem semi-quente em comparação com a soldagem quente, a deformação plástica da peça fundida durante o aquecimento é menos pronunciada.

Portanto, quando a área de reparo tem maior rigidez, ela é menos propensa à deformação e ao aumento da estresse internoque pode levar a defeitos, como rachaduras nas juntas. Portanto, a soldagem a arco semi-quente só pode ser usada para áreas de reparo com menor rigidez ou formas de fundição mais simples.

2) Soldagem a gás:

A temperatura da chama do oxiacetileno é muito mais baixa do que a do arco, e o calor não é concentrado, o que o torna adequado para o reparo de peças fundidas de paredes finas. Para o reparo de defeitos em peças de paredes finas com alta rigidez, a fim de reduzir a tensão de soldagem e evitar rachaduras, é aconselhável usar o gás calor de soldagem método de soldagem com pré-aquecimento geral da peça de trabalho.

A temperatura de pré-aquecimento deve estar em torno de 600-700°C, e medidas de resfriamento lento pós-soldagem devem ser tomadas.

Para a soldagem a gás de ferro fundido, os materiais de soldagem consistem principalmente de arame de soldagem e gás fluxo de soldagem. Os modelos do fio de soldagem são RZC-1 e RZC-2, com teores ligeiramente mais altos de carbono (C) e silício (Si) em comparação com a soldagem a quente. A marca unificada do fluxo de soldagem a gás usado na soldagem de ferro fundido é CJ201.

Antes da soldagem a gás, a peça fundida deve ser limpa, e o trabalho de limpeza e preparação pré-soldagem é essencialmente o mesmo da soldagem a arco com eletrodo. Em geral, podem ser usados métodos mecânicos para preparar o chanfro. Quando a seção transversal da peça fundida é muito pequena ou quando não é possível criar um chanfro usando métodos mecânicos, o corte com oxigênio também pode ser usado para criar diretamente o chanfro.

Durante a soldagem a gás, tochas e bicos de soldagem maiores devem ser selecionados de acordo com a espessura da peça fundida, a fim de aumentar a energia da chama e a velocidade de aquecimento. Em geral, uma chama neutra ou uma chama de carburação fraca deve ser usada para a soldagem a gás, e uma chama oxidante não deve ser usada.

Isso ocorre porque uma atmosfera oxidante pode aumentar a perda de queima de carbono, silício e outros elementos no banho de solda, afetando o processo de grafitização da solda. Para evitar a perda de metal fundido do banho de solda, a soldagem deve ser realizada em uma posição horizontal, tanto quanto possível.

Após a soldagem, pode-se permitir que a peça fundida esfrie naturalmente, mas ela não deve ser colocada em um local com circulação de ar para acelerar o resfriamento, pois isso pode levar à formação de manchas brancas e rachaduras.

Para peças fundidas menores, o método de soldagem a frio pode ser usado se os defeitos estiverem localizados nos cantos ou em áreas com menor rigidez. A característica desse método é que não é necessário um pré-aquecimento separado.

A soldagem pode ser realizada derretendo a área circundante do chanfro usando a chama da tocha de soldagem. Após a soldagem, a junta pode ser resfriada naturalmente para obter uma solda sem defeitos e sem rachaduras.

No entanto, quando os defeitos estão localizados no centro da peça fundida, ou se a junta tiver maior rigidez ou um formato mais complexo, o método de soldagem a frio pode não ser eficaz. Nesses casos, deve ser usado o método de soldagem a quente com uma temperatura de pré-aquecimento de 600-700°C ou o método "aquecer e reduzir a zona de tensão". O diagrama esquemático da zona de aquecimento e redução de tensão é mostrado na Figura 5-2.

3) Soldagem a arco frio:

A característica da soldagem a arco frio é que a peça de trabalho soldada não requer pré-aquecimento antes da soldagem. Portanto, a soldagem a arco frio tem muitas vantagens, como boas condições de trabalho para o soldador, baixo custo de reparo da soldagem, processo de reparo curto e alta eficiência.

É mais adequado usar a soldagem a frio para peças fundidas grandes que são difíceis de pré-aquecer ou para superfícies processadas que não podem ser pré-aquecidas. Portanto, a soldagem a frio é uma direção de desenvolvimento na soldagem de ferro fundido cinzento.

Em condições de soldagem a frio, há duas abordagens para resolver o problema dos pontos brancos: primeiro, melhorar ainda mais a capacidade de grafitização da costura de solda; segundo, aumentar o aporte de calor durante a soldagem.

Por exemplo, usando hastes de soldagem de grande diâmetro, processos de soldagem contínua de alta corrente podem ser empregados para diminuir a velocidade de resfriamento da junta soldada. Esse processo também ajuda a eliminar ou reduzir a ocorrência de estrutura martensítica na zona afetada pelo calor.

Atualmente, o grau do frio Vareta de solda para soldas homogêneas também é o Z208 e o Z248, mas a formulação específica é diferente daquela da vareta de solda a quente. Devido à taxa de resfriamento mais rápida durante a soldagem a frio, o teor de carbono e silício da vareta de soldagem a frio para soldas homogêneas deve ser maior do que o da vareta de soldagem a quente.

Em condições de soldagem a frio, para evitar a ocorrência de pontos brancos e estruturas endurecidas na junta soldada, é necessário diminuir a taxa de resfriamento da junta soldada. Para isso, devem ser usadas varetas de soldagem de grande diâmetro e processos de soldagem contínua de alta corrente.

No entanto, quando a área do defeito reparado é inferior a 8 cm2 e a profundidade é inferior a 7 mm, o pequeno volume do banho de solda e o resfriamento rápido ainda podem resultar em pontos brancos na junta soldada. Se possível, a ampliação da área do defeito pode eliminar os pontos brancos.

Durante a soldagem, pode ser usada uma fonte de energia de polaridade reversa CC ou uma fonte de energia CA, com alta corrente e um arco longo, soldando continuamente do centro para a borda. Depois de preencher o chanfro com a solda, o arco não deve ser interrompido. Em vez disso, o arco deve ser movido ao longo da borda da poça de fusão, próximo ao molde de areia, para construir a cordão de solda.

Geralmente, a altura do cordão de solda deve exceder a superfície da peça de trabalho em 5 a 8 mm. Ao permitir que o calor do arco seja transferido para a zona semifundida por meio da camada superior da solda, ele pode permanecer em um estado incandescente por um determinado período de tempo, diminuindo a taxa de resfriamento e permitindo a grafitização suficiente da solda. Também prolonga a presença da zona semifundida na parte superior da solda, o que facilita a difusão do carbono na solda, reduzindo ou eliminando as estruturas de pontos brancos.

Além disso, durante a soldagem a frio de soldas homogêneas, o arco deve cobrir imediatamente a poça de fusão após a soldagem para proporcionar isolamento e resfriamento lento.

A soldagem a arco frio com eletrodos de ferro fundido é mais simples do que o processo de soldagem a arco quente e tem custos de soldagem mais baixos. Ao reparar defeitos maiores (com uma área maior que 8 cm2 e uma profundidade maior que 7 mm), desde que o processo adequado seja usado, a dureza máxima da solda após a soldagem não excede 250 HBW e apresenta boa usinabilidade.

(2) Soldagem a arco frio de cordões de solda heterogêneos (ferro não fundido)

 Os cordões de solda heterogêneos, também conhecidos como cordões de solda de ferro não fundido, são comumente usados na soldagem de ferro fundido. A soldagem a arco frio é o método mais comumente usado na soldagem de ferro fundido. O processo de soldagem é bastante simplificado, pois não é necessário pré-aquecer as peças fundidas, o que não só reduz os custos de soldagem, mas também melhora as condições de trabalho dos soldadores.

Além disso, ele tem uma ampla gama de aplicações, permitindo a soldagem em todas as posições e alta eficiência de soldagem. Portanto, a soldagem a arco frio de cordões de solda heterogêneos é um processo de soldagem altamente promissor.

1) Materiais para soldagem a arco frio de cordões de solda heterogêneos

Atualmente, a China desenvolveu uma variedade de séries de eletrodos de ferro fundido sem costura de solda de ferro fundido. Em termos de métodos de soldagem, há o método de plantio de arame e o método de soldagem de almofada.

Método de plantio de arame: Esse método envolve o uso de parafusos de aço carbono para fixar a costura de solda e a zona não soldada afetada pelo calor da peça fundida, evitando a ocorrência de rachaduras e melhorando a capacidade dessa área de suportar cargas de impacto.

Método de soldagem com almofada: Ao reparar componentes de paredes espessas com rachaduras, uma almofada de aço de baixo carbono é colocada dentro da ranhura e, em ambos os lados da almofada, um eletrodo de ferro fundido com alta resistência a rachaduras e bom desempenho de resistência (como eletrodos Z438, Z117 etc.) é usado para soldar o metal de base à almofada de aço de baixo carbono.

Sob as condições de soldagem a frio por arco, a taxa de resfriamento da junta é relativamente alta, o que torna o problema de porosidade e rachaduras mais proeminente. A soldagem a frio de cordões de solda heterogêneos é obtida principalmente pelo ajuste da composição química do cordão de solda para melhorar a estrutura e as propriedades da junta. Os cordões de solda de ferro não fundido podem ser classificados em tipos à base de aço, à base de cobre e à base de níquel com base nas propriedades do metal de solda.

A classificação dos eletrodos de soldagem a frio com arco de costura de aço é a seguinte:

a) Eletrodo de ferro fundido oxidante forte EZFe-1 (Z100): Esse eletrodo usa um núcleo de aço de baixo carbono (H08) e adiciona uma quantidade adequada de substâncias oxidantes fortes no revestimento de fluxo. O objetivo é aumentar a propriedade oxidante da escória, permitindo que ela reaja com a poça de fusão e oxide e queime o carbono, o silício e outros elementos do metal de base, a fim de obter um ferro fundido de carbono solda de aço costura com boa plasticidade.

b) Eletrodo de aço carbono EZFe-2 (Z122Fe): Esse eletrodo é um eletrodo do tipo pó de ferro com núcleo de aço de baixo carbono, com revestimento de fluxo do tipo titânio-cálcio. Uma certa quantidade de pó de ferro com baixo teor de carbono é adicionada ao revestimento de fluxo. A adição de pó de ferro com baixo teor de carbono ainda tem o objetivo de reduzir o teor de carbono.

c) Eletrodo de ferro fundido com alto teor de vanádio EZV (Z116, Z117) para cordões de solda de aço com alto teor de vanádio: O eletrodo de ferro fundido com alto teor de vanádio usa um núcleo de aço de baixo carbono (H08) e adiciona uma grande quantidade de ferro vanádio no revestimento de fluxo, resultando em uma estrutura de aço com alto teor de vanádio no cordão de solda.

O objetivo de adicionar ferro vanádio ao cordão de solda é aproveitar a forte capacidade do vanádio de formar carbonetos. Ao alterar a forma do carbono no cordão de solda, a plasticidade do cordão de solda é aumentada, evitando assim a formação de boca branca e estruturas endurecidas no cordão de solda e melhorando sua resistência a trincas.

Atualmente, existem três tipos de eletrodos de soldagem a frio a arco para cordões de solda à base de níquel, que apresentam certas diferenças de desempenho devido a variações no teor da liga. Sob determinadas condições de corrente de soldagem, quanto maior o teor de níquel no cordão de solda, menor a largura da camada de boca branca da zona semifundida e melhor a usinabilidade mecânica da junta. Portanto, os cordões de solda de níquel puro têm a melhor usinabilidade.

a) Eletrodo de níquel puro EZNi (Z308): O núcleo do eletrodo de níquel puro é feito de níquel puro. Devido ao seu alto teor de níquel, ao usar baixa corrente para reparar ferro fundido, a camada branca na zona semifundida da junta é minimizada, com uma largura de aproximadamente 0,05-0,08 mm, e é distribuída de forma descontínua, o que é benéfico para a usinagem mecânica.

A resistência dos cordões de solda de níquel puro é próxima à do ferro fundido cinzento, e eles têm boa ductilidade, o que os torna resistentes a trincas a frio.

No entanto, o níquel é um metal precioso, e o eletrodo de níquel puro tem o maior teor de níquel e é o mais caro (cerca de 30 vezes o preço dos eletrodos de aço com baixo teor de carbono), portanto, não deve ser usado em grandes quantidades na soldagem.

b) Eletrodo de níquel-ferro EZNiFe (Z408): O núcleo do eletrodo de níquel-ferro é feito de uma liga de níquel-ferro. Os cordões de solda de níquel-ferro têm maior resistência, chegando a mais de 400 MPa, e boa ductilidade, o que os torna adequados para a soldagem de ferro fundido de alta resistência.

Como o desempenho do eletrodo de níquel-ferro é superior ao do eletrodo de níquel puro e seu preço é o mais barato entre os eletrodos à base de níquel, ele é amplamente utilizado na produção.

c) Eletrodo de níquel-cobre EZNiCu (Z508): O núcleo do eletrodo de níquel-cobre é feito de uma liga de níquel-cobre, também conhecida como eletrodo Monel, que é um dos primeiros eletrodos de ferro fundido usados. Entretanto, esse tipo de eletrodo foi gradualmente substituído por eletrodos de níquel-ferro.

Há várias formas de eletrodos à base de cobre:

a) Eletrodo de pó de ferro com núcleo de cobre (Z607): O revestimento de fluxo é do tipo com baixo teor de hidrogênio e é usado principalmente para reparos de soldagem em superfícies não usinadas.

b) Eletrodo com núcleo de cobre e bainha de ferro (Z616): Uma tira de aço envolve firmemente um núcleo de cobre puro usando um dispositivo de trefilação. É revestido com um revestimento de fluxo alcalino com baixo teor de hidrogênio, e também há revestimentos de fluxo do tipo titânio-cálcio, como o Z612. Também é usado principalmente para reparos de soldagem em superfícies não usinadas.

c) Eletrodo de aço-cobre austenítico: Os eletrodos de aço-cobre têm boa resistência a rachaduras e o material é fácil de manusear. Portanto, eles ainda têm algumas aplicações na soldagem de ferro fundido.

2) Processo de soldagem a arco frio para cordões de solda heterogêneos (ferro não fundido). Os pontos principais do processo de soldagem a arco frio para cordões de solda heterogêneos podem ser resumidos em quatro frases:

• O trabalho de preparação adequado é essencial.
• A corrente de soldagem deve ser adequadamente baixa.
• A soldagem deve ser feita em segmentos curtos e intermitentes.
• Imediatamente após a soldagem, martele levemente a área soldada.

Há dois métodos comumente usados para limpar peças fundidas. Um método é a limpeza mecânica, que envolve o uso de ferramentas como rebolos, escovas de arame ou pás planas. O outro método é a limpeza química, que envolve a lavagem da peça fundida com solventes químicos, como tricloroetileno, gasolina ou acetona.

Quando a espessura da peça fundida ou a profundidade do defeito for maior que 5 mm, deve-se preparar uma ranhura, e a superfície da ranhura deve ser a mais plana possível.

Ao usar materiais de soldagem heterogêneos ao ferro fundido para soldagem a frio por arco, é importante usar uma corrente mínima adequada para garantir a estabilidade do arco e penetração total. Eletrodos de pequeno diâmetro devem ser usados para soldagem.

Para reduzir a entrada de calor na soldagem, minimizar a tensão e diminuir a largura da zona de semifusão, o velocidade de soldagem deve ser aumentado adequadamente sem causar oscilações laterais. O processo de soldagem deve envolver a soldagem de segmentos curtos, a soldagem intermitente e dispersa e o martelamento pós-soldagem.

(3) Brasagem de ferro fundido cinzento

A brasagem é vantajosa para evitar a ocorrência de boca branca em juntas de ferro fundido, pois não derrete o material de base, proporcionando excelente usinabilidade para as juntas.

Tanto em nível nacional quanto internacional, a brasagem por chama oxiacetilênica é comumente usada para ferro fundido. No passado, o metal de enchimento para brasagem de latão HL103 era comumente usado, e o bórax pode ser usado como fluxo de brasagem.

2. Exemplos típicos de soldagem de reparo de ferro fundido

1. Em uma câmara de distribuição de vapor de uma turbina a gás em uma determinada fábrica, surgiram rachaduras devido à exposição prolongada a vapor de alta temperatura.

O material do componente é ferro fundido cinzento. Para reparar a peça, foi adotada a soldagem a arco frio, usando as varetas de soldagem J506 e Z308 para o reparo da junta, com excelentes resultados. O processo de soldagem específico é o seguinte:

(1) Preparação da pré-soldagem: Fixe a peça de trabalho, use um rebolo para criar uma ranhura em forma de V no local da rachadura e aqueça a ranhura e seus arredores com uma tocha de soldagem a gás. Depois que esfriar, limpe a superfície da ranhura e seus arredores.

(2) Soldagem: Use a vareta de solda J506 para depositar uma camada de transição ao longo da superfície da ranhura e 20 mm de cada lado, conforme mostrado na Figura 5-3. Em seguida, use uma haste de solda φ3.3 Z308 para soldar a camada inferior. Por fim, use uma haste de solda φ4.0 Z308 para a soldagem com salto escalonado, conforme mostrado na Figura 5-4. O comprimento de cada cordão de solda deve ser controlado em 25 mm. Imediatamente após a conclusão de cada seção, execute o martelamento para liberar a tensão da solda.

2. Em uma determinada fábrica, apareceram rachaduras na base de um torno, que é feito de ferro fundido cinzento.

A soldagem por arco elétrico foi usada para o reparo, com a haste de solda Z248 para obter uma costura de solda homogênea. O processo de soldagem é o seguinte:

(1) Preparação da pré-soldagem:

• 1) Preparação do bisel: O ângulo do bisel deve ser de 70° a 80°, com uma ranhura em forma de V. Se os defeitos não forem grandes o suficiente, eles podem ser aumentados artificialmente para uma área de não menos que 3 a 4 cm2 e uma profundidade de não menos que 10 cm para facilitar o aumento da temperatura na área de reparo e reduzir a dureza da solda. A ranhura deve ser limpa cuidadosamente.
• 2) A vareta de solda deve ser seca a uma temperatura de 200 a 300°C antes do uso e mantida quente por 1 a 2 horas.
• 3) O pré-aquecimento deve ser realizado na área de soldagem, com uma temperatura de pré-aquecimento de 600 a 700°C.

(2) Pontos-chave da operação de soldagem:

• 1) Faça o arco no centro do defeito e use a soldagem com arco curto. Continue a soldagem até que ela se estenda de 4 a 6 mm além da superfície da peça de trabalho.
• 2) Utilize o calor descascamento (soldagem em estado de brasa) para reduzir a tensão de contração da solda.
• 3) Durante o processo de soldagem, se forem encontrados defeitos, como furos de gás ou inclusões de escória, eles devem ser tratados imediatamente. Se forem detectadas rachaduras, elas também devem ser tratadas imediatamente após a soldagem e não devem ser reparadas depois que a solda esfriar.
• 4) Após a soldagem, o isolamento imediato ou o aquecimento local com uma chama deve ser aplicado para obter um resfriamento gradual e eliminar o estresse.

3. Soldagem de ferro fundido dúctil.

1. Características de soldagem do ferro fundido dúctil:

A diferença entre o ferro fundido dúctil e o ferro fundido cinzento está na adição de uma certa quantidade de agente nodulizante durante o processo de fusão. Os agentes nodulizadores comuns incluem magnésio, cério, ítrio etc. O grafite no ferro fundido dúctil existe em formato esférico, o que melhora significativamente suas propriedades mecânicas.

As características de soldagem do ferro fundido dúctil são semelhantes às do ferro fundido cinzento, mas ele também tem alguns recursos exclusivos, que se manifestam principalmente em dois aspectos:

1) O ferro fundido dúctil tem uma tendência maior de formação de boca branca e endurecimento por têmpera em comparação com o ferro fundido cinzento. Ao soldar o ferro fundido dúctil, os cordões de solda homogêneos e as zonas parcialmente fundidas são mais propensos à formação de boca branca, enquanto a austenita é mais provável que a região do mar tenha estrutura martensítica.

2) Devido à maior resistência, plasticidade e tenacidade do ferro fundido dúctil em comparação com o ferro fundido cinzento, os requisitos de desempenho mecânico das juntas soldadas também aumentam. Muitas vezes, é necessário corresponder ao nível de resistência do material de base do ferro fundido dúctil.

2. Processo de soldagem de ferro fundido dúctil:

(1) Processo de soldagem por fusão para cordões de solda homogêneos:

1) Soldagem a gás:

Ao soldar ferro fundido dúctil com gás, o tempo de soldagem contínua não deve exceder de 15 a 50 minutos, pois isso pode levar à formação de flocos de grafite na costura de solda, resultando em uma redução das propriedades mecânicas. A soldagem a gás é usada principalmente para reparos de solda em componentes de ferro fundido dúctil de paredes finas.

Para a soldagem a gás de ferro fundido dúctil, há duas opções Tipos de soldagem fios: liga leve de terras raras e magnésio e terras raras pesadas à base de ítrio. O fluxo usado para a soldagem a gás de ferro fundido dúctil tem a mesma composição do fluxo usado para a soldagem a gás de ferro fundido cinzento, e a designação unificada para o fluxo usado na soldagem de ferro fundido é CJ201.

Pode-se usar a soldagem a frio ou a quente, com uma faixa de temperatura de pré-aquecimento de 500 a 700°C para a soldagem a quente. Após a soldagem, ele deve ser isolado e resfriado lentamente. O processo de soldagem a gás para ferro fundido dúctil é essencialmente o mesmo que para ferro fundido cinzento.

2) Soldagem a arco com eletrodo:

A soldagem a arco com eletrodo de ferro fundido dúctil também pode ser categorizada em soldagem a frio e soldagem a quente. Para a soldagem a frio, são usados eletrodos de níquel-ferro e eletrodos de alto vanádio. Quando a composição da costura de solda é de ferro fundido dúctil, a soldagem a quente é comumente empregada. Os eletrodos de soldagem de ferro fundido dúctil comumente usados são mostrados na Tabela 5-31, incluindo Z258, Z238, Z238F e Z238SnCu.

Use corrente alta e processo de soldagem contínuo. Para defeitos moderados, a solda deve ser preenchida continuamente. Para defeitos maiores, a soldagem deve ser feita em seções, avançando gradualmente para garantir um aporte térmico maior na área de reparo.

Para reparar defeitos maiores em seções rígidas, deve ser empregado um processo de pré-aquecimento e redução de tensão. Pré-aquecimento de 200 a 400°C antes da soldagem, seguido de resfriamento lento após a soldagem, para evitar a ocorrência de rachaduras.

(2) Soldagem a arco de cordões de solda heterogêneos - Soldagem a frio:

Para a soldagem a arco de cordões de solda heterogêneos em ferro fundido dúctil, os principais tipos de eletrodos usados são os eletrodos de níquel-ferro, como Z408, Z438, e eletrodos de alto vanádio, como Z116, Z117.

Tabela 5-31: Tipos e aplicações de eletrodos de soldagem de ferro fundido comumente usados