Metalurgia

Soldabilidade do aço carbono

A soldabilidade dos aços carbono baixa e média liga está bastante associada à presença de trinca a frio induzida por hidrogênio. Como estão relacionadas à microestrutura na junta soldada, essas trincas são determinadas pela composição química do material. Em outras palavras, a soldabilidade é relacionada com a temperabilidade de um aço; assim, quanto maior for a temperabilidade do aço, maior a probabilidade de ocorrência dessas trincas.

 A temperabilidade é ditada basicamente pelo teor de carbono e pelos elementos de liga; quanto menores esses teores, menos cuidados serão necessários para soldar um aço. A prática adotada atualmente é a de reduzir o teor de carbono. Essa solução funciona bastante para o metal de solda mas não para o metal de base, uma vez que este é especificado pela aplicação do equipamento.

O efeito de outros elementos químicos, além do carbono, também é utilizado no metal de solda para aumentar a resistência e a tenacidade. Essa melhora nas propriedades mecânicas no metal pode ser conseguida com adições de manganês ou níquel, associadas a elementos químicos como boro, titânio, nióbio e molibdênio. Esses elementos de liga em conjunto com o oxigênio favorecem a formação de um microconstituinte chamado ferrita acicular, presente nos aços ARBL ou aços de alta resistência e baixa liga.

ferrita acicular

A ferrita acicular forma-se durante o resfriamento, na faixa de temperatura entre 650 e 500°C e tem fator de forma entre 1:2 e 1:5 (proporção largura/comprimento). A nucleação deste microconstituinte ocorre geralmente de forma intragranular e na interface de micro-inclusões de escória.

As micro-inclusões de escória têm composição química específica (TiO) e são mais efetivas na faixa de 10mm (micro metro) de tamanho. Por este motivo, o oxigênio dissolvido no metal de solda é também importante para a formação da ferrita acicular; neste caso, seu teor deve ser controlado ao redor de 400ppm (partes por milhão) e a fração volumétrica de ferrita acicular no metal de solda na faixa de 60%. A ferrita acicular pode ser circundada por martensita e outros microconstituintes que deterioram a tenacidade; assim, teores ao redor de 80% não são recomendáveis.

Pode-se minimizar a ocorrência de trincas a frio induzidas por hidrogênio e também otimizar a tenacidade da ZAC (zona afetada pelo calor) controlando-se no metal de base alguns fatores que favorecem a formação da trinca a frio. Estes fatores são: a martensita, o hidrogênio, as tensões residuais e a temperatura próxima da temperatura ambiente.

martensita

Para reduzir a presença de martensita é comum pré-aquecer a chapa e controlar a temperatura interpasse. Estes recursos visam basicamente a minimizar a presença de martensita na ZAC, quando possível, por meio de uma redução na velocidade de resfriamento. A velocidade lenta alivia as tensões residuais introduzidas pela transformação de fase e favorece a evolução do hidrogênio do aço para a atmosfera. Em aço temperável ao ar não é possível evitar a formação da martensita; assim, para estes materiais, é imprescindível a redução da velocidade de resfriamento da junta.

hidrogênio

É possível controlar o teor de hidrogênio desde que sejam conhecidas suas fontes como: fluxos ou revestimentos úmidos, gases de proteção contaminados, superfície da chapa contaminada, vazamento da água de refrigeração em tochas, pistolas, cabeçotes de soldagem e outras. Os revestimentos e fluxos devem ser secos e armazenados em local com umidade relativa controlada para evitar a absorção de umidade do ar. Do mesmo modo, deve-se cuidar para que os eletrodos sejam mantidos em estufas portáteis, também chamadas cochichos.

Para remoção do hidrogênio podem-se empregar, ainda, cuidados adicionais como o pré ou pós-aquecimento da junta soldada. Entre outros efeitos, o pós-aquecimento reduz o teor de hidrogênio dissolvido no aço e as tensões residuais geradas pela transformação martensítica, tanto reduzindo o teor de hidrogênio como diminuindo as tensões residuais. Também é possível controlar o hidrogênio dissolvido na junta utilizando um metal de adição completamente austenítico. Como a austenita dissolve mais hidrogênio que a ferrita, o hidrogênio difunde-se em maior quantidade para o material austenítico e diminui seu teor na zona afetada pelo calor.

tensões residuais

As tensões residuais podem ser minimizadas por meio de técnicas como: a deposição do cordão com aquecimento balanceado da chapa, o pré-aquecimento e o tratamento térmico. A deposição do cordão com aquecimento balanceado da chapa diminui as tensões residuais durante a soldagem. Já o tratamento térmico pós-soldagem alivia as tensões residuais após a soldagem.

temperatura

Com relação ao efeito da temperatura, a fragilização por hidrogênio ocorre geralmente abaixo de 150°C. Assim, ocorrendo a fragilização por hidrogênio, deve-se tentar manter a peça em temperaturas superiores a 150°C. Neste caso, o pós-aquecimento é bastante útil, para difundir o hidrogênio remanescente.

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997

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