Processos

Revestimento por soldagem – Ligas para revestimento

A importância e a variedade no campo de revestimento têm resultado em uma grande quantidade e variedade de ligas, tornando cada vez mais dificultosa a seleção do metal de adição mais resistente. Uma análise cuidadosa das condições de serviço e uma combinação das propriedades do depósito de solda, complementada pelo estabelecimento seguro de dados de testes em serviço, apresentam-se ainda como o melhor método de seleção de aplicação de determinada liga.

A classificação pode ser baseada em vários fatores incluindo dureza, composição e condições de serviço em testes específicos; neste caso, o método mais utilizado é uma combinação entre composição química e estrutura do metal depositado.

ligas ferrosas

As ligas ferrosas incluem os aços martensíticos, aços perlíticos, aços austeníticos com alto teor de manganês, ferros com alto teor de carbono, ferros com alto teor de cromo, ferros de baixa liga e ferros martensíticos

aços martensíticos

Nos aços martensíticos, o conteúdo de carbono é habitualmente na faixa de 0,10 a 0,50%, com algumas exceções indo até 1,5%. Outros elementos, selecionados por sua contribuição na temperabilidade, são utilizados em quantidade moderada para promover a formação de martensita quando o depósito de solda resfria. Molibdênio e níquel, raramente acima de 3%, e cromo, até cerca de 15%, são os elementos mais favoráveis; manganês e silício estão normalmente presentes, sobretudo para a desoxídação.

O teor de carbono nestes aços é o elemento que mais influencia as propriedades. Estesaços são relativamente tenazes; ligas com baixo teor de carbono são mais tenazes e resistentes a trincas do que os tipos com alto teor de carbono. Os depósitos têm alta resistência e alguma ductilidade. A resistência à abrasão é moderada, mas tende a aumentar com o acréscimo de carbono e dureza.

Depósitos com baixa dureza podem ser usinados com ferramentas, enquanto que com alta dureza é possível apenas serem retificados. O preço moderado, o bom comportamento em soldagem e a larga faixa de propriedades destes aços fazem com que tenham um uso popular em revestimento de grandes volumes, tais como revestimento de eixos, cilindros laminadores e em abrasão moderada envolvendo impacto.

Aços rápidos são basicamente aços martensíticos, com adição de tungstênio, molibdênio e vanádio, para melhorar a dureza até cerca de 650°C. Em virtude do endurecimento ao ar, os depósitos não necessitam de tratamento térmico.

aços perlíticos

Os aços perlíticos contêm menor adição de liga. Em virtude do baixo conteúdo de liga, eles formam perlita (uma estrutura mais mole que a martensita) durante o resfriamento. Aços perlíticos são mais adequados para revestimento de reconstrução de superfícies.

Os aços de baixa liga, os quais representam um grande volume de uso como metais de adição para revestimento, podem ser martensíticos ou perlíticos no depósito de solda. Estruturas mistas também são comuns. Quando os elementos potenciais de endurecimento (temperabilidade) são acrescidos de cromo, há a tendência de elevar a quantidade de austenita retida no depósito. Nos aços de média liga, a martensita não revenida que se forma quando do resfriamento da solda é relativamente frágil e propensa a fissuras. A austenita é mais mole e tenaz. Alguns aços, denominados semi-austeníticos são formulados para explorar esta tenacidade enquanto se utilizam da martensita para conferir dureza.

Os depósitos de revestimento duro são raramente tratados termicamente. As propriedades do depósito são dependentes da composição e da razão de resfriamento da solda. Uma notável exceção é a reconstrução ou reparo de aços-ferramenta, como os de matrizes. Aqui, o metal de adição é usualmente similar ao metal de base e todas as técnicas de tratamento térmico e manuseio aplicadas para os aços-ferramenta são utilizadas para alcançar alta qualidade de depósito.

aços austeníticos com alto teor de manganês

Os dois tipos mais utilizados de aços austeníticos são aqueles denominados de alto teor de manganês, relacionado ao aço manganês Hadfield, e os aços inoxidáveis cromo-níquel-ferro. Ambos são tenazes, apresentam resistência a trincas e capacidade de deposição de grandes espessuras livres de trincas em depósitos multipasses. São relativamente moles quando depositados (150 a 230H B), mas endurecem rapidamente por trabalho de deformação a frio ou por impacto.

Os metais de adição inoxidáveis, notadamente os tipos 308,309,310 e 312, são aplicados em revestimentos resistentes a corrosão; raramente são utilizados em aplicações para resistir a outros tipos de desgaste. Utilizados como camada de almofada, entre aço carbono ou baixa liga e aço manganês ou revestimento, podem contribuir bastante com elementos de liga para minimizar ou prevenir a formação de martensita na zona de diluição. Os tipos 309 e 310 sào ligas com boa resistência ao calor e são empregados para proteger superfícies contra oxidação sob temperaturas de até 1100°C.

a soldagem sobre aço carbono com aço ao manganês deve ser executada cautelosamente ferros com alto teor de carbono

Para assegurar uma estrutura austenítica, os aços ao manganês dependem de uma quantidade de manganês entre 12 e 15%; para elevara tenacidade, de 0,5 a 0,9% de carbono, uma vez que o aço com 13% de manganês pode conter entre 1,0 e 1,4% de carbono, e de 2,7 a 5% de níquel ou 0,6 a 1,4% de molibdênio. O tipo com molibdênio tem alta resistência ao escoamento e à fluência.

Os aços austeníticos ao manganês são amplamente utilizados para reconstruir ou revestir desvios de linhas férreas, prover resistência ao desgaste adesivo acompanhado com impacto e proteger superfícies metálicas onde a abrasão está associada a impacto severo. Estes aços raramente são utilizados para desgaste em que há ocorrência de temperatura acima de 430°C em virtude de sua fragilização.

Processos de soldagem ao arco elétrico são os mais aplicados, porque na soldagem oxicombustível, o grande calor gerado fragiliza os aços ao manganês. Eletrodos revestidos de aço ao manganês são muito populares em mineração, processamento de minerais e equipamentos de movimentação de terra, principalmente para revestimento e reparo de aços austeníticos ao manganês fundidos.

ferros com alto teor de carbono

As ligas a base de ferro com alto teor de carbono são chamadas ferros em virtude de terem as características de ferros fundidos. Apresentam um conteúdo de liga de moderado a alto, de modo a conferir propriedades de endurecimento ao ar ou criar carbetos duros no depósito. Apresentam também um teor de carbono típico na faixa de 3,5 a 5%, embora a faixa seja de 2 a 5,5%. Os ferros resistem melhor à abrasão do que outras ligas e são preferidos até o ponto onde falta tenacidade para suportar o eventual impacto associado. São normalmente limitados a uma ou duas camadas; trincas de tensão são comuns, principalmente em grandes áreas de revestimento.

Os grupos de mais alta liga são os ferros com alto teor de cromo, com cerca de 24 a 33%. Este alto cromo, combinado com alto carbono, produz carbetos duros do tipo Cr7C3 na estrutura. Frequentemente, 4 a 8% de manganês ou 2 a 5% de níquel são adicionados para promover uma matriz austenítica. Além disso, tungstênio, molibdênio ou vanádio podem ser adicionados para aumentar a dureza a quente e a resistência à abrasão.

Apesar de a resistência à abrasão por riscamento sob baixa tensão ser alta para todos os tipos de ligas ferrosas, os ferros com matriz austenítica são inferiores para aplicação em abrasão por moagem sob alta tensão. Os ferros com alto teor de cromo, submetidos a transformação martensítica, são bons para ambos os tipos de abrasão, especialmente quando há oxidação; em algumas aplicações, estas ligas resistem muito bem ao calor, como em rolos de trem de laminação. Contudo, são inferiores às ligas do tipo Cr-Co-W na dureza a quente, acima de 600°C.

ferros de baixa liga

Ferros de baixa liga, tipicamente com 15% de cromo e molibdênio ou níquel, têm uma matriz austenítica e são muito populares por sua resistência a abrasão e têm maior resistência a trincas do que os ferros martensíticos. Apresentam excelente resistência a abrasão por riscamento, proporcionalmente ao conteúdo de carbetos duros. Como a abrasão por riscamento normalmente apresenta situações onde o impacto é leve ou ausente, estes ferros com baixa liga são aplicáveis.

 

ferros martensíticos

Ferros martensíticos compreendem um grupo em que o conteúdo de liga permite um mínimo de transformação parcial em martensita, quando o depósito resfria até a temperatura ambiente. De qualquer maneira, o conteúdo de liga deve ser suficiente para prevenir a transformação perlítica. Cromo, níquel, molibdênio e tungstênio são os elementos normais de controle. A matriz comum é um complexo de carbetos contendo ilhas de martensita com alguma austenita retida.

Ferros martensíticos com alto teor de cromo têm uma matriz austenítica-martensítica. A presença de martensita confere excelente resistência a abrasão por moagem, alta resistência a compressão e consequentemente alta resistência a leve impacto. Ao mesmo tempo, a resistência à abrasão por riscamento é excepcional e a resistência ao desgaste adesivo pode ser alta. Apesar de a resistência à compressão ser alta, a resistência à tração é baixa. A maioria das trincas resulta de tensões do ciclo térmico ou de deformação de um metal de base dúctil revestido com uma liga muito dura.

A estrutura e as propriedades do revestimento duro podem ser modificadas pelos métodos de soldagem e em razão do resfriamento. A soldagem oxicombustível com chama redutora tendea adicionar carbono ao depósito, aumentando a fragilidade e a dureza. Soldagem ao arco elétrico, de qualquer maneira, tende a volatilizar carbono e a aumentar a diluição com o metal de base, podendo apresentar menor resistência ao desgaste, a não ser que na composição do eletrodo haja compensação para tal.

ligas não ferrosas

As ligas não ferrosas para revestimento admitem adição principalmente de tungstênio, cobalto, níquel e cobre.

tungstênio

O tungstênio para revestimento é fornecido na forma de tubos de aço com baixo teor de carbono, com grânulos moídos e classificados como carbetos de tungstênio fundido, normalmente na proporção de 60% de carbetos para 40% de tubo. Os carbetos são uma mistura de WC e W2C; são muito duros e resistentes, principalmente à abrasão. Depósitos contendo carbetos numerosos e não dissolvidos apresentam maior resistência a todos os tipos de abrasão do que qualquer outro material de soldagem de revestimento.

Os vários tipos de depósito são fornecidos em diferentes granulações no metal de adição, normalmente designados pelo tamanho mesh das partículas ou grânulos. Um desgaste diferencial do depósito é proporcional ao tamanho dos grânulos. O grau com 8/12 de grânulos (mais fino do que 8 mesh e mais grosseiro do que 12 mesh) pode ser usado para revestimento antiderrapante de ferraduras; o grau mais fino do que 40/120 é melhor para relhas de arado. A granulação 20/30 e 30/40 são as de uso mais popular e geral.

o tamanho dos grânulos de carbetos de tungstênio pode variar de 200 a 8 mesh (0,0002 a 3mm)

Como o calor da soldagem funde o tubo de aço de baixo teor de carbono, o metal fundido dissolve alguma quantidade de carbetos podendo formar uma matriz de aço com alto teor de tungstênio. A soldagem ao arco, especialmente com eletrodos de finos grânulos, pode dissolver uma quantidade muito maior de carbetos, enfraquecendo a resistência à abrasão deste depósito. Em aplicações que exijam resistência ao desgaste a quente, este tipo de metal de adição geralmente não é aplicado, apesar de ter dureza alta até 540°C. Utilização acima de 550°C é limitada pelo amolecimento da matriz e oxidaçáo dos carbetos.

O processo de soldagem oxicombustível é preferido para aplicações críticas tais como brocas de perfuração de poços, uma vez que se pode adicionar carbono à matriz, contribuindo para uma dissolução moderada dos grânulos. Os depósitos de solda apresentam maior resistência ã abrasão do que quaisquer outros tipos de materiais para revestimento duro.

As operações de soldagem têm um efeito pronunciado nas propriedades do depósito de solda porque a composição da matriz depende do volume de carbetos dissolvidos durante a soldagem. A soldagem ao arco elétrico tende a dissolver mais carbetos de tungstênio, caso sejam com finos grânulos. Tal matriz, apesar de dura, é inferior ã que contém um volume de grânulos ancorados numa matriz dura e resistente. A fusão com o metal de base e a conseqüente diluição da solda são também associadas à soldagem ao arco elétrico. Soldas satisfatórias ao arco elétrico podem ser feitas, mas o soldador deve compreender o que ocorre durante a fusão e minimizar o efeito de diluição para obter um bom resultado. Em virtude do baixo custo, a soldagem ao arco elétrico por eletrodo revestido é geralmente utilizada para revestimento duro de equipamentos para movimentação de terra e mineração.

cobalto

As ligas de cobalto contêm normalmente de 26 a 33% de cromo, 3 a 14% de tungstênio e 0,7 a 3,0% de carbono. Nestas ligas, a dureza, a resistência à abrasão e a sensitividade a fissuras aumentam com o aumento do conteúdo de carbono e de tungstênio.

Essas ligas apresentam alta resistência a abrasão, calor e corrosão. Ligas com 1 % de carbono são excepcionais para a utilização em válvulas de exaustão de motores de combustão interna. Alta dureza e resistência a fluência são retidas sob temperaturas acima de 540°C e algumas ligas são aplicadas para temperaturas de serviço de até 1 000°C. A base de cobalto combinada com cromo apresenta boa resistência à corrosão em várias aplicações; a resistência ao desgaste adesivo é também muito boa.

facas para corte de tomate em indústria de processamento de alimentos podem terá vida útil aumentada se o fio for executado com liga a base de cobalto

As ligas a base de cobalto não são sujeitas a transformação de endurecimento como nos aços e têm resposta insignificante ao tratamento térmico. Ocasionalmente um tratamento térmico de alívio de tensões pode ser recomendável para minimizar a fissuração.

A soldagem oxicombustível pode aumentar o conteúdo de carbono do depósito, enquanto que a soldagem ao arco elétrico tende a reduzir o carbono e, ao mesmo tempo, diluir elementos do metal de base no depósito. Essas mudanças podem-se refletir nas propriedades do metal depositado.

níquel

As ligas a base de níquel apresentam uma grande variedade de composições com variações em resistência ao calor e à corrosão. As ligas mais comuns para revestimento a base de níquel são as que contêm de 0,3 a 1,0% de carbono, 8 a 18% de cromo, 2,0 a 4,5% de bismuto e 1,2 a 5,5% de silício e ferro. A dureza e resistência à abrasão aumentam com o teor de carbono, cromo, bismuto, silício e ferro. A microestrutura do depósito consiste em carbetos e boretos de cromo numa matriz de cromo-níquel. Essas ligas retêm bem a dureza até temperaturas de 500°C, sendo que a resistência à abrasão por riscamento é boa em todas as faixas de temperaturas mas a resistência à abrasão por moagem é baixa.

As mais importantes ligas a base de níquel são: ligas níquel-cromo com 80% Ni e 20% Cr; níquel-cromo- ferro, composições correspondentes a ligas resistentes ao calor; ligas níquel-cromo-ferro-silício e boro; ligas níquel-cromo-molibdênio e tungstênio; ligas níquel-ferro e molibdênio; ligas níquel-cobre.

Para algumas finalidades, as ligas a base de níquel apresentam o melhor efeito. Em algumas aplicações que requerem resistência à corrosão, os aços inoxidáveis são freqüentemente mais satisfatórios e mais baratos.

Quando a resistência à erosão é o requerimento principal, os ferros com alto teor de cromo devem receber uma primeira consideração em virtude do seu baixo custo.

Em revestimentos protetores com ligas a base de níquel, o material de adição em forma de eletrodo contínuo ou arames têm melhor aplicação com processos de soldagem ao arco com gás de proteção (MIG). Em revestimentos de vasos cilíndricos a serem protegidos contra corrosão, a deposição automática por arco submerso deve ser preferida.

Ligas a base de níquel que contenham cromo e boro são adaptadas para aplicações por processo de metalização por pó. Quando aplicadas por metalização, essas ligas podem, em seguida, ser fundidas pela aplicação de uma chama, produzindo um revestimento de espessura mais fina e mais dura. O processo de metalização permite revestir contornos irregulares mais uniformemente do que os processos convencionais de soldagem.

cobre

As ligas de cobre são empregadas para revestir superfícies que devem resistir a corrosão, erosão por cavitação e desgaste adesivo. Essas ligas não são magnéticas e estão praticamente isentas de fagulhamento.

Há numerosas ligas a base de cobre para aplicação em revestimento. A maioria delas é resistente ao ataque atmosférico, à corrosão por água salgada, por soluções alcalinas, exceto as amoniacais, e por alguns ácidos, especialmente do tipo redutores.

As ligas de cobre têm pouca resistência a compostos de enxofre os quais produzem um sulfeto de cobre corrosivo, mas são geralmente de boa resistência em outras soluções alcalinas. Nestas condições, bronze fosforoso, bronze e latão são bastante apropriados. As ligas de cobre são bastante utilizadas em mancais e normalmente selecionadas para apresentar 50 a 75% de dureza mais mole do que a outra face de contato.

 

as ligas de cobre não são apropriadas para aplicações sob temperaturas acima de 200° C

As técnicas de soldagem para ligas de cobre podem afetar as propriedades. A absorção de ferro do aço do metal de base é um endurecedor. O limite deste efeito sobre a superfície revestida cessa em espessuras maiores que 6mm, consistindo em duas ou três camadas. Os processos MIG e TIG são os preferidos para a aplicação destas ligas. A soldagem pelos processos de eletrodo revestido e MIG requerem uma amperagem mínima para evitar a absorção de ferro contido no aço do metal de base e também requerem uma soldagem trançada, com movimento oscilatório provocando uma maior largura do filete na execução da camada inicial. O efeito oposto, isto é, o amolecimento pela perda de liga durante deposição, é minimizado pela proteção do gás inerte. O controle de temperatura do metal de base é muito importante e não deve ser descuidado.

A soldagem pelos processos com proteção gasosa é recomendada para grandes áreas ou reparos de ligas a base de cobre. Para reparos menores, o processo TIG com eletrodo toriado (EWTh-2) é favorável. Ligas cobre- zinco podem ser depositadas por soldagem oxicombustível.

seleção de ligas para revestimento

A seleção de uma liga para revestimento é guiada primeiramente pelo tipo de desgaste e pelos custos. Contudo, outros fatores devem também ser considerados, tais como: metal de base, processo de deposição, resistência ao impacto, corrosão, oxidação e requerimentos térmicos. Normalmente o processo de revestimento já diz qual a forma do produto para o metal de adição. As ligas para revestimento geralmente são disponíveis na forma de vareta nua, eletrodo revestido, arame sólido, arame tubular ou pó.

Em geral, a resistência ao impacto das ligas de revestimento diminui com aumento do conteúdo de carbetos. Em situações onde uma combinação de resistência à abrasão e ao impacto são desejadas, um meio termo entre os dois deve ser preferido. Em aplicações onde a resistência ao impacto é extremamente importante, o aço austenítico ao manganês é o mais utilizado.

Frequentemente, o desgaste vem acompanhado por corrosão aquosa de ácidos ou álcalis. Tal situação é encontrada em indústrias de processo químico ou de petróleo ou em instalações para lavagem de gás. Poucas ligas de revestimento a base de ferro possuem resistência a corrosão em tais meios aquosos. Como resultado, ligas a base de níquel ou cobalto geralmente são recomendadas quando resistência à corrosão e resistência ao desgaste são requeridas.

resistência à corrosão

A resistência a oxidação e corrosão a quente das ligas a base de ferro é geralmente pobre; portanto, ligas a base de níquel ou cobalto são recomendadas para aplicações onde há um desgaste aliado a resistência à corrosão a quente ou oxidação. Nas ligas de níquel, uma exceção são as que contêm boro em virtude de não conter cromo suficiente na matriz para resistir à oxidação.

resistência ao calor

A capacidade de uma liga de resistir a temperaturas elevadas é importante para aplicações contra desgaste, tais como em matrizes de forjamento a quente ou válvulas para serviço até 800-900°C, assim como em aplicações em gaseificação de carvão ou liquefação. As ligas a base de ferro com estrutura martensítica perdem sua dureza sob temperaturas elevadas. Em geral, a retenção de resistência a alta temperatura de uma liga aumenta com o seu conteúdo de tungstênio ou molibdênio. Em aplicações que requerem resistência a alta temperatura e resistência a desgaste, ligas a base de cobalto são as mais recomendadas.

A seleção de uma liga deve seguir algumas recomendações: analisar as condições de serviço para determinar os tipos de desgaste e a resistência requerida no meio ambiente; se possível, selecionar diversas ligas para o revestimento e depois, optar pela melhor; analisar a compatibilidade da liga de revestimento com o metal de base, levando em consideração as tensões térmicas e possível fissuração; fazer testes de campo de peças já revestidas; selecionar uma liga ótima para revestimento considerando-se custo e vida em serviço e selecionar o processo de soldagem para executar o revestimento em produção dos componentes ou peças novas, considerando razão de deposição, a quantidade de diluição, eficiência de deposição e todos os custos, incluindo principalmente os custos dos consumíveis e do processamento em geral.

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997

SHARE
RELATED POSTS
Soldagem a laser – Fundamentos do processo
Soldagem por resistência – Tipos de soldagem por resistência
Soldagem por feixe de elétrons – Fundamentos

Deixe seu comentário

*