Introdução
A soldabilidade, particularmente a do Aço HSLA (Alta Resistência e Baixa Liga), é fortemente influenciada pelo aporte de calor e temperatura relacionados aos ciclos do processo de soldagem. Um aporte de calor muito alto pode conduzir à fissuração a quente, no entanto, se for demasiadamente baixo, combinado com o potencial aumento do hidrogênio e das tensões residuais, pode-se levar à trinca a frio.
Alguns desses parâmetros, bem como as formas típicas de trincas a frio serão discutidos aqui.
A oferta de Hidrogênio e a absorção de hidrogênio.
O teor de hidrogênio disponível no revestimento de um eletrodo é denominado de “potencial de hidrogênio”.
O hidrogênio dissocia-se no arco e entra no metal de solda no estado atômico ou ionizado.
As fontes típicas de hidrogênio são:
Umidade (contida na atmosfera, gases, o revestimento do eletrodo, a superfície do arame, fluxo).
Cristais de água (ligada aos minerais e nos metais de adição).
Compostos orgânicos (eletrodo revestido com celulose).
A solubilidade do hidrogênio no metal de solda é em função da pressão parcial no hidrogênio e da temperatura; aproximadamente 35ml H2 /100g de metal de solda à 1800 °C, caindo rapidamente com a diminuição da temperatura. Os níveis de CO2, CO, H2O influenciam na pressão parcial de hidrogênio na atmosfera do arco.
Na solidificação do metal de solda, por causa do resfriamento rápido, a concentração de hidrogênio absorvido excede o limite de solubilidade.
O retículo cristalino torna-se super saturado; A molécula de hidrogênio coleta em cavidades; e às vacâncias, deslocamentos, e os limites de concentração de grão é maior.
A difusão do hidrogênio na soldagem
O hidrogênio difunde-se rapidamente e espalha-se até mesmo à temperatura ambiente (o átomo de hidrogênio tem um diâmetro pequeno). Nas paredes internas das cavidades, por exemplo nos poros, os átomos de hidrogênio se recombinam causando uma pressão gasosa muito alta.
A efusão é a recombinação do H – átomos de outras superfícies de conjuntos soldados. Estes processos ocorrem após a soldagem, a partir do primeiro minuto e pode perdurar por vários meses. Fatores que afetam esse intervalo de tempo são: composição química do metal base, espessura da chapa, microestrutura, nível de porosidade (conteúdo de gás), grau de trabalho à frio, geometria do conjunto soldado.
Para acelerar o processo de remoção de hidrogênio na prática, a desgaseificação do hidrogênio por tratamento térmico é realizado, por exemplo, por 6 horas a 250 °C pela norma DIN 1913 ou 16 horas a 250 ° C por recomendação IIW.
O efeito do hidrogênio no metal de solda.
Um aumento do teor de hidrogênio provoca a fragilização do retículo cristalino. A ductilidade, o alongamento e a redução da área são diminuídos, o limite de escoamento e a resistência à tração não são afetados.
O fenômeno de fragilização é reversível e desaparece com a efusão do hidrogênio (desgaseificação de hidrogênio).
Os olhos-de-peixe são separações visíveis na fratura de superfície das regiões microscópica e macroscópica e aparecem, às vezes, em uma área dúctil e clara, assemelha-se a uma área quase circular de fenda frágil com um núcleo (uma imperfeição, uma inclusão, poro). Os olhos-de-peixe formam-se a partir do metal de adição na solda com hidrogênio, deformando-se lentamente e plasticamente após a soldagem aparecendo dentro de um período de três meses.
De acordo como decréscimo da solubilidade do hidrogênio durante a solidificação, grandes quantidades de gás tem que ser eliminado novamente. Se a este só é possível escapar em parte, os poros, que estão fechados, ficam cheios de hidrogênio caracterizando uma distribuição muito fina: a microporosidade.
As microcavidades são separações de material arredondada ou oval com diâmetro de 200µm e assemelhasse aos olhos-de-peixe, mas não têm um núcleo. As microcavidades originam-se de uma elevada taxa de resfriamento com a presença de tensões residuais no metal de solda. Sob o microscópio eletrônico de varredura (MEV) da superfície de fratura (área de fratura). Parece quase uma fratura frágil
As micro fissuras originam imperfeições na estrutura. As regiões com estrutura frágil são especialmente afetadas em componentes onde no entorno destes ainda há acumulo de hidrogênio. A transformação da austenita residual com solubilidade superior a do hidrogênio em martensita ou ferrita e cementita tem relativa alta de concentratação de hidrogênio.
Trinca de retardo.
Foi observado que as trincas sob o cordão, trincas de raiz, trincas de mordedura, e especialmente trincas transversais etc., ocorreu na junta soldada dias após o processo de soldagem. Estas separações de material, que acorreu em um período de tempo decorrido, são mais dependentes de um grande número de parâmetros ( suprimento de hidrogênio, tratamento térmico, caminhos de difusão e efusão, condições estruturais e tensões (carregamento) da junta soldada. Este fenômeno da formação de trincas retardadas na construção de aços de grão refinado de alta resistência é a razão para muitas investigações (por exemplo, teste de implante, análises de emissões acústicas); várias teorias tentam explicar o mecanismo de trincas de retardo.
Métodos de investigação da formação de trincas de retardo por hidrogênio.
Aplicação de análise pela emissão acústica.
Este procedimento é usado para determinar o crescimento de trincas por hidrogênio microscópica pelo método não destrutivo após a soldagem. Microfones sensíveis
(Sensores) estão localizados em diferentes lugares no componente pegar os pulsos acústicos emitidos a alta freqüência causados durante a formação e crescimento das trincas. Após a amplificação adequada, eles são registrados e analisados. Através do uso da técnica da triangulação, a sua origem pode ser localizada e determinada.
Teste por implante para determinar a susceptibilidade a trincas induzidas por hidrogênio.
Neste teste, um pino entalhado do metal base a ser testado é super-soldado de tal forma que a ZTA formada nele é idêntica a zona da junta. O pino é submetido a uma carga constante de tração até trincar, após realizada a soldagem sob condições exatamente definidas. Dependendo de um número de parâmetros, há inúmeras possibilidades de interpretação dos resultados deste. Este método de teste é adequado especialmente para comparação de materiais de base; sua desvantagem é que a trinca plana está localizada na zona afetada pelo calor, em paralelo com o limite de fusão.
Hidrogênio difusível.
As trincas induzidas por hidrogênio podem ser evitadas se o teor de umidade do metal de adição for reduzido a um nível baixo. O metal de solda depositado (teor de hidrogênio detido a partir de um consumo) é definido como “hidrogênio difusível” de acordo com a norma DIN 8572. O conteúdo de hidrogênio de 5 a 10 ml H2 por 100 g de metal de solda é chamado baixo, os teores abaixo de 5 ml de muito baixo. É exigido, normalmente, na soldagem de Aços-HSLA, teores de hidrogênio menor que 5 ml.
Considerações finais e sugestões para se evitar a trinca induzida por hidrogênio.
– Quanto maior o teor de umidade no metal de adição, maior o risco de formação de trincas. Portanto, re-secagem do consumível antes de soldagem.
– A susceptibilidade à trinca aumenta com o aumento da resistência mecânica do metal de base (por exemplo: S235 àS355 àS690Q).
– Com o aumento da dureza, o risco de trinca também é maior (por exemplo: o carbono equivalente)
– As espessuras acima de 20 mm, sem pré-aquecimento, aumenta o risco de trinca.
– A desgaseificação de hidrogênio (imersão), por exemplo a 250 °C/2h após a soldagem, reduz o risco de trinca por hidrogênio.
defeitos nas juntas soldadas
Fig. 1: Visualização esquemática dos tipos de trincas em juntas soldadas, dispostas em ordem de dimensão, curso e causa.
Fig. 2: Trinca de solidificação
Fig. 3: trinca de refundição
Fig. 6: Influência da geometria da solda na cristalização.
inclusão de restos de fases do centro da solda (trincas a quente, porosidade alongada)
fases de baixa fusão são fletidas na superfície, mas os cristais direcionados principalmente na orientação vertical não é de boa tensão.
Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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