Você já se perguntou o que torna a soldagem de aço inoxidável e de aço resistente ao calor tão desafiadora? Este artigo detalha as complexidades da soldagem desses materiais, desde as propriedades exclusivas dos diferentes tipos de aço inoxidável até as melhores práticas para obter soldas fortes e resistentes à corrosão. Ao final, você entenderá as principais técnicas para evitar problemas comuns, como rachaduras e fragilização, garantindo que suas soldas sejam duráveis e confiáveis.
O aço inoxidável refere-se a um tipo de aço que permanece em um estado passivado na superfície por meio da adição de elementos de liga, como o cromo, o que lhe permite resistir à corrosão da atmosfera e de determinados meios, além de possuir boa estabilidade química.
Quando o teor de cromo no aço inoxidável excede 12%, uma densa película de óxido pode se formar rapidamente na superfície, resultando em um aumento significativo no potencial do eletrodo do aço e na resistência à corrosão em ambientes oxidantes.
Há vários métodos de classificação para o aço inoxidável. De acordo com o tipo de estrutura, ele pode ser dividido em aço inoxidável ferrítico e aço inoxidável austenítico, aço inoxidável martensíticoaço inoxidável duplex e aço inoxidável de endurecimento por precipitação.
O aço inoxidável austenítico é o tipo de aço inoxidável mais amplamente utilizado e diversificado. Atualmente, o aço inoxidável austenítico pode ser dividido em dois tipos: Tipo Cr18-Ni8, como 0Cr18Ni9, 00Cr19Ni10, 0Cr19Ni10NbN; e tipo Cr25-Ni20, como 0Cr25Ni20. Aço inoxidável ferrítico também é amplamente utilizado, com os tipos Cr13 e Cr17, como 0Cr13Al, 1Cr17, 00Cr18Mo2, usados principalmente em ambientes com condições de corrosão menos severas.
O aço inoxidável martensítico utiliza principalmente o tipo Cr13, como 0Cr13, 1Cr13, 2Cr13, 0Cr13Ni4Mo. O aço inoxidável duplex é um aço inoxidável com uma microestrutura de fase dupla que consiste em austenita e ferrita, com ambas as fases ocupando uma proporção significativa, como 0Cr26Ni5Mo2, 00Cr18Ni5Mo3Si2.
O aço inoxidável de endurecimento por precipitação é um tipo de aço inoxidável que incorpora elementos de endurecimento individualmente ou em combinação, obtendo alta resistência, alta tenacidade e boa resistência à corrosão por meio de tratamento térmico adequado.
Em comparação com outros tipos de aço inoxidável, a soldagem do aço inoxidável austenítico é relativamente fácil. Os principais problemas que podem surgir durante a soldagem são os seguintes: alta suscetibilidade a trincas térmicas na solda e na zona afetada pelo calor, precipitação de carbonetos de cromo na junta, o que leva à diminuição da resistência à corrosão, e potencial para fragilização a 475°C ou fragilização da fase sigma quando a junta contém uma grande quantidade de ferrita.
(1) Quebra de calor em juntas soldadas
O aço inoxidável austenítico é altamente suscetível a trincas por calor, e existe a possibilidade de formação de trincas tanto na solda quanto na zona afetada pelo calor. Isso é mais comumente visto como trincas de solidificação na solda, mas também pode ocorrer como trincas de liquefação na zona afetada pelo calor ou entre várias camadas de metal de solda. As trincas podem ser categorizadas como trincas de solidificação, trincas de liquefação ou trincas de alta temperatura e baixa plasticidade.
Para evitar rachaduras por calor em aço inoxidável austenítico, as principais medidas incluem:
1) Medidas metalúrgicas:
Controle rigoroso de impurezas nocivas no metal de solda. Quanto maior for o teor de níquel no aço, mais importante será controlar os níveis de enxofre, fósforo, boro, selênio e outros elementos nocivos para evitar trincas térmicas. Para soldas austeníticas monofásicas, a adição de quantidades adequadas de manganês, pequenas quantidades de carbono e nitrogênio e a redução do teor de silício podem melhorar a resistência à trinca da solda.
Ajuste da composição química da solda. Criação de uma estrutura duplex de austenita e a ferrita no metal de solda evitam efetivamente a formação de trincas por calor. Por exemplo, a presença de uma pequena quantidade de fase de ferrita na microestrutura de uma solda de aço 18-8 melhora muito sua resistência a trincas. Os elementos comuns que promovem a formação de ferrita incluem cromo, molibdênio, vanádio, etc.
Essas medidas metalúrgicas envolvem principalmente o ajuste da composição química do material de soldagem.
2) Medidas de processo:
Minimize o superaquecimento do banho de solda para evitar a formação de grãos colunares grossos. Portanto, é aconselhável usar pequenas entradas de calor e soldas de seção transversal pequena. Na soldagem com vários passes, a temperatura entre passes não deve ser muito alta para evitar o superaquecimento da solda. Durante o processo de soldagem, a Vareta de solda não deve ser oscilado, e técnicas de soldagem estreitas e rápidas devem ser empregadas.
Faixa de temperatura de sensibilização: O aço inoxidável austenítico é mais sensível à corrosão intergranular quando aquecido a 400-800°C. Essa faixa de temperatura é conhecida como faixa de temperatura de sensibilização.
(2) Resistência à corrosão de juntas soldadas:
As juntas soldadas podem apresentar corrosão intergranularcorrosão em linha de faca e corrosão sob tensão durante o serviço.
Para evitar a corrosão intergranular em juntas soldadas, as seguintes medidas podem ser tomadas:
1) Medidas metalúrgicas:
Crie uma estrutura duplex de austenita e ferrita no metal de solda, com a fração de volume de ferrita variando de 4% a 12%. Dentro dessa faixa, o metal de solda não só apresenta melhor resistência à corrosão intergranular e à corrosão sob tensão, mas também aumenta sua resistência à trinca por calor.
Introduzir elementos estabilizadores no metal de solda que tenham maior afinidade com o carbono do que com o cromo, como titânionióbio, tântalo e zircônio.
Minimize o teor de carbono no metal de solda para evitar a corrosão intergranular. O teor de carbono deve ser reduzido para abaixo do limite de solubilidade de carbono em aço inoxidável à temperatura ambiente, impossibilitando que o carbono reaja com o cromo e forme Cr23C6, eliminando, assim, a zona empobrecida de cromo nos limites dos grãos. Quando a fração de massa de carbono no metal de solda é menor que 0,03%, o metal de solda apresenta maior resistência à corrosão intergranular.
Conforme mencionado acima, para ter os tipos e as quantidades adequadas de elementos de liga no metal de solda, é necessário começar com o material de soldagem e selecionar eletrodos, fluxos e arames de soldagem que atendam às condições metalúrgicas mencionadas acima. Isso é essencial para atingir o objetivo de evitar a corrosão intergranular no metal de solda.
2) Medidas de processo:
Escolha um método de soldagem adequado que minimize a entrada de calor e reduza o tempo em que a junta soldada permanece na faixa de temperatura de sensibilização. Para juntas finas e pequenas e regulares, devem ser usadas técnicas como soldagem por feixe de elétrons, soldagem por arco de plasma e soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) com energia concentrada.
Para soldas de placas de espessura média, o uso de soldagem com gás inerte metálico (MIG) com eletrodo de fusão é adequado. Para soldas de chapas grossas, a soldagem a arco submerso e a soldagem a arco de metal blindado são métodos comumente usados, enquanto a soldagem a gás não é recomendada.
Ao determinar os parâmetros de soldagem, é importante garantir a qualidade da solda usando baixa corrente de soldagem e a velocidade de soldagem mais rápida possível.
Selecionando o método de soldagem adequado e otimizando a parâmetros de soldagemCom o objetivo de minimizar o tempo gasto na faixa de temperatura de sensibilização e reduzir o risco de corrosão intergranular na junta soldada, garantindo a qualidade da solda.
Em termos de operações, é aconselhável usar cordões de solda estreitos e vários passes para soldas de várias camadas. Após cada passe ou camada de solda, é importante deixar a junta soldada esfriar até a temperatura ambiente antes de passar para o próximo passe ou camada. Durante o processo de soldagemQuando o material de soldagem é usado, ele não deve oscilar na poça de fusão. Ao soldar tubos usando soldagem a arco de argônio como passe de raiz, é possível realizar a soldagem por fusão sem adicionar material de enchimento.
Se as condições permitirem, a purga do interior do tubo com gás argônio pode proteger a poça de fusão da oxidação, acelerar a taxa de resfriamento da solda e facilitar a formação da solda posterior. Para soldas expostas a meios corrosivos, é preferível realizar a solda final se as condições permitirem, a fim de minimizar o número de vezes que a solda é aquecida pelo meio corrosivo.
O resfriamento rápido na zona afetada pelo calor é obtido por meio do resfriamento forçado. Para soldas regulares, se as condições permitirem, um suporte de cobre puro pode ser usado, e água ou gás de proteção pode circular pelo suporte de cobre para facilitar o resfriamento forçado. Isso ajuda a evitar a corrosão intergranular na junta soldada.
Isso ocorre porque, em temperaturas de aquecimento mais baixas (abaixo de 400°C) ou em tempos de aquecimento curtos, é menos propício à difusão de carbono e à formação de carbonetos de cromo, evitando, assim, a zona empobrecida de cromo.
O processo de tratamento de solução ou tratamento de estabilização é realizado. Após o tratamento com solução, o aço inoxidável austenítico tem a menor resistência e durezae a melhor resistência à corrosão, que é um meio importante para evitar a corrosão intergranular.
O aço inoxidável austenítico sensibilizado pode ser eliminado ainda mais por meio de tratamento com solução. O tratamento de estabilização é geralmente aquecido a uma temperatura de 850-900°C e mantido por 2-4 horas. O tratamento de estabilização também pode ser usado para eliminar o pequeno conhecimento produzido pelo aquecimento da sensibilização.
Tratamento de solução e tratamento de estabilização: O tratamento de solução é um processo no qual a junta soldada é aquecida a uma faixa de temperatura de 1050-1150°C, mantida por um determinado período de tempo e, em seguida, resfriada rapidamente na faixa de 800-400°C.
O tratamento de estabilização é um processo de tratamento térmico projetado para aço inoxidável austenítico contendo estabilizadores, geralmente aquecido a 850-900°C e mantido por 2-4 horas.
2) Corrosão na linha da faca.
A corrosão em linha de faca, também conhecida como corrosão em ponta de faca ou simplesmente corrosão em faca, é uma forma específica de corrosão intergranular que ocorre somente nas juntas soldadas de aço inoxidável austenítico contendo elementos estabilizadores, como Ti e Nb. A corrosão ocorre ao longo da linha de fusão na zona superaquecida da junta soldada. Zona afetada pelo calor (HAZ). Devido à sua largura estreita (geralmente de 1,0 a 1,5 mm na soldagem a arco), ela assume a aparência de um corte feito por uma faca, daí o nome corrosão em linha de faca. As medidas para evitar a corrosão em linha de faca incluem:
Em primeiro lugar, reduzir o teor de carbono no material de base. Essa é uma medida eficaz para evitar a corrosão em linha de faca, pois as juntas soldadas de aço inoxidável austenítico de carbono ultrabaixo não apresentam corrosão em linha de faca.
Em segundo lugar, adotar um processo de soldagem razoável. Ao mesmo tempo em que se garante a qualidade da solda, é aconselhável escolher um aporte térmico menor para reduzir o tempo de permanência da zona superaquecida em altas temperaturas e para evitar a ocorrência de "sensibilização de temperatura média" durante o processo de soldagem.
Na soldagem de dupla face, a solda em contato com o meio corrosivo deve ser aplicada como a solda final, se possível. Se não for possível, os parâmetros de soldagem e o formato da solda devem ser ajustados para minimizar o aquecimento por ressensibilização da zona superaquecida em contato com o meio corrosivo.
Métodos de resfriamento forçado podem ser empregados durante ou após a soldagem para obter um resfriamento rápido da junta soldada. A correção pós-soldagem pode ser realizada usando métodos de correção a frio. Para juntas soldadas com altos requisitos de desempenho de corrosão, pode ser necessário um tratamento de estabilização pós-soldagem ou um tratamento de solução.
3) Trincas por corrosão sob tensão.
A rachadura por corrosão sob tensão é uma forma de dano que ocorre quando a tensão de tração e um meio corrosivo específico atuam juntos. É um modo de falha por corrosão altamente sensível e que ocorre com frequência em aço inoxidável austenítico. Os acidentes causados por rachaduras por corrosão sob tensão são responsáveis por mais de 60% de todas as falhas relacionadas à corrosão.
O aço inoxidável austenítico é propenso à deformação durante a soldagem devido à sua baixa condutividade térmica, ao alto coeficiente de expansão linear e à baixa resistência ao escoamento. Quando a deformação da solda é restrita, uma tensão de solda residual significativa permanecerá inevitavelmente na junta soldada, acelerando a ação do meio corrosivo.
Como resultado, a rachadura por corrosão sob tensão é comum em juntas soldadas de aço inoxidável austenítico. Essa é uma das questões mais desafiadoras a serem abordadas na soldagem de aço inoxidável austenítico, especialmente em equipamentos químicos em que a rachadura por corrosão sob tensão ocorre com frequência.
As medidas para evitar rachaduras por corrosão sob tensão incluem:
Em primeiro lugar, projetar o junta de solda de maneira racional para evitar o acúmulo de meios corrosivos na área da junta de solda e reduzir ou eliminar a concentração de tensão na junta de solda.
Em segundo lugar, a eliminação ou redução de tensão residual na junta de soldagem. O tratamento de alívio de tensão pós-soldagem é uma medida de processo comumente usada, com uma temperatura de aquecimento entre 850-900°C produzindo o efeito de alívio de tensão mais ideal.
Métodos mecânicos, como polimento de superfície, tiro descascamentoO martelamento também pode ser empregado para induzir a tensão compressiva na superfície. No projeto estrutural, as juntas de topo devem ser usadas o máximo possível para evitar soldas cruzadas, e as ranhuras simples em forma de V podem ser substituídas por ranhuras duplas em forma de Y.
Em terceiro lugar, a seleção do material correto. Os materiais com baixa sensibilidade à rachadura por corrosão sob tensão devem ser escolhidos com base nas características do meio. Isso inclui não apenas o material de base, mas também os consumíveis de soldagem, pois eles podem afetar muito a resistência à corrosão sob tensão.
(3) Fragilização de juntas soldadas
Há duas formas principais de fragilização em juntas soldadas de aço inoxidável austenítico: fragilização a baixa temperatura e fragilização da fase σ.
1) Fragilização do metal de solda em baixa temperatura:
No caso de juntas soldadas de aço inoxidável austenítico, a resistência à corrosão ou à oxidação nem sempre é a propriedade mais importante. Quando usadas em baixas temperaturas, a plasticidade e a resistência do metal de solda tornam-se cruciais. Para atender aos requisitos de tenacidade em baixa temperatura, deseja-se uma única microestrutura austenítica no metal de solda, evitando a presença de δ-ferrita. A presença de δ-ferrita sempre degrada a resistência a baixas temperaturas.
2) fragilização da fase σ de juntas soldadas:
A fase σ é um composto intermetálico frágil que se acumula principalmente nos limites dos grãos dos cristais colunares. A ocorrência da fragilização da fase σ está relacionada ao grau de liga do aço inoxidável austenítico. No caso do aço inoxidável austenítico com elementos de alta liga, como Cr e Mo, a fase σ pode se precipitar facilmente. O Cr e o Mo têm um efeito significativo na formação da fase σ.
O aumento do teor de níquel, que é um elemento de liga no aço inoxidável austenítico, pode suprimir com eficácia a formação da fase σ durante o processo de soldagem, evitando assim a fragilização das juntas soldadas. Essa é uma medida metalúrgica eficaz para evitar a fragilização em juntas soldadas.
O aço inoxidável duplex apresenta boa soldabilidadeCom o uso de materiais de soldagem adequados, é possível evitar rachaduras a quente e a frio na soldagem. As propriedades mecânicas da junta soldada geralmente podem atender aos requisitos de desempenho da estrutura soldada.
A junta soldada também demonstra boa resistência a rachaduras por corrosão sob tensão, e sua resistência à corrosão por pite e em fendas é superior à do aço inoxidável austenítico, enquanto sua resistência à corrosão intergranular é comparável à do aço inoxidável austenítico.
No entanto, a zona próxima à solda da junta soldada é influenciada pela calor de soldagem levando ao inevitável engrossamento dos grãos de ferrita na zona superaquecida, reduzindo assim a resistência à corrosão nessa área.
(1) Seleção de Métodos de soldagem:
Tanto o aço inoxidável austenítico quanto o aço inoxidável duplex podem ser soldados usando vários métodos de soldagem por fusão, como soldagem por arco de metal blindado (SMAW), soldagem por gás inerte de tungstênio (TIG), soldagem por arco de metal a gás (GMAW), soldagem por arco submerso (SAW) e soldagem a arco de plasma.
1) Blindado Arco metálico Soldagem (SMAW):
O SMAW é o método de soldagem mais comumente usado, conhecido por sua flexibilidade e conveniência. Para aumentar a resistência contra trincas a quente, recomenda-se o uso de eletrodos com revestimento básico. Para soldas que exigem alta resistência à corrosão e boa aparência de superfície, é preferível usar eletrodos com bom desempenho de processo, como revestimentos do tipo titânio-cálcio.
2) Soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG):
A soldagem TIG é um método ideal para soldar aço inoxidável austenítico e aço inoxidável duplex porque minimiza a queima de elementos de liga durante o processo de soldagem, resultando em uma superfície de solda limpa e sem escória, com boa cordão de solda formação. Além disso, Soldagem TIG tem um aporte térmico menor, o que o torna particularmente adequado para a soldagem de aços inoxidáveis austeníticos e duplex sensíveis ao calor.
3) Soldagem por arco submerso (SAW):
O SAW é um método de soldagem altamente eficiente, caracterizado por alto aporte de calor, grande tamanho da poça de solda e taxas de resfriamento e solidificação mais lentas. Esse método aumenta a suscetibilidade a trincas a quente. O SAW tem uma ampla gama de taxas de diluição no metal de base (10% a 75%), o que afeta significativamente a composição do metal de solda, especialmente no controle do teor de ferrita na microestrutura da solda.
4) Soldagem por arco de plasma:
A soldagem a arco de plasma também é um método de soldagem por fusão com proteção de gás inerte, usando um arco de plasma de alta densidade de energia como fonte de calor. Ele oferece vantagens como energia concentrada, pequena zona afetada pelo calor, rapidez na execução da soldagem e alta eficiência. velocidade de soldagemA soldagem a arco de plasma é uma técnica de soldagem de alta qualidade, com alta eficiência de utilização de calor e zona afetada pelo calor estreita. Em condições sem vento, a soldagem a arco de plasma é benéfica para melhorar a resistência à corrosão e aprimorar a microestrutura da junta soldada.
A soldagem a arco de metal a gás, como a soldagem MIG, também é amplamente utilizada. O CO2 a soldagem com proteção gasosa e arame tubular também é aplicada em aço inoxidável soldagem de aço.
(2) Seleção de materiais de soldagem
O princípio para a seleção de materiais de soldagem para aço inoxidável austenítico é escolher, em geral, materiais com composições químicas semelhantes ou idênticas às do metal de base.
Entretanto, também é necessário considerar as propriedades mecânicas gerais, a resistência à corrosão, a resistência a trincas e a resistência a altas temperaturas da junta soldada, com base nas condições específicas de uso. A Tabela 5-21 apresenta exemplos da seleção recomendada de vários materiais de soldagem. soldagem de aço inoxidável materiais.
Tabela 5-21: Exemplos de materiais de soldagem de aço inoxidável recomendados
| Grau de aço | Eletrodo de solda para soldagem a arco | Soldagem por arco submerso | Soldagem a arco de argônio | ||
| Modelo | grau | arame de solda | fluxo | ||
| 0Cr18Ni9 | E308-16 | A102 | H0Cr21Ni10 | HJ260 | H0Cr21Ni10 |
| 0Cr18Nil0Ti1Cr18Ni9Ti | E347-16 | A132 | H0Cr21Ni10Ti | HJ260 | H0Cr21Ni10Ti |
| 0Cr17Nil2Mo2 | E316-16E316-15 | A202A207 | H0Cr19Ni12Mo2 | HJ260 | H0Cr19Ni12Mo2 |
| 00Cr19Ni10 | E308L-16 | A002 | H00Cr21Ni10 | HJ260 | H00Cr21Ni10 |
| 00Cr17Nil4Mo2 | E316L-16 | A022 | |||
(3) Pontos-chave para a soldagem do aço inoxidável austenítico e do aço inoxidável duplex. O processo de soldagem do aço inoxidável austenítico e do aço inoxidável duplex é o seguinte:
1) Preparação da pré-soldagem:
a) Corte do material e preparação da ranhura: Devido ao alto teor de cromo no aço inoxidável austenítico e no aço inoxidável duplex, é difícil cortá-lo com uma chama de oxiacetileno. Corte mecânico, ar-carbono corte em arcoO corte por arco plasma ou outros métodos podem ser usados para o corte do material e a preparação da ranhura.
b) Limpeza antes da soldagem: Para garantir qualidade da soldagemSe houver contaminação por óleo, a ranhura e a superfície em um intervalo de 20 a 30 mm em ambos os lados da ranhura devem ser limpas cuidadosamente. Se houver contaminação por óleo, podem ser usados solventes orgânicos, como acetona ou álcool, para a limpeza. Para soldas com requisitos de alta qualidade de superfície, uma pasta feita de pó de giz branco pode ser aplicada em uma faixa adequada para evitar que os respingos danifiquem a superfície do aço. Durante o manuseio, a preparação da ranhura, a montagem e a soldagem de posicionamento, deve-se tomar cuidado para evitar danos à superfície do aço, pois isso pode reduzir a resistência à corrosão do produto. O impacto do arco e o uso de ferramentas afiadas para arranhar a superfície do aço podem causar danos. chapa de aço não são permitidas superfícies aleatórias.
Posicionamento da soldagem:
Durante a soldagem de posicionamento, o soldador deve usar o mesmo material de soldagem e as mesmas especificações do processo de soldagem real. A altura da solda dentro da ranhura geralmente não deve exceder 2/3 da profundidade da ranhura. Se ocorrerem defeitos, como rachaduras, na solda de posicionamento, ela deverá ser removida e soldada novamente.
Os materiais de soldagem devem passar por um tratamento de secagem específico.
O arco deve ser atingido dentro da ranhura e uma única passagem de fusão deve ser obtida. O arco deve ser extinto para preencher a cratera.
Na soldagem de aço inoxidável, a corrente de soldagem deve ser 10% a 20% menor do que a corrente de soldagem de aço inoxidável. soldagem de aço de baixo carbono. Deve-se empregar arco curto, soldagem rápida e deslocamento reto. Ao mesmo tempo, a temperatura do interpasse deve ser controlada, geralmente mantida abaixo de 100°C. Para evitar o excesso de temperatura no interpasse, medidas como o resfriamento com água na parte traseira podem ser implementadas, se necessário.
Na soldagem com várias camadas e vários passes, após a conclusão de cada passe, a escória deve ser removida e a aparência deve ser verificada quanto a defeitos de superfície antes de prosseguir para o próximo passe. As posições inicial e final das camadas adjacentes devem ser escalonadas.
Para soldas concentradas, métodos como a soldagem por saltos, a soldagem simétrica segmentada ou o back-stepping podem ser usados para reduzir distorção de solda e superaquecimento.
Quando penetração total Se for necessária a soldagem de dupla face, a raiz da solda deve ser limpa. Se goivagem a arco de carbono for usado para limpeza da raiz, ele deve ser retificado com um rebolo até que não haja óxidos ou camadas de carboneto presentes. No caso de aço inoxidável com baixíssimo teor de carbono ou quando houver requisitos específicos, a limpeza da raiz deve ser feita por meio de esmerilhamento com rebolo ou métodos mecânicos.
As soldas em contato com o meio devem ser soldadas por último para evitar uma diminuição na resistência à corrosão da solda.
As soldas em contato com o meio devem ser soldadas por último para evitar uma diminuição na resistência à corrosão da solda.
3) Tratamento térmico pós-soldagem:
Em geral, o aço inoxidável austenítico e o aço inoxidável duplex não requerem tratamento térmico pós-soldagem. No entanto, se a junta soldada ficar embritada ou se houver necessidade de melhorar ainda mais sua resistência à corrosão, o tratamento de solução, o tratamento de estabilização ou o tratamento de alívio de tensão podem ser escolhidos conforme necessário.
4) Limpeza pós-soldagem:
As soldas de aço inoxidável devem passar por tratamento de decapagem e passivação. A decapagem tem como objetivo remover a incrustação de óxido na superfície da solda e na zona afetada pelo calor, enquanto a passivação tem como objetivo formar novamente uma camada de filme de óxido denso e incolor na superfície decapada, proporcionando resistência à corrosão.
(1) Características da soldagem de aço inoxidável ferrítico:
Atualmente, o aço inoxidável ferrítico pode ser dividido em aço inoxidável ferrítico comum e aço inoxidável ferrítico ultrapuro. Os principais problemas na soldagem do aço inoxidável ferrítico são a redução da plasticidade e da tenacidade na junta de solda, a fragilização na zona afetada pelo calor e a corrosão intergranular na junta de solda.
(2) Métodos e materiais de soldagem para aço inoxidável ferrítico:
A soldagem de aço inoxidável ferrítico deve usar métodos de soldagem com baixo aporte de calor, como soldagem a arco de metal blindado, soldagem a gás soldagem a arco de tungstênioou soldagem a arco de plasma. A seleção dos materiais de soldagem deve seguir o princípio de correspondência com a composição do metal de base. Como alternativa, podem ser usados materiais de soldagem para aço inoxidável austenítico, eliminando a necessidade de pré-aquecimento antes da soldagem e tratamento térmico pós-soldagem.
(3) Pontos-chave do processo de soldagem:
Os principais pontos para a soldagem de aço inoxidável ferrítico são os seguintes:
1) Pré-aquecimento:
Temperatura de pré-aquecimento deve estar em torno de 100-200°C. O objetivo é colocar o material que está sendo soldado em um melhor estado de resistência e reduzir a tensão na junta de soldagem. À medida que o teor de cromo no aço aumenta, a temperatura de pré-aquecimento também deve ser aumentada de acordo.
2) Tratamento térmico pós-soldagem:
Após a soldagem, a área da junta deve ser recozida a uma temperatura de 750 a 800°C. Esse tratamento permite a precipitação completa do carbono e do nitrogênio supersaturados e a reposição do cromo nas áreas de cromo empobrecido, para restaurar sua resistência à corrosão. Ele também melhora a plasticidade da junta soldada. É importante observar que o resfriamento rápido deve ser aplicado após recozimento para evitar a formação de fragilidade a 475°C.
Outros requisitos de processo são semelhantes aos do aço inoxidável austenítico.
(1) Características da soldagem de aço inoxidável martensítico:
O aço inoxidável martensítico pode ser dividido em aço inoxidável martensítico Cr13, aço inoxidável martensítico de baixo carbono e aço inoxidável supermartensítico. Os aços inoxidáveis martensíticos comuns têm uma tendência de endurecimento durante a têmpera e, quanto maior o teor de carbono, maior a tendência de endurecimento. Portanto, os problemas comuns na soldagem do aço inoxidável martensítico são a fragilização na zona afetada pelo calor e a fissuração a frio.
(2) Seleção de métodos de soldagem:
Métodos comuns de soldagem, como soldagem a arco de metal blindado, soldagem a arco de tungstênio a gás, eletrodo consumível soldagem com proteção gasosae a soldagem a arco de plasma podem ser usadas para soldar aço inoxidável martensítico. A soldagem a arco de metal blindado é o método mais comumente usado.
(3) Seleção de materiais de soldagem:
No caso do aço inoxidável martensítico Cr13, em geral, sua soldabilidade é ruim. Portanto, além de usar materiais de soldagem que tenham composição química e propriedades mecânicas semelhantes às do metal de base, para o aço inoxidável martensítico com maior teor de carbono, os materiais de soldagem do tipo austenítico são frequentemente usados para melhorar a plasticidade e a tenacidade da junta de solda e evitar a ocorrência de trincas de solda. Os eletrodos de soldagem comumente usados podem ser encontrados na Tabela 5-22.
Tabela 5-22: Seleção de materiais de soldagem, pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem para aço inoxidável martensítico
| Grau de aço | Eletrodo de solda | Arame de solda | Temperatura de pré-aquecimento, temperatura interpasse/°C | Temperatura de tratamento térmico pós-soldagem/°C | ||
| Modelo | grau | núcleo sólido | núcleo de fluxo | |||
| 1Crl32Crl3 | E410-16 E410-15 | G202G207 | H1Cr13H2Cr13 | E410T | 250~300 | 700~730 Revenimento |
| E308-16 E308-15 E316-16 E316-15 E310-16 E310-15 | A102 A107 A202 A207 A402 A407 | Não é necessário tratamento térmico (pré-aquecimento de até 200°C para componentes grossos e grandes) | Não é necessário tratamento térmico | |||
| 1Crl7Ni2 | E130-16 | G302 | H0Cr24Ni13 | 200 | 750~800Temperação | |
| E430-15 | G307 | |||||
| E309-16 | A302 | Não é necessário tratamento térmico | Não é necessário tratamento térmico | |||
| E309-15 | A307 | |||||
| E310-16 | A402 | |||||
| E310-15 | A407 | |||||
(4) Pontos-chave do processo de soldagem:
Os principais pontos para a soldagem de aço inoxidável martensítico são os seguintes:
1) Pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem:
A temperatura de pré-aquecimento geralmente fica entre 100 e 350 °C, e aumenta com o teor de carbono. Para juntas soldadas com alto teor de carbono ou alta restrição, as medidas necessárias de tratamento térmico pós-soldagem devem ser tomadas antes do tratamento térmico para evitar a ocorrência de rachaduras induzidas por hidrogênio. Por exemplo, ao soldar peças com baixo liga de aço com aço inoxidável austenítico, devem ser aplicadas técnicas de soldagem adequadas. Consulte a Tabela 5-22 para obter detalhes.
2) Tratamento térmico pós-soldagem:
O tratamento térmico pós-soldagem para aço inoxidável martensítico inclui têmpera e recozimento total. Para obter a dureza mais baixa, como para a usinagem subsequente após a soldagem, o recozimento total pode ser usado com uma temperatura de recozimento entre 830-880°C, mantida por 2 horas, seguida de resfriamento no forno a 595°C e, em seguida, resfriamento ao ar.
A temperatura de revenimento geralmente fica entre 650-750°C, e o tempo de retenção é determinado com base em 2,4 min/mm, com um tempo mínimo de retenção de 1 hora, seguido de resfriamento com ar. Consulte a Tabela 5-22 para obter exemplos.
1. Uma fábrica de máquinas químicas está produzindo um tanque de medição de fenol para madeira.
O material principal é o aço inoxidável austenítico 0Cr18Ni9 com espessura de 8 mm. As costuras longitudinais e circunferenciais do corpo do cilindro são soldadas usando solda a arco de metal blindado com juntas de topo e bordas chanfradas em forma de V com cantos arredondados. O processo de soldagem pode ser encontrado na Tabela 5-23.
| Cartão de processo de soldagem para juntas | Número | ||
Diagrama de juntas | Material de base | 0Cr18Ni9 | 0Cr18Ni9 |
| Espessura do material de base | 8 mm | 8 mm | |
| Posição de soldagem | Posição plana | ||
| Técnica de soldagem | Conta reta | ||
| Temperatura de pré-aquecimento | Temperatura ambiente | ||
| Temperatura interpasse | ≤100℃ | ||
| Sequência de soldagem | |
| 1 | Verifique as dimensões e a qualidade da superfície do chanfro. |
| 2 | Limpe o chanfro e a área circundante de qualquer óleo ou sujeira. Aplique uma camada de pasta de pó de giz branco em ambos os lados do bisel. |
| 3 | Realize a solda de aderência inicial a partir do lado externo, com um comprimento de 30 a 50 mm. |
| 4 | Soldar as camadas internas de 1 a 3. |
| 5 | Após a goivagem a ar com arco de carbono e o esmerilhamento da raiz do lado externo, use um rebolo para alisá-la. |
| 6 | Soldar a camada externa. |
| 7 | Limpe todos os respingos após a soldagem. |
| 8 | Inspecione a aparência. |
| 9 | Realizar testes não destrutivos conforme necessário. |
Parâmetros de especificação de soldagem
| Passes | Método de soldagem | Grau do material de soldagem | Especificação do material de soldagem | Tipos de corrente e polaridade | Corrente de soldagem (ampere) | Tensão do arco (Volt) | Velocidade de soldagem (mm/por passagem) | Observações |
| 1 | SMAW | A102 | 3.2 | DCEP | 80~110 | 22~24 | 90~130 | |
| 2~4 | SMAW | A102 | 4.0 | DCEP | 130~160 | 22~24 | 130~170 |
2. Para a solda de topo do bocal do mesmo produto, é usada a soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG). Trata-se de um processo de soldagem de face única com formação de dupla face. O processo de soldagem pode ser encontrado na Tabela 5-24.
Tabela 5-24: Cartão de processo de soldagem para junta de soldagem a arco com gás inerte de tungstênio 0Crl8Ni9
| Cartão de processo de soldagem para juntas | Número | ||
Diagrama de juntas | Material de base | 0Cr18Ni9 | 0Cr18Ni9 |
| Espessura do material de base | 3,5 mm | 3,5 mm | |
| Posição de soldagem | Solda plana | ||
| Técnica de soldagem | Cordão de solda reto | ||
| Temperatura de pré-aquecimento | Temperatura ambiente | ||
| Temperatura interpasse | ≤100℃ | ||
| Diâmetro do eletrodo de tungstênio | Φ2,5 mm | ||
| Diâmetro do bocal | Φ16mm | ||
| Sequência de soldagem | |
| 1 | Verifique as dimensões da ranhura e a qualidade da superfície. |
| 2 | Remova o óleo e a sujeira da ranhura e de seus arredores. |
| 3 | Realize a soldagem por pontos com a primeira camada do processo de soldagem pelo lado de fora, com um comprimento de 10 a 15 mm. |
| 4 | Solde a primeira e a segunda camadas no lado externo. |
| 5 | Realizar inspeção visual. |
| 6 | Realizar testes não destrutivos. |
Parâmetros de especificação de soldagem
| Passes | Método de soldagem | Grau do material de soldagem | Especificação do material de soldagem | Tipos de corrente e polaridade | Corrente de soldagem (ampere) | Tensão do arco (Volt) | Velocidade de soldagem (mm/por passagem) | Observações |
| 1~2 | GTAW | H0Cr21Nil0 | Φ2.5 | DCEN | 80~110 | 10~12 | 50~80 |
3. Uma determinada empresa está fabricando um tanque de mistura de vapor com um material de 00Cr17Ni14Mo2. A junta soldada requer uma estrutura totalmente penetrada. O processo de soldagem envolve o uso de soldagem a arco com gás inerte de tungstênio para vedar o fundo e soldagem a arco com eletrodo para enchimento e cobertura. É um processo de soldagem de um lado e de formação de dois lados. Para obter detalhes específicos, consulte a documentação fornecida.
Tabela 5-25: Cartão de processo de soldagem para junta de topo 00Cr17Ni14Mo2
| Cartão de processo de soldagem para juntas | Número | |||
Diagrama de juntas | Material de base | 00Cr17Ni14Mo2 | 00Cr17Ni14Mo2 | |
| Espessura do material de base | 8 mm | 8 mm | ||
| Posição de soldagem | Solda plana | |||
| Técnica de soldagem | Cordão de solda reto | |||
| Temperatura de pré-aquecimento | Temperatura ambiente | |||
| Temperatura interpasse | ≤150℃ | |||
| Diâmetro do eletrodo de tungstênio | Φ2,5 mm | Gás de proteção | Ar | |
| Diâmetro do bocal | Φ16mm | Vazão de gás (L/min) | 8~10 | |
| Sequência de soldagem | |
| 1 | Verifique as dimensões da ranhura e a qualidade da superfície. |
| 2 | Remova o óleo e a sujeira da ranhura e de seus arredores. Pincele pasta de giz branco em um intervalo de 100 mm em ambos os lados da ranhura. |
| 3 | Realize a soldagem por pontos com a primeira camada do processo de soldagem pelo lado de fora, com um comprimento de 5 a 15 mm. |
| 4 | Soldar a primeira à terceira camadas. |
| 5 | Limpe a escória e os respingos após a soldagem. |
| 6 | Realizar inspeção visual. |
| 7 | Realizar testes não destrutivos. |
Parâmetros de especificação de soldagem
| Passes | Método de soldagem | Grau do material de soldagem | Especificação do material de soldagem | Tipos de corrente e polaridade | Corrente de soldagem (ampere) | Tensão do arco (Volt) | Velocidade de soldagem (mm/por passagem) |
| 1 | GTAW | H00Crl9Nil2Mo2 | Φ2.5 | DCEN | 80~110 | 10~12 | 50~80 |
| 2 | SMAW | A022 | Φ3.2 | DCEP | 80~110 | 21~23 | 90~130 |
| 3 | SMAW | A022 | Φ4.0 | DCEP | 130~160 | 22~24 | 130~170 |
4. Uma fábrica de equipamentos químicos está produzindo uma torre de regeneração de pressão com um material de 0Cr18Ni9. O processo de soldagem usado é a soldagem por arco submerso.
| Cartão de processo de soldagem para juntas | Número | ||
Diagrama de juntas | Material de base | 0Cr18Ni9 | 0Cr18Ni9 |
| Espessura do material de base | 14 mm | 14 mm | |
| Posição de soldagem | Solda plana | ||
| Técnica de soldagem | Cordão de solda reto | ||
| Temperatura de pré-aquecimento | Temperatura ambiente | ||
| Temperatura interpasse | ≤150℃ | ||
| Sequência de soldagem | |
| 1 | Verifique as dimensões da ranhura e a qualidade da superfície. |
| 2 | Remova o óleo e a sujeira da ranhura e de seus arredores. Aplique pasta de giz branco em ambos os lados da ranhura. |
| 3 | Realize a soldagem por pontos com o processo de soldagem a arco com eletrodo usando o mesmo produto do lado de fora, com um comprimento de 30 a 50 mm. |
| 4 | Solde a primeira e a segunda camadas no lado interno. |
| 5 | Remova o excesso de raiz com goivagem com arco de carbono do lado de fora e esmerilhe com um rebolo. |
| 6 | Solde a terceira camada no lado externo. |
| 7 | Limpe a escória após a soldagem. |
| 8 | Realizar inspeção visual. |
| 9 | Realizar testes não destrutivos. |
Parâmetros de especificação de soldagem
| Passes | Método de soldagem | Grau do material de soldagem | Especificação do material de soldagem | Tipos de corrente e polaridade | Corrente de soldagem (ampere) | Tensão do arco (Volt) | Velocidade de soldagem (mm/por passagem) |
| 1 | SERRAGEM | H0Cr21Nil0 SJ601 | Φ4.0 | DCEP | 450~500 | 31~36 | 24~28 |
| 2~3 | SERRAGEM | H0Cr21Ni10 SJ601 | Φ4.0 | DCEP | 130~160 | 31~36 | 24~28 |
O aço resistente ao calor é uma liga à base de ferro que apresenta excelente resistência térmica, resistência à oxidação e resistência à corrosão em ambientes de alta temperatura.
Os aços resistentes ao calor podem ser classificados em aços resistentes ao calor de baixa liga, média liga e alta liga com base na fração de massa dos elementos de liga. Os aços resistentes ao calor com uma fração de massa total de elementos de liga abaixo de 5% são chamados de aços resistentes ao calor de baixa liga, que incluem os aços resistentes ao calor ferríticos e os aços resistentes ao calor bainíticos.
Os aços resistentes ao calor com uma fração de massa total de elementos de liga entre 6% e 12% são conhecidos como aços resistentes ao calor de liga média. Os aços de liga com uma fração de massa total de elementos de liga acima de 13% são classificados como aços de alta liga resistentes ao calor.
Os aços resistentes ao calor são amplamente utilizados em usinas térmicas convencionais, usinas nucleares, equipamentos de refino de petróleo, unidades de hidrocraqueamento, contêineres de produtos químicos sintéticos, instrumentos aeroespaciais e outros equipamentos de processamento de alta temperatura. Entre eles, os aços resistentes ao calor de baixa liga são particularmente comuns.
Os requisitos básicos para o desempenho da soldagem de juntas de aço resistentes ao calor dependem das condições operacionais do equipamento, do processo de fabricação e da complexidade da estrutura soldada.
Para garantir a operação segura a longo prazo da estrutura soldada de aço resistente ao calor sob alta temperatura, alta pressão e vários meios complexos, o desempenho das juntas soldadas deve atender aos seguintes requisitos:
(1) Resistência e ductilidade equivalentes da junta: as juntas soldadas de aço resistente ao calor não só devem ter temperatura ambiente e resistência de curto prazo semelhantes às do metal de base, mas também devem ter resistência de longo prazo comparável a altas temperaturas.
(2) Resistência ao hidrogênio e resistência à oxidação da junta: as juntas soldadas de aço resistente ao calor devem ter resistência ao hidrogênio e resistência à oxidação em alta temperatura semelhantes às do metal de base. Para conseguir isso, a fração de massa dos elementos de liga no metal de solda deve ser semelhante à do metal de base.
(3) Estabilidade da microestrutura da junta: As juntas soldadas de aço resistente ao calor, especialmente as de paredes espessas, passam por tratamentos térmicos prolongados e repetidos durante o processo de fabricação. Durante a operação, elas são submetidas a condições prolongadas de alta temperatura e alta pressão. Para garantir a estabilidade do desempenho da junta, a microestrutura de cada zona da junta não deve sofrer alterações significativas que possam levar à fragilização ou ao amolecimento.
(4) Resistência à fratura frágil: Embora as estruturas soldadas de aço resistente ao calor operem em altas temperaturas, para vasos de pressão e tubulações, a inspeção final geralmente é realizada em temperatura ambiente usando um teste de pressão hidráulica ou pneumática a 1,5 vezes a pressão de trabalho. Antes do comissionamento ou após a manutenção, os equipamentos pressurizados de alta temperatura passam por um processo de partida a frio. Portanto, as juntas soldadas de aço resistente ao calor devem ter uma certa resistência à fratura frágil.
(5) Homogeneidade física das juntas de aço de baixa liga resistente ao calor: As juntas soldadas de aço de baixa liga resistente ao calor devem ter propriedades físicas essencialmente iguais às do metal de base. O coeficiente de expansão térmica e a condutividade térmica do material da junta determinam diretamente o estresse térmico sobre a junta durante a operação em alta temperatura. O estresse térmico excessivo pode ter um efeito prejudicial sobre a vida útil da junta.
(1) Características da soldagem de aço resistente ao calor de média e baixa liga: Os aços resistentes ao calor de média e baixa liga são um tipo de aço de liga composto principalmente de Cr-Mo como os principais elementos de liga.
Seu processo de soldagem tem as seguintes características:
Em primeiro lugar, esses aços têm graus variados de temperabilidade com base em seu teor de liga, e o metal de solda e a zona afetada pelo calor podem formar microestruturas sensíveis à trinca a frio.
Em segundo lugar, a maioria dos aços resistentes ao calor contém elementos como Cr, Mo, V, Nb e Ti, que formam carbonetos fortes, resultando em vários graus de suscetibilidade à trinca por reaquecimento (também conhecida como trinca por alívio de tensão) na zona afetada pelo calor.
Por fim, algumas juntas soldadas de aço resistente ao calor podem apresentar fragilidade de têmpera quando o conteúdo total de elementos residuais nocivos excede o limite permitido.
1) Endurecimento e suscetibilidade a trincas a frio de aços temperáveis:
A temperabilidade dos aços temperáveis depende de seu teor de carbono, dos elementos de liga e de suas respectivas quantidades. Os principais elementos de liga dos aços resistentes ao calor de baixa liga, como o cromo e o molibdênio, aumentam significativamente a temperabilidade do aço.
Se a taxa de resfriamento durante a soldagem for muito rápida, microestruturas sensíveis, como martensita e bainita superior, que são propensas a trincas a frio, podem se formar na solda e na zona afetada pelo calor. Quanto maior o teor de cromo e mais rápida a taxa de resfriamento, maior será a dureza máxima da junta, levando a um aumento significativo da suscetibilidade à trinca a frio.
2) Tendência de rachaduras por reaquecimento (eliminação de rachaduras por tensão):
A trinca por reaquecimento de juntas de solda de aço de baixa liga resistente ao calor depende principalmente das características e do conteúdo dos elementos formadores de carboneto no aço, bem como do aporte térmico da solda.
Para evitar a formação de trincas de reaquecimento, podem ser tomadas as seguintes medidas metalúrgicas e de processo:
Controle rigorosamente a composição da liga no material de base e no material de soldagem que exacerba a trinca por reaquecimento. O conteúdo de elementos de liga como V, Ti e Nb devem ser controlados dentro da faixa mais baixa permitida e, ao mesmo tempo, garantir a resistência térmica do aço.
Selecione materiais de enchimento para soldagem com maior plasticidade em alta temperatura do que o material de base.
Aumente adequadamente a temperatura de pré-aquecimento e a temperatura de interpasse.
Adote métodos e processos de soldagem com baixo aporte de calor para reduzir a largura da zona superaquecida da junta de solda e restringir o crescimento de grãos.
Escolha as especificações adequadas de tratamento térmico para minimizar o tempo de isolamento na faixa de temperatura sensível.
Projete a forma da junta de maneira razoável para reduzir a restrição da junta.
3) Fragilidade da têmpera:
O fenômeno de fragilização gradual que ocorre no aço cromo-molibdênio e em suas juntas soldadas durante a operação de longo prazo na faixa de temperatura de 370 a 565°C é chamado de fragilidade por têmpera.
Essa fragilização é atribuída à segregação por difusão de elementos residuais, como P, As, Sb e Sn, ao longo dos limites de grão do aço. Para reduzir a tendência de fragilidade por têmpera no metal de solda de Aço Cr-MoSe o metal de solda for usado para soldagem, a medida mais eficaz é reduzir o teor de O, Si e P no metal de solda.
4) Amolecimento na zona afetada pelo calor:
Depois de temperado e revenido Quando o aço de baixa liga resistente ao calor é soldado, há um problema de amolecimento na zona afetada pelo calor da junta de solda. O grau de amolecimento do aço de baixa liga resistente ao calor está relacionado à microestrutura pré-soldagem do material de base, à taxa de resfriamento da soldagem e ao tratamento térmico pós-soldagem.
1) Seleção dos métodos de soldagem:
Atualmente, os seguintes métodos de soldagem têm sido amplamente utilizados na produção de estruturas soldadas de aço resistentes ao calor: soldagem a arco de metal blindado, soldagem com gás inerte de tungstênio, soldagem a arco submerso, soldagem com eletrodo consumível blindado com gás e soldagem por eletroescória.
A soldagem a arco de metal blindado, devido à sua capacidade de manobra, flexibilidade e capacidade de realizar a soldagem em todas as posições, é amplamente aplicada na soldagem de estruturas de aço de baixa liga resistente ao calor. Vários eletrodos de aço de baixa liga resistente ao calor foram incluídos nas normas nacionais.
Para garantir a tenacidade do metal de solda e reduzir a tendência de rachaduras, a maioria dos aços de baixa liga resistentes ao calor é soldada com eletrodos básicos de baixo hidrogênio.
No entanto, para chapas finas de aço resistente ao calor de baixa liga com menor teor de liga, eletrodos ácidos com alto teor de celulose ou de óxido de titânio também podem ser usados para melhorar a adaptabilidade do processo.
A soldagem por arco submerso, devido à sua alta eficiência de deposição e boa qualidade de solda, tem sido amplamente utilizada na soldagem de vasos de pressão, tubulações, maquinário pesado, estruturas de aço, grandes peças fundidas e rotores de turbinas a vapor.
Atualmente, estão disponíveis fios e fluxos de soldagem compatíveis com vários aços resistentes ao calor, incluindo fios de alta pureza e fluxos sinterizados para vasos especiais de paredes espessas que exigem resistência à fragilidade por têmpera.
A soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) apresenta baixo teor de hidrogênio, forte adaptabilidade de processo e a capacidade de realizar soldagem de lado único com formação de lado duplo. É usada principalmente para a soldagem de passe de raiz de tubos de aço resistente ao calor de baixa liga ou para a soldagem de tubos de paredes finas de pequeno diâmetro.
A soldagem a arco de metal a gás (GMAW) é um método de soldagem eficiente, de alta qualidade e econômico. Atualmente, existem variedades e especificações totalmente equipadas de fios sólidos de aço de baixa liga resistentes ao calor que atendem aos requisitos padrão.
A soldagem com proteção gasosa de arame tubular oferece maior eficiência de deposição em comparação com a soldagem com proteção gasosa de arame sólido comum. Ela também tem excelente operabilidade, respingos mínimos e produz cordões de solda esteticamente agradáveis.
2) Seleção de materiais de soldagem:
O princípio da seleção de materiais de soldagem para aço de baixa liga resistente ao calor é garantir que a composição da liga e o desempenho da resistência do metal de solda sejam geralmente consistentes com o material de base. Se o componente soldado precisar de recozimento, normalização ou conformação a quente após a soldagem, deverão ser escolhidos materiais de soldagem com maior composição de liga e nível de resistência.
Para melhorar a resistência a trincas do metal de solda, o teor de carbono no material de solda é normalmente controlado para ser menor do que o teor de carbono do metal de solda. teor de carbono de o material de base. A Tabela 5-27 apresenta alguns exemplos da seleção de materiais de soldagem para aço de baixa liga resistente ao calor.
Tabela 5-27: Exemplos de soldagem Seleção de materiais para aço resistente ao calor de baixa liga
| Grau de aço | Eletrodo de soldagem. | Arame de solda, fluxo de soldagem marca. | Marca de arame de solda com proteção gasosa. | |
| Modelo | Grau | |||
| 12CrMo | E5503-B1E5515-B1 | R202R207 | H10CrMoA-HJ350 | H08CrMnSiMo |
| 15CrMo | E5515-B2 | R307 | H08CrMoA-HJ350 | H08CrMnSiMo |
| 12CrMoV | E5515-B2-V | R317 | H08CrMoV-HJ350 | H08CrMnSiMoV |
| 2,25Cr-Mo | E6015-B3 | R407 | H08Cr3MoMnA-HJ350 | H08Cr3MoMnSi |
| 12CrMoWVTiB | E5515-B3-VWB | R347 | H08Cr2MoWVNbB-HJ350 | H08Cr2MoWVNbB |
3) Pontos-chave do processo de soldagem.
Para soldagens gerais de aço de baixa liga resistente ao calor, vários métodos de corte térmico podem ser usados para a preparação do material e o chanfro. Para evitar rachaduras na borda da chapa grossa durante o corte térmico, as seguintes medidas de processo devem ser tomadas:
a) Para aços 2,25Cr-Mo, 3Cr-1Mo e chapas de aço 1,25Cr-0,5Mo com espessuras acima de 15 mm, a borda em um intervalo de 200 mm deve ser pré-aquecida a uma temperatura acima de 150 °C antes do corte térmico. A borda do corte térmico deve ser usinada e inspecionada quanto a rachaduras na superfície por meio de testes de partículas magnéticas.
b) Para placas de aço 1,25Cr-0,5Mo abaixo de 15 mm e placas de aço 0,5Mo acima de 15 mm, o pré-aquecimento a uma temperatura acima de 100°C deve ser feito antes do corte térmico. A borda do corte térmico deve ser usinada e inspecionada quanto a rachaduras na superfície usando o teste de partículas magnéticas.
c) Para chapas de aço 0,5Mo abaixo de 15 mm, o pré-aquecimento não é necessário antes do corte térmico. É preferível usinar a borda de corte térmico.
A borda de corte térmico ou a superfície do chanfro deve ser completamente limpa da escória de corte térmico e da escala de óxido antes da soldagem. Os entalhes na superfície de corte devem ser suavizados por meio de esmerilhamento com um rebolo, e quaisquer manchas de óleo ou sujeira nas bordas usinadas ou nas superfícies do chanfro devem ser removidas antes da soldagem. Para soldas que exigem alta qualidade de costura, recomenda-se limpar a superfície do chanfro com acetona antes da soldagem.
Os materiais de soldagem devem passar por um pré-tratamento adequado antes do uso. Para a soldagem por arco submerso, o ferrugem superficial O óleo preventivo deve ser completamente removido do fio de solda.
O arame de solda revestido de cobre também deve ter sua superfície cuidadosamente limpa de poeira e sujeira. Os eletrodos de soldagem para soldagem a arco de metal blindado e o fluxo para soldagem a arco submerso, além de serem armazenados adequadamente, devem ser secos de acordo com as especificações do procedimento de soldagem antes do uso.
Em geral, a temperatura de secagem para eletrodos ácidos é de 150 a 200 °C, com um tempo de espera de 1 a 2 horas. A temperatura de secagem para eletrodos alcalinos é de 350 a 400°C, com um tempo de espera de 1 a 2 horas. A temperatura de secagem do fluxo de soldagem a arco submerso é de 400 a 450°C, com um tempo de espera de 2 a 3 horas, enquanto que para o fluxo aglomerado, a temperatura de secagem é de 300 a 350°C, com um tempo de espera de 2 a 3 horas.
O pré-aquecimento é uma das medidas eficazes para evitar trincas a frio e trincas por reaquecimento em juntas soldadas de aço de baixa liga resistente ao calor. A temperatura de pré-aquecimento é determinada principalmente com base no equivalente de carbono do aço, na restrição da junta e no teor de hidrogênio no metal de solda. Para o aço de baixa liga resistente ao calor, uma temperatura de pré-aquecimento mais alta não é necessariamente melhor. A temperatura de pré-aquecimento geralmente fica entre 100 e 150°C.
No caso de componentes soldados grandes, deve-se dar atenção especial para garantir que a largura da zona de pré-aquecimento seja superior a 4 vezes a espessura da parede soldada e, no mínimo, não inferior a 150 mm. Tanto a superfície interna quanto a externa da zona de pré-aquecimento devem atingir a temperatura de pré-aquecimento especificada.
No entanto, na soldagem de componentes grandes, se for usado o pré-aquecimento por chama e for necessário o tratamento térmico pós-soldagem, haverá um risco maior de rachaduras na junta durante o tempo entre a conclusão da soldagem e o carregamento do forno.
Para evitar rachaduras na solda antes do tratamento térmico pós-soldagem, uma medida simples e confiável é submeter a junta a um tratamento térmico pós-soldagem de baixa temperatura por 2 a 3 horas. A temperatura do tratamento térmico pós-soldagem depende do tipo e da espessura do aço, geralmente variando entre 250 e 300°C.
Para soldas de aço de baixa liga resistente ao calor, os seguintes tratamentos pós-solda podem ser realizados de acordo com os requisitos do aço e o desempenho da junta:
Para soldas de aço de baixa liga resistente ao calor, os seguintes tratamentos pós-solda podem ser realizados de acordo com os requisitos do aço e o desempenho da junta:
a) Não é necessário nenhum tratamento térmico pós-soldagem.
b) Tempero ou tratamento térmico de alívio de tensão na faixa de temperatura de 580 a 760°C.
c) Tratamento de normalização.
Para o aço de baixa liga resistente ao calor, o objetivo do tratamento térmico pós-soldagem não é apenas eliminar tensão residual de soldagem mas também para melhorar a estrutura metálica e aprimorar as propriedades mecânicas abrangentes da junta. Isso inclui reduzir a dureza da solda e da zona afetada pelo calor, melhorar a resistência à fluência em alta temperatura e a estabilidade estrutural da junta, e assim por diante.
(3) Processo de soldagem para aço de liga média resistente ao calor
Ao soldar aço de liga média resistente ao calor, deve-se prestar atenção aos seguintes aspectos:
1) Seleção dos métodos de soldagem.
Os aços resistentes ao calor de liga média têm uma tendência maior de endurecimento e rachaduras. Ao selecionar os métodos de soldagem, deve-se dar prioridade aos métodos de soldagem com baixo teor de hidrogênio, como a soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) e a soldagem a arco com eletrodo consumível e gás de proteção. Ao soldar juntas de paredes espessas, se for escolhida a soldagem a arco de metal blindado (SMAW) ou a soldagem a arco submerso (SAW), devem ser usados eletrodos alcalinos e fluxos com baixo teor de hidrogênio.
2) Seleção de materiais de soldagem.
Para aço de liga média resistente ao calor, materiais de soldagem austeníticos de níquel com alto teor de cromo, também conhecidos como soldagem dissimilar ou podem ser selecionados materiais de soldagem com composição de liga semelhante à do metal de base. A seleção de materiais de soldagem para aço de liga média resistente ao calor ainda não está totalmente padronizada na China. Exemplos de seleção de materiais de soldagem são mostrados na Tabela 5-28.
Tabela 5-28: Exemplos de seleção de material de soldagem para aço de liga média resistente ao calor
| Materiais de soldagem. | Classes de aço aplicáveis. | Materiais de soldagem. | Classes de aço aplicáveis. | ||
| Designação internacional/número da norma internacional. | Grau | Grau internacional | Grau | ||
| E5MoV-15, E801Y-B6（AWS） | R507 | 1Cr5Mo, A213-T5 | E9Mo-15 | R707 | A213-T7 A213-T9 |
| – | R517A | 10Cr5MoWVTiB | E901Y-B9（AWS） | R717 | 10Cr9Mo1VNb |
3) Pontos-chave do processo de soldagem.
Antes do corte térmico de aço de liga média resistente ao calor, a borda de corte em uma largura de 200 mm deve ser pré-aquecida a uma temperatura acima de 150 °C. A superfície de corte deve ser inspecionada quanto a rachaduras por meio do teste de partículas magnéticas (MT).
Após a usinagem do chanfro de solda, a camada endurecida por corte térmico na superfície do chanfro deve ser completamente removida, e o teste de dureza da superfície pode ser necessário para a identificação.
O pré-aquecimento é uma medida eficaz para evitar rachaduras, reduzir a dureza e melhorar a tenacidade durante a soldagem de aço de liga média resistente ao calor. A temperatura geral de pré-aquecimento é de 200 a 250°C.
O objetivo do tratamento térmico pós-solda para aço de liga média resistente ao calor é melhorar a microestrutura do metal de solda e da zona afetada pelo calor, transformar a martensita temperada em martensita revenida, reduzir a dureza de várias zonas da junta, aumentar a tenacidade, a capacidade de deformação e a resistência a altas temperaturas e eliminar as tensões internas.
Os tratamentos térmicos pós-soldagem comuns para soldas de aço de liga média resistente ao calor incluem recozimento total, têmpera de alta temperatura ou têmpera mais recozimento isotérmico.
(1) Características da soldagem de aço de alta liga resistente ao calor. O aço resistente ao calor de alta liga pode ser classificado em quatro tipos com base em sua microestrutura: austenítico, ferrítico, martensítico e endurecido por dispersão. O aço austenítico resistente ao calor tem características de soldagem semelhantes às do aço inoxidável austenítico.
O aço ferrítico resistente ao calor apresenta plasticidade e tenacidade reduzidas sob o efeito do ciclo térmico da soldagem e, para melhorar sua soldabilidade, o teor de carbono (C), nitrogênio (N) e oxigênio (O) deve ser reduzido, e quantidades adequadas de elementos formadores de ferrita devem ser adicionadas. O aço martensítico resistente ao calor apresenta baixa soldabilidade.
(2) Processo de soldagem para aço de alta liga resistente ao calor. O aço austenítico resistente ao calor tem boa soldabilidade, e seu processo de soldagem é essencialmente o mesmo do aço inoxidável austenítico.
O aço ferrítico resistente ao calor pode ser soldado por meio de soldagem com arco de metal blindado (SMAW), soldagem com gás blindado, soldagem com arco submerso (SAW), soldagem com arco de plasma etc. Ao usar materiais de soldagem homogêneos, especialmente com alta restrição, há tendência de rachaduras. Para evitar rachaduras e melhorar a ductilidade da junta, algumas medidas de processo podem ser tomadas. Recomenda-se o pré-aquecimento, com temperaturas de pré-aquecimento variando de 100 a 150°C.
Para aços com maior teor de cromo, a temperatura de pré-aquecimento pode chegar a 200 a 300°C. Além disso, deve-se usar um aporte térmico de soldagem menor, minimizando o movimento lateral do eletrodo e controlando a temperatura de interpasse dentro da faixa de temperatura de pré-aquecimento. O tratamento de recozimento pós-soldagem pode ser aplicado adequadamente.
Para o aço martensítico resistente ao calor, podem ser usados métodos de soldagem como a soldagem a arco com metal blindado (SMAW) e a soldagem com gás blindado. O principal objetivo durante a soldagem é evitar a formação de trincas a frio.
Podem ser tomadas medidas como pré-aquecimento antes da soldagem, tratamento térmico pós-soldagem e revenimento imediato em alta temperatura após a soldagem. A temperatura geral de pré-aquecimento é de 200 a 320°C. Recomenda-se materiais de soldagem com baixo teor de hidrogênio, e o tratamento térmico pós-soldagem inclui têmpera e recozimento completo.
1. O principal material do corpo do aquecedor de vapor de alimentação, fabricado por uma determinada fábrica, é a chapa de aço 15CrMoR com espessura de 34 mm. A solda da junta é feita por soldagem a arco submerso, com ranhura em forma de X, pré-aquecimento a 150°C antes da soldagem e tratamento térmico pós-soldagem a 300-350°C por 2 horas. O processo de soldagem é mostrado na Tabela 5-29.
| Cartão de processo de soldagem para juntas | Número | ||
Diagrama simplificado da articulação | Material de base | 15CrMoR | 15CrMoR |
| Espessura do material de base | 34 mm | 34 mm | |
| Posição de soldagem | Soldagem plana | ||
| Técnica de soldagem | Cordão de solda reto | ||
| Temperatura de pré-aquecimento | 150℃ | ||
| Temperatura interpasse | 150~250℃ | ||
| Tratamento térmico pós-soldagem | 680℃, 1.5h | ||
| Tratamento pós-calor | 300~350℃, 2h | ||
| Sequência de soldagem | |
| 1 | Verifique as dimensões e a qualidade da superfície da ranhura. Realize uma inspeção de teste de partículas magnéticas (MT). |
| 2 | Limpe a ranhura e a área circundante de qualquer contaminação por óleo ou outra sujeira. Pré-aqueça a área em um intervalo de 150 mm em ambos os lados da ranhura a 150 ℃. |
| 3 | Use o eletrodo de solda do mesmo produto para realizar uma solda posicional do lado de fora, com um comprimento de 30 a 50 mm. |
| 4 | Solde as camadas internas de 1 a 3 pelo lado de dentro. |
| 5 | Remova o excesso de reforço de solda com uma goivagem de arco de carbono e, em seguida, esmerilhe-o com um rebolo. |
| 6 | Soldar as camadas externas 4-9. |
| 7 | Realize imediatamente o tratamento de eliminação de hidrogênio. |
| 8 | Limpe a solda de qualquer escória e respingos. |
| 9 | Faça uma inspeção visual. |
| 10 | Realizar testes não destrutivos. |
| 11 | Realizar tratamento térmico para alívio do estresse. |
Parâmetros de especificação de soldagem
| Passes | Método de soldagem | Grau do material de soldagem | Especificação do material de soldagem | Tipos de corrente e polaridade | Corrente de soldagem (ampere) | Tensão do arco (Volt) | Velocidade de soldagem (mm/por passagem) | Observações |
| 1 | SERRAGEM | H08CrMoA SJ101 | 4.0 | DCEP | 500~550 | 32~36 | 24~28 | |
| 2~9 | SERRAGEM | H08CrMoA SJ101 | 4.0 | DCEP | 500~650 | 32~36 | 24~28 |
2. Para a solda de topo entre o flange de alto diâmetro e a conexão do tubo, o processo de soldagem envolve uma combinação de soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) e soldagem com arco de metal blindado (SMAW), com soldagem de lado único e formação de lado duplo. O pré-aquecimento a 150°C é realizado, seguido de recozimento para alívio de tensão após a soldagem. O processo de soldagem está detalhado na Tabela 5-30.
| Cartão de processo de soldagem para juntas | Número | |||
Diagrama simplificado da articulação | Material de base material | 15CrMo | 15CrMo | |
| Espessura do material de base | 7 mm | 7 mm | ||
| Posição de soldagem | Soldagem plana | |||
| Técnica de soldagem | Cordão de solda reto, soldagem de múltiplos passes | |||
| Temperatura de pré-aquecimento | 150℃ | Temperatura interpasse | 150~250℃ | |
| Tratamento pós-calor | 300~350℃，2h | Tratamento térmico pós-soldagem | 620℃，1h | |
| Diâmetro do eletrodo de tungstênio | Φ2,5 mm | Gás de proteção | Ar | |
| Diâmetro do bocal | Φl6mm | Vazão de gás | Lado frontal: 8~10 L/min Lado posterior: 8~10 L/min | |
| Sequência de soldagem | |
| 1 | Verifique as dimensões e a qualidade da superfície da ranhura e realize uma inspeção de teste de partículas magnéticas (MT). |
| 2 | Limpe a ranhura e a área circundante de qualquer contaminação por óleo ou outra sujeira. Pré-aqueça a área em um intervalo de 150 mm em ambos os lados da ranhura a 150 ℃. |
| 3 | Use a técnica de soldagem da primeira camada para realizar uma solda posicional do lado de fora, com um comprimento de 10 a 20 mm. |
| 4 | Solde as camadas internas de 1 a 3 pelo lado de dentro. |
| 5 | Limpe a solda de qualquer escória e respingos. |
| 6 | Realize imediatamente o tratamento de eliminação de hidrogênio. |
| 7 | Faça uma inspeção visual. |
| 8 | Realizar testes não destrutivos. |
| 9 | Realize o tratamento térmico pós-soldagem. |
Parâmetros de especificação de soldagem
| Passes | Método de soldagem | Grau do material de soldagem | Especificação do material de soldagem | Tipos de corrente e polaridade | Corrente de soldagem (ampere) | Tensão do arco (Volt) | Velocidade de soldagem (mm/por passagem) | Observações |
| 1 | GTAW | H13CrMoA | 2.5 | DCEN | 90~120 | 10~12 | 50~80 | |
| 2 | SMAW | A307 | 3.2 | DCEP | 90~120 | 22~24 | 100~140 | |
| 3 | SMAW | A307 | 4.0 | DCEP | 150~180 | 22~24 | 150~200 |
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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