Este artigo da Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. explica o que considerar ao especificar metais de adição para soldagem de aço inoxidável.
As capacidades que tornam o aço inoxidável tão atraente - a capacidade de adaptar suas propriedades mecânicas e resistência à corrosão e à oxidação - também aumentam a complexidade da seleção de um metal de adição apropriado para soldagem.Para qualquer combinação de material de base, qualquer um dos vários tipos de eletrodos pode ser apropriado, dependendo de questões de custo, condições de serviço, propriedades mecânicas desejadas e uma série de questões relacionadas à soldagem.
Este artigo fornece a base técnica necessária para dar ao leitor uma apreciação da complexidade do tópico e, em seguida, responde a algumas das perguntas mais comuns feitas aos fornecedores de metal de adição.Ele estabelece diretrizes gerais para a seleção de metais de adição de aço inoxidável apropriados - e então explica todas as exceções a essas diretrizes!O artigo não aborda os procedimentos de soldagem, pois isso é assunto para outro artigo.
Quatro classes, numerosos elementos de liga
Existem quatro categorias principais de aços inoxidáveis:
austenítico
martensítico
ferrítico
Duplex
Os nomes são derivados da estrutura cristalina do aço normalmente encontrada à temperatura ambiente.Quando o aço de baixo carbono é aquecido acima de 912°C, os átomos do aço são rearranjados da estrutura chamada ferrita à temperatura ambiente para a estrutura cristalina chamada austenita.Ao resfriar, os átomos voltam à sua estrutura original, a ferrita.A estrutura de alta temperatura, austenita, é não magnética, plástica e tem menor resistência e maior ductilidade do que a forma de ferrita em temperatura ambiente.
Quando mais de 16% de cromo é adicionado ao aço, a estrutura cristalina à temperatura ambiente, a ferrita, é estabilizada e o aço permanece na condição ferrítica em todas as temperaturas.Daí o nome de aço inoxidável ferrítico ser aplicado a esta base de liga.Quando mais de 17% de cromo e 7% de níquel são adicionados ao aço, a estrutura cristalina de alta temperatura do aço, austenita, é estabilizada para que persista em todas as temperaturas, desde as mais baixas até quase derreter.
O aço inoxidável austenítico é comumente referido como o tipo 'cromo-níquel', e os aços martensíticos e ferríticos são comumente chamados de tipos 'cromo reto'.Certos elementos de liga usados em aços inoxidáveis e metais de solda se comportam como estabilizadores de austenita e outros como estabilizadores de ferrita.Os estabilizadores de austenita mais importantes são níquel, carbono, manganês e nitrogênio.Os estabilizadores de ferrita são cromo, silício, molibdênio e nióbio.O balanceamento dos elementos de liga controla a quantidade de ferrita no metal de solda.
Os graus austeníticos são soldados de forma mais fácil e satisfatória do que aqueles que contêm menos de 5% de níquel.As juntas soldadas produzidas em aços inoxidáveis austeníticos são fortes, dúcteis e tenazes em sua condição soldada.Eles normalmente não requerem pré-aquecimento ou tratamento térmico pós-soldagem.Os graus austeníticos respondem por aproximadamente 80% do aço inoxidável soldado, e este artigo introdutório se concentra fortemente neles.
Tabela 1: Tipos de aço inoxidável e seus teores de cromo e níquel.
tstart{c,80%}
thead{Tipo|% Cromo|% Níquel|Tipos}
tdata{Austenítico|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensítico|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferritic|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
tratar{}
Como escolher o metal de adição inoxidável correto
Se o material de base em ambas as placas for o mesmo, o princípio orientador original costumava ser: 'Comece combinando o material de base'.Isso funciona bem em alguns casos;para unir Tipo 310 ou 316, escolha o Tipo de enchimento correspondente.
Para unir materiais diferentes, siga este princípio orientador: 'escolha uma carga para combinar com o material de liga mais alta'.Para unir 304 a 316, escolha um preenchimento 316.
Infelizmente, a 'regra de correspondência' tem tantas exceções que um princípio melhor é: Consulte uma tabela de seleção de metal de adição.Por exemplo, o tipo 304 é o material de base de aço inoxidável mais comum, mas ninguém oferece um eletrodo tipo 304.
Como soldar aço inoxidável tipo 304 sem um eletrodo tipo 304
Para soldar o aço inoxidável Tipo 304, use o enchimento Tipo 308, pois os elementos de liga adicionais no Tipo 308 irão estabilizar melhor a área de solda.
No entanto, 308L também é um enchimento aceitável.A designação 'L' após qualquer tipo indica baixo teor de carbono.Um aço inoxidável Tipo 3XXL tem um teor de carbono de 0,03% ou menos, enquanto o aço inoxidável Tipo 3XX padrão pode ter um teor máximo de carbono de 0,08%.
Como uma carga Tipo L se enquadra na mesma classificação do produto não-L, os fabricantes podem e devem considerar fortemente o uso de uma carga Tipo L porque o menor teor de carbono reduz o risco de problemas de corrosão intergranular.Na verdade, os autores afirmam que o preenchimento do Tipo L seria mais amplamente utilizado se os fabricantes simplesmente atualizassem seus procedimentos.
Os fabricantes que usam o processo GMAW também podem considerar o uso de um enchimento Tipo 3XXSi, pois a adição de silício melhora a umidade.Em situações em que a solda tem uma coroa alta ou áspera, ou onde a poça de solda não se encaixa bem nos dedos de um filete ou junta sobreposta, o uso de um eletrodo Si Tipo GMAW pode suavizar o cordão de solda e promover uma melhor fusão.
Se a precipitação de carboneto for uma preocupação, considere um filler Tipo 347, que contém uma pequena quantidade de nióbio.
Como soldar aço inox em aço carbono
Essa situação ocorre em aplicações em que uma parte de uma estrutura requer uma face externa resistente à corrosão unida a um elemento estrutural de aço carbono para reduzir o custo.Ao unir um material de base sem elementos de liga a um material de base com elementos de liga, use uma carga sobreligada para que a diluição no metal de solda se equilibre ou seja mais ligada do que o metal de base inoxidável.
Para unir aço carbono ao Tipo 304 ou 316, bem como para unir aços inoxidáveis diferentes, considere um eletrodo Tipo 309L para a maioria das aplicações.Se um maior teor de Cr for desejado, considere o Tipo 312.
Como nota de advertência, os aços inoxidáveis austeníticos exibem uma taxa de expansão cerca de 50% maior que a do aço carbono.Quando unidas, as diferentes taxas de expansão podem causar rachaduras devido a tensões internas, a menos que o eletrodo e o procedimento de soldagem adequados sejam usados.
Use os procedimentos de limpeza de preparação de solda corretos
Como com outros metais, primeiro remova óleo, graxa, marcações e sujeira com um solvente não clorado.Depois disso, a regra principal da preparação de solda inoxidável é 'Evite a contaminação do aço carbono para prevenir a corrosão.'Algumas empresas usam prédios separados para sua 'oficina de inox' e 'oficina de carbono' para evitar a contaminação cruzada.
Designe rebolos e escovas inoxidáveis como 'somente inoxidáveis' ao preparar bordas para soldagem.Alguns procedimentos exigem a limpeza de duas polegadas da junta.A preparação da junta também é mais crítica, pois compensar as inconsistências com a manipulação do eletrodo é mais difícil do que com o aço carbono.
Use o procedimento correto de limpeza pós-soldagem para evitar ferrugem
Para começar, lembre-se do que torna um aço inoxidável inoxidável: a reação do cromo com o oxigênio para formar uma camada protetora de óxido de cromo na superfície do material.O aço inoxidável enferruja por causa da precipitação de carboneto (veja abaixo) e porque o processo de soldagem aquece o metal de solda até o ponto em que o óxido ferrítico pode se formar na superfície da solda.Deixada na condição de soldada, uma solda perfeitamente sólida pode mostrar 'trilhos de ferrugem' nos limites da zona afetada pelo calor em menos de 24 horas.
Para que uma nova camada de óxido de cromo puro possa se reformar adequadamente, o aço inoxidável requer limpeza pós-soldagem por meio de polimento, decapagem, retificação ou escovação.Mais uma vez, use esmerilhadeiras e pincéis dedicados à tarefa.
Por que o fio de solda de aço inoxidável é magnético?
O aço inoxidável totalmente austenítico não é magnético.No entanto, as temperaturas de soldagem criam um grão relativamente grande na microestrutura, o que resulta em uma solda sensível a trincas.Para mitigar a sensibilidade a rachaduras a quente, os fabricantes de eletrodos adicionam elementos de liga, incluindo ferrita.A fase de ferrita faz com que os grãos austeníticos sejam muito mais finos, de modo que a solda se torne mais resistente a trincas.
Um ímã não grudará em um carretel de enchimento de aço inoxidável austenítico, mas uma pessoa segurando um ímã pode sentir um leve puxão por causa da ferrita retida.Infelizmente, isso faz com que alguns usuários pensem que seu produto foi rotulado incorretamente ou que está usando o metal de adição errado (especialmente se rasgou a etiqueta da cesta de arame).
A quantidade correta de ferrita em um eletrodo depende da temperatura de serviço da aplicação.Por exemplo, muito ferrita faz com que a solda perca sua tenacidade em baixas temperaturas.Assim, o filler Tipo 308 para uma aplicação de tubulação de GNL tem um número de ferrite entre 3 e 6, em comparação com um número de ferrite de 8 para o filler Tipo 308 padrão.Resumindo, os metais de adição podem parecer semelhantes a princípio, mas pequenas diferenças na composição são importantes.
Existe uma maneira fácil de soldar aços inoxidáveis duplex?
Normalmente, os aços inoxidáveis duplex têm uma microestrutura composta por aproximadamente 50% de ferrita e 50% de austenita.Em termos simples, a ferrita oferece alta resistência e alguma resistência à corrosão sob tensão, enquanto a austenita oferece boa tenacidade.As duas fases combinadas conferem aos aços duplex suas propriedades atrativas.Uma ampla gama de aços inoxidáveis duplex está disponível, sendo o mais comum o Tipo 2205;este contém 22% de cromo, 5% de níquel, 3% de molibdênio e 0,15% de nitrogênio.
Ao soldar aço inoxidável duplex, podem surgir problemas se o metal de solda tiver muita ferrita (o calor do arco faz com que os átomos se organizem em uma matriz de ferrita).Para compensar, os metais de adição precisam promover a estrutura austenítica com maior teor de liga, tipicamente 2 a 4% a mais de níquel do que no metal base.Por exemplo, o fio fluxado para soldagem Tipo 2205 pode ter 8,85% de níquel.
O teor de ferrita desejado pode variar de 25 a 55% após a soldagem (mas pode ser maior).Observe que a taxa de resfriamento deve ser lenta o suficiente para permitir a reforma da austenita, mas não tão lenta que crie fases intermetálicas, nem tão rápida que crie excesso de ferrita na zona afetada pelo calor.Siga os procedimentos recomendados pelo fabricante para o processo de solda e metal de adição selecionado.
Ajuste de parâmetros ao soldar aço inoxidável
Para os fabricantes que ajustam constantemente os parâmetros (tensão, amperagem, comprimento do arco, indutância, largura de pulso, etc.) ao soldar aço inoxidável, o culpado típico é a composição inconsistente do metal de adição.Dada a importância dos elementos de liga, as variações de lote para lote na composição química podem ter um efeito perceptível no desempenho da solda, como umidade ruim ou liberação de escória difícil.Variações no diâmetro do eletrodo, limpeza da superfície, fundição e hélice também afetam o desempenho em aplicações GMAW e FCAW.
Controlando a precipitação de carboneto de controle em aço inoxidável austenítico
Em temperaturas na faixa de 426-871°C, o teor de carbono superior a 0,02% migra para os contornos de grão da estrutura austenítica, onde reage com o cromo para formar carboneto de cromo.Se o cromo estiver ligado ao carbono, não estará disponível para resistência à corrosão.Quando exposto a um ambiente corrosivo, ocorre corrosão intergranular, permitindo que os contornos de grão sejam corroídos.
Para controlar a precipitação de carboneto, mantenha o teor de carbono o mais baixo possível (0,04% no máximo) soldando com eletrodos de baixo teor de carbono.O carbono também pode ser ligado ao nióbio (antigo columbium) e ao titânio, que têm uma afinidade mais forte pelo carbono do que o cromo.Os eletrodos tipo 347 são feitos para essa finalidade.
Como se preparar para uma discussão sobre seleção de metal de adição
No mínimo, reúna informações sobre o uso final da peça soldada, incluindo o ambiente de serviço (especialmente temperaturas operacionais, exposição a elementos corrosivos e grau de resistência à corrosão esperado) e vida útil desejada.As informações sobre as propriedades mecânicas necessárias nas condições de operação ajudam muito, incluindo resistência, tenacidade, ductilidade e fadiga.
A maioria dos principais fabricantes de eletrodos fornece guias para seleção de metal de adição, e os autores não podem enfatizar demais este ponto: consulte um guia de aplicações de metal de adição ou entre em contato com os especialistas técnicos do fabricante.Eles estão lá para ajudar na seleção do eletrodo de aço inoxidável correto.
Para obter mais informações sobre os metais de adição de aço inoxidável da TYUE e entrar em contato com os especialistas da empresa para obter orientação, acesse www.tyuelec.com.
Horário da postagem: 23 de dezembro de 2022