Soldagem de Materiais Específicos
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre o processo de soldagem de materiais específicos: - 1. Soldagem de aços específicos 2. Soldagem de aços revestidos 3. Soldagem de aços folheados 4. Soldagem de plásticos 5. Soldagem de compósitos.
Soldagem de Aços Específicos:
Há um grande número de aços usados como material de construção em diferentes indústrias de engenharia.
Procedimentos de soldagem para alguns dos aços específicos necessários para uso em usinas de energia, indústrias de petróleo e química, vasos criogênicos; as peças de aeronaves, foguetes e mísseis são descritas abaixo:
1. Aços resistentes à fluência:
Estes aços são populares para uso na construção de usinas de energia para tambores de vapor e linhas principais de vapor.
Algumas das composições conhecidas são:
(i) 1% Cr, ½% Mo de aço utilizado para tubos de vapor para temperaturas de serviço até 500 ° C.
(ii) ½% Cr, ½% Mo ¼% V ou 2 ¼% Cr, 1% Mo aços também são usados para tubos de vapor para temperaturas de serviço entre 500 e 600 ° C.
(iii) Os aços austeníticos Cr-Ni são utilizados para tubulações de vapor para temperaturas de serviço acima de 600 ° C.
(iv) ½% de aço Mo foi usado anteriormente para tubos de vapor para temperaturas de serviço em torno de 500 ° C. O uso deste aço foi descontinuado devido à ocorrência de algumas falhas graves devido à graphatização em HAZ. No entanto, este aço ainda é usado para tubulações de refinarias e petroquímicas onde não foi relatada nenhuma falha de grafização.
Preaquecimento e pós-tratamento :
Estes tratamentos são aplicados em aços resistentes à fluência para evitar rachaduras e desenvolver ótimas propriedades de juntas. As temperaturas de pré-aquecimento variam entre 150 e 250 ° C. O tratamento pós-campo é dado para obter uma ótima resistência à fluência na articulação. A temperatura de tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) para recozimento subcrítico varia de 600 a 750 ° C, exceto para as soldas de eletrogalvanização que são normalizadas a 900-925 ° C.
2. Aços de Petróleo e Indústrias Químicas :
Aços de alta resistência como 1% Cr, ½% Mo e 2½ Cr e 1% Mo são freqüentemente usados em usinas e refinarias. Os aços Cr-Mo e ½% Mo são usados na indústria de petróleo e química para resistência ao ataque de corrosão por hidrocarbonetos contendo hidrogênio e enxofre. Os aços com ½% Mo são pouco mais difíceis de soldar que os aços carbono; o pré-aquecimento e o PWHT são necessários apenas para soldagens em seções espessas. Geralmente, os eletrodos de tipo rutílico ou celulósico são satisfatórios para a soldagem de aços com ½% de Mo.
Para a soldagem de aços Cr-Mo são usados eletrodos de hidrogênio, exceto para seções finas de 1% Cr, ½ Mo aços, estes aços são pré-aquecidos a 150-250 ° C e PWHT empregado é geralmente o recozimento sub-crítico.
Aços contendo 2-9% Cr normalmente não são autorizados a resfriar imediatamente após a soldagem. Vasos de pressão com paredes grossas feitas desses aços podem precisar de alívio de tensão intermediário após ½ ou ⅓ da solda ter terminado. O alívio de tensão de tais vasos de pressão é feito a 650 ° C e o recozimento sub-crítico, quando necessário, é feito a 650 - 750 ° C, dependendo do teor de liga.
Chapas finas de aços 13% Cr são usadas para bandejas e revestimentos resistentes à corrosão para torres de destilação em refinarias de petróleo. Os eletrodos usados para soldagem desses aços são de 25% Cr, 20% Ni. Nenhum pré-aquecimento ou PWHT é necessário para tais soldas. Esses aços geralmente contêm 0-2% de alumínio, o que reduz a tendência da HAZ ao endurecimento.
Secções de placas em aços 13% Cr são raramente utilizadas, no entanto, quando necessário, estes aços são soldados empregando eléctrodos de aço 13% Cr.
3. Aços para aplicações de baixa temperatura:
Aços com teor de Ni superior a 3-5% são difíceis de soldar, exceto com eletrodos de ligas Ni-base. Quando se utilizam eletrodos austeníticos de 25% Cr, 20% de Ni menos caros, a solda produzida tem menor resistência do que o material de base. Se essas soldas são tratadas termicamente na faixa de alívio de tensão, elas são fragilizadas devido à migração de carbono para o metal de solda. Nenhum desses problemas é encontrado para soldas feitas com eletrodos de liga de Ni-base.
Aços com 3-5% de Ni são soldados com eletrodos correspondentes, mas essas soldas têm baixa resistência ao impacto a -100 ° C; nesse aspecto soldas feitas com 2½% Ni ou eletrodos austeníticos são mais satisfatórios.
O PWHT não é essencial para soldas feitas em material de base de seção fina de 3 5-9% Ni. Para secções mais espessas, o alívio de tensão é feito a 560-600 ° C; no entanto, o limite de temperatura de 600 ° C não deve ser excedido porque a temperatura crítica mais baixa é reduzida com a adição de níquel.
4. Aços de baixa liga de alta resistência (HSLA):
Aplicações importantes dos aços HSLA incluem peças para aeronaves e foguetes, mísseis e matrizes de forjamento a quente. O teor de carbono desses aços situa-se entre 0-3% e 5% e os principais elementos de liga são Cr, Ni, Mo e V. Quando temperados e revenidos, esses aços podem atingir uma resistência de até 155 KN / cm. No entanto, devido ao conteúdo de carbono e liga, esses aços são sensíveis à trinca a frio.
As seções finas (<3 mm) dos aços HSLA não requerem qualquer pré-aquecimento, mas seções mais espessas são pré-aquecidas a uma temperatura entre M s e M f e mantidas nessa temperatura por um período de 5-30 minutos após a soldagem para assegurar a transformação completa da austenita. .
Soldas feitas em aço com 5% de Cr precisam de recozimento subcrítico a 675 ° C antes de serem resfriadas à temperatura ambiente. Isso transforma a estrutura em bainita ou bainita e martensita temperada, que não são propensas a rachaduras. Para melhores resultados, as peças fabricadas são normalizadas e revenidas após a soldagem.
Soldagem de aços revestidos:
Chapas de aço e outros produtos são revestidos com materiais resistentes à oxidação ou à corrosão para prolongar a vida útil do produto. O material de revestimento mais utilizado é o zinco, mas o alumínio e as ligas de chumbo-estanho também são usados para extensões limitadas.
Estes aços revestidos encontram uso extensivo na fabricação de carrocerias de caminhões, caixas de ar condicionado, tanques de processamento, torres elétricas, etc. A soldagem é frequentemente empregada na fabricação desses produtos.
1. Soldagem de aços galvanizados:
Os aços revestidos com zinco podem ser soldados com sucesso, desde que sejam tomadas precauções específicas para compensar a evaporação do zinco da zona de solda. O zinco vaporiza durante a soldagem porque seu ponto de ebulição é de 871 ° C enquanto o ponto de fusão do aço é de 1540 ° C. Assim, o zinco volatiliza e deixa o metal de base adjacente à solda. A extensão da área afetada depende da entrada de calor no trabalho. É por isso que a zona de zinco é maior em processos de soldagem mais lentos, como soldagem GTAW e oxi-acetileno.
Os processos de soldagem usados para soldagem de aço galvanizado incluem SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, soldagem a arco de carbono e solda por resistência.
Os eletrodos revestidos utilizados para soldagem de chapas de aço galvanizado são do tipo rutilo e básico; no entanto, eletrodos do tipo celulósico são usados para soldar seções mais espessas e tubos. Eletrodos revestidos básicos também podem ser usados para soldagem de espessuras mais pesadas. A técnica de soldagem Forehand é empregada para facilitar a evaporação do zinco à frente do arco.
Em GMAW de aço galvanizado, fios finos altamente desoxidados com técnica de curto-circuito são usados com 100% CO ou argônio + 25% CO 2 como gás de proteção. A quantidade de respingos é geralmente maior do que quando se solda aço não revestido. Isso exige uma limpeza freqüente do bico da pistola. Fios de aço inoxidável ou bronze podem ser usados para depositar metal de solda resistente à corrosão. A soldagem a arco com núcleo de fluxo usando fio altamente oxidado pode ser empregada com resultados semelhantes aos obtidos pela GMAW.
O processo GTAW pode ser usado, mas ser um processo lento não apenas resulta em grandes áreas de depleção de zinco ao redor da solda, mas também leva à contaminação do eletrodo de tungstênio. A contaminação do eletrodo pode ser reduzida por uma taxa maior de queima do gás de proteção, mas isso pode ser caro.
O processo de arco de carbono que emprega o fio de enchimento de latão (60% Cu. 40% Zn) tem sido amplamente utilizado na soldagem de aços revestidos com zinco, particularmente na fabricação de dutos de ar condicionado. O carbono único e o gêmeo são tochas podem ser usados igualmente eficazmente.
A soldagem por resistência dos aços revestidos com zinco resulta em muito menos evaporação do zinco do que nos processos de soldagem a arco. Mas a solda por resistência resulta em pegada de zinco pela ponta do eletrodo de soldagem e reduz a densidade de corrente na zona de solda, o que requer aumento progressivo da corrente de soldagem para fazer soldas satisfatórias.
Qualidade da solda:
Soldas feitas em aços revestidos com zinco são propensas à porosidade e fissuras devido ao aprisionamento de vapores de zinco no metal de solda; rachaduras retardadas devido à corrosão por tensão também podem ocorrer. O craqueamento é causado pela penetração intergranular de zinco no metal de solda e às vezes é chamado de “craqueamento de penetração de zinco” e ocorre mais freqüentemente através da garganta de uma solda de filete, particularmente quando o revestimento está presente na raiz da solda. Tal rachadura tende a ser menos prevalente com SMAW do que com GMAW em placas de 6 mm ou mais grossas. O craqueamento pode ser controlado, permitindo que os vapores de zinco escapem rapidamente à frente da poça de solda, mantendo grandes aberturas nas raízes.
Para produzir uma junta resistente à corrosão, o revestimento de zinco deve ser reaplicado na área depletada de zinco. Isso pode ser feito usando bastões de pasta à base de zinco em metal base aquecido. Outro método de aplicar o revestimento de zinco é por pulverização de chama usando um material de enchimento de spray de zinco. A espessura do revestimento de zinco reaplicado deve ser de 2 a 3 vezes o revestimento original para garantir proteção adequada contra corrosão.
2. Soldagem de aço aluminizado e placa de jacaré:
O aço aluminizado também é amplamente utilizado em tubulações e na indústria automobilística, particularmente para silenciadores de escape. Ambos os processos de soldagem por arco e resistência são usados para soldar aço aluminizado com resultados quase semelhantes aos dos aços galvanizados. No entanto, é mais difícil substituir o revestimento de alumínio e, portanto, é frequente recorrer à pintura.
Tubos de aço aluminizado são produzidos em fábricas de tubos usando solda de topo de resistência com corrente de baixa e alta frequência.
Chapa de aço revestida com liga de chumbo-estanho é referida como placa de terrenos. É freqüentemente usado para fabricar tanques de gasolina para automóveis. O processo geralmente aplicado para a soldagem de tern-placa é a soldagem por resistência. Se forem empregados processos de oxiacetileno ou soldagem a arco, o revestimento é destruído por evaporação e deve ser substituído por um processo semelhante à soldagem. Segurança: A ventilação positiva deve ser fornecida para remover os gases nocivos produzidos na soldagem de aços revestidos. Isso geralmente envolve o uso de mangueira de sucção na área de solda. Pistolas especiais equipadas com bico de sucção podem ser empregadas quando GMAW e FCAW são empregados. Os aços revestidos nunca devem ser soldados em espaços confinados.
Soldagem de aços folheados:
Os aços revestidos são usados porque combinam as propriedades da resistência à corrosão e abrasão com baixo custo, boas propriedades mecânicas e capacidade de soldagem de materiais ferríticos. Os aços usados como material de apoio são geralmente aços C- ½% Mo ou 1% Cr-½% Mo. Os materiais de revestimento incluem aços cromo (12-15% Cr) aços inoxidáveis austeníticos de 18/8 (Cr / Ni) ou 25/12 (Cr / Ni), ligas à base de níquel como monel e inconel, liga Cu-Ni e cobre.
O revestimento pode ser aplicado por laminação a quente, soldagem explosiva, revestimento ou brasagem. A espessura do revestimento pode variar de 5 a 50% da espessura total, mas geralmente 10 a 20% para a maioria das aplicações. A espessura mínima do material revestido é de 1, 5 mm.
As principais aplicações dos aços revestidos incluem trocadores de calor, tanques, vasos de processamento, equipamentos de manuseio de materiais, equipamentos de armazenamento e vagões-tanque. A maioria desses produtos é feita por fabricação soldada.
Projeto comum:
A preparação da borda depende da espessura da placa. Tipos de ponta quadrada, V simples e dupla, e U simples podem ser empregados como mostrado na Fig. 22.7. O revestimento geralmente é usinado de volta para evitar a diluição do metal revestido com material de enchimento de aço, pois pode haver algum perigo de contaminação mesmo quando o lado do revestimento não é soldado primeiro, como mostrado por uma junta desalinhada em 22.8. Desenhos bons e ruins de preparação de bordas são mostrados na Figura 22.9. A preparação das bordas das juntas de canto com material de revestimento interno e externo é mostrada na Fig. 22.10.
Procedimento de Soldagem:
O procedimento normal para a soldagem de topo de uma chapa revestida é soldar o lado de apoio ou de aço adotando primeiro o procedimento de soldagem adequado para o material de apoio seguido pela soldagem do lado revestido com um procedimento adequado para esse material como mostrado na Fig. juntas de solda de topo quadradas e tipo V de solda.
O lado de aço deve ser soldado pelo menos até a metade antes de fazer qualquer solda no lado do revestimento. Se o empenamento não for um problema, a solda lateral de aço pode ser concluída antes que a soldagem seja classificada no lado do revestimento. Qualquer junção de solda feita em material revestido deve ser uma solda de penetração total com sua raiz no lado revestido da placa.
Boas práticas de soldagem para aço revestido podem incluir as seguintes etapas:
1. Use eletrodos de baixo teor de hidrogênio para o funcionamento da raiz para evitar rachaduras.
2. Use o eletrodo de pequeno diâmetro e a técnica do cordão de reforço.
3. Depositar metal de solda em várias camadas para reduzir a diluição.
4. Use eletrodos mais altamente ligados do que o material revestido para permitir a diluição.
5. Sempre que possível, use dc com eletrodo negativo empregando a técnica de backhand de soldagem.
Se o material de revestimento tiver um ponto de fusão mais elevado do que o material de base e os dois materiais forem metalurgicamente incompatíveis, será utilizada uma faixa de suporte de material revestido para reter a eficácia do revestimento. A tira é soldada em filete ao revestimento, como mostrado na Fig. 22.12.
Se a junta de solda deve ser feita sem acesso ao lado do revestimento. O resto da solda é feito com o mesmo eletrodo usado para soldar o lado do revestimento ou as primeiras tiragens são feitas em composição folheada e o restante com uma liga de enchimento compatível com aço laminado e de apoio.
Quando o revestimento é de aço inoxidável austenítico, o lado revestido é soldado por eletrodos austeníticos a serem seguidos por material de enchimento 76% Ni, 7% Fe, 16% Cr, particularmente se a junta for submetida a serviço de alta temperatura que pode causar fadiga devido à expansão diferencial das soldas de aço inoxidável austenítico e de apoio.
Em muitos casos, é possível usar eletrodos com maior teor de liga, de modo que sua resistência à corrosão seja maior que a do revestimento, mesmo quando diluída. Por exemplo, o aço revestido com 12% de liga de Cr é geralmente soldado com eletrodos de 25/20 (Cr / Ni). Da mesma forma, o aço inoxidável austenítico Mo-bearing pode ser soldado no lado revestido com um enchimento com maior teor de Mo; liga a17% Cr 12% Ni2 ½% Mo com um eletrodo dando um depósito não diluído de 17% Cr 12% Ni 3¼% Mo. Um aço revestido com aço inoxidável estabilizado de 18/8 pode ser soldado fazendo-se a primeira operação com o eletrodo de 25% de Cr 20% de Ni e as subseqüentes operações com eletrodos de aço inoxidável de 18/8 do tipo estabilizado.
Para a soldagem de níquel e aços revestidos com Monel, toda a junta é frequentemente soldada com níquel ou enchimento monel.
Seleção de Processos:
A seleção do processo de soldagem é baseada no tipo e na espessura do material. O SMAW é bastante usado, mas o SAW é empregado na soldagem de vasos de pressão de paredes espessas. O processo GMAW é usado para soldagem de chapas grossas médias; O processo FCAW é usado para o lado de aço, e o GTAW é, às vezes, usado para soldar o lado revestido. O processo selecionado deve ser tal que evite penetrar de um material no outro.
Se o processo SAW for usado para o lado de aço, deve-se tomar precauções para evitar a penetração no metal revestido. Da mesma forma, as etapas devem ser tomadas ao usar o processo automático FCAW ou GMAW. Este controle da penetração do cordão radicular é geralmente realizado mantendo-se uma face maior da raiz e assegurando um ajuste muito preciso.
São necessárias medidas especiais de controle de qualidade nos aços revestidos para soldagem, a fim de evitar a ocorrência de cortes inferiores, penetração incompleta e falta de fusão.
Soldagem de Plásticos:
Os plásticos estão sendo usados extensivamente como material de engenharia na construção de peças para automóveis, aeronaves, mísseis, navios e equipamentos de engenharia em geral. Peças como mancais de fricção, engrenagens, minhocas, lonas de freio, turbinas e peças de bombas, televisão e componentes eletrônicos são produzidos a granel para consumo em massa.
Além de serem leves, os plásticos são bons isolantes elétricos, levam cores facilmente, podem ser facilmente lubrificados com água e têm baixo custo. Embora os plásticos sejam normalmente opacos como metais, no entanto plásticos transparentes e translúcidos também estão disponíveis.
Plásticos mostram boas propriedades mecânicas. Por exemplo, em termos de relação entre a resistência à tração e a densidade, os vinílicos rígidos e o polietileno são comparáveis com o ferro fundido e o bronze, como mostra a tabela 22.3.
No entanto, plásticos diferem drasticamente de metais em seu comportamento quando deformados tanto em temperatura ambiente e elevada. As relações tensão-deformação à temperatura ambiente para metais, termos plásticos e borracha são mostradas na Fig. 22.13, na qual o ponto B marca o limite de elasticidade.
Dependendo da temperatura, mas sob carga constante, o estado físico dos plásticos pode ser vítreo, altamente elástico e plástico ou fluido viscoso, como mostrado pela curva de temperatura versus tensão da Fig. 22.14. Até a temperatura de vitrificação, T v, o material permanece vítreo, entre T v e a temperatura de escoamento Tf os plásticos atuam como substâncias elásticas de borracha altamente elásticas e sua deformação é elástica; e acima de T o material se torna fluídico. Abaixo da temperatura de vitrificação, os plásticos se comportam como materiais frágeis, enquanto acima de Tf eles se comportam como fluidos altamente viscosos.
Um plástico muda de um estado para outro gradualmente, portanto, tanto o ponto de vitrificação como o ponto de fluxo devem ser visualizados como intervalos de temperatura, como é evidente a partir da tabela 22.4, que mostra os pontos Tu e Tf para alguns dos plásticos.
Uma longa permanência em temperatura elevada pode causar a ruptura de um plástico, mas dentro da faixa de temperatura segura, os plásticos podem ser reaquecidos várias vezes.
Classificação de plásticos:
Plásticos são geralmente classificados com base em seu comportamento no aquecimento em dois grupos, ou seja, plásticos termoendurecíveis e plásticos termoplásticos.
Os plásticos termoendurecíveis podem ser aquecidos e moldados apenas uma vez durante o processo de fabricação. Aquecimento adicional não tem efeito de amaciamento e o material finalmente se decompõe. Plásticos termoendurecíveis não podem, portanto, ser soldados. Eles estão geralmente disponíveis como produtos semi-acabados que podem ser unidos mecanicamente ou cimentados juntos. O poliformaldeído é um exemplo bem conhecido de um plástico termoendurecível.
Os plásticos termoplásticos são suavizados pelo efeito do calor. Eles podem passar repetidamente para um estado altamente elástico e depois para o estado plástico, sem perder suas propriedades originais no resfriamento novamente. Assim, os termoplásticos podem ser prontamente soldados.
Eles estão disponíveis em formas semi-acabadas, como folhas, barras, formas, tubulações e tubulações. Estes podem ser fabricados em artigos acabados por flexão, extrusão e soldagem. Alguns dos plásticos bem conhecidos incluídos neste grupo são o polietileno, o polipropileno, o PVC, a poliamida, o poliacrilato, o policarbonato, etc.
Soldagem de Compósitos:
Os compósitos são combinações de dois ou mais materiais, sejam metálicos, orgânicos ou inorgânicos, que são essencialmente insolúveis um no outro. As principais formas constituintes utilizadas em materiais compósitos são fibras, partículas, lâminas ou camadas, flocos, cargas e matrizes.
A matriz é o constituinte do corpo servindo para envolver o compósito e dar-lhe a sua forma a granel enquanto fibras, partículas, lâminas, flocos e cargas são os constituintes estruturais que determinam a estrutura interna dos constituintes.
Dependendo dos constituintes estruturais, os compostos podem ser classificados nas cinco classes seguintes, juntamente com suas representações visuais, como mostra a Fig. 22.23:
1. Compósitos de fibra,
2. Compósitos floco,
3. Compósitos particulados,
4. Compósitos preenchidos ou esqueléticos e
5. Compósitos laminares.
Estes materiais compósitos são feitos de diversas combinações como Boro-Alumínio (B-A1), Titânio-Tungstênio (Ti-W), Titânio-grafite (Ti- Gr), Alumínio-grafite (Al-Gr), grafite-polissulfona ( Gr-Ps), e muitos mais e eles encontram uso extensivo em automóveis, aeroespacial e uma série de outras importantes indústrias de construção.
Para fabricar compósitos nos componentes desejados, a soldagem está sendo cada vez mais utilizada. Os processos que foram considerados satisfatórios incluem soldadura por indução, soldadura ultra-sónica, soldadura por arco de tungsténio gasoso (GTAW), soldadura por resistência e ligação por fusão.
