Metalurgia

Soldabilidade dos aços inoxidáveis

A soldabilidade dos aços inoxidáveis é função do aço ou combinação de aços que serão soldados. Cada tipo de aço inoxidável tem uma particularidade com relação à fragilização que pode ocorrer.

 Os aços inoxidáveis são classificados em: ferríticos, austeníticos, martensíticos, duplex e endurecíveis por precipitação. Cada um desses grupos apresenta uma particularidade com relação à soldabilidade.

Os aços inoxidáveis ferríticos apresentam um crescimento exagerado de grão enquanto os aços austeníticos apresentam o risco das trincas de solidificação. Os aços inoxidáveis martensíticos têm o mesmo tipo de risco que os aços carbono baixa liga. Finalmente, os aços inoxidáveis duplex, contendo 50% ferrita e 50% austenita, apresentam um risco de crescimento de grão e também de precipitação de fase sigma e nitreto de cromo.

Diz-se que um aço é ferrítico ou austenítico quando é necessária uma quantidade de elementos de liga alfagênicos para estabilizar a ferrita e outra de elementos de liga gamagênicos para estabilizar a austenita. Dentre os elementos de liga alfagênicos podem ser citados o cromo, o molibdênio, o nióbio e silício. Como elementos gamagênicos têm-se o níquel, o carbono, o nitrogênio e o manganês. A partir desses elementos foram desenvolvidas fórmulas de cromo e níquel equivalentes.

diagrama de Schaeffler

Na década de 50, Schaeffler desenvolveu um diagrama que relaciona a composição química do aço inoxidável com a microestrutura obtida. É um diagrama bastante empregado na soldagem de aços inoxidáveis, apesar de ter sido criado para condições de equilíbrio; apresenta um campo completamente austenítico, outro completamente ferrítico e outro completamente martensítico, com regiões de duas e até de três fases entre os campos.

Para aplicação em soldagem, o diagrama de Schaeffler foi dividido em quatro regiões de composição química, as quais apresentam alguns tipos de descontinuidades ou fragilizações. As regiões são as seguintes: crescimento de grão; trinca a frio induzida por hidrogênio; precipitação de fase sigma entre 600 e 950°C e trinca de solidificação e liquação. Entre estas há uma quinta região, situada em torno de 21%Cr e 10%Ni e isenta de qualquer tipo de problema.


1

Crescimento de grão

2

Precipitação de fase sigma

3

Trinca de solidificação

4

Trinca a frio induzida por Hidrogênio

 

Na década de 70, o diagrama de Schaeffler foi corrigido para a presença de nitrogênio como elemento gamagênico. Neste caso, foi adicionado o teor de nitrogênioao de carbono na fórmula do níquel equivalente. Dessa adição resultou o diagrama de DeLong, que tem a posição dos campos ferrita mais austenita modificada em relação ao diagrama de Schaeffler.

utilização do diagrama de Schaeffler

Para utilizar o diagrama de Schaeffler calculam-se o cromo e níquel equivalentes dos materiais utilizados por meio das equações dadas; colocam-se os pontos no diagrama e a partir disso, têm-se três modos de utilização do diagrama.

O primeiro diz respeito à soldagem autógena. No caso de soldagem autógena de materiais similares, basta verificar em qual das quatro regiões a composição química caiu e se existe algum problema de soldabilidade. Existindo problemas, devem-se empregar as ações corretivas. Na soldagem autógena de materiais dissimilares, coloca-se a composição dos dois materiais no diagrama. Os pontos são unidos com um segmento de reta e o ponto médio do segmento deve ser analisado com relação a problemas de soldabilidade.

O segundo modo refere-se à soldagem de um aço inoxidável com adição. Neste caso, colocam-se os dois pontos no diagrama e, depois, traça-se um segmento de reta unindo esses dois pontos. Em seguida, o segmento de reta é dividido em 10 partes iguais, que representam a diluição do processo de soldagem a ser empregado. Colocando-se 0% de diluição no ponto que corresponde à composição química do metal de adição e 100% no ponto da composição química do metal de base, cada uma das partes do segmento representará de 0 a 100% de diluição. Admitindo-se que o processo de soldagem a ser utilizado tem uma diluição média de 30%, marca-se este ponto no segmento de reta e verifica-se em qual das regiões caiu. Na prática, é comum escolher um metal de adição cuja composição química em função do processo de soldagem tenha uma diluição tal que o ponto determinado cai na quinta região, isenta de problemas.

O terceiro modo está relacionado à soldagem dissimilar entre um aço carbono e um aço inoxidável com adição. Neste caso, o procedimento é um pouco diferente. Primeiro calculam-se o cromo e o níquel equivalente dos dois metais de base. Em seguida, unem-se os dois pontos com um segmento de reta e marca-se o seu ponto médio, que deve ser unido ao ponto determinado pela composição química do metal de adição. O segmento de reta obtido pela união destes dois pontos deve ser dividido em 10 partes. A partir desta etapa, o procedimento é semelhante ao do caso da soldagem de um aço inoxidável com adição.

Pode-se ter um exemplo de utilização do diagrama de Schaeffler, soldando-se um aço carbono com 2% de Creq e 4% de Nieq a um aço inoxidável com 32% de Creq e 9% de Nieq e metal de adição com 30% de Creq e 22% de Nieq Para realizar a soldagem é preciso definir a faixa de diluição ideal, situada entre 50 e 80%, aproximadamente, segundo a colocação dos pontos no diagrama de Schaeffler. Como se trata de uma faixa de diluição bastante elevada, nem todos os processos de soldagem conseguem atingir o valor desejado. Deve- se, então, procurar uma outra adição com flexibilidade maior em relação à diluição dos processos de soldagem. Mudando-se para uma adição com 24% Creq e 18% Nieq, a faixa de diluição fica entre aproximadamente 20 e 80%.


O diagrama de Schaeffler é bastante útil para analisar o que pode ocorrer na soldagem de um aço inoxidável, mas pode não ser suficiente no caso da soldagem dos aços inoxidáveis austeníticos. Neste caso deve-se levarem conta a presença de elementos residuais, como o enxofre e o fósforo, que favorecem a formação da trinca de solidificação e de liquação. Geralmente recomenda-se um teor de fósforo e enxofre máximo de 0,04%, combinados com um teor de ferrita no cordão de solda ao redor de 10%. A ferrita tem a função de dissolver parte desses elementos, aliviar as tensões residuais durante o resfriamento e aumentar o número de interfaces para distribuir o eventual líquido formado durante a solidificação.

Apesar de sua grande utilidade, o diagrama de Schaeffler pode trazer eventuais problemas de corrosão em aços inoxidáveis. Um exemplo importante é a

sensitização na zona afetada pelo calor dos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Em ambos os aços ocorre a precipitação de carbetos de cromo nos contornos de grão, diminuindo o teor de cromo em volta e favorecendo a corrosão intergranular. A sensitização é minimizada utilizando-se metal de base e de adição com teores baixos de carbono ou com elementos de liga formadores de carbetos como titânio e nióbio.

 

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997

 

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