Em relação aos elementos de liga como Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo e V contidos no fio de soldagem, qual o impacto desses elementos de liga no desempenho da soldagem? A seguir estão as explicações para cada elemento:
Silício (Seu)
O silício é o elemento desoxidante mais comumente usado em arames de soldagem. Pode impedir que o ferro se combine com o oxigênio e pode reduzir o FeO na poça fundida.
No entanto, quando o silício é usado sozinho para desoxidação, o SiO resultante2 tem um alto ponto de fusão (aproximadamente 1710 ℃) e as partículas produzidas são pequenas e difíceis de flutuar para fora da poça de fusão. Isto pode levar ao aprisionamento de escória no metal de solda.
Manganês (Mn)
A função do manganês é semelhante à do silício, mas sua capacidade de desoxidação é ligeiramente inferior à do silício. Quando o manganês é usado sozinho para desoxidação, o MnO resultante tem uma densidade mais alta (15,11g/cm3) e também é difícil de flutuar para fora da poça de fusão.
Além de sua função de desoxidação, o manganês no fio de soldagem também pode combinar-se com o enxofre para formar sulfeto de manganês (MnS), que pode ser removido (dessulfurizado), reduzindo assim a tendência de trincas a quente causadas pelo enxofre.
Como é difícil remover os produtos de desoxidação quando o silício ou o manganês são usados sozinhos para a desoxidação, uma combinação de silício e manganês é comumente usada para formar um compósito de silicato (MnO·SiO2) durante a desoxidação.
MnO·SiO2 tem um ponto de fusão mais baixo (aproximadamente 1270°C) e uma densidade mais baixa (aproximadamente 3,6g/cm3). Pode coagular em grandes blocos de escória e flutuar para fora da poça de fusão, obtendo um bom efeito de desoxidação.
O manganês também é um importante elemento de liga no aço e um importante elemento de temperabilidade. Tem um impacto significativo na tenacidade do metal de solda.
Quando o teor de Mn é inferior a 0,05%, o metal de solda apresenta alta tenacidade. Quando o teor de Mn é superior a 3%, o metal de solda torna-se quebradiço. Quando o teor de Mn está entre 0,6% e 1,8%, o metal de solda apresenta alta resistência e tenacidade.
Enxofre (S)
O enxofre no aço está frequentemente presente na forma de sulfeto de ferro, que é distribuído em um padrão de malha ao longo dos limites dos grãos e reduz significativamente a tenacidade do aço. A temperatura eutética do ferro e do sulfeto de ferro é relativamente baixa (985°C).
Portanto, durante o trabalho a quente, uma vez que a temperatura inicial de trabalho está geralmente entre 1150-1200 ℃, o eutético de ferro e sulfeto de ferro já derreteu, causando rachaduras durante o processo de trabalho.
Este fenômeno é conhecido como “fragilidade ao calor do enxofre”. A propriedade do enxofre torna o aço propenso a trincas a quente durante a soldagem.
Portanto, o teor de enxofre no aço é rigorosamente controlado. A principal diferença entre o aço carbono comum, o aço carbono de alta qualidade e o aço avançado de alta qualidade é a quantidade de enxofre e fósforo.
Como mencionado anteriormente, o manganês tem um efeito dessulfurizante porque pode formar sulfeto de manganês (MnS) de alto ponto de fusão (1600 ℃) com enxofre, que é distribuído em forma granular dentro dos grãos.
Durante o trabalho a quente, o sulfeto de manganês possui plasticidade suficiente para eliminar os efeitos nocivos do enxofre. Portanto, é benéfico manter uma certa quantidade de teor de manganês no aço.
Fósforo (P)
O fósforo pode ser completamente dissolvido em ferrita no aço. Seu efeito de fortalecimento no aço perde apenas para o carbono e aumenta a resistência e a dureza do aço.
O fósforo também pode melhorar a resistência à corrosão do aço, mas diminui significativamente a sua ductilidade e tenacidade. Este efeito é particularmente severo em baixas temperaturas, conhecido como fenômeno de “fragilidade ao frio do fósforo”.
Portanto, é prejudicial à soldagem e aumenta a suscetibilidade do aço à trinca. Como impureza, o teor de fósforo no aço também deve ser restringido.
Cromo (Cr)
O cromo pode aumentar a resistência e a dureza do aço, ao mesmo tempo que diminui em menor grau sua ductilidade e tenacidade. O cromo tem forte capacidade de resistência à corrosão e a ácidos, portanto, os aços inoxidáveis austeníticos geralmente contêm mais de 13% de cromo.
O cromo também possui fortes propriedades antioxidantes e de resistência ao calor. Portanto, o cromo também é amplamente utilizado em aços resistentes ao calor, como 12CrMo, 15CrMo e 5CrMo. O cromo está presente no aço em certas quantidades.
O cromo é um componente importante do aço austenítico e um componente da ferrita. Pode melhorar a resistência à oxidação e as propriedades mecânicas da liga de aço em altas temperaturas. No aço inoxidável austenítico, quando a quantidade total de cromo e níquel é de 40% e a relação Cr/Ni é 1, há tendência à trinca a quente.
Entretanto, quando a relação Cr/Ni é 2,7, não há tendência à trinca a quente.
Portanto, em geral, quando a relação Cr/Ni está em torno de 2,2-2,3 no aço tipo 18-8, o cromo pode facilmente formar carbonetos em ligas de aço, reduzir a condutividade térmica e causar dificuldades na soldagem devido à formação de óxido de cromo.
Alumínio (IA)
O alumínio é um dos fortes elementos desoxidantes. Portanto, o uso do alumínio como desoxidante pode não apenas reduzir a produção de FeO, mas também facilitar a redução do FeO, suprimindo efetivamente a reação química do gás CO produzido na poça fundida e melhorando a capacidade de resistir à porosidade do CO.
Além disso, o alumínio também pode combinar-se com o nitrogênio para formar um efeito de fixação de nitrogênio, reduzindo a porosidade do nitrogênio.
No entanto, o uso de alumínio para desoxidação resulta na formação de AI de alto ponto de fusão2Ó3 (aproximadamente 2.050 ℃), que existe em estado sólido na poça de fusão e é fácil de causar aprisionamento de escória no metal de solda.
Ao mesmo tempo, o fio de soldagem contendo alumínio é propenso a respingos e o teor excessivo de alumínio pode reduzir a resistência do metal de solda a trincas a quente.
Portanto, o teor de alumínio no fio de soldagem deve ser rigorosamente controlado e não deve ser muito alto. Se o teor de alumínio no fio de soldagem for adequadamente controlado, a dureza, o ponto de escoamento e a resistência à tração do metal de solda serão ligeiramente melhorados.
Titânio (TI)
O titânio também é um forte elemento desoxidante e também pode se combinar com o nitrogênio para formar o TiN, desempenhando um papel de fixação do nitrogênio e melhorando a capacidade do metal de solda de resistir à porosidade do nitrogênio.
Se as quantidades apropriadas de titânio e boro (B) estiverem presentes na estrutura do metal de solda, a estrutura do metal de solda poderá ser refinada.
Molibdênio (Mo)
O molibdênio pode aumentar a resistência e a dureza da liga de aço, refinar o tamanho do grão, evitar a fragilidade da têmpera e a tendência de superaquecimento e melhorar a resistência a altas temperaturas, resistência à fluência e durabilidade.
Quando o teor de molibdênio é inferior a 0,6%, pode melhorar a ductilidade, reduzir a tendência a rachar e aumentar a resistência ao impacto. O molibdênio também tem tendência a promover a grafitização.
Portanto, o teor de molibdênio em aços resistentes ao calor, como 16Mo, 12CrMo, 15CrMo, etc., é geralmente em torno de 0,5%.
Quando o teor de molibdênio na liga de aço está entre 0,6% e 1,0%, o molibdênio pode reduzir a plasticidade e a tenacidade da liga de aço e aumentar sua tendência de têmpera.
Vanádio (V)
O vanádio pode aumentar a resistência do aço, refinar o tamanho do grão, reduzir a tendência de crescimento do grão e melhorar a temperabilidade.
O vanádio é um elemento formador de carboneto relativamente forte e os carbonetos que ele forma são estáveis abaixo de 650°C.
Também tem efeitos de endurecimento da idade. Os carbonetos de vanádio têm estabilidade em altas temperaturas e podem melhorar a dureza do aço em altas temperaturas. O vanádio também pode alterar a distribuição dos carbonetos no aço, mas é propenso a formar óxidos refratários, dificultando a soldagem e o corte.
Geralmente, quando o teor de vanádio no metal de solda está em torno de 0,11%, ele pode desempenhar um papel na fixação do nitrogênio, transformando uma situação desfavorável em favorável.
