Seção 1. Princípios Gerais para Seleção de Materiais de Soldagem
Para obter juntas soldadas de alta qualidade, a seleção dos materiais de soldagem deve ser razoável. Devido às grandes diferenças nas condições operacionais dos componentes soldados, as propriedades do material e a composição do material de base variam muito, e o processo de fabricação dos componentes é complexo e diversificado.
Portanto, é necessário considerar de forma abrangente vários aspectos para determinar os materiais de soldagem correspondentes.
A seleção dos materiais de soldagem deve seguir os seguintes princípios:
(1) Atender aos requisitos de desempenho de juntas de soldagem, incluindo resistência a curto prazo em temperatura ambiente e alta temperatura, desempenho de flexão, resistência ao impacto, dureza, composição química e requisitos especiais de desempenho para juntas em padrões técnicos e desenhos de projeto, como longos- resistência ao longo do tempo, limite de fluência, resistência à oxidação em alta temperatura, resistência à corrosão, etc.
(2) Atender aos requisitos de desempenho do processo de fabricação e desempenho do processo de soldagem de juntas soldadas.
Os componentes que compõem a junta soldada necessitam inevitavelmente de vários processos de conformação e corte durante o processo de fabricação, como estampagem, laminação, dobra, torneamento, aplainamento, etc., exigindo que a junta soldada tenha certa capacidade de deformação plástica, desempenho de corte, alta -desempenho abrangente de temperatura, etc.
O processo de soldagem requer um bom desempenho do processo do material de soldagem e a capacidade de resistir a defeitos como rachaduras de acordo com as diferenças nas propriedades de soldagem do material de base.
(3) Economia razoável.
Embora atendam aos requisitos mínimos para vários desempenhos e desempenho de fabricação mencionados acima, materiais de soldagem baratos devem ser escolhidos para reduzir os custos de fabricação e aumentar os benefícios econômicos.
Por exemplo, ao soldar aço de baixo carbono para componentes importantes usando soldagem a arco manual, eletrodos com revestimento alcalino devem ser preferidos porque são totalmente desoxidados, dessulfurados e possuem baixo teor de hidrogênio, com boa resistência a trincas e tenacidade ao impacto do metal de solda.
Para alguns componentes não críticos, eletrodos ácidos podem ser usados porque ainda podem atender aos requisitos de desempenho de componentes não críticos, têm boa processabilidade e são baratos, o que pode reduzir os custos de fabricação.
Seção 2. Seleção de materiais de soldagem para aço carbono e aço de baixa liga
Ao selecionar materiais de soldagem para aço carbono e aço de baixa liga (incluindo aço de baixa liga resistente ao calor e aço de baixa liga de alta resistência), os seguintes fatores devem ser considerados:
(1) Princípios de igual resistência e igual tenacidade
Para componentes que suportam pressão, os cálculos de resistência geralmente são baseados na tensão de tração admissível do material.
A tensão de tração admissível está relacionada ao limite inferior da resistência à tração padrão do material, ou seja, a tensão admissível (σ) = σb /nb (os valores de nb variam de acordo com diferentes padrões), onde (σ) é a tensão de tração admissível do material, σb é o limite inferior da resistência à tração padrão do material e nb é o fator de segurança (os valores de nb variam de acordo com diferentes padrões).
Portanto, como parte do componente, a resistência à tração da solda não deve ser inferior ao limite inferior da resistência à tração padrão do material de base.
Ao mesmo tempo, deve-se atentar para o fato de que a resistência à tração do metal depositado do material de soldagem não deve ser muito superior à resistência à tração do material de base, o que pode levar a uma redução na plasticidade da solda e um aumento na dureza, o que não conduz a processos de fabricação subsequentes.
Embora os cálculos de resistência considerem apenas a resistência à tração do material e vários padrões de avaliação de processo não exijam o limite de escoamento da solda, ao selecionar materiais de soldagem, o limite de escoamento do metal depositado do material de soldagem também deve ser considerado como não inferior do que a resistência ao escoamento do material de base, e deve-se prestar atenção para garantir uma certa relação entre o rendimento e a resistência à tração.
Quando a junta opera em altas temperaturas, o cálculo da tensão admissível é geralmente baseado no limite inferior da resistência à tração de curto prazo em alta temperatura especificada pelo material na temperatura de trabalho (ou temperatura de projeto), ou seja, (σt) = σbt /nbonde (σt) é a tensão admissível calculada com base no limite inferior da resistência à tração de curto prazo em alta temperatura na temperatura t, σbt é o limite inferior da resistência à tração de curto prazo em alta temperatura especificada pelo material na temperatura t, ou a tensão admissível é calculada com base na resistência de longo prazo e no limite de fluência do material na temperatura de trabalho, ou seja, ( σD t) = σDt /nDonde (σDt) é a tensão admissível calculada com base na resistência de longo prazo na temperatura t, σDt é a resistência a longo prazo do material à temperatura t e nD é o fator de segurança (os valores de nD variam de acordo com diferentes padrões).
Portanto, ao selecionar materiais de soldagem para juntas soldadas que operam em alta temperatura, sua resistência à tração em alta temperatura a curto prazo ou resistência a longo prazo não deve ser inferior aos valores correspondentes do material de base.
Para aço carbono e aço comum de baixa liga, a seleção dos materiais de soldagem considera principalmente a resistência à tração do material de soldagem, e a correspondência da composição química entre o metal depositado e o metal base pode não ser considerada.
No entanto, para o aço resistente ao calor Cr-Mo, a seleção de materiais de soldagem não deve apenas considerar sua resistência igual, mas também considerar a combinação dos elementos de liga para garantir que o desempenho abrangente da junta soldada seja consistente com o metal base.
Em casos especiais em que os componentes são projetados com base no limite de escoamento do material, o princípio do limite de escoamento igual deve ser um fator importante a ser considerado.
Devido às diferentes condições operacionais dos componentes, a fratura frágil ocorre frequentemente durante a operação devido à tenacidade insuficiente, especialmente para componentes que trabalham em baixas temperaturas ou componentes de paredes espessas de alta resistência.
Portanto, as normas relevantes têm requisitos claros para a resistência ao impacto das juntas soldadas. Ao selecionar materiais de soldagem, é necessário garantir que a resistência ao impacto da solda atenda aos requisitos das normas pertinentes.
No entanto, diferentes normas têm requisitos diferentes para a resistência ao impacto da junta. Os Regulamentos de Supervisão de Segurança de Caldeiras a Vapor estipulam que a resistência ao impacto da junta soldada não deve ser inferior ao limite inferior da resistência ao impacto especificada pelo material de base.
Se o material base não possuir índice de resistência ao impacto, este não deve ser inferior a 27J. A norma GB150 para vasos de pressão de aço especifica que o valor da resistência ao impacto da junta é determinado de acordo com a menor resistência à tração do aço. Para aço carbono e aço de baixa liga, a tenacidade mínima ao impacto da junta é:
- Quando a menor resistência à tração do aço ≤450MPa, a resistência mínima ao impacto da junta é 18J;
- Quando a resistência à tração mais baixa do aço é> 450-515MPa, a resistência mínima ao impacto da junta é 20J;
- Quando a resistência à tração mais baixa do aço é> 515-655 MPa, a resistência mínima ao impacto da junta é 27J.
Para vasos de baixa temperatura, o valor da resistência ao impacto não deve ser inferior ao limite inferior do valor especificado do material de base.
No entanto, o regulamento ASME VIII-1 determina se a junta precisa garantir o desempenho de resistência ao impacto com base no nível de resistência, espessura, temperatura de trabalho e na relação entre a tensão de projeto e a tensão admissível do material.
Se a junta tiver requisitos de resistência ao impacto, o valor mínimo garantido de resistência ao impacto é especificado com base no nível de resistência e na espessura do material.
Em resumo, ao selecionar materiais de soldagem, devemos determinar os requisitos para a resistência ao impacto da junta de acordo com os padrões de projeto, fabricação e inspeção do produto, e selecionar materiais de soldagem adequados para atender aos requisitos padrão, ou seja, os requisitos para desempenho de uso.
Ao considerar os requisitos de resistência ao impacto, deve-se prestar atenção à temperatura de projeto e à temperatura operacional da estrutura.
Se a temperatura operacional for igual ou superior à temperatura ambiente, apenas a resistência ao impacto da junta à temperatura ambiente precisa ser mantida; se estiver abaixo da temperatura ambiente, deve ser garantido o valor de resistência ao impacto especificado na norma ou desenho na temperatura correspondente.
É claro que o desempenho da junta soldada não está apenas relacionado aos materiais de soldagem, mas também ao processo de soldagem específico.
Portanto, a seleção de materiais de soldagem para a junta é uma questão complicada.
(2) Considerar os requisitos e impactos dos processos de fabricação
Após a soldagem dos componentes, eles geralmente precisam passar por vários processos de conformação, como laminação, prensagem, dobra e calibração.
Portanto, as juntas soldadas e os materiais de base devem ter uma certa capacidade de deformação, especialmente a capacidade de deformação a frio, que é medida pelo teste de flexão da junta. Muitas normas estabeleceram requisitos claros para o teste de flexão de juntas soldadas de vários materiais.
O “Regulamento de Supervisão Técnica de Segurança de Caldeiras a Vapor” estipula que o diâmetro do eixo de flexão D = 3a (a é a espessura da amostra) durante o teste de flexão, e o aço carbono é qualificado para um ângulo de flexão de 180 °, enquanto o baixo – o aço-liga é qualificado para 100°.
Os vasos de pressão de aço GB150-99 e a seção IX da ASME estipulam que quando qualquer material é submetido ao teste de flexão, o diâmetro do eixo de flexão D=4a e o ângulo de flexão de 180° são qualificados.
Portanto, ao selecionar materiais de soldagem, o desempenho de flexão do metal de solda deve atender aos requisitos das normas acima.
Além disso, a seleção de materiais de soldagem também deve considerar os efeitos dos processos de tratamento térmico pós-soldagem (como recozimento pós-soldagem, normalização, têmpera e revenido, etc.) nas propriedades do metal de solda.
Deve-se notar que o tratamento térmico de recozimento pós-soldagem, especialmente a normalização pós-soldagem, pode causar alterações significativas nas propriedades do metal de solda. Quando o componente de soldagem é relativamente fino, o tratamento térmico de alívio de tensão após a soldagem não é necessário.
Contanto que o desempenho do metal de solda na condição de soldado atenda aos requisitos relevantes. Para componentes de soldagem de paredes espessas, de acordo com os padrões de fabricação relevantes, o recozimento para alívio de tensão deve ser realizado após a soldagem se a espessura da parede exceder um determinado limite.
Diferentes temperaturas de aquecimento e tempos de espera durante o tratamento térmico levarão a diferentes alterações nas propriedades do metal de solda.
Na engenharia, o parâmetro Larson-Miller, também conhecido como parâmetro de revenido, é usado para discutir as propriedades da junta afetadas pela temperatura de aquecimento e pelo tempo de retenção do recozimento para alívio de tensão. A fórmula para o parâmetro de revenimento é:
(P)=T(20+logt)×10-3
Onde T é a temperatura absoluta em Kelvin e t é o tempo em horas.
Parâmetros de têmpera〔P〕=T（20+Logt）×10-3
Geralmente, à medida que o valor (P) aumenta, a resistência à tração e a resistência ao escoamento do metal de solda diminuem, o alongamento aumenta e a resistência ao impacto flutua.
As Figuras 1 e 2 mostram a relação entre os parâmetros de revenido do metal depositado e as propriedades mecânicas dos varetas de soldagem CMA96 e CMA106, respectivamente.
Portanto, ao selecionar o tratamento térmico pós-soldagem para materiais de soldagem, é necessário considerar se as propriedades mecânicas do metal depositado no valor (P) correspondente atendem aos padrões relevantes.
Deve-se observar que quando a junta soldada precisa passar por estampagem a quente, calibração a quente, laminação a quente ou outros processos de conformação a quente após a soldagem, se a temperatura de aquecimento atingir acima da temperatura AC3 do material e for mantida por um período de tempo antes resfriamento em ar parado, a taxa de resfriamento durante o processo de normalização é muito mais lenta do que durante o processo de soldagem.
O processo normalizado fará com que o metal de solda permaneça mais tempo entre 800-500°C do que durante o processo de soldagem.
Permitir que o aço seja aquecido acima de AC3 durante o processo de normalização causará austenitização completa, seguida de recristalização durante o resfriamento, o que destrói a estrutura originalmente super-resfriada do metal de solda e reduz bastante a resistência da solda.
A redução mais severa pode ultrapassar 100 MPa. Portanto, para juntas soldadas que necessitam passar por processos de conformação a quente, o material de soldagem selecionado deve ter um nível de resistência 50-100 MPa superior ao do material soldado na condição de soldado ou com tratamento de alívio de tensões.
Por exemplo, para 19Mn6, o fio de soldagem por arco submerso na condição como soldado é H08MnMO, enquanto para condições normalizadas e revenidas, H08Mn2Mo deve ser usado.
Para SA675, um material de haste de elevação de tambor de vapor de 300.000 kW com resistência à tração mínima de 485 MPa, a haste de soldagem J507 é normalmente usada para soldagem a arco manual.
Porém, no caso de juntas soldadas em seções dobradas que passam por flexão a quente e tratamento de normalização, o J607 é recomendado com base em resultados experimentais.
Ao selecionar materiais de soldagem para juntas soldadas submetidas a tratamentos de normalização e revenido, não só deve-se considerar que a resistência aumenta em 50-100MPa acima das condições usuais, mas também a composição química do metal de solda deve ser equivalente à do material de base. Isso ocorre porque a composição e o conteúdo da liga determinam a temperatura AC3 do material.
Se a composição química do metal de solda e do material de base diferir muito, a temperatura AC3 também será muito diferente. Quando o material base e o metal de solda são normalizados juntos, é impossível determinar a temperatura de normalização apropriada.
Além disso, se a junta soldada necessitar de tratamento de têmpera e revenido, o impacto de tal tratamento no desempenho da junta também deve ser considerado. A resistência do material de soldagem para juntas temperadas e revenidas pode ser menor do que para juntas normalizadas e revenidas.
Por exemplo, para BHW35, H10Mn2NiMo é usado após soldagem a arco elétrico e normalização, enquanto para tratamento de têmpera e revenido, H10Mn2Mo pode ser usado em seu lugar.
Considere a soldabilidade dos materiais e as características metalúrgicas dos métodos de soldagem. Diferentes materiais têm diferentes soldabilidades e existem diferentes requisitos para determinados conteúdos de elementos-chave. Ao selecionar materiais de soldagem, a soldabilidade do material deve ser considerada.
Por exemplo, o metal de solda do aço resistente ao calor 2,25Cr-1Mo pode experimentar o chamado fenômeno de fragilização por têmpera ao manter ou resfriar lentamente na faixa de temperatura de 332-432°C, o que causa um aumento significativo na temperatura de transição frágil do metal de solda.
Estudos demonstraram que a sensibilidade à fragilização por revenido deste tipo de metal de solda é causada por impurezas de P, As, Sb e Sn que desviam nos limites dos grãos. Acredita-se geralmente que a fragilização por têmpera a baixa temperatura do metal de solda está relacionada ao teor de P e Si. O teor de P e Si no metal de solda deve ser reduzido para P≤0,015% e Si ≤0,15%.
Portanto, para soldagem por arco submerso de aço resistente ao calor Cr-Mo, o fluxo de soldagem HJ350 com manganês médio e silício médio deve ser selecionado em vez de HJ431 combinado com fio H08Cr3MnMoA. A sensibilidade à fragilização por têmpera do metal de solda depende da série de liga do metal de solda. Da mesma forma, os metais de solda das séries C-Mo, Mn-Mo e Mn-Ni-Mo também apresentam problemas de fragilização por têmpera.
Materiais de soldagem com fluxo de soldagem HJ350 correspondente devem ser usados para fio de soldagem por arco submerso da série acima mencionada para reduzir o teor de Si no metal de solda. Por exemplo, o fio de soldagem por arco submerso H08Mn2Mo deve ser combinado com o fluxo de soldagem HJ350 para soldagem BHW35. Se for necessária maior resistência ao impacto do metal de solda, o fluxo de soldagem também deve ser fluxo misto HJ250 ou HJ250+HJ350.
No entanto, para fios de soldagem com baixo teor de silício, como H08MnA e H10Mn2, não há fenômeno de fragilização por têmpera no metal de solda. Esses dois tipos de fios de soldagem devem ser usados com fluxo de soldagem de alto silício e alto manganês HJ431 ao soldar aço 20# ou 16Mn.
Ao utilizar fluxo de soldagem com alto teor de manganês e alto silício, a poça de soldagem será siliconizada, e uma certa quantidade de teor de silício no metal de solda é benéfica para o processo de desoxidação do metal de solda, evitando a ocorrência de poros. Ao selecionar materiais de soldagem, as características metalúrgicas dos diferentes métodos de soldagem também devem ser consideradas.
Por exemplo, para soldagem a arco de metal a gás com CO2 ou CO2+Ar como gás de proteção, não há reação metalúrgica entre o fluxo ou fio de soldagem e o metal durante o processo de soldagem. No entanto, pode haver uma reação entre o CO2 e os elementos metálicos para formar óxido de ferro FeO.
Portanto, o fio de soldagem deve conter quantidades adequadas de silício e manganês para reduzir a reação de redução e garantir a formação de uma estrutura de solda densa. Na soldagem com gás inerte de tungstênio, não há reação de oxidação-redução e o fio de enchimento e o material de base são realmente fundidos novamente.
Portanto, o fio de soldagem a arco de argônio deve ser totalmente desoxidado e materiais de aço em ebulição não devem ser usados. Caso contrário, ocorrerão poros na solda. Em vez disso, deve-se usar material de aço calmo e não é necessário ter um certo teor de Si e Mn no fio de soldagem.
Por exemplo, ao usar aço resistente ao calor 15CrMo para soldagem com arco de argônio, o fio de soldagem H08CrMo deve ser selecionado; enquanto que para soldagem com eletrodo de fusão com proteção a gás, o fio de soldagem H08CrMnSiMo deve ser escolhido.
Seção 3. Seleção de materiais de soldagem para aço inoxidável austenítico
O princípio da mesma resistência dos materiais de soldagem e dos materiais originais não é inteiramente aplicável ao aço inoxidável austenítico. Quando utilizado em ambientes corrosivos sem requisitos específicos de resistência, a principal preocupação são as propriedades anticorrosivas da junta soldada.
Se usado em condições de alta temperatura e alta pressão com trabalho de curto prazo, é necessária certa resistência a alta temperatura e curto prazo, enquanto o trabalho a longo prazo requer resistência durável suficiente e limite de fluência do metal de solda.
Por exemplo, quando os tubos SA213-TP304H são usados em condições de alta pressão e alta temperatura, os materiais de soldagem E308H devem ser selecionados.
Na soldagem de aço inoxidável austenítico, a seleção dos materiais de soldagem considera principalmente que a composição química do metal depositado deve ser equivalente à do material base.
Contanto que a composição química do metal depositado do material de soldagem seja a mesma do material de base, o desempenho do metal de solda pode ser equivalente ao do material de base, incluindo propriedades mecânicas, resistência à corrosão, etc.
Atenção especial deve ser dada aos requisitos especiais de resistência à corrosão nas condições ou desenhos do processo de fabricação.
Para evitar rachaduras intergranulares durante a soldagem, é melhor usar materiais de soldagem de aço inoxidável com baixo teor de carbono (carbono ultrabaixo) e contendo Ti e Nb.
Se o teor de SO2 no revestimento ou fluxo da haste de soldagem for muito alto, não é adequado para soldagem de aços austeníticos com alto teor de níquel.
Para evitar trincas a quente na solda (trincas de solidificação), o teor de impurezas como P, S, Sb e Sn deve ser controlado, sendo preferível evitar a formação de uma estrutura de austenita monofásica no metal de solda como tanto quanto possível.
Embora muitos materiais sugiram que o teor de ferrita no metal de solda do aço inoxidável austenítico é benéfico para reduzir a tendência de trincas do metal de solda, uma grande quantidade de metal de solda de aço inoxidável austenítico puro tem sido usada há muitos anos e as juntas têm tido um bom desempenho.
O conteúdo adequado de ferrita é vantajoso para a resistência à corrosão em certos meios, mas prejudicial ao impacto do metal de solda sob condições de baixa temperatura.
Levando em consideração fatores abrangentes, é geralmente desejável que o teor de ferrita no aço inoxidável austenítico esteja entre 4% e 12%, porque um teor de ferrita de 5% pode alcançar resistência satisfatória à corrosão intergranular.
O teor de ferrita na solda pode ser estimado através da composição química do metal de solda, convertida em equivalente de Cr e equivalente de Ni, através de um gráfico de microestrutura.
Os gráficos comumente usados incluem WRC-1988, Esptein e DeLong.
A tabela WRC-1988 é adequada para aço inoxidável da série 300 e aço inoxidável duplex, mas não aplicável a materiais com N>0,2% e Mn>10%. O gráfico de Epstein é adequado para aço inoxidável austenítico reforçado com nitrogênio da série 200 com Mn<1,5% e N<0,25%.
Ao selecionar materiais de soldagem de aço inoxidável austenítico, deve-se prestar atenção à influência dos métodos de soldagem na composição química do metal depositado. A soldagem com gás inerte de tungstênio tem o menor efeito na alteração da composição química do metal de solda, e as outras alterações, exceto C e N, são pequenas no metal de solda não diluído.
Em particular, a perda de C é a maior. Por exemplo, quando o teor de C do eletrodo é de 0,06%, o teor no metal depositado não diluído da soldagem a arco de argônio é de 0,04% e o teor de N no metal de solda aumenta em cerca de 0,02%.
O teor de Mn, Si, Cr, Ni e Mo no metal depositado pode sofrer pequenas alterações durante a soldagem a arco com proteção de gás com eletrodo de fusão, enquanto a perda de C é de apenas 1/4 daquela da soldagem a arco de argônio, e o aumento em N o conteúdo é muito maior. A quantidade de aumento difere de acordo com os diferentes processos de soldagem, até um máximo de 0,15%.
Durante a soldagem por arco manual e a soldagem automática por arco submerso, os elementos de liga no metal de solda são afetados conjuntamente pelo revestimento, fluxo, fio de soldagem e eletrodo.
Especialmente para materiais de soldagem com transição de elementos de liga através do revestimento ou fluxo, é impossível estimar a composição química do metal de solda pela composição química do fio ou eletrodo de soldagem.
É claro que o teor de ferrita na solda pode ser estimado a partir do teor de liga no metal de solda, mas esse valor estimado apresenta um certo desvio do valor real porque a taxa de resfriamento durante o processo de soldagem também afeta o teor de ferrita.
É geralmente aceito que se o conteúdo do elemento de liga no metal de solda for exatamente o mesmo, o conteúdo de ferrita será diferente dependendo do método de soldagem.
O teor de ferrita é maior no revestimento de tiras e menor na soldagem a arco de argônio. Mesmo com o mesmo revestimento em tira, verificou-se que o teor de ferrita no início e no final da solda era cerca de 2-3% menor que o do segmento intermediário.
Com a padronização de materiais de aço inoxidável e materiais de soldagem, a seleção de materiais de soldagem de aço inoxidável austenítico tornou-se simples. Os graus de material de soldagem correspondentes podem ser selecionados com base nos tipos de material de aço inoxidável, como a seleção de eletrodos E316 para aço inoxidável SA240-316.
Seção 4. Seleção de materiais de soldagem para aço inoxidável martensítico e aço inoxidável ferrítico.
Para aço inoxidável martensítico, é melhor usar materiais de soldagem iguais ao material de base. Por exemplo, o aço 1Cr13 deve usar materiais de soldagem da série E410, e o número do eletrodo de soldagem para soldagem a arco manual é G217.
No entanto, a estrutura do metal de solda dos materiais de soldagem comuns correspondentes a 1Cr13 possui martensita e ferrita grossas, que são duras, quebradiças e propensas a rachaduras. Além disso, a soldagem deve ser pré-aquecida a 250-350°C.
Para melhorar o desempenho, o teor de S e P nos materiais de soldagem deve ser limitado, o teor de Si deve ser controlado (≤0,30%) e o teor de C deve ser reduzido. Uma pequena quantidade de Ti, Al e Ni pode ser adicionada para refinar o grão e reduzir a temperabilidade.
Alguns dados mostram que a adição de conteúdo de Nb (até cerca de 0,8%) aos materiais de soldagem pode obter uma estrutura de ferrita monofásica. No fio de soldagem CO2, elementos Ti e Mn devem ser adicionados para atingir o objetivo de desoxidação.
O aço inoxidável martensítico também pode usar materiais de soldagem de aço inoxidável austenítico. Neste momento, deve-se considerar a influência da diluição do metal base na composição do metal de solda. Pelo teor adequado de Cr e Ni, a formação de estrutura de martensita no metal de solda pode ser evitada. Por exemplo, materiais de soldagem A312 (E309Mo) podem ser usados para soldar aço martensítico 1Cr13.
Para aço inoxidável ferrítico, geralmente é soldado com materiais de soldagem iguais ao material de base. No entanto, a estrutura de ferrita da solda é grosseira e possui baixa tenacidade. A microestrutura da ferrita temperada pode ser melhorada aumentando o teor de Nb nos materiais de soldagem.
Enquanto isso, o tratamento térmico pode ser usado para melhorar a tenacidade do metal de solda. Para aço inoxidável ferrítico que não pode ser tratado termicamente após a soldagem, materiais de soldagem austeníticos puros também podem ser usados para obter juntas soldadas com propriedades abrangentes.
Seção 5. Seleção de materiais de soldagem para aço diferente do mesmo material, aço de baixo carbono e aço de baixa liga
A soldagem entre aços de baixo carbono e aços de baixa liga, ambos pertencentes ao aço ferrítico comum, bem como a soldagem entre diferentes aços de baixa liga, pertence à soldagem de aços diferentes do mesmo material.
Para soldar esses aços, os materiais de soldagem são escolhidos com base no material de menor qualidade, referindo-se ao menor nível de resistência ou ao menor teor de elementos de liga, a fim de garantir que as propriedades metalúrgicas da solda possam atender aos requisitos dos materiais de menor qualidade.
A seleção de materiais de qualidade inferior também proporciona melhor desempenho de soldagem a um preço relativamente mais barato, o que é benéfico para reduzir os custos de fabricação.
Por exemplo, ao soldar aços diferentes do mesmo material para aço 20#, aço carbono SA106, 16Mn, 19Mn6, 15MnMoV, BHW35 e outros aços de baixa liga, os materiais de soldagem usados são completamente idênticos aos usados para soldar o próprio aço de baixo carbono.
Os materiais de soldagem correspondentes para soldagem a arco manual, soldagem a arco submerso e soldagem com proteção de gás são J507, H08MnA+HJ431 e H08Mn2Si, respectivamente.
Soldagem de aço resistente ao calor de aço de baixa liga e aço resistente ao calor de aço de liga média
Devido à descontinuidade da composição química da costura de solda no mesmo material de aço diferente, haverá uma descontinuidade correspondente no desempenho. Se esta descontinuidade afetar significativamente o desempenho de uso, então os materiais de soldagem não poderão ser selecionados com base em princípios de baixo grau.
Por exemplo, ao soldar materiais SA213-T91 e SA213-T22, a escolha de materiais de soldagem 2,25Cr-1Mo para soldagem de acordo com o princípio usual de grau inferior resultaria em severo enriquecimento de carbono e descarbonetação perto do metal base T91 da linha de fusão no T91 lado.
Isso ocorre porque o T91 contém cerca de 9% de cromo, enquanto o fio de solda 2,25Cr-1Mo contém cerca de 2,25% de carbono.
Após o tratamento de recozimento pós-solda, o teor de cromo na zona afetada pelo calor no lado T91 é muito maior do que no lado do cordão de solda, fazendo com que uma grande quantidade de carbono migre em direção ao metal base e resultando em camadas de enriquecimento de carbono, que aumentam a dureza e causam uma microestrutura ainda mais dura.
Por outro lado, o lado do cordão de solda sofre descarbonetação severa, com menor dureza e microestrutura mais macia, levando à degradação do desempenho da junta.
Se o material de soldagem 9Cr-1Mo for escolhido, a costura de solda no lado T22 sofrerá enriquecimento de carbono e descarbonetação do material de base. Deve-se observar que quando componentes com tais descontinuidades de composição química operam em altas temperaturas, a migração de carbono continua por muito tempo, deteriorando gravemente o desempenho da junta e causando falhas operacionais.
Estudos têm mostrado que para evitar ou reduzir os fenômenos acima, materiais de soldagem com composições químicas intermediárias de 5Cr-1Mo podem ser usados para soldagem, ou elementos estabilizadores de carboneto como Nb e V podem ser adicionados aos materiais de soldagem para solidificar o elemento de carbono e reduzir a ocorrência de desvio de carbono.
Em experimentos preliminares conduzidos por uma empresa nacional, o uso de materiais de soldagem T91 contendo Nb e V, como CM-9cb, TGS-9cb e MGS-9cb, para soldar o mesmo material acima, aço diferente, produziu bons resultados.
Seção 6. Seleção de materiais de soldagem para soldagem de aços diferentes de aço carbono, aço de baixa liga e aço inoxidável austenítico
Ao soldar juntas de aço diferentes de aço carbono, aço de baixa liga e aço inoxidável austenítico, a seleção dos materiais de soldagem deve ser baseada na temperatura de trabalho da junta e nas condições de tensão.
Para juntas de aço dissimilares que suportam pressão e operam em temperaturas abaixo de 315°C, podem ser utilizados materiais de soldagem com alto teor de ligas de Cr e Ni em aço inoxidável austenítico. Com base na composição química do aço carbono (aço-liga) e do aço austenítico, bem como no tamanho da taxa de fusão, materiais de soldagem adequados de aço inoxidável austenítico com teores apropriados de Cr e Ni são selecionados de acordo com um determinado equivalente de níquel e cromo diagrama de estrutura equivalente para evitar a formação de martensita em grandes quantidades na solda.
É claro que, perto da linha de fusão do aço carbono ou do aço de baixa liga, podem ocorrer pequenas zonas martensíticas. Ao reduzir o teor de carbono do material de soldagem, a estrutura martensítica pode se tornar martensita de baixo carbono com melhor plasticidade, o que pode garantir um bom desempenho da junta.
Para juntas de aço diferentes que suportam pressão e operam em temperaturas acima de 315°C, devem ser utilizados materiais de soldagem à base de níquel. Por exemplo, ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3, etc. A principal razão é que o uso de materiais de soldagem de aço inoxidável austenítico comuns causará os seguintes problemas:
a) Devido à diferença significativa no coeficiente de expansão térmica entre ferrita e austenita, podem ocorrer estresse térmico e danos por fadiga térmica durante operação em alta temperatura.
b) Devido à grande diferença no conteúdo do elemento de liga, podem ocorrer camadas severas de descarbonetação e enriquecimento de carbono na junta soldada sob operação em alta temperatura, levando à deterioração do desempenho em alta temperatura.
c) Devido à estrutura da zona martensítica próxima à linha de fusão, a microestrutura local da solda torna-se temperada e endurecida.
O uso de materiais de soldagem à base de níquel pode evitar os fenômenos acima. Isto é porque:
a) O coeficiente de expansão térmica dos materiais à base de níquel está entre o da ferrita e o da austenita.
b) Materiais à base de níquel não causarão descarbonetação ou enriquecimento de carbono na junta soldada.
c) Os materiais à base de níquel não produzirão estrutura de martensita durante a soldagem.
Isso melhora muito o desempenho da junta em altas temperaturas.
No entanto, para juntas soldadas sem pressão operando em altas temperaturas, embora o uso de eletrodos à base de níquel possa atender aos requisitos de desempenho, o custo de fabricação é caro e não há necessidade de seu uso.
Outros materiais de soldagem mais baratos também podem atingir o mesmo propósito. Através de um grande número de estudos experimentais, países estrangeiros descobriram que para soldas de ângulo sem pressão na fabricação de caldeiras, quando o tubo é feito de aço carbono ou aço de baixa liga e o acessório é feito de aço inoxidável austenítico, os materiais de soldagem devem ser selecionado de acordo com os princípios de grau inferior.
Por exemplo, ao soldar tubos SA210C e acessórios SA240-304, AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) pode ser usado para soldagem a arco manual, e MGS-M ou TGS-M (materiais de soldagem KOBE) podem ser usados para proteção contra gás. soldagem em vez de usar materiais de soldagem de aço inoxidável austenítico.
A principal razão é que o uso de material de soldagem de aço inoxidável austenítico produzirá uma zona de martensita próxima à linha de fusão no lado do tubo e, se ocorrerem rachaduras no lado do tubo durante a operação, causará vazamento no tubo. No entanto, o uso de materiais de soldagem comuns de baixa qualidade produzirá zonas de martensita próximas à linha de fusão no lado da fixação. Mesmo que ocorram rachaduras, elas não danificarão o tubo no lado da fixação.
Por outro lado, quando o tubo é feito de aço inoxidável austenítico e a fixação é feita de aço de baixo carbono ou aço de baixa liga, o material de soldagem E309Mo(L) deve ser usado para fazer com que a zona martensita ocorra perto da linha de fusão no lado da fixação.
Estes princípios foram aplicados na produção de tubos de superfície de aquecimento de 300.000 kW e 600.000 kW e foram oficialmente aplicados na produção de tubos de superfície de aquecimento de 200.000 kW.
