Aço de alto carbono refere-se a um tipo de aço carbono com teor de carbono (c) superior a 0,6%.
É mais propenso ao endurecimento em comparação ao aço de médio carbono e forma martensita com alto teor de carbono, que é propensa à formação de trincas a frio.
A estrutura martensítica formada na zona afetada pelo calor da soldagem possui propriedades duras e quebradiças, levando a uma diminuição significativa na plasticidade e tenacidade da junta. Como resultado, a soldabilidade do aço de alto carbono é baixa e um processo de soldagem especializado deve ser utilizado para manter o desempenho da junta.
Devido à sua baixa soldabilidade, o aço com alto teor de carbono não é comumente usado em estruturas de soldagem.
O aço com alto teor de carbono é usado principalmente em peças de máquinas que exigem alta dureza e resistência ao desgaste, como eixos rotativos, engrenagens grandes e acoplamentos.
Para conservar o aço e simplificar a tecnologia de processamento, essas peças de máquinas são frequentemente unidas por soldagem.
A fabricação de máquinas pesadas também pode envolver a soldagem de peças de aço com alto teor de carbono.
Ao desenvolver o processo de soldagem para componentes de aço com alto teor de carbono, é importante analisar minuciosamente possíveis defeitos de soldagem e implementar medidas adequadas ao processo de soldagem.
1. Soldabilidade de aço de alto carbono
1.1 Método de arco
O aço de alto carbono é utilizado principalmente em estruturas que exigem alta dureza e resistência ao desgaste, e normalmente é soldado por soldagem a arco de eletrodo, brasagem ou soldagem por arco submerso.
1.2 Materiais de construção
A soldagem de aço com alto teor de carbono não exige necessariamente que a junta e o metal base tenham resistência igual.
Para soldagem a arco com eletrodo, normalmente são usados eletrodos com baixo teor de hidrogênio, com forte capacidade de dessulfurização, baixo teor de hidrogênio difusível no metal depositado e boa tenacidade.
Se a resistência do metal de solda e do metal base for necessária, um eletrodo com baixo teor de hidrogênio e de grau apropriado deverá ser selecionado.
No entanto, se a resistência do metal de solda e do metal base não for necessária, um eletrodo com baixo teor de hidrogênio e com um nível de resistência inferior ao do metal base deve ser selecionado.
É importante evitar selecionar um eletrodo com nível de resistência superior ao do metal base.
Se o pré-aquecimento do metal base não for possível durante a soldagem, um eletrodo de aço inoxidável austenítico pode ser usado para evitar trincas a frio na zona afetada pelo calor, resultando em uma estrutura austenítica com boa plasticidade e resistência a trincas.
1.3 Preparação do telhado
Para limitar o teor de carbono no metal de solda, a taxa de fusão deve ser reduzida. Como resultado, ranhuras em forma de U ou V são comumente usadas durante a soldagem. É importante limpar quaisquer manchas de óleo e ferrugem dentro de 20 mm em ambos os lados da ranhura.
1.4 Preaquecimento
Ao soldar com eletrodos de aço estrutural, o pré-aquecimento é necessário e deve ser realizado antes da soldagem. A temperatura de pré-aquecimento deve ser controlada dentro da faixa de 250°C a 350°C.
1,5 Tratamento intercamada
Na soldagem multicamadas e multipasses, o primeiro passe é normalmente realizado usando um eletrodo de pequeno diâmetro e baixa corrente.
A peça geralmente é posicionada na soldagem semivertical, ou a haste de soldagem é usada para balançar lateralmente, permitindo que toda a zona afetada pelo calor do metal base seja aquecida rapidamente, conseguindo assim os efeitos de pré-aquecimento e preservação do calor.
1.6 Tratamento térmico de solda
Imediatamente após a soldagem, a peça deve ser colocada em um forno de aquecimento e submetida a isolamento térmico a 650°C para recozimento com alívio de tensão.
2. Defeitos de soldagem de aço de alto carbono e medidas preventivas
O aço com alto teor de carbono tem uma forte tendência ao endurecimento, tornando-o suscetível a trincas a quente e a frio durante a soldagem.
2.1 Medidas de prevenção para fissuras térmicas
(1) Controle da Composição Química da Solda
É importante controlar rigorosamente o teor de enxofre e fósforo e aumentar o teor de manganês de forma adequada para melhorar a estrutura da solda e reduzir a segregação.
(2) Controle do formato da seção de solda
A relação de aspecto deve ser um pouco maior para evitar segregação no centro da solda.
(3) Soldagens com Alta Rigidez
Para soldagens com alta rigidez, parâmetros, sequência e direção de soldagem apropriados devem ser selecionados.
(4) Medidas de pré-aquecimento e resfriamento lento
Se necessário, medidas de pré-aquecimento e resfriamento lento devem ser implementadas para evitar trincas a quente.
(5) Aumento na Alcalinidade do Eletrodo ou Fluxo
Aumentar a alcalinidade do eletrodo ou do fluxo pode reduzir as impurezas na solda e aumentar a segregação.
2.2 Medidas de prevenção (4)
(1) Pré-aquecimento e resfriamento lento
O pré-aquecimento antes da soldagem e o resfriamento lento após a soldagem podem reduzir a dureza e a fragilidade da zona afetada pelo calor e acelerar a difusão do hidrogênio na solda.
(2) Seleção de Medidas de Soldagem Apropriadas
(3) Adoção de sequência adequada de montagem e soldagem
Para reduzir a tensão de restrição nas juntas soldadas e melhorar o estado de tensão das soldagens, uma sequência adequada de montagem e soldagem deve ser empregada.
(4) Seleção Apropriada de Materiais de Soldagem
A haste de soldagem e o fluxo devem ser secos e usados imediatamente antes da soldagem.
(5) Remoção de Contaminantes
Antes da soldagem, água, ferrugem e outros contaminantes na superfície do metal base ao redor da ranhura devem ser completamente removidos para reduzir o teor de hidrogênio difusível na solda.
(6) Tratamento de Desidrogenação
O tratamento imediato de desidrogenação deve ser realizado antes da soldagem para garantir que o hidrogênio seja totalmente removido da junta soldada.
(7) Recozimento para alívio de tensão
Imediatamente após a soldagem, deve ser realizado um tratamento de recozimento com alívio de tensões para promover a difusão do hidrogênio na solda.
