O ferro fundido é uma liga de ferro-carbono com teor de carbono (C) superior a 2,14%. O ferro fundido é na verdade uma liga de ferro multielementar composta principalmente de Fe, C e Si. O ferro fundido pode ser dividido em ferro fundido cinzento (HT), ferro fundido maleável (KT), ferro fundido dúctil (QT), ferro fundido com grafite compactado (RT) e ferro fundido branco (BT).
Os tipos comuns de ferro fundido cinzento incluem HT100, HT200, HT250, HT300 e HT350. Os tipos comuns de ferro fundido dúctil incluem QT400-18, QT400-15, QT450-10 e QT500-7.
A aplicação da soldagem de ferro fundido ocorre principalmente nas três situações a seguir:
1) Reparo por soldagem de defeitos de fundição.
2) Reparo por soldagem de peças acabadas em ferro fundido danificadas.
3) Produção de componentes, que se refere à produção de componentes por soldagem de peças de ferro fundido (principalmente ferro fundido dúctil) juntamente com peças de ferro fundido, diversos tipos de aço ou peças de metais não ferrosos.
Os métodos comumente usados para soldagem de ferro fundido incluem soldagem a arco de metal blindado (SMAW), CO2 soldagem com proteção de gás, soldagem a gás, brasagem com chama de gás, soldagem manual por arco metálico (MMAW) e pulverização de pó com chama de gás.
Dentre esses métodos, o SMAW é o mais comumente utilizado. Para atender a diferentes requisitos, os materiais de soldagem de ferro fundido utilizados no SMAW são classificados em três tipos principais com base no tipo de metal de solda: à base de ferro, à base de níquel e à base de cobre.
1. Soldagem de Ferro Fundido Cinzento
1. Características de soldagem do ferro fundido cinzento
O ferro fundido cinzento possui certas características em termos de composição química, incluindo alto teor de carbono e altos níveis de impurezas de enxofre e fósforo. Isto aumenta a sensibilidade da junta soldada a mudanças na taxa de resfriamento e sua suscetibilidade a trincas a frio e a quente.
Em termos de propriedades mecânicas, o ferro fundido cinzento é caracterizado por baixa resistência e praticamente nenhuma ductilidade. Esses dois aspectos, combinados com a rápida taxa de resfriamento durante o processo de soldagem e a tensão significativa de soldagem causada pelo aquecimento desigual da soldagem, resultam em baixa soldabilidade do ferro fundido.
Os principais problemas são duplos: a junta soldada é propensa à formação de ferro branco e estruturas endurecidas, e também é suscetível a trincas.
(1) Formação de ferro branco e estruturas endurecidas em juntas soldadas
Ao soldar ferro fundido cinzento, o pequeno tamanho da poça de fusão e seu curto tempo de existência, combinados com a condução interna de calor do ferro fundido, resultam em uma taxa de resfriamento muito mais rápida na solda e na zona adjacente afetada pelo calor em comparação com o resfriamento. taxa de peças fundidas no molde de areia.
Como resultado, uma grande quantidade de cementita será formada na solda e na zona parcialmente fundida, levando à formação de uma estrutura de ferro fundido branco. As áreas onde a estrutura de ferro branco é formada na junta soldada são principalmente a zona de solda, a zona parcialmente fundida e a zona de austenita.
O problema da formação de ferro branco em juntas de ferro fundido cinzento refere-se principalmente à tendência da solda e da zona parcialmente fundida de formar uma estrutura de ferro branco. Isto se deve principalmente à alta tendência da junta ser excessivamente resfriada durante o processo de soldagem, o que afeta o processo de grafitização do ferro fundido.
A presença de estrutura de ferro branco nas juntas de ferro fundido não só causa dificuldades de processamento, mas também leva à formação de defeitos como trincas. Portanto, certas medidas devem ser tomadas para minimizar as condições para a sua formação e criar condições favoráveis para a grafitização da junta.
A principal abordagem é alterar a composição química da solda ou diminuir a taxa de resfriamento da soldagem para evitar a formação de estrutura de ferro branco.
Além disso, a utilização de métodos de brasagem, onde o material de base não é fundido, pode evitar fundamentalmente a formação de estrutura de ferro branco na zona parcialmente fundida. Esta é outra abordagem para prevenir o problema da formação de ferro branco nas articulações.
(2) Rachaduras de soldagem
A trinca é um defeito comum na soldagem de ferro fundido cinzento. As trincas de soldagem em ferro fundido podem ser classificadas em duas categorias: trincas a frio e trincas a quente.
1) Trincas a frio: Trincas a frio na soldagem de ferro fundido cinzento normalmente ocorrem na zona de solda e na zona afetada pelo calor. As trincas a frio são mais prováveis de ocorrer em soldas onde o metal de adição é o próprio ferro fundido.
Ao usar materiais de soldagem diferentes para criar soldas de austenita, ferrita ou metais de adição à base de cobre, é menos provável que ocorram trincas a frio devido à melhor ductilidade do metal de solda e ao uso de processos apropriados de soldagem a frio.
A temperatura na qual ocorrem trincas nas soldas de ferro fundido é geralmente inferior a 400°C. As rachaduras são frequentemente acompanhadas por um som audível de fratura frágil. Esses tipos de trincas ocorrem frequentemente em soldas mais longas ou no reparo de grandes defeitos em ferro fundido com alta rigidez.
A maneira mais eficaz de prevenir a formação de trincas é pré-aquecer toda a soldagem (550-700°C) para reduzir diferenciais de temperatura e diminuir o estresse de soldagem. Em alguns casos, o uso do método de dissipação de calor para reduzir o estresse na área de reparo também pode prevenir eficazmente a formação de fissuras.
As fissuras a frio na zona afetada pelo calor ocorrem tipicamente em áreas com alto teor de cementita e martensita. Em alguns casos, também podem ocorrer na zona afetada pelo calor, ligeiramente afastada da linha de fusão. Ao soldar componentes de ferro fundido de paredes finas (5-10 mm), também podem ocorrer trincas a frio na zona afetada pelo calor, ligeiramente afastada da linha de fusão.
É importante observar que a temperatura específica de pré-aquecimento e outras medidas para evitar trincas podem variar dependendo do material específico do ferro fundido, da espessura e das condições de soldagem. Portanto, é recomendável consultar especialistas em soldagem e consultar as normas e diretrizes de soldagem relevantes para os procedimentos adequados.
Podem ser tomadas medidas de processo para reduzir a tensão na junta soldada e prevenir a formação de cementita e martensita. A soldagem de pré-aquecimento pode ser usada para evitar a ocorrência das trincas a frio mencionadas acima. Ao usar soldagem a arco frio, adotar o processo correto de soldagem a frio para enfraquecer o estado de tensão da junta soldada é benéfico na prevenção de trincas a frio.
O uso de materiais de soldagem com menores limites de escoamento e boa plasticidade também é benéfico na prevenção de trincas a frio. Ao reparar componentes grossos e grandes com defeitos de trinca, onde a ranhura é grande e são necessárias múltiplas camadas de soldagem, a tensão acumulada de soldagem é alta.
Para evitar que fissuras frias na zona afetada pelo calor se transformem em fissuras de delaminação, o método de alimentação de arame pode ser usado em ambos os lados da ranhura para soldagem.
2) Trincas a quente: Quando a solda é do tipo ferro fundido, não é sensível a trincas a quente. Porém, ao utilizar eletrodos de aço de baixo carbono e eletrodos de ferro fundido à base de níquel para soldagem a frio, a solda fica mais propensa a trincas cristalinas, que pertencem a trincas a quente.
Ao soldar ferro fundido cinzento, há uma tendência significativa de trincas na junta soldada. Isto está principalmente relacionado às propriedades do próprio ferro fundido, tensão de soldagem, estrutura da junta e composição química.
Para evitar a formação de trincas durante a soldagem de ferro fundido, medidas como redução do estresse de soldagem, alteração do sistema de liga de solda e limitação da inclusão de impurezas do material base na solda são adotadas principalmente na produção.
2. Processo de soldagem para ferro fundido cinzento
Com base nas características de soldagem do ferro fundido cinzento, que são a tendência à formação de ferro branco e a ocorrência de trincas, é necessário começar pela prevenção desses defeitos e considerar múltiplos fatores ao selecionar métodos de soldagem e desenvolver um processo de soldagem razoável.
(1) Soldagem por fusão de soldas homogêneas (tipo ferro fundido):
A soldagem por fusão de soldas homogêneas pode ser feita usando soldagem a arco, soldagem semi-quente, soldagem a gás e soldagem a arco frio.
1) Soldagem a arco e soldagem semi-quente:
Pré-aqueça toda a soldagem ou a área defeituosa a 600-700°C e depois execute a soldagem de reparo. Após a soldagem, adote um processo de reparo do ferro fundido com resfriamento gradual, conhecido como soldagem a quente. Quando a faixa de temperatura de pré-aquecimento é de 300-400°C, é chamada de soldagem semi-quente.
Tanto a soldagem a arco quente quanto a soldagem semi-quente possuem dois tipos de eletrodos. Um tipo é o eletrodo de ferro fundido de grafite com núcleo de ferro fundido (Z248), e o outro tipo é o eletrodo de ferro fundido de grafite com núcleo de aço (Z208).
O eletrodo Z248 é usado principalmente para reparar defeitos em peças fundidas grossas e grandes. O núcleo de soldagem deste tipo de eletrodo é uma barra de ferro fundido de φ6-φ12mm, revestida com um fluxo formador de grafite. O grande diâmetro do eletrodo com núcleo de ferro fundido permite a utilização de altas correntes de soldagem, o que acelera o processo de soldagem e reduz a intensidade de trabalho do soldador.
O eletrodo Z208 usa um núcleo de aço de baixo carbono (H08) e é revestido com um forte fluxo formador de grafite. A solda resultante é do tipo ferro fundido. Embora o núcleo de soldagem seja feito de aço de baixo carbono, a adição de substâncias formadoras de grafite ao fluxo garante que a solda obtenha composição e estrutura semelhantes ao ferro fundido cinzento nas condições de soldagem a quente e semi-quente.
Durante a soldagem a arco quente, a peça fundida ou a área de reparo local geralmente é pré-aquecida a 600-700 ℃ antes da soldagem. Após a soldagem, a junta é isolada e resfriada lentamente, melhorando significativamente o estado de tensão da junta e evitando efetivamente a formação de trincas a frio.
Devido à alta temperatura de pré-aquecimento e ao resfriamento lento na soldagem a quente, a junta é totalmente grafitada, o que evita completamente a formação de ferro branco e estruturas endurecidas. O processo específico de soldagem a quente é o seguinte:
a) Pré-aquecimento: Para peças fundidas com estruturas complexas, onde a área de reparo apresenta alta rigidez e a solda tem liberdade limitada para expansão e contração, recomenda-se realizar o pré-aquecimento geral.
Para peças fundidas com estruturas simples, onde a área de reparo apresenta baixa rigidez e a solda tem algum espaço para expansão e contração, como defeitos na borda da peça fundida ou pequenas áreas de fratura, pode-se utilizar o pré-aquecimento local.
b) Limpeza pré-soldagem: Antes da soldagem a arco quente, a área de soldagem da peça fundida deve ser limpa e preparada removendo qualquer sujeira ou contaminantes. Se houver contaminação por óleo na área do defeito da peça fundida, ela geralmente pode ser removida por aquecimento com chama de oxi-acetileno.
Então, dependendo da natureza do defeito, ferramentas como esmerilhadeiras manuais, cinzéis ou cinzéis pneumáticos podem ser usadas para processamento posterior. Ao criar a ranhura, ela deve ser retificada ou chanfrada até que não haja defeitos, e a ranhura deve ter fundo liso e abertura um pouco mais larga para facilitar a operação e garantir a qualidade da soldagem.
c) Moldagem: Para áreas de canto e defeitos penetrantes, para evitar a perda de metal fundido e garantir o formato desejado da solda, a moldagem deve ser feita na área de soldagem antes da soldagem. A forma e as dimensões do molde são mostradas na Figura 5-1.
Podem ser usados materiais de moldagem como areia de moldagem misturada com copo d'água ou argila amarela. É preferível colocar peças de grafite resistentes ao calor na parede interna do molde para evitar que o material de moldagem derreta ou desmorone devido ao calor. O molde deve ser seco antes da soldagem.
Durante a soldagem, para manter a temperatura de pré-aquecimento e reduzir o tempo de trabalho em alta temperatura, é necessário concluir a soldagem no menor tempo possível. Portanto, recomenda-se o uso de soldagem de alta corrente, arco longo e soldagem contínua.
a) Reparação de defeitos médios
b) Reparação de defeitos nas bordas
A fim de reduzir a temperatura de pré-aquecimento e melhorar as condições de trabalho, descobriu-se na prática que aumentar adequadamente a capacidade de grafitização da costura de solda e usar uma temperatura de pré-aquecimento de 300-400°C, global ou localmente, pode alcançar bons resultados em a soldagem de peças fundidas com baixa rigidez.
Em geral, podem ser utilizadas hastes de soldagem de ferro fundido Z208 ou Z248. O processo de soldagem semi-quente é basicamente igual ao processo de soldagem a quente, que envolve alta corrente, arco longo, soldagem contínua e isolamento pós-soldagem e resfriamento lento.
Devido à menor temperatura de pré-aquecimento na soldagem semi-quente em comparação com a soldagem a quente, a deformação plástica da peça fundida durante o aquecimento é menos pronunciada.
Portanto, quando a área reparada apresenta maior rigidez, fica menos sujeita a deformações e aumento de tensões internas, o que pode levar a defeitos como trincas nas juntas. Portanto, a soldagem a arco semi-quente só pode ser usada para áreas de reparo com menor rigidez ou formas de fundição mais simples.
2) Soldagem a gás:
A temperatura da chama de oxiacetileno é muito inferior à do arco e o calor não é concentrado, tornando-o adequado para reparar peças fundidas de paredes finas. Para o reparo de defeitos em peças de paredes finas e de alta rigidez, a fim de reduzir as tensões de soldagem e evitar trincas, é aconselhável utilizar o método de soldagem a quente por soldagem a gás com pré-aquecimento geral da peça.
A temperatura de pré-aquecimento deve estar em torno de 600-700°C, e devem ser tomadas medidas de resfriamento lento pós-soldagem.
Para soldagem a gás de ferro fundido, os materiais de soldagem consistem principalmente em fio de soldagem e fluxo de soldagem a gás. Os modelos do fio de solda são RZC-1 e RZC-2, com teores de carbono (C) e silício (Si) um pouco maiores em comparação à soldagem a quente. A marca unificada para fluxo de soldagem a gás usado na soldagem de ferro fundido é CJ201.
Antes da soldagem a gás, a peça fundida deve ser limpa, e o trabalho de limpeza e preparação pré-soldagem é essencialmente o mesmo da soldagem a arco com eletrodo. Métodos mecânicos geralmente podem ser usados para preparar o bisel. Quando a seção transversal da peça fundida é muito pequena ou quando não é possível criar um chanfro usando métodos mecânicos, o corte com oxigênio também pode ser usado para criar diretamente o chanfro.
Durante a soldagem a gás, tochas e bicos de soldagem de maior porte devem ser selecionados de acordo com a espessura da peça fundida, a fim de aumentar a energia da chama e a velocidade de aquecimento. Geralmente, uma chama neutra ou uma chama de cementação fraca deve ser usada para soldagem a gás, e uma chama oxidante não deve ser usada.
Isso ocorre porque uma atmosfera oxidante pode aumentar a perda por queima de carbono, silício e outros elementos na poça de fusão, afetando o processo de grafitização da solda. Para evitar a perda de metal fundido da poça de fusão, a soldagem deve ser realizada na posição horizontal, tanto quanto possível.
Após a soldagem, a peça fundida pode esfriar naturalmente, mas não deve ser colocada em local com circulação de ar para acelerar o resfriamento, pois isso pode levar à formação de manchas brancas e trincas.
Para peças fundidas menores, o método de soldagem a frio pode ser utilizado se os defeitos estiverem localizados nos cantos ou em áreas com menor rigidez. A característica deste método é que não é necessário pré-aquecimento separado.
A soldagem pode ser realizada fundindo a área circundante do bisel com a chama da tocha de soldagem. Após a soldagem, a junta pode ser resfriada naturalmente para obter uma solda sem defeitos e sem rachaduras.
Porém, quando os defeitos estão localizados no centro da peça fundida, ou se a junta apresenta maior rigidez ou formato mais complexo, o método de soldagem a frio pode não ser eficaz. Nestes casos, deve ser utilizado o método de soldagem a quente com temperatura de pré-aquecimento de 600-700°C ou o método “aquecer e reduzir a zona de tensão”. O diagrama esquemático da zona de aquecimento e redução de tensão é mostrado na Figura 5-2.
3) Soldagem a arco frio:
A característica da soldagem a arco frio é que a peça soldada não requer pré-aquecimento antes da soldagem. Portanto, a soldagem a arco frio tem muitas vantagens, como boas condições de trabalho para o soldador, baixo custo de reparo de soldagem, processo de reparo curto e alta eficiência.
É mais adequado usar soldagem a frio para peças fundidas grandes que são difíceis de pré-aquecer ou para superfícies processadas que não podem ser pré-aquecidas. Portanto, a soldagem a frio é uma direção de desenvolvimento na soldagem de ferro fundido cinzento.
Sob condições de soldagem a frio, existem duas abordagens para resolver o problema dos pontos brancos: primeiro, melhorar ainda mais a capacidade de grafitização da costura de solda; segundo, para aumentar a entrada de calor durante a soldagem.
Por exemplo, usando hastes de soldagem de grande diâmetro, processos de soldagem contínua de alta corrente podem ser empregados para diminuir a velocidade de resfriamento da junta soldada. Este processo também ajuda a eliminar ou reduzir a ocorrência de estrutura martensítica na zona afetada pelo calor.
Atualmente, o grau da vareta de solda a frio para soldas homogêneas também é Z208 e Z248, mas a formulação específica difere daquela da vareta de solda a quente. Devido à taxa de resfriamento mais rápida durante a soldagem a frio, o teor de carbono e silício da haste de soldagem a frio para soldas homogêneas deve ser maior do que o da haste de soldagem a quente.
Sob condições de soldagem a frio, para evitar a ocorrência de manchas brancas e estruturas endurecidas na junta soldada, é necessário diminuir a taxa de resfriamento da junta soldada. Para conseguir isso, devem ser utilizadas hastes de soldagem de grande diâmetro e processos de soldagem contínua de alta corrente.
Porém, quando a área do defeito reparado for inferior a 8 cm2 e a profundidade for inferior a 7 mm, o pequeno volume da poça de fusão e o resfriamento rápido ainda podem resultar em manchas brancas na junta soldada. Se possível, ampliar a área do defeito pode eliminar manchas brancas.
Durante a soldagem, pode-se utilizar uma fonte de alimentação de polaridade reversa DC, ou uma fonte de alimentação AC, com alta corrente e arco longo, soldando continuamente do centro para a borda. Após preencher o bisel com a solda, o arco não deve ser interrompido. Em vez disso, o arco deve ser movido ao longo da borda da poça de fusão, próximo ao molde de areia, para formar o cordão de solda.
Geralmente, a altura do cordão de solda deve exceder a superfície da peça em 5-8 mm. Ao permitir que o calor do arco seja transferido para a zona semifundida através da camada superior da solda, ele pode permanecer em estado incandescente por um determinado período de tempo, diminuindo a taxa de resfriamento e permitindo grafitização suficiente da solda. . Também prolonga a presença da zona semifundida na parte superior da solda, o que facilita a difusão do carbono na solda, reduzindo ou eliminando estruturas de manchas brancas.
Além disso, durante a soldagem a frio de soldas homogêneas, o arco deve cobrir imediatamente a poça de fusão após a soldagem para fornecer isolamento e resfriamento lento.
A soldagem a arco frio com eletrodos de ferro fundido é mais simples que o processo de soldagem a arco quente e tem custos de soldagem mais baixos. Ao reparar defeitos maiores (com área maior que 8cm2 e profundidade maior que 7mm), desde que seja utilizado o processo adequado, a dureza máxima da solda após a soldagem não ultrapassa 250HBW e apresenta boa usinabilidade.
(2) Soldagem a arco frio de cordões de solda heterogêneos (ferro não fundido)
Costuras de solda heterogêneas, também conhecidas como costuras de solda de ferro não fundido, são comumente usadas na soldagem de ferro fundido. A soldagem a arco frio é o método mais comumente usado na soldagem de ferro fundido. O processo de soldagem é bastante simplificado, pois não é necessário pré-aquecimento para as peças fundidas, o que não apenas reduz os custos de soldagem, mas também melhora as condições de trabalho dos soldadores.
Além disso, possui uma ampla gama de aplicações, permitindo soldagem em todas as posições e alta eficiência de soldagem. Portanto, a soldagem a arco frio de cordões de solda heterogêneos é um processo de soldagem altamente promissor.
1) Materiais para soldagem a arco frio de cordões de solda heterogêneos
Atualmente, a China desenvolveu uma variedade de séries de eletrodos de ferro fundido com costura de solda não fundido. Em termos de métodos de soldagem, existem métodos de plantio de arame e métodos de soldagem de almofada.
Método de plantio de arame: Este método envolve o uso de parafusos de aço carbono para fixar a costura de solda e a zona afetada pelo calor não soldada da peça fundida, evitando a ocorrência de trincas e melhorando a capacidade dessa área de suportar cargas de impacto.
Método de soldagem de almofada: Ao reparar componentes de paredes espessas com rachaduras, uma almofada de aço de baixo carbono é colocada dentro da ranhura e, em ambos os lados da almofada, um eletrodo de ferro fundido com alta resistência a rachaduras e bom desempenho de resistência (como Z438, Z117 eletrodos, etc.) é usado para soldar o metal base à almofada de aço de baixo carbono.
Nas condições de soldagem a arco frio, a taxa de resfriamento da junta é relativamente alta, o que torna mais proeminente o problema de porosidade e rachaduras. A soldagem a frio de cordões de solda heterogêneos é obtida principalmente ajustando a composição química do cordão de solda para melhorar a estrutura e as propriedades da junta. As costuras de solda de ferro não fundido podem ser classificadas em tipos à base de aço, à base de cobre e à base de níquel com base nas propriedades do metal de solda.
A classificação dos eletrodos de soldagem a frio com arco de solda à base de aço é a seguinte:
a) Eletrodo de ferro fundido fortemente oxidante EZFe-1 (Z100): Este eletrodo utiliza um núcleo de aço de baixo carbono (H08) e adiciona uma quantidade adequada de substâncias oxidantes fortes no revestimento de fluxo. O objetivo é aumentar a propriedade oxidante da escória, permitindo que ela reaja com a poça de fusão e oxide e queime carbono, silício e outros elementos do metal base, a fim de obter um cordão de solda de aço carbono com boa plasticidade.
b) Eletrodo de aço carbono EZFe-2 (Z122Fe): Este eletrodo é um eletrodo do tipo pó de ferro com núcleo de aço de baixo carbono, com revestimento de fluxo do tipo titânio-cálcio. Uma certa quantidade de pó de ferro com baixo teor de carbono é adicionada ao revestimento de fluxo. A adição de pó de ferro com baixo teor de carbono ainda visa reduzir o teor de carbono.
c) Eletrodo de ferro fundido com alto vanádio EZV (Z116, Z117) para cordões de solda de aço com alto vanádio: O eletrodo de ferro fundido com alto vanádio usa um núcleo de aço com baixo carbono (H08) e adiciona uma grande quantidade de ferro vanádio no revestimento de fluxo, resultando em estrutura de aço com alto teor de vanádio na solda.
O objetivo de adicionar ferro vanádio à costura de solda é aproveitar a forte capacidade do vanádio de formar carbonetos. Ao alterar a forma do carbono na costura de solda, a plasticidade da costura de solda é aumentada, evitando assim a formação de boca branca e estruturas endurecidas na costura de solda e melhorando sua resistência à trinca.
Atualmente, existem três tipos de eletrodos de soldagem a frio a arco de solda à base de níquel, que apresentam certas diferenças de desempenho devido a variações no teor de liga. Sob certas condições de corrente de soldagem, quanto maior o teor de níquel na costura de solda, mais estreita será a largura da camada de boca branca da zona semifundida e melhor será a usinabilidade mecânica da junta. Portanto, os cordões de solda de níquel puro têm a melhor usinabilidade.
a) Eletrodo de níquel puro EZNi (Z308): O núcleo do eletrodo de níquel puro é feito de níquel puro. Devido ao seu alto teor de níquel, ao utilizar baixa corrente para reparar ferro fundido, a camada de boca branca na zona semifundida da junta é minimizada, com largura de aproximadamente 0,05-0,08mm, e é distribuída de forma descontínua, o que é benéfico para usinagem mecânica.
A resistência dos cordões de solda de níquel puro é próxima à do ferro fundido cinzento e possuem boa ductilidade, o que os torna resistentes à trinca a frio.
Porém, o níquel é um metal precioso, e o eletrodo de níquel puro tem o maior teor de níquel e é o mais caro (cerca de 30 vezes o preço dos eletrodos de aço de baixo carbono), por isso não deve ser usado em grandes quantidades na soldagem.
b) Eletrodo de níquel-ferro EZNiFe (Z408): O núcleo do eletrodo de níquel-ferro é feito de uma liga de níquel-ferro. Os cordões de solda de níquel-ferro possuem maior resistência, atingindo mais de 400MPa, e boa ductilidade, tornando-os adequados para soldagem de ferro fundido de alta resistência.
Como o desempenho do eletrodo de níquel-ferro é superior ao do eletrodo de níquel puro e seu preço é o mais barato entre os eletrodos à base de níquel, ele é amplamente utilizado na produção.
c) Eletrodo de níquel-cobre EZNiCu (Z508): O núcleo do eletrodo de níquel-cobre é feito de uma liga de níquel-cobre, também conhecida como eletrodo Monel, que é um dos primeiros eletrodos de ferro fundido usados. No entanto, este tipo de eletrodo foi gradativamente substituído por eletrodos de níquel-ferro.
Existem várias formas de eletrodos à base de cobre:
a) Eletrodo de pó de ferro com núcleo de cobre (Z607): O revestimento de fluxo é do tipo baixo hidrogênio e é usado principalmente para reparos de soldagem em superfícies não usinadas.
b) Eletrodo de bainha de ferro com núcleo de cobre (Z616): Uma tira de aço envolve firmemente um núcleo de cobre puro usando um dispositivo de trefilação. É revestido com um revestimento de fluxo alcalino com baixo teor de hidrogênio e também existem revestimentos de fluxo do tipo titânio-cálcio, como o Z612. Também é usado principalmente para reparos de soldagem em superfícies não usinadas.
c) Eletrodo de aço-cobre austenítico: Os eletrodos de aço-cobre apresentam boa resistência à trinca e o material é fácil de manusear. Portanto, eles ainda têm certas aplicações na soldagem de ferro fundido.
2) Processo de soldagem a arco frio para cordões de solda heterogêneos (ferro não fundido). Os pontos-chave do processo de soldagem a arco frio para cordões de solda heterogêneos podem ser resumidos em quatro frases:
- O trabalho de preparação adequado é essencial.
- A corrente de soldagem deve ser adequadamente baixa.
- A soldagem deve ser feita em segmentos curtos e intermitentes.
- Imediatamente após a soldagem, martele levemente a área soldada.
Existem dois métodos comumente usados para limpeza de peças fundidas. Um método é a limpeza mecânica, que envolve o uso de ferramentas como rebolos, escovas de aço ou pás planas. O outro método é a limpeza química, que envolve a lavagem da peça fundida com solventes químicos como tricloroetileno, gasolina ou acetona.
Quando a espessura da peça fundida ou a profundidade do defeito for superior a 5 mm, uma ranhura deve ser preparada e a superfície da ranhura deve ser o mais plana possível.
Ao usar materiais de soldagem heterogêneos ao ferro fundido para soldagem a arco frio, é importante usar uma corrente mínima apropriada para garantir a estabilidade do arco e a penetração total. Eletrodos de pequeno diâmetro devem ser usados para soldagem.
A fim de reduzir o aporte térmico de soldagem, minimizar o estresse e diminuir a largura da zona semifundida, a velocidade de soldagem deve ser aumentada adequadamente sem fazer quaisquer oscilações laterais. O processo de soldagem deve envolver soldagem de segmentos curtos, soldagem intermitente e dispersa e martelamento pós-soldagem.
(3) Brasagem de ferro fundido cinzento
A brasagem é vantajosa por evitar a ocorrência de boca branca em juntas de ferro fundido, pois não funde o material base, proporcionando excelente usinabilidade para as juntas.
Tanto nacional quanto internacionalmente, a brasagem por chama de oxiacetileno é comumente usada para ferro fundido. No passado, o metal de adição para brasagem de latão HL103 era comumente usado e o bórax pode ser usado como fluxo de brasagem.
2. Exemplos típicos de soldagem de reparo em ferro fundido
1. Em uma câmara de distribuição de vapor de uma turbina a gás em uma determinada fábrica, surgiram rachaduras devido à exposição prolongada ao vapor em alta temperatura.
O material do componente é ferro fundido cinzento. Para o reparo da peça foi adotada a soldagem a arco frio, utilizando varetas J506 e Z308 para reparo da junta, com excelentes resultados. O processo de soldagem específico é o seguinte:
(1) Preparação pré-soldagem: Fixe a peça de trabalho, use um rebolo para criar uma ranhura em forma de V no local da trinca e aqueça a ranhura e seus arredores com uma tocha de soldagem a gás. Depois de esfriar, limpe a superfície da ranhura e seus arredores.
(2) Soldagem: Use a haste de solda J506 para depositar uma camada de transição ao longo da superfície da ranhura e 20 mm de cada lado, conforme mostrado na Figura 5-3. Em seguida, use uma haste de solda φ3,3 Z308 para soldagem traseira da camada inferior. Finalmente, use uma haste de solda φ4,0 Z308 para soldagem escalonada, conforme mostrado na Figura 5-4. O comprimento de cada cordão de solda deve ser controlado dentro de 25 mm. Imediatamente após completar cada seção, execute o martelamento para liberar a tensão de soldagem.
2. Em uma certa fábrica, apareceram rachaduras na base de um torno, que é feito de ferro fundido cinzento.
Soldagem a arco térmico foi utilizada para reparo, com vareta de solda Z248 para costura de solda homogênea. O processo de soldagem é o seguinte:
(1) Preparação pré-soldagem:
- 1) Preparação do chanfro: O ângulo do chanfro deve ser de 70° a 80°, com ranhura em forma de V. Se os defeitos não forem suficientemente grandes, podem ser aumentados artificialmente para uma área não inferior a 3 a 4 cm2 e uma profundidade não inferior a 10 cm para facilitar o aumento da temperatura na área de reparação e reduzir a dureza da soldadura . A ranhura deve ser bem limpa.
- 2) A haste de soldagem deve ser seca a uma temperatura de 200 a 300 ℃ antes do uso e mantida aquecida por 1 a 2 horas.
- 3) O pré-aquecimento deve ser realizado na área de soldagem, com temperatura de pré-aquecimento de 600 a 700 ℃.
(2) Pontos-chave da operação de soldagem:
- 1) Crie o arco no centro do defeito e use soldagem por arco curto. Continue soldando até que ela se estenda de 4 a 6 mm além da superfície da peça de trabalho.
- 2) Utilize o método de peening a quente (soldagem em estado incandescente) para reduzir a tensão de contração da solda.
- 3) Durante o processo de soldagem, caso sejam encontrados defeitos como furos de gás ou inclusões de escória, eles devem ser tratados imediatamente. Se forem descobertas fissuras, elas também devem ser tratadas imediatamente após a soldagem e não devem ser reparadas após o resfriamento da solda.
- 4) Após a soldagem, deve-se aplicar isolamento imediato ou aquecimento local com chama para obter resfriamento gradual e eliminar o estresse.
3. Soldagem de ferro fundido dúctil.
1. Características de soldagem do ferro fundido dúctil:
A diferença entre o ferro fundido dúctil e o ferro fundido cinzento está na adição de uma certa quantidade de agente nodulizante durante o processo de fusão. Os agentes nodulizantes comuns incluem magnésio, cério, ítrio, etc. A grafite no ferro fundido dúctil existe em formato esférico, o que melhora significativamente suas propriedades mecânicas.
As características de soldagem do ferro fundido dúctil são semelhantes às do ferro fundido cinzento, mas também possui algumas características únicas, que se manifestam principalmente em dois aspectos:
1) O ferro fundido dúctil tem maior tendência à formação de boca branca e ao endurecimento por têmpera em comparação ao ferro fundido cinzento. Ao soldar ferro fundido dúctil, cordões de solda homogêneos e zonas parcialmente fundidas são mais propensos à formação de boca branca, enquanto a região austenita tem maior probabilidade de exibir estrutura martensítica.
2) Devido à maior resistência, plasticidade e tenacidade do ferro fundido dúctil em comparação com o ferro fundido cinzento, os requisitos de desempenho mecânico para juntas soldadas também aumentam. Muitas vezes é necessário corresponder ao nível de resistência do material base de ferro fundido dúctil.
2. Processo de soldagem de ferro fundido dúctil:
(1) Processo de soldagem por fusão para cordões de solda homogêneos:
1) Soldagem a gás:
Na soldagem a gás de ferro fundido dúctil, o tempo de soldagem contínua não deve ultrapassar 15 a 50 minutos, pois pode levar à formação de flocos de grafite na costura de solda, resultando em redução das propriedades mecânicas. A soldagem a gás é usada principalmente para reparos de soldagem em componentes de ferro fundido dúctil de paredes finas.
Para soldagem a gás de ferro fundido dúctil, existem dois tipos de fios de soldagem: liga leve de terras raras e magnésio e terras raras pesadas à base de ítrio. O fluxo utilizado para soldagem a gás de ferro fundido dúctil tem a mesma composição do fluxo utilizado para soldagem a gás de ferro fundido cinzento, e a designação unificada para o fluxo utilizado na soldagem de ferro fundido é CJ201.
Soldagem a frio ou a quente pode ser usada, com uma faixa de temperatura de pré-aquecimento de 500 a 700 ℃ para soldagem a quente. Após a soldagem, deve ser isolado e resfriado lentamente. O processo de soldagem a gás para ferro fundido dúctil é essencialmente o mesmo do ferro fundido cinzento.
2) Soldagem a arco de eletrodo:
A soldagem a arco de eletrodo de ferro fundido dúctil também pode ser categorizada em soldagem a frio e soldagem a quente. Para soldagem a frio, são utilizados eletrodos de níquel-ferro e eletrodos com alto teor de vanádio. Quando a composição da costura de solda é ferro fundido dúctil, a soldagem a quente é comumente empregada. Os eletrodos de soldagem de ferro fundido dúctil comumente usados são mostrados na Tabela 5-31, incluindo Z258, Z238, Z238F e Z238SnCu.
Use processo de soldagem contínua e de alta corrente. Para defeitos moderados, a solda deve ser preenchida continuamente. Para defeitos maiores, a soldagem deve ser feita em seções, avançando gradativamente para garantir maior aporte térmico na área de reparo.
Para reparar defeitos maiores em seções rígidas, um processo de pré-aquecimento e redução de tensão deve ser empregado. Pré-aquecimento de 200 a 400°C antes da soldagem, seguido de resfriamento lento após a soldagem, para evitar a ocorrência de rachaduras.
(2) Soldagem a arco de cordões de solda heterogêneos – Soldagem a frio:
Para soldagem a arco de cordões de solda heterogêneos em ferro fundido dúctil, os principais tipos de eletrodos utilizados são eletrodos de níquel-ferro, como Z408, Z438, e eletrodos com alto teor de vanádio, como Z116, Z117.
Tabela 5-31: Tipos e aplicações de eletrodos de soldagem de ferro fundido comumente usados
| Modelo de eletrodo de soldagem | Classe de haste de soldagem | Tipos de revestimento de fluxo | Tipos de metal de fio de soldagem | Escopo de aplicação |
| EZFe-1 | Z100 | Tipo oxidante | Aço carbono | Geralmente usado para reparar superfícies não usinadas de peças de ferro fundido cinzento. |
| EZV | Z116 | Tipo de sódio com baixo teor de hidrogênio | Aço com alto teor de vanádio, carbono e sódio | Usado para reparar peças de ferro fundido cinzento de alta resistência e peças de ferro dúctil. |
| EZV | Z117 | Tipo de baixo hidrogênio e potássio | ||
| EZFe-2 | Z122Fe | Tipo de cálcio de titânio em pó de ferro | Tipos de metal de fio de soldagem | Comumente usado para reparar superfícies não usinadas de peças de ferro fundido cinzento. |
| EZC | Z208 | Tipo de grafite | Ferro fundido | Geralmente usado para reparar ferro fundido cinzento. |
| EZCQ | Z238 | Ferro Dúctil | Usado para reparar ferro dúctil. | |
| EZCQ | Z238SnCu | Usado para reparar ferro dúctil, ferro fundido vermicular, ferro fundido ligado, ferro fundido maleável e ferro fundido cinzento. | ||
| EZC | Z248 | Ferro fundido | Usado para reparar peças de ferro fundido cinzento. | |
| EZCQ | Z258 | Ferro Dúctil | Geralmente usado para reparar ferro dúctil, o Z268 também pode ser usado para reparar peças de ferro fundido cinzento de alta resistência. | |
| EZCQ | Z268 | |||
| EZNi-1 | Z308 | Níquel Puro | Geralmente usado para reparar peças importantes de ferro fundido cinzento de paredes finas e superfícies usinadas. | |
| EZNiFe-1 | Z408 | Liga de Níquel-Ferro | Usado para reparar peças importantes de ferro fundido cinzento de alta resistência e ferro dúctil. | |
| EZNiFeCu | Z408A | Liga de Níquel-Ferro-Cobre | Usado para reparar peças importantes de ferro fundido cinzento e ferro dúctil. | |
| EZNiFe | Z438 | Liga de Níquel-Ferro | ||
| EZNiCu | Z508 | Liga de Níquel-Cobre | Geralmente usado para reparar peças de ferro fundido cinzento com baixos requisitos de resistência. | |
| Z607 | Tipo de sódio com baixo teor de hidrogênio | Liga Cobre-Ferro | Geralmente usado para reparar superfícies não usinadas de peças de ferro fundido cinzento. | |
| Z612 | Tipo Titânio Cálcio |
