I. Problemas com soldagem de metais diferentes
Problemas inerentes à soldagem de metais dissimilares têm impedido o seu desenvolvimento, como a constituição e desempenho da zona de fusão em metais dissimilares.
Danos à estrutura da soldagem de metais diferentes ocorrem frequentemente na zona de fusão, pois as características do cristal de soldagem diferem ao longo dos segmentos próximos à zona de fusão, levando à formação de uma camada de transição com baixo desempenho e alterações de composição.
Além disso, devido à exposição prolongada a altas temperaturas, a camada de difusão nesta região irá expandir-se, aumentando ainda mais a heterogeneidade do metal.
Além disso, durante ou após a soldagem de metais diferentes, ou após tratamento térmico ou operação em alta temperatura, é comum observar o fenômeno do carbono do lado de baixa liga “migrando” através do limite da solda para a solda de alta liga, formando camadas de descarbonetação e carburação em ambos os lados da linha de fusão.
Isto resulta em uma camada de descarbonetação no material original de baixa liga e uma camada de carburação no lado da solda de alta liga.
O impedimento e a prevenção do uso e desenvolvimento de estruturas metálicas dissimilares manifestam-se principalmente nas seguintes áreas:
1. À temperatura ambiente, as propriedades mecânicas da área da junta soldada de metal diferente (como tração, impacto, flexão, etc.) geralmente superam o desempenho do material original soldado.
No entanto, após operação prolongada em alta temperatura, o desempenho da área de junta é inferior ao do material original.
2. Existe uma zona de transição martensítica entre a solda austenítica e o material original perlítico.
Esta zona tem menor tenacidade e é uma camada frágil de alta dureza, que é uma área fraca que leva à falha do componente. Reduz a confiabilidade da estrutura soldada.
3. O tratamento térmico pós-soldagem ou a migração de carbono durante a operação em alta temperatura pode resultar na formação de uma camada cementada e uma camada descarbonetada em ambos os lados da linha de fusão.
Normalmente, acredita-se que a camada descarbonetada, devido à redução de carbono, provoca alterações significativas na estrutura e nas propriedades da área (geralmente uma degradação), tornando-a propensa a falhas prematuras durante o serviço.
Os locais de falha de muitos dutos de alta temperatura em serviço ou em teste estão concentrados na camada descarbonetada.
4. A falha está relacionada a condições como tempo, temperatura e estresse cíclico.
5. O tratamento térmico pós-soldagem não pode eliminar a distribuição de tensões residuais na área da junta.
6. Inomogeneidade da composição química.
Durante a soldagem de metais diferentes, os metais em ambos os lados da costura de solda e a composição da liga da costura de solda diferem significativamente.
Durante o processo de soldagem, tanto o material original quanto o material de soldagem derreterão e se misturarão.
Este nível de uniformidade da mistura muda com o processo de soldagem, e o grau de uniformidade da mistura pode variar muito em diferentes locais da junta soldada, levando a uma falta de homogeneidade na composição química da junta soldada.
7. Inomogeneidade da estrutura metalográfica.
Devido à descontinuidade da composição química da junta soldada e à experiência do ciclo térmico de soldagem, diferentes estruturas aparecem em diversas áreas da junta soldada, muitas vezes resultando em formações estruturais extremamente complexas em algumas áreas.
8. Desempenho descontínuo.
A composição química e a estrutura metalúrgica das juntas soldadas provocam variações nas suas propriedades mecânicas.
A resistência, dureza, plasticidade, tenacidade, resistência ao impacto, fluência em alta temperatura e desempenho duradouro diferem significativamente em várias regiões da junta soldada.
Esta inconsistência substancial provoca comportamentos diversos em diferentes regiões da articulação sob condições idênticas, manifestando-se como áreas de enfraquecimento e fortalecimento.
Particularmente sob condições de alta temperatura, juntas soldadas de metais diferentes frequentemente apresentam falhas prematuras durante o serviço.
II. Características de soldagem de metais diferentes usando diferentes métodos
A maioria dos métodos de soldagem pode ser aplicada para soldar metais diferentes, mas ao escolher um método de soldagem e estabelecer medidas de processo, as características da soldagem de metais diferentes devem ser levadas em consideração.
Com base nos requisitos do material de base e da junta soldada, a soldagem por fusão, a soldagem por pressão e outros métodos encontraram aplicações na soldagem de metais diferentes, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens.
1. Soldagem por fusão
A soldagem por fusão é amplamente utilizada na soldagem de metais diferentes.
Os métodos comuns de soldagem por fusão incluem soldagem com eletrodo revestido, soldagem por arco submerso, soldagem por arco com proteção de gás, soldagem por eletroescória, soldagem por arco de plasma, soldagem por feixe de elétrons e soldagem a laser.
Para reduzir a diluição, diminuir a taxa de fusão ou controlar a quantidade de fusão de diferentes metais básicos, métodos com maior densidade de energia da fonte de calor, como soldagem por feixe de elétrons, soldagem a laser ou soldagem a arco de plasma, são normalmente escolhidos.
Para minimizar a profundidade de fusão, podem ser adotadas medidas tecnológicas como arco indireto, fio de soldagem oscilante, eletrodo de banda e fio de soldagem não eletrificado adicional.
Porém, em qualquer caso, desde que seja soldagem por fusão, parte do material de base sempre derreterá na costura de solda, causando diluição.
Além disso, também formará compostos intermetálicos, estruturas eutéticas, etc.
Para aliviar esses efeitos adversos, é imperativo controlar e reduzir o tempo de permanência dos metais no estado líquido ou sólido em alta temperatura.
No entanto, apesar das melhorias e avanços contínuos nos métodos e procedimentos de soldadura por fusão, continua a ser um desafio resolver todos os problemas associados à soldadura de diferentes tipos de metais.
Dada a diversidade de metais e a ampla gama de requisitos de desempenho, juntamente com os variados estilos de juntas, em muitos casos, a soldagem por pressão ou outros métodos de soldagem devem ser empregados para resolver problemas específicos de soldagem relacionados a diferentes juntas metálicas.
2. Soldagem por pressão
A maioria dos métodos de soldagem por pressão aquece apenas os metais a serem soldados até um estado plástico ou não aquece, caracterizado principalmente pela aplicação de uma certa pressão.
Em comparação com a soldagem por fusão, a soldagem por pressão tem certas vantagens ao soldar juntas metálicas diferentes, desde que a forma da junta permita e a qualidade da soldagem atenda aos requisitos, a soldagem por pressão costuma ser uma escolha mais razoável.
Durante a soldagem sob pressão, a superfície de junção de diferentes metais pode ser derretida ou permanecer sólida, mas devido ao efeito da pressão, mesmo que haja metal derretido na superfície, ele será espremido (como na soldagem flash e na soldagem por fricção) .
Apenas em alguns casos o metal que foi fundido permanece após a soldagem sob pressão (como na soldagem por pontos).
A soldagem por pressão, devido à falta de calor ou baixa temperatura de aquecimento, pode mitigar ou evitar os efeitos adversos da ciclagem térmica nas propriedades do metal original e prevenir a formação de compostos intermetálicos frágeis.
Algumas formas de soldagem por pressão podem até espremer compostos intermetálicos que se formaram na junta.
Além disso, não ocorrem alterações relacionadas à diluição nas propriedades do metal de solda durante a soldagem sob pressão.
No entanto, a maioria dos métodos de soldagem por pressão possui certos requisitos para formas de junta.
Por exemplo, soldagem por pontos, soldagem por costura e soldagem ultrassônica devem usar juntas sobrepostas; pelo menos uma peça deve ter seção transversal rotacional na soldagem por fricção; a soldagem explosiva só é aplicável a conexões de áreas maiores.
Os equipamentos de soldagem por pressão também ainda não estão difundidos. Esses fatores, sem dúvida, limitam a faixa de aplicação da soldagem por pressão.
3. Outros métodos
Além da soldagem por fusão e da soldagem por pressão, existem vários outros métodos para soldagem de metais diferentes. Por exemplo, a brasagem é um método que utiliza um metal de adição para unir diferentes metais básicos.
Contudo, o foco aqui está em um tipo especial de método de brasagem.
Uma dessas técnicas é conhecida como brasagem por fusão, onde o material com ponto de fusão mais baixo em uma junta metálica diferente é submetido à soldagem por fusão e o material com ponto de fusão mais alto é submetido à brasagem. O metal de adição normalmente corresponde ao metal base de baixo ponto de fusão.
Como tal, o processo entre o metal de adição e o metal base de baixo ponto de fusão é essencialmente um processo de soldagem por fusão do mesmo metal e não apresenta nenhum desafio único.
A interação entre o metal de adição e o metal base de alto ponto de fusão é um processo de brasagem. O metal base não derrete nem cristaliza, evitando muitos problemas relacionados à soldagem.
No entanto, isto requer que o metal de adição molhe o metal base de forma eficaz.
Outra técnica é conhecida como brasagem eutética ou brasagem por difusão eutética. Este método envolve o aquecimento da superfície de contato de metais diferentes a uma certa temperatura que forma um eutético de baixo ponto de fusão no ponto de contato.
Este eutético de baixo ponto de fusão torna-se líquido a esta temperatura, criando essencialmente um método de brasagem que não necessita de metal de adição adicional.
Claro, isso requer que os dois metais formem um eutético de baixo ponto de fusão.
Durante a soldagem por difusão de metais diferentes, uma camada intermediária é introduzida e, sob baixa pressão, a camada intermediária derrete ou forma um eutético de baixo ponto de fusão ao entrar em contato com os metais a serem soldados.
Esta fina camada de líquido, após um período específico de preservação do calor, permite que a intercamada se difunda inteiramente no metal base e se torne uniforme, resultando em uma junta metálica diferente sem uma intercamada.
Esses métodos geralmente envolvem uma pequena quantidade de metal líquido durante o processo de soldagem, por isso também são chamados de soldagem de transição de fase líquida. Sua característica comum é a ausência de estruturas fundidas na junta.
III. Considerações para soldagem de metais diferentes
1. Considere as propriedades físicas, mecânicas e a composição química das soldagens.
a. Da perspectiva de resistência igual, selecione hastes de soldagem que satisfaçam a resistência do metal base.
Alternativamente, considerando a soldabilidade do metal base, opte por varetas de soldagem que não tenham a mesma resistência, mas que ofereçam boa soldabilidade.
Contudo, a estrutura da solda deve ser considerada como atendendo aos requisitos de igual resistência e igual rigidez.
b. Certifique-se de que a composição da liga corresponda ou se aproxime da do metal base.
c. Quando o metal base contém uma quantidade maior de impurezas prejudiciais como carbono (C), enxofre (S) e fósforo (P), escolha hastes de soldagem com resistência superior a trincas e resistência à porosidade. Sugere-se a utilização de varetas de soldagem do tipo titânio-cálcio. Se isso não resolver o problema, podem ser usadas hastes de soldagem do tipo sódio com baixo teor de hidrogênio.
2. Considere as condições de trabalho e os requisitos de desempenho das soldagens.
a. Quando submetido a cargas dinâmicas e cargas de impacto, além de garantir resistência, são necessários alta tenacidade ao impacto e alongamento.
Neste caso, opte por hastes de soldagem com baixo teor de hidrogênio, titânio-cálcio e óxido de ferro.
b. Se as soldagens estiverem em contato com meios corrosivos, é necessário selecionar uma haste de soldagem de aço inoxidável apropriada com base no tipo, concentração e temperatura operacional do meio, bem como se é corrosão geral ou corrosão intergranular.
c. Durante condições de operação que envolvam desgaste, diferencie se é desgaste geral ou por impacto, e se o desgaste ocorre à temperatura ambiente ou em alta temperatura.
d. Para operações sob condições extremas de temperatura, escolha varetas de solda que garantam desempenho mecânico em baixa ou alta temperatura.
3. Considere a complexidade da forma de montagem, o nível de rigidez, o estado de preparação da abertura de soldagem e a posição de soldagem.
a. Para peças de soldagem com formatos complexos ou alta espessura, o metal de solda sofre tensões de contração significativas durante o resfriamento, o que pode causar trincas.
É essencial escolher hastes de soldagem com alta resistência a trincas, como hastes com baixo teor de hidrogênio, hastes de alta tenacidade ou hastes de óxido férrico.
b. Para peças de soldagem que não podem ser invertidas devido a certas condições, é necessário selecionar hastes de soldagem capazes de realizar soldagem em todas as posições.
c. Para peças de soldagem onde a área de soldagem é difícil de limpar, escolha hastes altamente oxidativas e insensíveis à pele oxidada e à graxa, para evitar a ocorrência de defeitos como furos de ar.
4. Considere o equipamento do local de soldagem.
Em locais sem máquinas de solda CC, não é apropriado escolher varetas de solda que funcionem apenas com alimentação CC. Em vez disso, devem ser selecionadas hastes que possam usar energia CA e CC.
Certos materiais de aço, como o aço perlítico resistente ao calor, requerem alívio de tensões pós-soldagem.
Porém, se as condições do equipamento ou limitações estruturais inerentes impedirem o tratamento térmico, recomenda-se a utilização de varetas de materiais não metálicos básicos, como aço inoxidável austenítico, que não necessitam de tratamento térmico pós-soldagem.
5. Considerar melhorar as técnicas de soldadura e proteger a saúde dos trabalhadores.
Em locais onde as hastes de soldagem ácidas e alcalinas atendem aos requisitos, as hastes ácidas devem ser preferidas.
6. Considerar a produtividade do trabalho e a racionalidade económica.
Quando o desempenho é o mesmo, as hastes de soldagem ácidas de menor preço devem ser selecionadas em vez das alcalinas.
Entre as hastes de soldagem ácidas, os tipos titânio e titânio-cálcio são mais caros.
Considerando a situação dos recursos minerais do nosso país, devemos promover fortemente o uso de barras revestidas do tipo titânio-ferro.
3. Considere a complexidade da forma de montagem, o nível de rigidez, o estado de preparação da abertura de soldagem e a posição de soldagem.
a. Para peças de soldagem com formatos complexos ou alta espessura, o metal de solda sofre tensões de contração significativas durante o resfriamento, o que pode causar trincas. É essencial escolher hastes de soldagem com alta resistência a trincas, como hastes com baixo teor de hidrogênio, hastes de alta tenacidade ou hastes de óxido férrico.
b. Para peças de soldagem que não podem ser invertidas devido a certas condições, é necessário selecionar hastes de soldagem capazes de realizar soldagem em todas as posições.
c. Para peças de soldagem onde a área de soldagem é difícil de limpar, escolha hastes altamente oxidativas e insensíveis à pele oxidada e à graxa, para evitar a ocorrência de defeitos como furos de ar.
