Segredos da soldagem de aço inoxidável austenítico que você precisa saber

Aços inoxidáveis ​​austeníticosnormalmente possuem uma microestrutura que consiste em austenita pura à temperatura ambiente; no entanto, algumas variantes contêm uma pequena quantidade de ferrita, o que ajuda a prevenir rachaduras a quente. Devido à sua excelente soldabilidade, os aços inoxidáveis ​​austeníticos são amplamente utilizados em indústrias como processamento químico e fabricação de vasos de pressão para o setor petrolífero. No entanto, se as operações de soldagem forem realizadas de forma inadequada, os aços inoxidáveis ​​austeníticos são suscetíveis a vários problemas, incluindo corrosão intergranular, trincas a quente, trincas por corrosão sob tensão e má formação de cordões de solda.

I. Corrosão intergranular

um. Causas da corrosão intergranular

A corrosão intergranular ocorre nos limites dos grãos; portanto, é chamada de corrosão intergranular. Representa uma das formas mais perigosas de degradação dos aços inoxidáveis ​​austeníticos. É caracterizada pela corrosão que penetra profundamente no metal ao longo dos limites dos grãos, resultando em um declínio nas propriedades mecânicas e na resistência à corrosão do metal.

Quando o aço inoxidável austenítico é mantido na faixa de temperatura de 450 graus a 850 graus por um determinado período, os carbonetos de cromo (Cr23C6) precipitam nos limites dos grãos. O cromo necessário para esta precipitação é extraído principalmente das camadas superficiais dos grãos; se o cromo do interior dos grãos não puder se difundir para fora com rapidez suficiente para reabastecer essas camadas superficiais, o conteúdo de cromo nos limites dos grãos-especificamente nas camadas superficiais dos grãos-cairá, criando uma "zona esgotada-de cromo". Sob a influência de meios corrosivos agressivos, essas zonas esgotadas-de cromo nos limites dos grãos tornam-se suscetíveis a ataques, resultando em corrosão intergranular. O aço inoxidável afetado pela corrosão intergranular pode não apresentar alterações visíveis em sua superfície; no entanto, quando sujeito a tensão, irá fraturar ao longo dos limites dos grãos, resultando numa perda quase completa de resistência estrutural.

b. Medidas para Prevenir a Corrosão Intergranular

Selecione eletrodos de soldagem de aço inoxidável com teor de carbono ultra{0}}baixo (C menor ou igual a 0,03%) ou aqueles que contenham elementos estabilizadores, como titânio ou nióbio.

Empregue parâmetros de soldagem de "baixa-entrada-de calor". O objetivo é minimizar o tempo de permanência dentro da faixa crítica de temperatura (450 graus –850 graus). Isto é conseguido utilizando baixas correntes de soldagem, altas velocidades de deslocamento, comprimentos de arco curtos e evitando movimentos transversais de tecelagem. Métodos de resfriamento forçado (por exemplo, usando placas de suporte de cobre ou resfriamento com água) podem ser aplicados à costura de solda para acelerar a taxa de resfriamento da junta soldada e reduzir o tamanho da zona-afetada pelo calor (HAZ).

Na soldagem-de múltiplos passes, a temperatura entre-passes deve ser rigorosamente controlada; o cordão de solda anterior deve esfriar abaixo de 60 graus antes do próximo passe ser depositado. A costura de solda na lateral do componente que estará em contato com o meio corrosivo deve ser soldada por último. Um tratamento pós{5}}com solução de soldagem deve ser realizado: a peça de trabalho é aquecida a uma temperatura entre 1.050 graus e 1.150 graus, seguida de têmpera. Este processo faz com que os precipitados de Cr23C6 nos limites dos grãos se redissolvam no interior dos grãos, restaurando assim uma microestrutura austenítica uniforme.

II. Rachadura Quente

Causas de rachaduras a quente

 

Um grande intervalo de temperatura entre as linhas liquidus e solidus-significando uma ampla faixa de temperatura durante o processo de solidificação-leva à segregação severa de impurezas de baixo-ponto de fusão-, que tendem a se concentrar nos limites dos grãos. Além disso, um alto coeficiente de expansão térmica resulta em tensões significativas durante o resfriamento e o encolhimento.

Medidas para controlar o cracking a quente

Controlar a microestrutura do metal de solda; idealmente, o metal de solda deve apresentar uma estrutura duplex, com o teor de ferrita mantido igual ou inferior a 3%–5%. Isso ocorre porque a ferrita tem a capacidade de dissolver quantidades significativas de impurezas nocivas, como enxofre (S) e fósforo (P). Controlar a composição química; reduzir o conteúdo de níquel, carbono, enxofre e fósforo no metal de solda-ao mesmo tempo em que aumenta os níveis de elementos como cromo, molibdênio, silício e manganês-pode efetivamente minimizar a ocorrência de trincas a quente.

Selecione um tipo apropriado de revestimento de eletrodo. O uso de eletrodos revestidos com baixo teor de-hidrogênio-promove o refinamento do grão no metal de solda, reduz a segregação de impurezas e aumenta a resistência a trincas. Por outro lado, eletrodos revestidos do tipo-ácido possuem fortes propriedades oxidantes, levando à queima significativa-dos elementos de liga e a uma consequente redução na resistência à trinca; além disso, resultam em estruturas de grãos grossos, tornando a solda altamente suscetível a trincas a quente. Empregue parâmetros de soldagem e taxas de resfriamento apropriados. Utilize parâmetros de soldagem "frios"-especificamente, baixa corrente e alta velocidade de deslocamento-para evitar o superaquecimento da poça de fusão e facilitar o resfriamento rápido; isso minimiza a segregação e melhora a resistência à trinca. Na soldagem com múltiplos-passes, controle rigorosamente a temperatura entre passes; certifique-se de que o cordão de solda anterior tenha esfriado a 60 graus antes de depositar o próximo cordão.

III. Fissuração por corrosão sob tensão

Causas de fissuras por corrosão sob tensão

 

A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) é um fenômeno de fissuração retardada que ocorre em juntas soldadas quando submetidas a tensões de tração em um ambiente corrosivo específico. Em juntas soldadas de aço inoxidável austenítico, o CAA representa um modo de falha particularmente grave, manifestando-se como uma fratura frágil não acompanhada por qualquer deformação plástica macroscópica.

 

Medidas contra a fissuração por corrosão sob tensão

 

Estabeleça procedimentos apropriados de formação, processamento e montagem para minimizar ao máximo a deformação induzida-pelo resfriamento; evite montagem forçada; e evitar a introdução de vários defeitos superficiais durante o processo de montagem (já que vários arranhões e arcos relacionados à montagem-podem servir como locais de iniciação de trincas para SCC e são propensos a evoluir para poços de corrosão). Selecione criteriosamente os consumíveis de soldagem. O metal de solda e o metal base devem ser bem{4}}combinados para evitar a formação de microestruturas indesejáveis-como granulação grosseira ou martensita dura e quebradiça. Empregue processos de soldagem apropriados. Garantir que o cordão de solda apresente boa morfologia, livre de defeitos que possam induzir concentrações de tensões ou pites (ex.: rebaixos); além disso, adote uma sequência de soldagem racional para minimizar as tensões residuais de soldagem. Implemente tratamentos-de alívio do estresse. Isso normalmente envolve tratamentos térmicos pós{13}}soldagem, como recozimento completo ou recozimento; nos casos em que o tratamento térmico é difícil de executar, métodos alternativos-como pós--peening de soldagem ou jateamento-podem ser empregados.

 

4. Má formação do cordão de solda

um. Causas da má formação do cordão de solda

Ao soldar aço inoxidável austenítico, o alto teor de elementos de liga no metal de solda resulta em baixa fluidez da poça de fusão, o que freqüentemente leva à má formação da superfície do cordão de solda. Isto se manifesta principalmente como formação deteriorada na parte posterior do passe de raiz e um acabamento superficial áspero no passe de cobertura. Embora o impacto da má formação da superfície no desempenho da solda não seja particularmente evidente sob condições de operação ambiente ou de alta-temperatura, sob condições de baixa-temperatura, as concentrações de tensão induzidas por tais defeitos podem afetar o desempenho da solda em baixa-temperatura de forma tão significativa quanto os defeitos internos da solda.

b. Medidas para má formação de cordões de solda

Problemas relacionados à má formação do cordão de solda-bem como o problema da corrosão intergranular dentro da-zona afetada pelo calor (ZTA)-podem ser resolvidos de maneira eficaz por meio da otimização dos processos de soldagem. Especificamente, o emprego da soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW) para o passe de raiz, combinado com o uso de baixo aporte de calor de soldagem, permite um controle eficaz sobre a extensão em que a ZTA é exposta à faixa de temperatura de sensibilização.

O aço inoxidável austenítico é um material amplamente utilizado nas indústrias química e petroquímica; no entanto, sua soldagem está sujeita a quatro tipos principais de defeitos-como corrosão intergranular e trincas a quente-cujas causas principais estão amplamente ligadas ao controle de temperatura, segregação elementar e tensão residual. Na melhor das hipóteses, estas questões apenas comprometem a morfologia da solda; na pior das hipóteses, degradam drasticamente o desempenho do material ou até mesmo precipitam fraturas frágeis. Consequentemente, estratégias eficazes de prevenção e controle exigem gerenciamento abrangente em vários estágios-incluindo seleção de eletrodos, otimização de parâmetros de soldagem e tratamento pós{5}}soldagem-com o controle preciso da entrada de calor servindo como ponto focal crítico.