Soldabilidade do Níquel e suas Ligas
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ÍNDICE
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 02 História do níquel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Reservas mundiais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 04 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág pág 05 Reservas brasileiras _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 06 Características principais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Processos de soldagem _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 08 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 09 Segurança _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Preparação da superfície _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _pág 09 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 11 Tipos de chanfro _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Eletrodo revestido (SMAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 12 TIG (GTAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _pág 14 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 15 MIG/MAG (GMAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Arco submerso (SAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 16 _ _ _ _ _ pág 18 Soldagem de liga de níquel em Clad _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Metalurgia da soldagem e desenho _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 22 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 22 Soldabilidade _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Soldagem de materiais dissimilares _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 24 Consumíveis de níquel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 26 _ _ pág 27 Consumíveis para soldagem dissimilar _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Teste e inspeção _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 29 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 31 Conclusão _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Bibliografia _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 32
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NÍQUEL
O níquel (Ni), encontrado em alguns minerais, é um elemento químico, metálico, cuja concentração na superfície terrestre é da ordem de 0,008%. Tem uma cor branco-prateado, e suas características como ductibilidade, maleabilidade, elevado ponto de fusão, 1453º C, grande resistência mecânica à corrosão e a oxidação atribuem-lhe uma diversidade de usos. O uso do níquel remonta aproximadamente ao século IV A.C geralmente junto com o cobre já que aparece com frequência nos minerais deste metal. Bronzes originários da atual Síria tem conteudos de niquel superiores a 2%. Manuscritos chineses sugerem que o «cobre branco» era utilizado no Oriente desde 1400-1700 A.C, entretanto a facilidade de confundir as minas de níquel com as de prata induzem a pensar que ,na realidade, o uso do níquel foi posterior, a partir do século IV A.C. Os minerais que contém níquel, como a niquelina se tem empregado para colorir o vidro. Em 1751 Axel Frederik Cronstedt tentando extrair o cobre da niquelina, obteve um metal branco que chamou de níquel, já que os mineiros de Hartz atribuem ao «viejo Nick» ( o diabo ) o motivo pelo qual alguns minerais de cobre não poderiam ser trabalhados. O metal responsável por isso foi descoberto por Cronstedt na niquelina, o kupfernickel , diabo do cobre, como se chamava e ainda é chamado o mineral. A primeira moeda de níquel pura foi cunhada em 1881.
O uso do níquel pelo homem é conhecido desde a Antiguidade. A presença do níquel na composição de moedas japonesas de 800 anos A C., gregas de 300
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anos A C., e em armamentos de 300 ou 400 anos A C. são os primeiros registros de uso desse metal pelo homem. No entanto, a utilização do níquel no processo industrial verifica-se somente após a obtenção da primeira amostra de metal puro por Richter em 1804, e do desenvolvimento da liga sintética de ferro-níquel por Michael Faraday e associados em 1820. Em 1870, Fleitman descobre que a adição de uma pequena quantidade de magnésio tornava o níquel maleável, e em 1881 é cunhada a primeira moeda de níquel puro. Estas conquistas definem o início de uma era industrial de uso e aplicação intensiva do níquel, tendo com base as ligas desse metal não só com ferro, mas com outros metais como cobre, magnésio, zinco, cromo, vanádio e molibdênio. Paralelamente ao desenvolvimento dessas ligas e usos, pesquisas de fontes minerais de suprimento de níquel (jazidas minerais), bem como de processos de beneficiamento
mineral
e
refino
(metalurgia)
tem
sido
exaustivamente
desenvolvidos. Assim, desde a Antigüidade, o níquel é objeto de estudo e pesquisa quanto as suas propriedades químicas e físicas e ampliação do seu campo de aplicação. Atualmente a presença e o uso do níquel é cada vez maior na vida do homem moderno. É utilizado em diversas ligas, como o aço inoxidável, em galvanização, fundições, catalisadores, baterias, eletrodos e moedas, figuras 1 e 2. Dessa forma, o níquel está presente em materiais, produtos e equipamentos de transporte, bélicos, equipamentos eletrônicos, produtos químicos, equipamentos médicohospitalares, materiais de construção, equipamentos aeroespaciais, bens de consumo duráveis, pinturas, e cerâmicas.
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Figura 1
Principais aplicações do Níquel Galvanização 6%
10%
11%
Ligas não-ferrosas
12%
Aço inoxidável
61%
Outras (inclusive químicas) Outras ligas de aço (inclusive fundição)
Figura 2
Uso de Níquel na indústria Eletro-eletrônicos Transportes 11%
7%
15%
Engenharia 16%
16% 10%
24%
Produtos tubulares Bens m etálicos Edificações e construções Outros
Diante dessa enorme diversidade de usos industriais a que se serve, fica evidente que o níquel é um metal imprescindível à sociedade industrial moderna e de uma importância estratégica para muitos países.
Reservas Mundiais O níquel é encontrado em minerais sulfuretos, silicatados, arsenetos e oxidados. O teor de níquel no mineral e a concentração desse mineral em uma área bem definida e relativamente pequena na crosta terrestre definem os depósitos minerais que são explorados de acordo com suas reservas, e dessa forma constituem fontes de suprimento das demandas existentes. 6
As reservas mundiais de níquel em 2003 foram definidas por depósitos minerais que ocorrem em vários países. Neste contexto Austrália, Cuba e Canadá representam 46% do total das reservas mundiais atualmente conhecidas. Segue a esses, países como Brasil, Colômbia China, Grécia, Indonésia, Nova Caledônia, África do Sul e Rússia.
Reservas Brasileiras No Brasil as reservas de níquel aprovadas pelo DNPM encontram-se nos estados de Goiás (74,0%), Pará (16,7%), Minas Gerais ( 5,1%) e Piauí (4,2%). O recente desenvolvimento de projetos de pesquisa mineral em novos alvos, como também em depósitos minerais conhecidos, não só nesses estados, mas também em Mato Grosso, segundo o DNPM, é responsável pelo aumento das reservas brasileiras de níquel e sua elevação para 8 a posição no ranking mundial. Reservas Brasileiras de Níquel (Medidas) UF
Minério (t)
Ni Contido
Teor (%)
GO
228.415.454
3.380.549
1,48
PA
45.560.000
797.148
1,83
PI
20.007.510
314.118
1,57
MG
9.034.016
140.027
1,55
Total
301.016.980
4.631.842
1,61
Aplicações Aproximadamente 65% do níquel consumido é empregado na fabricação de aço inoxidável austenico e outros 12% em superligas de niquel. O restante 23% é repartido na produção de outras ligas metálicas, baterias recarregáveis, reações de catálise, cunhagens de moedas, revestimentos metálicos e fundição.
7
•
•
Alnico, ligas para imãs. O mu-metal se usa para proteger campos magnéticos por sua elevada permeabilidade magnética.
•
As ligas níquel-cobre ( monel ) são muito resistentes a corrosão, utilizandose em motores marítimos e indústria química.
•
A liga níquel-titânio ( nitinol-55 ) apresenta o fenômeno memória de forma e é
usado
em
robótica,
também
existem
ligas
que
apresentam
superelasticidade. •
cadinhos de laboratorios químicos.
•
Catalisador da hidrogenação de óleos vegetais
•
Usado em cordas de guitarra e outros instrumentos
Características Principais
Coloração Branco-Prateado
Condutor de Eletricidade e Calor
Material dúctil e maleável
Não pode ser laminado, polido ou forjado facilmente.
Resitente á corrosão e oxidação.
Só pode ser utilizado como revestiento por eletro deposição.
Elevado ponto de fusão: 1453ºC
Principais Ligas de Níquel:
Ni: Meios Alcalinos
Ni-Cu: Ácidos Redutores.
Ni-Mo: Ácidos Redutores.
Ni-Fe-Cr: Ácidos Oxidantes.
Ni-Cr-Si: Ácidos Super-Oxidantes.
Ni-Cr-Mo: Meios Alcalinos e todos os ácidos
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Principais Elementos das Ligas
Cromo: melhora a passivação.
Cobre: melhora a nobreza.
Molibdênio e Tungstênio: melhoram a nobreza e a resistência mecânica.
Ferro: influencia a passivação.
Silício: forma películas pseudo-passivas.
Nióbio(Colômbio) e Tântalo: aumentam a resistência mecânica.
Metalurgia das Ligas
A maior parte das ligas possui uma fase (CFC).
Muitas ligas são Super-ligadas obtidas através de recozimento e resfriamento, para manter a estrutura estavel à altas temperaturas.
Transformação de fase são possíveis com estes materiais super-ligados, quando submetidos á altas temperaturas (por e exemplo na soldagem).
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PROCESSOS DE SOLDAGEM
Introdução Juntas de alta qualidade são facilmente produzidas em ligas níquel por processos de soldagem convencionais. Contudo, algumas das características de ligas de níquel exigem o uso de técnicas um pouco diferentes do que aqueles usados para materiais comumente encontrados, tais como carbono e aços inoxidáveis. A escolha do processo de soldagem é dependente de muitos fatores. A espessura do metal base, design do componente, posição na qual o conjunto deve ser feita, e a necessidade de gabaritos, todos fatores a serem considerados para um projeto de fabricação. Condições de serviço e ambientes corrosivos os quais as articulações serão expostas e qualquer campo de construção e capacidades que possam ser exigidas também são importantes. Além disso, um procedimento de soldagem devem especificar os produtos de soldagem adequado.
Considerações Gerais A maioria das pessoas com experiência em operações de soldagem, tiveram experiência com a soldagem de carbono, liga, ou de aços inoxidáveis. Assim, este trabalho apresenta uma comparação das características das ligas de níquel e aços e dos processos e procedimentos utilizados para soldar eles. Procedimentos de soldagem de ligas de níquel são semelhantes aos utilizados para aço inoxidável. A expansão térmica das ligas de níquel assemelha-se com as do aço carbono, portanto a mesma tendência de distorção pode ser esperada durante a soldagem. Todos os cordões de solda devem ter contornos ligeiramente convexos, cordões côncavos devem ser evitados.
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O
pré-aquecimento de Ligas de níquel antes da soldagem não é normalmente
necessário. No entanto, se o metal base é frio (2°C ou menos), o metal dentro de aproximadamente 12 polegadas (300 mm) do local da solda deve ser aquecido para pelo menos 10°C acima da temperatura ambiente, para evitar a formação porosidades na solda. Tratamento térmico normalmente não é necessário para manter ou restabelecer a resistência à corrosão de uma solda de liga de níquel.
Segurança Como muitos processos industriais, há um potencial de perigos associados com a soldagem. A exposição da pele as altas temperaturas a que os metais são aquecidos e fundidos podem causar queimaduras muito graves. A radiação ultravioleta gerado pelo arco de solda, respingos da transf erência do metal de solda fundido podem causar graves danos oculares. Fumos de soldagem podem ser prejudiciais especialmente se o soldador está trabalhando em uma área confinada, com limitada circulação. Assim, soldadores devem estar cientes de perigos associados ao seu ofício, cuidados devem ser tomados e os equipamentos de proteção pessoal devem ser sempre utilizados. A American Welding Society (AWS) criou diretrizes e normas para seguran ça de solda e é uma excelente fonte de informação sobre o assunto.
Preparação Da Superfície A limpeza é o requisito mais importante para o êxito da soldagem de ligas níquel. A altas temperaturas, o níquel e suas ligas são suscetíveis à fragilização por substâncias como enxofre, fósforo, chumbo e alguns outros de baixo ponto de fusão. Essas substâncias estão freqüentemente presentes nos materiais utilizados em processos de fabricação. Exemplos disso são as graxas, óleos, tintas, fluidos de corte, tintas, produtos químicos, e lubrificantes de máquina. Uma vez que é freqüentemente impraticável evitar o uso destes materiais durante o processamento e a fabricação das ligas, é 11
obrigatório que o metal deva ser cuidadosamente limpo antes de qualquer operação de soldagem. As figuras 1 e 2 mostram os danos típicos de juntas soldadas que podem resultar da limpeza inadequada.
Figura 1
Figura 2
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O método de limpeza depende da composição da substância a ser removida. Marcação à lápis, tinta e materiais com óleo ou graxa podem ser removidos com desengordurantes ou com solventes adequados. Precauções de segurança do fabricante devem ser seguidas durante o uso de solventes e produtos de limpeza.
Tipos De Chanfros Diversos tipos de chanfros podem ser usados para a soldagem de ligas de níquel. Alguns exemplos são mostrados na figura abaixo:
A junta mais econômica é a que normalmente exige o mínimo de preparação, exige a menor quantidade de consumíveis de soldagem e ainda satisfaz as exigências a qual a junta será submetida. . Eletrodos Para a maioria das aplicações de soldagem, a composição química do eletrodo se assemelha ao do metal base. Antes da sua utilização, os eletrodos devem permanecer lacrados em seus recipientes à prova de umidade em uma área de armazenagem seca. Todos os recipientes abertos de eletrodos 13
devem ser armazenados em um gabinete equipado com uma estufa e aquecidos de 6º a 8°C acima da temperatura ambiente. O revestimento é higroscópico e irá absorver a umidade quando o elertrodo é exposto à umidade normal. Eletrodos que absorveram a umidade do ambiente podem ser recuperados por aquecimento. Eles podem ser aquecidos a 316°C durante 1 hr ou a 260°C por 2 horas.
Corrente Cada diâmetro do eletrodo tem uma escala ótima de operação. Quando utilizado dentro da gama de corrente especificada pelo fabricante os eletrodos têm arcos com boas características e fundem com o mínimo de respingo. Quando utilizado fora desse intervalo, no entanto, o arco torna-se instável, e os produtos tendem a superaquecer antes que todo o eletrodo seja consumido. Corrente excessiva pode também conduzir a porosidade, comprometendo as propriedades, porque os elementos de liga e os desoxidantes são destruídos (oxidado), antes de poderem ser derretidos na poça de fusão.
Eletrodo Revestido (SMAW) Em geral, o eletrodo revestido é usado para soldar materiais com espessuras acima de 1,6 mm. Materiais mais finos, no entanto, podem ser soldados por esse processo se utilizados gabaritos e equipamentos adequados.
Procedimento de Soldagem Níquel e suas ligas não fluem e nem se espalham como aço carbono. O operador deve dirigir o fluxo da poça de modo que o metal de solda se espalhe e preencha a junta a ser soldada. Para isso é realizado um leve traçado. O tipo de traçado e a quantidade dependerá de fatores tais como a concepção do conjunto, posição de soldagem, e 14
tipo de eletrodos. O cordão depositado sem traçado pode ser usado para o trabalho de um único cordão, ou em superfície estreita ou em passe de raiz. Um traçado no cordão é geralmente desejável mas não deve ser mais amplo do que três vezes o diâmetro da alma do eletrodo. Independentemente de saber se o soldador utiliza a técnica da traçagem ou do cordão reto, todos os cordões devem ter o formato ligeiramente convexo. Quando usado corretamente, os eletrodos devem apresentar um arco suave e sem gerar respingos. Quando respingos excessivos ocorrem, e geralmente uma indicação de que o arco esta instável, é a corrente muito alta, a polaridade não é inversa, ou que o eletrodo absorveu umidade. Excesso de respingos também pode ser causado por arco magnético abaixo do especificado. Quando o soldador estiver pronto para terminar o arco, primeiro deve ser aumentada a velocidade para reduzir o tamanho da poça. Esta prática reduz a possibilidade de trincas e oxidações, elimina bordas, e prepara o caminho para o próximo passe. A maneira pela qual o próximo passe é feita influencia significativamente na solidez da solda. O arco deve ser atingido na borda da peça e transportado de volta para inicio do passe em uma velocidade normal do cordão.
Limpeza A escória do metal é bastante frágil a melhor maneira de remover é com martelo picador de soldador. Deve em seguida, ser limpo escovado com um fio de aço inoxidável pincel que não tenha sido contaminado com outros metais. Escovação pode ser manual ou usando uma esmerilhadeira removendo a escória por completo (mais recomendado). Ao depositar um passe de soldagem múltipla, é essencial que todas as escórias devem ser removidas antes de um novo passe. A remoção é obrigatória para aplicações que requerem resistência à corrosão aquosa. Escória de solda pode agir como uma rachadura e provocar corrosão localizada em solução aquosa. A altas temperaturas a escória pode tornar-
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se fundido e reduzindo a camada de óxido protetora sobre a superfície de base das ligas de níquel, acelerando assim a oxidação (corrosão, carburação, etc.)
TIG (GTAW) O TIG é amplamente utilizado para o níquel e suas ligas. É especialmente útil para a soldagem de espessuras finas. A polaridade direta é recomendável para o processo manual e automatizado. Os gases de proteção podem ser o hélio, argônio, ou uma mistura dos dois. Adições de oxigênio, dióxido de carbono, de nitrogênio podem causar porosida de na solda ou erosão do eletrodo e deve ser evitada. Pequenas quantidades (até 5%) de hidrogênio podem ser adicionadas ao argônio para um passe-único de soldagem. O hidrogênio, produz um arco mais quente e mais uniforme. A utilização de hidrogênio é normalmente limitada a soldagem automática, como a produção de tubulação. Para soldagem de materiais finos sem a adição de metal de adição, o hélio mostrou-se as vantajoso em relação ao argônio, com porosidade reduzida e aumento na velocidade de soldagem. A tensão do arco para um determinado comprimento de arco é de cerca de 40% maior com hélio. Portanto, a entrada de calor é maior, o arco mais quente permite velocidades mais altas. A manutenção adequada dos equipamentos é essencial. Se a tampa da extensão do eletrodo ou a copa do gás se soltar, um efeito Venturi pode ser criado para extrair o ar em do fluxo de gás. Os anéis de água de refrigeração de equipamentos devem ser verificados periodicamente. Mesmo um pequeno vazamento de ar ou água pode fornecer contaminação suficiente para causar porosidade a solda. Eletrodos de tungstênio ou aqueles ligados com tório podem ser utilizados. Um eletrodo com 2% de tório vai dar bons resultados para a maioria das aplicações de soldagem. Embora o custo inicial dos eletrodos ligados ser maior, a sua vida é 16
mais longa, e a vaporização é menor, tornando-os mais econômicos a longo prazo. Independentemente do eletrodo utilizado, é importante evitar o superaquecimento. A forma da ponta do eletrodo tem um grande significado na profundidade de penetração e na largura do cordão, especialmente com a corrente de soldagem maior que 100 ampéres. A melhor estabilidade do arco e o controle da penetração são realizados com uma ponta afinada. O eletrodo de tungstênio ficará contaminado se encostar no metal base durante a operação de soldagem. Se isso ocorrer, o eletrodo deve ser limpo e reformulado por trituração.
MIG/MAG (GMAW) O GMAW é um processo popular porque possui elevada taxa de deposição e é um dos preferidos do soldador. A maior parte das ligas de níquel podem ser soldadas por este processo. Os modos de transferências recomendados são: spray, curtocircuito, e pulsante, todos com excelentes resultados. A transferência globular não é recomendada devido a dificuldades na penetração. Algumas fontes de energia são capazes de múltiplos modos de uso, enquanto outras só podem ser utilizadas em um único modo.
Spray:
A transferência por spray é geralmente limitada a posição plana;
É uma transferência com alto nível de calor;
Algumas ligas não são capazes de serem soldadas por este processo devido a problemas com solidificação a quente e posteriormente rachaduras.
Curto-circuito:
Normalmente utilizado para materiais de espessuras finas, até 3,2mm;
É uma transferência com baixo nível de calor;
Limitado a soldagem de passe único;
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Quando utilizado para vários passes, resulta em falta de fusão e penetração.
Pulsado:
Utilizado normalmente com o pulso de 60 ou 120 ciclos por segundo;
Quando utilizado altas taxas de pulso o processo se assemelha com o modo de transferência spray, porém com menor nível de calor. A polaridade inversa em corrente contínua é a recomendada para todos os modos de transferência;
ARCO SUBMERSO (SAW)
Recomendado para soldar materiais de grande espessura;
Comparado com o GMAW automático, sua taxa de deposição é de 35% a 50% maior, o arco é mais estável;
Facilmente aplicável para solda de revestimento;
Normalmente utilizado com equipamentos automatizados;
Devido a sua baixa penetração, exige precisão no posicionamento do eletrodo, por isso a soldagem manual não é recomendada;
O fluxo protege o cordão de solda de contaminações do ambiente, garante estabilidade do arco e contribui com adições metálicas no cordão.
O bocal de deposição do fluxo, deve ser ajustado para que este fluxo chegue antes da tocha no metal base para proteger o arco;
O arame utilizado é igual ao do processo GMAW;
Os diâmetros variam de 1,1 a 2,4mm sendo que o de 1,6mm é o mais recomendado.
Ambas as polaridades são usadas;
Direta:
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É usada para solda de revestimento, onde o consumo de fluxo e a deposição são maiores;
Inversa:
É mais utilizado para soldas de topo, produz um cordão mais plano e maior penetração.
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SOLDAGEM DE LIGA DE NÍQUEL EM CLAD Quando somente uma seção fina de uma liga de níquel é necessária para proteger o componente de uma corrosão significativa, é possível fabricá-lo em liga de aço e revestida com liga de Níquel. Pelo uso de cladeamento, o componente atende aos requisitos, enquanto o revestimento fino da liga o protege do ataque corrosivo. A chapa de aço revestido normalmente custa metade do preço de uma placa maciça de liga de níquel. Chapas de aço liga são facilmente revestidas por processos convencionais de soldagem utilizando os consumíveis de liga níquel padrão.
Procedimentos de soldagem O Equipamento deve ser projetado para manter a integridade e resistência à corrosão da liga de revestimento, bem como a resistência do aço. Esta exigência influencia a seleção dos consumíveis, desenho da junta e técnica de soldagem. A Diluição de ferro na soldagem deve ser evitada, porque o conteúdo de ferro compromete a resistência da solda a corrosão e as propriedades mecânicas. A escolha dos consumíveis para unir uma chapa de aço revestido é crítica. Devido à propensão para diluição de ferro durante a soldagem é sugerido um consumível de alta liga de solda maior do que o revestimento do material que pode ser utilizado para compensar os efeitos da diluição de ferro comumente encontradas na soldagem placas de aço revestidas. Por exemplo, numa chapa de aço liga revestida com INCONEL C-276 é melhor soldar com INCO-WELD 686CPT. Chapas de aço (3/16 a 3/8 polegadas) são normalmente revestidas com faixas de solda de liga de Níquel. Pode ser mais econômica e viável do que usar uma grande espessura de aço comum. Depositar aço sobre carbono em liga de níquel não é recomendado, pois os mesmos podem diluir os componentes da liga de níquel e pode causar no aço 20
dureza excessiva e rachaduras. Chapas de aço Clad são unidas por meio de técnicas de soldagem que ocorrem a partir do lado de aço, ou do lado revestido, ou em ambos os lados. Acessibilidade e espessura placa geralmente ditam como se deve soldar. Geralmente é melhor soldar em ambos os lados da chapa revestida, quando possível. A chapa clad é soldada de ambos lados com o primeiro passe na face cladeada com uma técnica de objetivo que não haja total penetração na face revestida. Dessa maneira não há diluição de ferro e não compromete a estrutura como ilustra a figura 14.
O processo de soldagem em uma chapa grossa revestida deve se feito em ambos os lados e soldamos um lado por consumíveis comum e no lado cladeado aplicamos os primeiros passos com consumível comum depois revestimos com consumível especial para ser mais econômico. Preparações de junta devem ser feitas de modo a dar boa acessibilidade e
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penetração. As Figuras 15a e 15b mostram projetos recomendados.
Para duas faixas de espessura. É preferido que a parte de aço da chapa seja soldada primeiro com o consumível de soldagem apropriado para o tipo específico de aço. Ele é importante para evitar a diluição de níquel e outros elementos de liga no primeiro passe e no revestimento pois podem causar excessiva dureza e rachaduras. Também a penetração da revestimento com a solda de aço compromete a resistência a corrosão do revestimento. Os conjuntos nas figuras 15A e 15B incluem um pequeno calço de aço para ajudar a evitar a penetração de aço em um revestimento de liga de níquel. Após a soldagem, a face deve ser preparada por usinagem conforme o caso, e uma solda depositada com a liga desejada. A solda no lado revestido da placa será um pouco diluída com a solda de reforço. Para manter a resistência à corrosão, pelo menos, duas (de preferência três ou mais camadas) deve ser depositado no lado revestido. Além disso, o uso de uma liga de solda mais alta é sugerido e a solda tem que ser finalizada pelo lado revestido. Quando a soldagem deve ser feita em apenas um lado, desenhos convencionais de junta são utilizados. Se a soldagem é feita a partir do lado da liga, o aço pode ser soldado com seus consumíveis de soldagem apropriados e somente a face cladeada é soldada com o próprio consumível e a interface do aço deve ser associada com o consumível de soldagem da liga.
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Se a soldagem for feita do lado do aço deve-se considerar que ela toda deverá ser depositada com consumível especial. Deve-se considerar que soldas depositadas em um só lado algum grau será diluído com o ferro. Assim, a sua resistência a corrosão será reduzida em conformidade. Para compensar os efeitos de diluição ligas superiores devem ser usados. Para melhor controlar e minimizar as tensões residuais e distorção é feito em chapas grossas um duplo "V", como é visto na Figura 15c ou um duplo "U" ou duplo "J" comuns "pode ser preferida quando ambos os lados da solda comum são acessíveis.
Com essa configuração comum, um lado será soldado com consumíveis apropriados do aço, e a outra face com consumíveis especiais a deposição pode ser feita totalmente com ligas especiais ou feito a soldagem com consumíveis comum e depois ser revestida com no mínimo três cordões de ligas especiais. O engenheiro de soldagem deve ser alertado para ter certeza que os efeitos de diluição de ferro são considerados quando determinar que consumível de soldagem deve ser adequado. A técnica descontinuada é usada às vezes ao se juntar uma chapa de aço revestido de grande espessura. Com este método de revestimento adjacente à junta soldada é removido conforme mostra a Figura 16. O Metal base de aço é então soldado usando uma Junta padrão comum e o consumível de soldagem. 23
Após a conclusão da solda, a integridade do revestimento é restaurado por uma solda Sobrepondo técnica. A principal vantagem do método strip-back é que ele elimina a possibilidade de rachaduras causadas pela penetração de aço no revestimento.
Metalurgia da Soldagem e Desenho Os procedimentos de adesão em Liga de níquel devem refletir todos os aspectos metalúrgicos de operação. E uma vez que muitas das ligas de alto desempenho utilizam fenômenos complexos no desenvolvimento de níveis elevados de resistência à corrosão, o engenheiro de soldagem deve entender completamente a metalurgia do metal base e os produtos de soldagem. Fatores Metalúrgicos influenciam fortemente nos processos de soldagem de materiais dissimilares e precipitação das ligas endurecíveis. Qualquer junta soldada pode sofrer mudanças metalúrgicas quando submetida a trabalho a frio e tratamento térmico. Para o serviço de alta temperatura, ambas as considerações de projeto metalúrgico são importantes na vida útil dos equipamentos fabricados.
Soldabilidade No desenvolvimento de um procedimento de soldagem, o engenheiro primeiro deve afirmar que os produtos de interesse são soldáveis. A liga de composição, estrutura, propriedade térmica e mecânica afetam na sua soldagem. Ligas ferrosas geralmente apresentam melhor soldabilidade e fundição. A estrutura cristalina das peças fundidas muitas vezes apresentam segregação
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elementar grave. Além disso, as fundições freqüentemente contêm acréscimos significativos de silício de fluidez e o silício pode comprometer a resistência a trincas a quente de algumas ligas e, assim a sua soldabilidade. Materiais com uma estrutura de grãos grosseiros (ASTM Número 5 ou mais grossos) são geralmente considerados menos soldáveis do que aqueles com as estruturas do grão mais fino. Material de grãos grosseiros são particularmente propensos a microfissuração do metal. O Tamanho de grão pode restringir o uso de processos com grande consumo de energia (por exemplo, Mig em modo de transferência Spray e solda a feixe de elétrons).
Tabela 16 ilustra o efeito do tamanho de grãos em seleção de processos de soldagem de ligas diversas. 25
As Ligas são melhor soldadas na condição recozidas. Ligas com elevados níveis de tensão residual devido à agitação nos grãos, pode ser propensa a rachaduras. Produtos de liga recozidos a temperaturas mais baixas geralmente apresentam estruturas de grão mais finas do que aqueles recozidos a temperaturas mais elevadas, portanto, são encontradas para oferecer uma solda melhor. Algumas ligas devem ser recozidas antes do tratamento térmico final (por exemplo, a precipitação endurecível ou ser colocado em alta temperatura condições de serviço (por exemplo, liga INCONEL 601 ou 617 ou Liga INCOLOY 800HT ou 803).
Soldagem De Materiais Dissimilares As informações aqui apresentadas podem ser usadas como uma orientação gera l na escolha de um CONSUMIVEL de soldagem para um conjunto diferente. Os efeitos da mistura de diferentes matérias são complexas demais para permitir a previsão de resultados com certeza absoluta. Contudo, com uma estimativa precisa de taxas de diluição, os procedimentos irão eliminar julgamentos inúteis em mostrando que eletrodos e arames tem alta probabilidade de sucesso.
Geral Soldagem dissimilar envolve frequentemente considerações metalúrgicas complexas. A composição do depósito da solda é controlado não só pelo eletrodo ou arame, mas também pela quantidade de diluição dos elementos dos dois metais unidos. A quantidade de diluição varia de acordo com o processo de soldagem, a técnica do operador , bem como a elaboração da junta. Todas estes influenciam na escolha de um método de união e um material de soldagem que irá produzir uma junta soldada com as propriedades exigidos pelo aplicativo. Como mostra a Figura 19,
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O consumivel pode ser diluído em parte por um metal base e parcialmente por cordão anterior ou totalmente por passes anteriores.
Limites De Diluição Uma vez que a composição química potencial de diferentes materiais a serem soldados é determinada, torna-se necessário determinar se essa composição é aceitável. Isso pode ser feito em geral através do seguinte limite de diluição. É de notar que estes valores são de natureza geral e não oferece nenhuma garantia é feita quanto à sua precisão absoluta. Além disso, a tendência de quebra de um solda será também influenciada pela sua configuração, tamanho, tensões residuais, o processo de soldagem a ser utilizado, etc Os elementos que normalmente diluem em uma liga de níquel são o cobre, cromo e ferro. Todos os produtos podem aceitar diluição ilimitada, sem prejuízo de níquel. Os limites de diluição estão previstos na seguinte discussão e se aplicam apenas a solução sólida do consumível e metais base forjado . Os valores devem ser considerados nas orientações. Os casos duvidosos podem exigir que um julgamento comum a ser avaliado. Quando um metal de solda será diluído por mais de um elemento é potencialmente prejudicial (por exemplo, Pb, Sn, e Zn), o subsídio deve ser feita para possíveis adições.
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Consumiveis De Soldagem Em Níquel O Eletrodo 141 e o arame de Níquel 625 (NiCrMo-3) possuem limites de alta solubilidade para uma variedade de elementos, e, do ponto de vista de tolerância de diluição, são excelente para a soldagem de materiais diferentes. A utilização de produtos para soldagem de materiais dissimilares, no entanto, é muitas vezes limitada pela sua menor resistência, em comparação com outras ligas de níquel. Os limites de diluição que seguem não se aplicam aos eletrodos Nirod e NI-ROD 55. Esses eletrodos são especificamente formulados para a soldagem de ferro fundido. Os consumíveis têm solubilidade total para o cobre e pode aceitar diluição ilimitada por esse elemento. A diluição de Cromo no Eletrodo 141 não deve ultrapassar 30% o eletrodo 141 pode tolerar diluição de cerca de 40% de ferro. No entanto no arame 62 não deve ser diluído com mais de 25% de ferro.
Consumiveis de Monel (Ni-Cu e Cu-Ni) Os consumíveis de níquel-cobre e cobre-níquel (Eletrodos 190 e 187, e arames 60 e 67) pode tolerar a diluição ilimitada de cobre. Os depósitos de solda níquel-cobre podem ser diluídos com até para cerca de 8% de cromo. Depósitos de cobre-níquel (arame 67 e eletrodo 187) não deve ser diluído com mais de 5% de cromo. Os limites de diluição para os depósitos de ferro em Monel 60 são influenciados pelo processo de soldagem utilizado. Se o depósito for aplicado por arco submerso, ele pode tolerar diluição de até 22% de ferro. Com um processo Mig/Tig, o depósito só pode ser diluído em até 15% de ferro, sem perda de propriedades mecânicas. Se um aço comum que envolva deve ser soldada por um processo Mig/Tig com o arame 60, uma almofada de arame 61 primeiro deve ser aplicada ao aço. Já os 28
depósitos feitos com o Eletrodo 190 pode ser diluído até 30% ferro. A diluição de ferro em depósitos de solda cobre-níquel (arame 67 e eletrodo 187) não deve ultrapassar 5%.
INCONEL (Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Ni-Cr-Co-Mo) Consumiveis O consumíveis INCONEL de solda são os materiais mais utilizados para a soldagem dissimilar. Os consumíveis produzem depósitos de solda de alta resistência e os depósitos podem ser feitos em uma variedade de diferentes materiais com nenhuma redução de propriedades mecânicas. Incluído no grupo de níquel-cromo de soldagem o INCO-WELD um eletrodo, que tem excepcional capacidade de soldagem dissimilar. A diluição de cobre em consumíveis de soldagem INCONEL não deve exceder 15%. O teor de cromo total máximo pode ser de até 30%. Como os produtos de solda contêm 15-20% de cromo, a diluição de cromo deve ser mantida abaixo de 15%. Os depósitos de níquel-cromo no eletrodo revestido pode aceitar a diluição de cerca de 50% de ferro. A diluição de silicio nos depósitos de níquel-cromo devem também ser considerados, especialmente se a articulação envolve um material fundido. Total de teor de silício no depósito de solda não deve exceder cerca de 0,75%.
Consumiveis para Soldagem Dissimilar. Os requisitos ambientais de algumas soldas serão exigir que eles sejam depositados na não-correspondência metal de solda. Ferro Fundido é geralmente soldado com eletrodos de níquel e níquel-ferro (NI e NI-ROD ROD-55) para a força, ductilidade, usinabilidade, e outras propriedades de interesse. Aços de níquel para aplicação criogênica (por exemplo, 9% Ni aço para gás natural liquefeito ) são muitas vezes soldados com INCONEL devido à sua resistência à
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tração e tenacidade a baixas temperaturas. O Monel 400 para aplicação em solução salina é soldada com Eletrodo 112 e o arame 625 para evitar o ataque na soldas, devido à corrosão galvânica das soldaduras. Super-Aços Inoxidáveis Austeníticos (tipicamente, Fe-25%, Ni-20% Cr-6% de Mo0,2% N) são normalmente soldados com Eletrodo 112 e 122, e o arame 625 e 622 contêm maior teor de molibdênio. Estas soldas apresentam resistência à corrosão igual ou maior do que o metal base. Uma solda de revestimento é necessária para compensar a segregação elementar que ocorre durante a solidificação da solda. Estes exemplos são de forma exaustiva, mas destinam-se a ilustrar a versatilidade das ligas na solda na resolução de requisitos específicos de solda em metais diferentes.
Aplicações de soldagem. Algumas diretrizes gerais para a seleção dos consumíveis de soldagem para soldar materiais diferentes são encontrados na tabela 17.
Além da diluição, as diferenças térmicas a expansão e ponto de fusão podem influenciar o seleção do consumivel para juntas dissimilares, especialmente
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quando as peças soldadas serão expostas a elevadas temperaturas. Diferenças de expansão em peças a serem unidas podem resultar em tensões significativas na área comum e resultando uma redução da resistência à fadiga. Se um dos metais base possui uma menor força, um metal de adição que tem uma taxa de expansão próxima à do metal base mais fraca deve ser selecionada. O estresse resultante da desigualdade de expansão será, então, concentra-se na lateral da articulação. Juntando pedaços de aço inoxidável austenítico e aço doce ilustra a importância da expansão térmica. A taxa de expansão do aço carbono é menor que a do aço inoxidável. Do ponto de vista de diluição, um eletrodo de aço inoxidável ou INCONEL cromo seria adequado. Assim, se a junta é soldada com aço inoxidável o produto, tanto no metal base quanto no consumível de aço inoxidável o metal expandi de forma semelhante e concentrar-se ao longo do mais fraco (leve de aço). Se a junta soldada com INCONEL , o estresse resultante da desigualdade expansão será limitada ao mais forte. Eletrodos de INCONEL ou arame 82 fornecem vida útil 5-7 vezes maior do que o aço inoxidável 309
Teste e Inspeção Soldas de ligas de níquel são normalmente testadas e inspecionadas por procedimentos semelhantes aos utilizados em soldas de aço carbono e aço inoxidável. As Técnicas de inspeção incluem exame visual, radiografico,e testes mecânicos (por exemplo, de tração e impacto) e metalografia. A inspeção de partículas magnéticas pode ser utilizada para inspecionar soldas em níquel puro (por exemplo, Níquel 200 e 201). No entanto, as ligas de níquel são de propriedade não-magnética mais em condições para inspeção com partículas magnéticas não é possível. Líquido penetrante é amplamente utilizado para localizar defeitos de superfície de pequeno porte.
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Testes De Dobramento Teste de curvatura é frequentemente utilizado para avaliar a solidez e ductilidade de juntas soldadas. Ambos testes de dobramento são usados. As amostras podem ser testadas com a solda orientada tanto transversal ou longitudinal. Amostras transversais são comumente utilizadas para qualificação da solda. No entanto, as variações nas propriedades através da solda podem gerar resultados confusos levando à rejeição de soldas aceitáveis. Uma amostra de teste de inclinação transversal contém várias zonas distintas, que podem ter propriedades muito diferentes. Isso pode resultar em deformação irregular da amostra durante o ensaio. Por exemplo, se o metal de solda é um pouco mais fraco do que o metal base (por exemplo, como quando duas peças de material de trabalho a frio são juntadas) deformação durante a flexão em grande parte ocorrem na solda. Embora a soldagem possa ter excelente ductilidade, ela pode se romper durante flexão devido à deformação na solda em relação ao metal base ser mais forte. O efeito é mais pronunciado nas articulações em diferentes que um membro da força é menor do que o outro.
A figura 26 mostra uma face transversal de dobramento em espécime de uma junta de Níquel 200 e aço carbono. Quase todos os alongamentos foram no lado Nickel 200 do conjunto. O Alongamento médio é medido em uma distância entre
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todo o conjunto que pode ser de 20%. No entanto, o alongamento ocorrido na face do Nickel 200 pode ser de 40% ou mais. O dobramento Longitudinal mostra o teste em que a solda é no centro e paralelamente à borda deforma-se mais uniformemente, produzindo, assim, resultados mais confiáveis. Como mostra a Figura 27, todas as áreas da junta deve se prolongar ao mesmo ritmo, independentemente das diferenças de força. Enquanto eles exigem uma maior quantidade de soldagem para a preparação de uma amostra, os ensaios de dobramento longitudinal dão ao inspetor uma avaliação um tanto mais realista na qualidade da soldagem. Assim como os resultados dos ensaios de dobramento transversal pode ser enganoso, ensaios de tração cisalhamento transversal a direção da soldagem pode gerar resultados igualmente enganosos para as mesmas razões. Os testes de tração longitudinal são preferenciais para a determinação da resistência e ductilidade do metal de solda.
Exame Visual Certamente, o método mais utilizado de inspeção de solda é o simples exame visual. A Inspeção visual pode ser reforçada pelo condicionamento do espécime a ser examinado para melhor definir detalhes da estrutura de solda. A superfície de amostra a ser gravada deve ser preparada por polimento.
Conclusão A principal utilização do níquel é para soldagem de revestimento, onde o equipamento ou a peça requer grande resistência a corrosão e altas temperaturas. Seu custo é menor quando comparado com o aço inox, porém, ainda é pouco utilizado no Brasil em relação ao mesmo.
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