Introdução
Na fabricação de equipamentos químicos e petrolíferos, para economizar níquel, um material caro, o aço é frequentemente soldado ao níquel e às suas ligas.
Os principais problemas da soldagem
Na soldagem, os principais componentes da solda são ferro e níquel, que possuem solubilidade mútua infinita e não formam compostos intermetálicos. Em geral, o teor de níquel na solda é relativamente alto, de modo que não se forma uma camada de difusão na zona de fusão da junta soldada. O principal problema da soldagem é a tendência à formação de porosidade e trincas a quente na solda.
1. Porosidade
Na soldagem de aço, níquel e suas ligas, os principais fatores que afetam a formação de porosidade na solda são o oxigênio, o níquel e outros elementos de liga.
① Efeito do oxigênio. Na soldagem, o metal líquido pode dissolver mais oxigênio, e o oxigênio em altas temperaturas e a oxidação do níquel levam à formação de NiO. O NiO pode reagir com o hidrogênio e o carbono no metal líquido para gerar vapor de água e monóxido de carbono na poça de fusão solidificada, que, por sua vez, não conseguem escapar, resultando na formação de porosidade na solda. Na soldagem por arco submerso de níquel puro e ferro-níquel Q235-A, quando o teor de nitrogênio e hidrogênio não varia muito, quanto maior o teor de oxigênio na solda, maior o número de poros na solda.
② Efeito do níquel. Na solda ferro-níquel, a solubilidade do oxigênio no ferro e no níquel é diferente. A solubilidade do oxigênio no níquel líquido é maior do que no ferro líquido, enquanto a solubilidade do oxigênio no níquel sólido é menor do que no ferro sólido. Portanto, a mudança repentina na solubilidade do oxigênio durante a cristalização do níquel é mais pronunciada do que durante a cristalização do ferro. Consequentemente, a tendência à porosidade na solda, quando o teor de Ni é de 15% a 30%, é pequena. Quando o teor de Ni é alto, entre 60% e 90%, essa tendência aumenta, e a quantidade de aço dissolvido diminui, resultando em uma maior tendência à formação de porosidade.
③ Influência de outros elementos de liga. Quando a solda ferro-níquel contém manganês, cromo, molibdênio, alumínio, titânio e outros elementos de liga, ou em conjunto com outros elementos de liga, a resistência à porosidade da solda pode ser melhorada. Isso ocorre porque o manganês, o titânio e o alumínio, entre outros, atuam como agentes desoxigenantes, enquanto o cromo e o molibdênio melhoram a solubilidade da solda no metal sólido. Portanto, a solda de níquel com aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti apresenta maior resistência à porosidade do que a solda de níquel com aço Q235-A. O alumínio e o titânio também podem fixar o nitrogênio em compostos estáveis, o que também contribui para a melhoria da resistência à porosidade da solda.
2. Rachaduras térmicas
Em soldas de aço e níquel e suas ligas, a principal causa de fissuração térmica é que, devido ao alto teor de níquel na solda com organização dendrítica, ocorre a concentração de um grande número de cocristais de baixo ponto de fusão nas bordas dos grãos grosseiros, enfraquecendo a ligação entre os grãos e reduzindo a resistência à fissuração do metal de solda. Além disso, um teor de níquel muito alto no metal de solda também tem um impacto significativo na tendência à fissuração térmica em soldas ferro-níquel, assim como impurezas como oxigênio, enxofre e fósforo.
Ao utilizar fluxo isento de oxigênio, devido à redução na quantidade de oxigênio, enxofre, fósforo e outras impurezas nocivas na solda, especialmente a diminuição do teor de oxigênio, a quantidade de trincas é significativamente reduzida. Isso ocorre porque, durante a cristalização da poça de fusão, o oxigênio e o níquel podem formar o eutético Ni + NiO, com temperatura eutética de 1438 °C, e o oxigênio também pode potencializar os efeitos nocivos do enxofre. Portanto, quando o teor de oxigênio na solda é alto, a tendência à fissuração térmica é maior.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb e outros elementos de liga podem melhorar a resistência à fissuração do metal de solda. Mn, Cr, Mo, Ti e Nb são agentes metamórficos, refinando a organização da solda e interrompendo a direção de sua cristalização. Al e Ti também são fortes agentes desoxidantes, reduzindo a quantidade de oxigênio na solda. O Mn pode formar compostos refratários com S, como o MnS, o que reduz os efeitos nocivos do enxofre.
Propriedades mecânicas de juntas soldadas
As propriedades mecânicas das juntas soldadas de ferro-níquel estão relacionadas aos materiais do metal de adição e aos parâmetros de soldagem. Ao soldar níquel puro e aço de baixo carbono, quando o equivalente de Ni na solda é inferior a 30%, sob o resfriamento rápido da solda, uma estrutura martensítica aparecerá na solda, causando uma queda acentuada na plasticidade e tenacidade da junta. Portanto, para obter melhor plasticidade e tenacidade da junta, o equivalente de Ni na solda de ferro-níquel deve ser superior a 30%.
Data da publicação: 10 de março de 2025