Como prever defeitos de soldagem em aços inoxidáveis

A soldagem, por se tratar de um processo que envolve temperaturas bastante elevadas, apresenta um elevado nível de complexidade. O aumento de temperatura do material é heterogêneo ao longo de seu volume, o que faz com que diferentes regiões da peça atinjam temperaturas máximas distintas, bem como diferentes taxas de resfriamento. O resultado é uma microestrutura bastante complexa e heterogênea, a qual deve ser compreendida e controlada na medida do possível para que as propriedades do material não sejam comprometidas.

Um grupo de materiais de soldagem bastante complexa são, por exemplo, os aços inoxidáveis. Esses materiais apresentam uma ampla gama de possíveis elementos de liga e em teores que podem variar significativamente de uma liga para outra. Consequentemente, são suscetíveis a muitos dos possíveis defeitos de soldagem, tais como crescimento excessivo de grão, trincamento durante a solidificação, precipitação de fases indesejadas, trincamento a frio e assim por diante. Com base nisso, foi desenvolvida na década de 50 uma ferramenta que ainda hoje é bastante utilizada na soldagem de aços inoxidáveis: o diagrama de Schaeffler. Sabendo que dependendo da fase predominante nos aços inoxidáveis, estes são mais ou menos suscetíveis a determinados tipos de defeito, e relacionando isso ao efeito dos elementos de liga sobre a fase final formada nesse grupo de aços, Schaeffler foi capaz de confrontar composição química dos aços inox com seus mais prováveis defeitos após o processo de soldagem. O diagrama resultante é mostrado abaixo:

Diagrama_Schaeffler

Diagrama de Schaeffler usado para fazer um prognóstico da solda de aços inoxidáveis. Fonte: Kejelin, 2012

Como é possível observar, os eixos do diagrama são níquel e cromo equivalente. Esses valores são proporcionais às quantidades de elementos gama e alfagênios, respectivamente. Ou seja, com o aumento da quantidade de elementos de efeito semelhante ao níquel, a fase gama (austenita) tende a ser estabilizada, enquanto que o aumento de elementos do grupo do cromo tem o efeito contrário, tornando a fase alfa (ferrita) mais estável. Os teores de níquel e cromo equivalente podem ser calculados a partir das respectivas fórmulas:

Ni_equivalente = %Ni  + 30%C + 0,5%Mn

Cr_equivalente = %Cr + %Mo + 1,5%Si + 0,5%Nb

As percentagens relativas a cada elemento representam o desempenho do mesmo como elemento gama/alfagênico quando comparado aos efeitos do níquel e do cromo, dependendo do grupo em que o elemento se encontra.

As fases apresentadas pelo diagrama são austenita, ferrita, martensita, bem como combinações de duas e até de três fases. Como anteriormente mencionado, cada fase tem uma maior tendência a apresentar um tipo de defeito. Assim, é possível estimar antes mesmo de iniciar a soldagem quais são os defeitos finais esperados e, dessa forma, empregar ações corretivas contra os mesmos.

O diagrama de Schaeffler não considera o nitrogênio como elemento gamagênio. Este foi adicionado cerca de duas décadas depois, o que modificou um pouco a fórmula do níquel equivalente e gerou alterações na posição dos campos austenítico e ferrítico. Essas modificações culminaram na formação de um diagrama similar conhecido por diagrama de DeLong, que também pode ser usado para o prognóstico de soldagem de aços inoxidáveis. Para finalizar o mesmo, também é interessante levar em conta algumas outras situações que não são abordadas pelo diagrama de Schaeffler:

– Aços inoxidáveis austeníticos podem conter fósforo e enxofre, os quais favorecem a formação de trincas de solidificação e liquação. Assim, recomenda-se que esses elementos sejam limitados a um teor máximo de 0,04% e que o teor de ferrita no cordão de solda seja em torno de 10%, pois ela dissolve parte desses elementos e alivia tensões residuais durante o resfriamento, dificultando o ocasionamento do defeito.

– Pode haver corrosão nos aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, a qual deve ser também levada em conta.  Ela é ocasionada pela precipitação de carbetos de cromo nos contornos de grão, tornando as regiões adjacentes pobres em cromo. Como este elemento aumenta a resistência a corrosão do material, essa região fica mais sensível ao fenômeno,  efeito que é conhecido por sensitização.

Leia mais sobre soldagem:

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Referências:

Info Solda: Soldabilidade dos aços inoxidáveis;

KEJELIN, Norton Zanette. Soldagem de revestimento de aços comuns C-Mn com superliga a base de níquel inconel 625. 2012. 219 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de São Paulo, Florianópolis;

BAULY, Julio Cesar. Caracterização microestrutural e propriedades de juntas dissimilares entre aços inoxidáveis fabricadas por processos de fusão. 2000. 147 f. Dissertação (Mestrado em Ciências) – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, Universidade de São Paulo, São Paulo.

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