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Idealmente, os materiais de base usados em uma aplicação de soldagem combinarão perfeitamente na composição química e mecânica. No entanto, as empresas de manufatura, fabricação, construção e outras indústrias podem ocasionalmente achar necessário - tanto por requisitos de custo como de condições de serviço - soldar materiais diferentes. Soldar materiais diversos, como aço inoxidável e aço carbono, pode ser uma escolha muito mais econômica do que fabricar uma estrutura inteiramente em aço inoxidável.
A soldagem de materiais diferentes é comum em certas instalações de geração de energia, como refinarias petroquímicas, bem como em muitas instalações de mineração e processamento mineral. A resistência à corrosão proporcionada pelo aço inoxidável é frequentemente necessária para equipamentos nessas instalações. Quando o ambiente ou as condições de serviço permitirem, entretanto, o material pode ser soldado em aço carbono mais barato. Nessas aplicações, o aço carbono, que inclui ligas leves e baixas, desempenha o importante papel de redução de custos na construção e operação dessas fábricas.
Como acontece com qualquer aplicação de soldagem, obter sucesso na soldagem de aços diferentes requer a seleção cuidadosa dos metais de adição e os procedimentos de soldagem adequados. Isto é válido independentemente do processo utilizado pela aplicação de soldagem.
Observe que o tópico de união de metais diferentes abrange um enorme número de materiais e processos de fabricação. Os conselhos e sugestões oferecidos neste artigo se aplicam a uma variedade de aço inoxidável e aço carbono, incluindo a combinação comumente usada de aço inoxidável austenítico 304L e aço macio, bem como menções de duplex e outros tipos de aço inoxidável. Os operadores de soldagem que não têm certeza sobre uma aplicação devem sempre consultar um distribuidor de soldagem ou um fabricante de metal de adição para recomendações específicas de soldagem e metal de adição.
Três fatores a serem lembrados
Ao soldar aço inoxidável com aço carbono, é fundamental prestar atenção à química, às propriedades mecânicas e à resistência à corrosão para evitar possíveis problemas. Por todos os três fatores, escolher o metal de adição correto pode ajudar a reduzir preocupações. Por exemplo, ao unir o aço inoxidável 304L ao aço-carbono, o metal de adição mais comumente recomendado é o 309L. Durante o processo de soldagem, a solda é diluída com parte do aço inoxidável de um lado da junta e parte do aço macio do outro lado, misturando o material de cada lado da solda. O objetivo é criar um depósito final de solda cuja química seja compatível com cada lado da junta soldada. O uso de metal de adição 309L atinge esse objetivo ao unir o aço inoxidável 304L ao aço-carbono.
Novamente, se houver incerteza sobre a seleção adequada do metal de adição, lembre-se de consultar um distribuidor de soldagem ou um fabricante de metal de adição antes de tentar a soldagem diferente.
Também é importante combinar as propriedades mecânicas de cada tipo de material. Alcançar uma correspondência mecânica é uma função de ter a química correta e também um reflexo do calor criado pelo procedimento de soldagem. Como regra geral, ao soldar qualquer tipo de aço inoxidável com aço carbono, o metal de adição deve corresponder ou exceder ligeiramente as propriedades mecânicas do mais fraco dos dois materiais. Por último, é importante, ao soldar aço inoxidável e aço-carbono, manter a resistência à corrosão da junta de solda e do metal base de aço inoxidável próximo.
A entrada de calor é importante
Para abordar os fatores químicos, propriedades mecânicas e resistência à corrosão, é importante seguir um procedimento de soldagem adequado que limite o calor entrada para a solda e material de base inoxidável. Limitar a entrada de calor reduz a diluição do depósito de solda com a porção de aço macio da junta de solda. Isto, por sua vez, ajuda a manter o teor de liga do depósito de solda e sua resistência à corrosão desejada.
No caso de alguns aços inoxidáveis, a entrada moderada de calor também protege a resistência à corrosão, evitando a criação de fases indesejáveis no aço inoxidável. lado de aço da junta. Por exemplo, os aços inoxidáveis austeníticos da série 300 estão sujeitos à precipitação de carboneto se mantidos por muito tempo em uma faixa crítica de temperatura de 800 graus a 1400 graus Fahrenheit. Minimizar o tempo nesta faixa - e selecionar um metal base e metal de adição com baixo teor de carbono - pode evitar que esse problema ocorra. O uso de classes estabilizadas de metais de adição (ER321 ou ER347, por exemplo) também pode ser garantido e pode servir como garantia adicional para evitar a precipitação de carbonetos.
Outras classes de aço inoxidável podem formar fases indesejáveis que resultam em fragilidade ou baixa resistência à corrosão se mantido por muito tempo em alta temperatura. A fase Sigma (uma fase intermetálica quebradiça com alta dureza) pode se formar em alguns tipos de aço inoxidável em temperaturas elevadas e pode comprometer seriamente as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Nos aços inoxidáveis duplex, por exemplo, o aporte térmico é responsável pelo equilíbrio entre ferrita e austenita na solda final e na zona termicamente afetada (ZTA). O nível adequado de entrada de calor pode ajudar a manter a quantidade desejada de cada fase na ZTA acabada da solda e do metal base.
Armadilhas a serem evitadas: empenamento, rachaduras e oxidação
O aço inoxidável possui alto coeficiente de expansão térmica, medida que se refere à taxa com que um material se expande com as mudanças de temperatura. Resumindo, o aço inoxidável se expande e contrai mais com as mudanças de temperatura em comparação ao aço carbono.
O aço inoxidável também tem cerca de metade da condutividade térmica do aço carbono. Devido à falta de condutividade térmica, um pedaço de aço inoxidável quente permanecerá quente durante muito mais tempo porque não conduz o calor para longe da fonte tão rapidamente. Como o aço carbono tem mais condutividade térmica, o calor é conduzido ao longo daquela peça de forma relativamente rápida, afastando o calor da zona de solda.
Diferenças no coeficiente de expansão térmica e na condutividade térmica podem causar alguma dificuldade na soldagem de materiais diferentes. . O aço inoxidável irá naturalmente querer expandir e contrair mais como resultado do alto calor observado durante a soldagem. Por outro lado, o aço carbono (particularmente o aço macio) é um bom condutor de calor e, portanto, esfriará mais rapidamente e encolherá mais rapidamente à medida que a junta esfria. Essas diferenças aumentam a tensão na junta, criada à medida que ambos os lados se expandem com o calor e se contraem com o resfriamento. Isto pode causar empenamento ou desalinhamento de uma solda de metal diferente. Também pode causar rachaduras se as tensões criadas pelas diferenças na expansão e contração térmica excederem a resistência de qualquer um dos materiais. Para resolver esses dois problemas ao soldar aço inoxidável com aço carbono, evite juntas altamente restringidas que criam altas tensões à medida que a junta é aquecida e esfria. Se for necessária uma configuração de junta altamente restrita, utilize uma entrada de calor modesta e algum pré-aquecimento para retardar o resfriamento da junta após a conclusão da soldagem. Isolar a junta de solda após a última passagem de solda também retardará o resfriamento e ajudará a evitar que as tensões térmicas quebrem a junta.
A contaminação da junta soldada e da solda resultante é um problema sério que muitas vezes causa trincas “a quente”. Os contaminantes podem reagir com o aço carbono ou aço inoxidável para produzir quantidades mínimas de material de solda com temperaturas de fusão drasticamente mais baixas. Estas áreas microscópicas de contaminantes de baixo ponto de fusão são as últimas a congelar à medida que a solda esfria. Como resultado, eles podem rachar à medida que o metal de solda esfria e encolhe. Essas rachaduras quentes podem ser facilmente vistas se o problema for grave, mas também podem ser microfissuras invisíveis a olho nu. Quando se trata de proteger o material contra oxidação, essas soldas metálicas diferentes devem ser tratadas da mesma forma que uma solda inoxidável. As juntas de raiz aberta devem ser protegidas da atmosfera na parte traseira da solda (purga posterior). A prática de purga traseira, mais frequentemente usada na soldagem TIG, ajuda a prevenir a contaminação da solda por trás da junta. Caso contrário, a junta soldada e o lado de aço inoxidável da solda podem ser danificados pela oxidação, que é o resultado de uma reação com oxigênio e nitrogênio na atmosfera. A oxidação danificará a resistência à corrosão da solda e da ZTA do aço inoxidável. Para evitar que isso ocorra, purgue a parte traseira da junta com um gás inerte, como o argônio, ou use um dos revestimentos disponíveis comercialmente que podem ser aplicados na parte traseira de uma junta soldada antes da soldagem.
Preparação para soldagem de aço inoxidável com aço carbono
Limpeza e preparação adequadas são etapas vitais para ajudar a garantir uma soldagem bem-sucedida de materiais diferentes. Moa a carepa ou os revestimentos em pelo menos 1/2 polegada de cada lado da junta. Siga esta tarefa limpando a área com um solvente como álcool ou acetona. Essas etapas ajudam a eliminar graxa e óleo, que tendem a transportar fósforo e enxofre, que são as principais causas de trincas a quente.
Soldar metais diferentes requer planejamento
Soldar metais diferentes pode ser um desafio. É importante ter o máximo de informações possível sobre as características dos materiais de base e do metal de adição para fazer escolhas apropriadas que produzam soldas bem-sucedidas. Em caso de dúvida, consulte um distribuidor de soldagem confiável para obter orientação sobre o processo. Isso pode ajudar a garantir a durabilidade – e a economia de custos – buscada em uma aplicação com aço inoxidável e aço carbono.
