Como soldar ligas de níquel - um guia completo

As ligas de níquel são geralmente selecionadas devido à sua excelente versatilidade, resistência à corrosão e desempenho sob altas temperaturas. Não surpreendentemente, isso torna as ligas de níquel uma escolha popular para uso em ambientes extremos, particularmente em turbinas de aeronaves, turbinas a vapor, usinas nucleares e indústrias petroquímicas e químicas.

Dado o seu uso em ambientes extremos, as zonas de solda das ligas de níquel devem ter propriedades consistentes, esta é a única maneira de o produto acabado e soldado resistir ao ambiente extremo. Além disso, é importante que a solda seja de alta qualidade e contenha muito poucas falhas, pois elas também podem afetar o desempenho em ambientes agressivos.

O que são ligas de níquel?

As ligas de níquel são geralmente definidas como ligas que apresentam o níquel, um elemento versátil, como seu principal elemento. Historicamente, as ligas de níquel foram definidas como aquelas com mais de 50% de níquel. No entanto, as ligas de níquel usadas hoje geralmente têm um teor de níquel superior a 50%. Por exemplo:

• Inconel 718:19Cr 3Mo .9Ti 5.1Cb .5Al 18Fe equilíbrio Ni
• Hastelloy X:22Cr 1.5Co 9Mo .6W 18.5Fe equilíbrio Ni

Soldagem de níquel

A soldagem de níquel é realizada usando uma das muitas ligas de níquel disponíveis. A soldagem a arco pode ser usada incluindo processos Stick, MIG e TIG. O uso de soldagem por bastão, em particular, criará uma solda mais forte que o metal base. Para soldagem MIG de níquel, o gás de proteção é uma mistura 50/50 de hélio e argônio.

Todos os processos de soldagem convencionais são adequados para a soldagem de ligas de níquel. A principal diferença está na expansão térmica. As ligas de níquel têm um coeficiente de expansão térmica mais baixo do que o aço inoxidável, e os métodos de controle de distorção são, na verdade, semelhantes aos que você empregaria para o aço carbono.

As ligas de níquel podem ser unidas de forma confiável por todos os tipos de processos ou métodos de soldagem, com exceção da soldagem por forja e soldagem oxiacetileno. As ligas de níquel forjado podem ser soldadas em condições semelhantes às usadas para soldar aço inoxidável austenítico. As ligas de níquel fundido, principalmente aquelas com alto teor de silício, apresentam dificuldades na soldagem.

Os processos mais amplamente empregados para a soldagem de ligas de níquel forjado não envelhecidas (reforçadas com solução sólida) são soldagem por arco de gás-tungstênio (GTAW), soldagem por arco de gás-metal (GMAW) e soldagem por arco de metal blindado (SMAW). ). A soldagem a arco submerso (SAW) e a soldagem por eletroescória (ESW) têm aplicabilidade limitada, assim como a soldagem a plasma a arco (PAW). Embora o processo GTAW seja preferido para soldar as ligas endurecíveis por precipitação, os processos GMAW e SMAW também são usados.

As ligas de níquel são geralmente soldadas em condições tratadas com solução. As ligas de precipitação dura (PH) devem ser recozidas antes da soldagem se tiverem sido submetidas a qualquer operação que introduza altas tensões residuais.

Problemas comuns ao soldar ligas de níquel

O problema mais comum e sério que ocorre ao soldar ligas de níquel é o trincamento a quente. Isso ocorre na linha de fusão, na ZTA ou no metal de solda (zona de fusão), embora a linha de fusão seja a área mais comumente afetada.

Normalmente, o enxofre na liga ou na superfície cria essa rachadura, embora bismuto, chumbo, fósforo e boro também possam ter um efeito negativo. Para evitar isso, é essencial que tanto a ZTA quanto o metal de solda estejam completamente livres de óleo, graxa, sujeira e outros contaminantes. O excesso de enxofre no enchimento de solda ou nos materiais de base também pode causar problemas.

Para preparar o material, é necessário desengordurar, seguido de escova de aço inoxidável completa ou máquina de arame. Certifique-se de usar um solvente projetado para ligas de níquel e que a soldagem ocorra dentro de oito horas após a limpeza para evitar contaminação subsequente.

O tratamento térmico só deve ser realizado com forno elétrico ou com combustível isento de enxofre, em ambiente de vácuo ou inerte.

Se o material já foi usado ou está sendo reparado, deve ser retificado ou usinado para remover quaisquer contaminantes que possam ter ficado presos na superfície da área de reparo da solda.

A porosidade também é um problema, principalmente quando o oxigênio ou o hidrogênio causam contaminação da superfície na forma de aprisionamento de ar na poça de fusão. Para contrariar isso, é necessária uma eficiente purga de gás e blindagem, na face e na raiz da solda, e todas as mangueiras de gás precisam estar em perfeitas condições. A área de soldagem também precisa ser vedada de quaisquer correntes de ar.

Preparação de solda para ligas de níquel

A preparação da solda é essencial ao soldar ligas de níquel. O aspecto mais importante do projeto é garantir que haja acesso suficiente para a tocha de soldagem e que a penetração total possa ser alcançada, se necessário.

O melhor projeto de junta de topo é um topo quadrado, mas isso é limitado pela espessura devido à incapacidade de penetrar na junta. Assim, uma preparação em U ou V é frequentemente usada, com um ângulo de 30° a 40° em 10 mm de espessura, para permitir a penetração e os passes de preenchimento subsequentes.

Em relação à preparação do gás, pode ser útil adicionar até 10% de hidrogênio à mistura de gás inerte, pois isso melhora a fluidez da poça de fusão.

Nenhum pré-aquecimento é necessário para soldagem de ligas de níquel, a menos que haja um requisito para remover a condensação. A soldagem de níquel geralmente requer uma temperatura máxima entre passes de 250 ̊C, embora certas ligas devam usar apenas um máximo de 100 ̊C.

Alguns pós-soldagem podem ser necessários para remover uma camada de óxido aderente que pode se formar na superfície da poça de fusão. Às vezes, a escova de arame não será suficiente para remover esse resíduo pós-soldagem.

Tratamento pós-solda

Nenhum tratamento pós-soldagem, seja térmico ou químico, é necessário para manter ou restaurar a resistência à corrosão, embora em alguns casos um recozimento de solução completa melhore a resistência à corrosão.

O tratamento térmico pode ser necessário para atender aos requisitos de especificação, como alívio de tensão de uma estrutura fabricada para evitar endurecimento por idade ou rachadura por corrosão por tensão (SCC) da soldagem em vapor de ácido fluorídrico ou soda cáustica. Se a soldagem induz tensões residuais moderadas a altas, então as ligas PH exigiriam um recozimento de alívio de tensão após a soldagem e antes do envelhecimento.

Níquel e ligas de níquel são suscetíveis à fragilização por chumbo, enxofre, fósforo e outros elementos de baixo ponto de fusão. Esses materiais podem existir em graxa, óleo, tinta, lápis de cera ou tintas, lubrificantes de formação, fluidos de corte, sujeira de oficina e produtos químicos de processamento.

As peças de trabalho devem estar completamente livres de materiais estranhos antes de serem aquecidas ou soldadas. A sujeira da loja, óleo e graxa podem ser removidos por desengorduramento a vapor ou esfregando com acetona ou outro solvente não tóxico.

Tintas e outros materiais que não são solúveis em solventes desengordurantes podem exigir o uso de cloreto de metileno, produtos de limpeza alcalinos ou compostos especiais. Se forem usados ​​produtos de limpeza alcalinos que contenham carbonato de sódio, os próprios produtos de limpeza devem ser removidos antes da soldagem. Pulverizar ou esfregar com água quente é recomendado. A tinta de marcação geralmente pode ser removida com álcool.

O material de processamento que ficou embutido no metal de trabalho pode ser removido por esmerilhamento, jateamento abrasivo e esfregaço com solução de HCl a 10%, seguido de uma lavagem completa com água. Os óxidos também devem ser removidos da área envolvida na operação de soldagem, principalmente devido à diferença entre os pontos de fusão do óxido e do metal base. Os óxidos são normalmente removidos por esmerilhamento, usinagem, jateamento abrasivo ou decapagem.

As ligas de níquel, fundidas e forjadas e reforçadas por solução sólida ou endurecíveis por precipitação, podem ser soldadas pelo processo GTAW. A adição de enchimento é geralmente recomendada. O eletrodo negativo de corrente contínua (DCEN) é recomendado para soldagem manual e máquina.

Gás de proteção

O argônio ou o hélio, ou uma mistura dos dois, é usado como gás de proteção para soldagem de níquel e ligas de níquel. Adições de oxigênio, dióxido de carbono ou nitrogênio ao gás argônio geralmente causam porosidade ou erosão do eletrodo. Argônio com pequenas quantidades de hidrogênio (tipicamente 5%) pode ser usado e pode ajudar a evitar a porosidade no níquel puro, bem como auxiliar na redução da formação de óxido durante a soldagem.

Soldagem de ligas de níquel fundido

As ligas de níquel fundido podem ser unidas pelos processos GTAW, GMAW e SMAW. Para melhores resultados, a fundição deve ser recozida antes da soldagem para aliviar algumas das tensões da fundição e fornecer alguma homogeneização da estrutura fundida.

O leve peening do metal solidificado após o primeiro passe aliviará as tensões e, assim, reduzirá a fissuração na junção do metal de solda e do metal fundido. O peening dos passes subseqüentes é de pouco ou nenhum benefício. O alívio do estresse após a soldagem também é desejável.