Como soldar aço inoxidável

Introdução ao aço inoxidável

Antes de lidar com a soldagem de aço inoxidável, deve-se oferecer uma descrição vaga do material. Os aços inoxidáveis ​​representam uma classe de materiais à base de ferro que apresentam certa resistência à ferrugem e à corrosão em alguns ambientes, devido à presença de cromo em sua composição. O cromo ajuda a produzir uma camada resistente e impermeável de óxido de cromo na superfície do material, que protege a superfície contra ferrugem e corrosão. Deve-se estar ciente de que a expressão “aço inoxidável” representa uma enorme classe de materiais diferentes. Não é um termo técnico que identifica nenhum metal específico e não pode ser usado para fins práticos, como compras.

Três aulas

As três classes mais gerais de aços inoxidáveis ​​– Austenítico, Ferrítico e Martensítico – são indicadas por referência à sua estrutura metalúrgica. Mais especificamente, eles usam um identificador que se refere à aparência de sua microestrutura, vista ao microscópio ou por difração de raios-x. Estas microestruturas podem estar presentes em determinados aços, por isso são utilizadas para indicar a estrutura predominante no aço inoxidável. As propriedades de cada classe podem afetar o processo de soldagem de maneiras diferentes, por isso é importante identificar com antecedência qual tipo está sendo usado.

1. Austenítico

Ao soldar aço inoxidável, os aços inoxidáveis ​​austeníticos são considerados os mais facilmente soldados das três classes. Eles são conhecidos como a "série 300", que se refere a uma classificação padrão originada pelo American Iron and Steel Institute (AISI) e pela Society of Automotive Engineers (SAE). Uma subclasse importante, conhecida como "18/8", tem elementos de liga que são 18% de cromo e 8% de níquel.

As principais características dos aços inoxidáveis ​​austeníticos são as seguintes:

• Não magnético ou apenas levemente magnético
• Não atacado por uma solução de 10% de ácido nítrico (HNO3) em álcool
• Não endurece por nenhum tratamento térmico
• Encruamento - Bastante dúctil e facilmente deformável por trabalho mecânico, o que aumenta a dureza e a resistência
• Fácil de soldar, com os devidos cuidados
• Condutividade térmica entre um terço e metade da dos outros aços
• Coeficiente de expansão térmica de 30 a 40%, às vezes até 50%

Ao soldar aços inoxidáveis, as duas últimas características afetam o resultado de várias maneiras, produzindo distorções maiores do que as encontradas em outros aços.

Nem todos os aços inoxidáveis ​​austeníticos da série 300 têm soldabilidade igual. A adição de enxofre ou selênio usado para melhorar a usinabilidade (como no Tipo 303) resulta em rachaduras a quente severas na solda, o que torna esse material específico "não soldável".

Tenha cuidado ao soldar aços inoxidáveis ​​austeníticos. As características de resistência à corrosão desses aços inoxidáveis ​​podem ser adversamente afetadas pelo processo de sensibilização, que ocorre em intervalos de temperatura de 600 a 900 graus Celsius (1100 a 1650 Fahrenheit). Isso promove o acúmulo de carbonetos de cromo nos contornos dos grãos e a perda paralela de cromo anticorrosivo do metal base.

A faixa de temperatura acima ocorre naturalmente, não na zona de solda onde a temperatura é mais alta e dura apenas por um curto período de tempo, mas nas duas tiras de metal de cada lado do cordão de solda. Esta é a Zona Afetada pelo Calor (HAZ), onde ocorrem os efeitos nocivos.

Em uma junta sensibilizada, o cromo, que é o principal ingrediente "inox", fica sequestrado ou retirado do jogo e localmente indisponível para a ação protetora. Se não for tratada corretamente, a soldagem de aços inoxidáveis ​​18/8 pode causar a perda de sua propriedade protetora ao longo de caminhos sensibilizados, e o material soldado torna-se propenso a ataques intergranulares em um ambiente corrosivo.

Existem três estratégias que podem ser empregadas para reduzir os efeitos adversos do processo de sensibilização nos aços inoxidáveis ​​da série 300. Uma delas é usar uma versão com muito baixo teor de carbono (ou seja, 304L, onde L significa baixo teor de carbono), onde não há muito carbono disponível para fazer carbonetos de cromo.

Outra estratégia é usar um tipo diferente de metal base que inclui titânio (tipo 321) ou columbium (tipo 347), que formará titânio ou carbonetos de columbium, fazendo com que o carbono fique indisponível para o cromo durante o processo de sensibilização. Isso deixa o cromo livre para realizar suas tarefas anticorrosivas.

Nota :O metal de adição para este material, se necessário, deve ser sempre o columbio. Por quê? Porque o titânio é reativo e não é prontamente recuperado durante a deposição. Isso significa que não estaria disponível quando mais necessário. Columbium, no entanto, não é reativo. Ele ficará parado durante o processo de fusão e, quando o material for aquecido até a faixa de temperatura de sensibilização, fará o trabalho de produzir carbonetos de columbium, salvando o dia.

A terceira estratégia é realizar um tratamento térmico de solução em temperatura elevada (1050 Celsius ou 1900 Fahrenheit), o que repararia a suscetibilidade à corrosão. Esta estratégia coloca em uma solução sólida de carbonetos de cromo, que se originou durante o processo de sensibilização de soldagem de aço inoxidável 18/8 regular. Este processo, no entanto, enfrenta problemas como formação de óxido pesado se não for realizado em vácuo ou outra atmosfera protetora, livre de contaminantes. Tipo 309 e 310, usados ​​para aplicações de temperatura elevada, e tipo 316 ou melhor tipo 316L usado para maior resistência à corrosão, geralmente não são propensos a sensibilização e são usados ​​com fios de enchimento de composição semelhante.

2. Ferrítico

A segunda classe de aço inoxidável é chamada de aço inoxidável ferrítico. Este aço é ferromagnético, mas não pode ser endurecido por tratamento térmico. Este é um tipo comum de aço inoxidável usado em componentes de escapamento de carros. Uma quantidade limitada de estrutura ferrítica, quando presente em uma estrutura principalmente austenítica, é considerada benéfica na medida em que reduz as chances de trincas a quente. A soldagem de aços ferríticos inoxidáveis ​​pode ser facilmente realizada usando processos de soldagem a arco, com metal de adição ferrítico ou austenítico. Um tratamento térmico pós-soldagem pode ser necessário para melhorar as propriedades.

3. Martensítico

Os aços inoxidáveis ​​martensíticos são magnéticos e totalmente passíveis de endurecimento por tratamento térmico. A soldagem de aço inoxidável deste tipo não é recomendada, embora seja viável com técnicas especiais. A soldagem pode produzir rachaduras, especialmente se o teor de carbono não for suficientemente baixo. Tratamentos de pré-aquecimento e pós-aquecimento podem ser necessários.

Uma aula final

Para completar a visão geral da soldagem de aço inoxidável, deve-se mencionar uma quarta classe de materiais não listados acima – aços inoxidáveis ​​endurecíveis por precipitação (PH), que são facilmente soldáveis. No entanto, instruções precisas devem ser seguidas em relação aos tratamentos térmicos, a fim de desenvolver as propriedades necessárias.

Processos de soldagem para aço inoxidável

Existem muitos tipos diferentes de soldagem que podem ser usados ​​ao soldar aço inoxidável. Todos eles têm suas vantagens e desvantagens e todos exigem instruções específicas para garantir uma solda forte e adequada sempre.

Soldagem por fricção

A soldagem por fricção de aços inoxidáveis ​​quase não apresenta problemas, exceto para os tipos de aço inoxidável de corte livre que não devem ser soldados. É usado para soldar aço inoxidável não apenas a outras peças de aço inoxidável, mas também a diferentes metais como cobre e alumínio. Deve-se sempre estar atento ao tipo e condição do material antes da soldagem, bem como aos efeitos do calor próximo à junta. Alguns elementos como enxofre ou selênio podem comprometer a solidez final das juntas soldadas.

Soldagem por Resistência

A soldagem por resistência pode ser usada na maioria dos aços inoxidáveis. O aço austenítico da série 300 da série 300 pode facilmente usar soldagem por resistência, assim como os aços ferríticos. No entanto, os aços inoxidáveis ​​martensíticos podem representar um problema porque o resultado da solda é frágil, se não for suavizado adequadamente por um tratamento de revenimento pós-soldagem.

O processo de soldagem por resistência é atualmente utilizado em aços inoxidáveis ​​com adaptações para lidar com as diferenças de resistência elétrica e baixa condutividade térmica, bem como alto coeficiente de expansão térmica, maior temperatura de fusão e alta resistência em temperaturas elevadas. A força do eletrodo é mais elevada, enquanto o tempo e a corrente são menores para os aços de baixo carbono.

Todos os aços inoxidáveis ​​não devem apenas ser limpos de sujeira, óleo, graxa ou tinta antes do processo de soldagem por resistência (ou qualquer processo de soldagem), mas também devem ser limpos da camada de óxido de cromo que se forma naturalmente. Isso deve ser removido com uma escova de aço inoxidável.

Soldagem a Arco

A soldagem a arco pode ser usada na soldagem de aço inoxidável, desde que o fluxo adequado seja usado. Isso torna o processo muito menos viável para a soldagem TIG, a menos que não haja outra opção disponível. A soldagem TIG de aço inoxidável requer a eliminação de todos os vestígios de fluxo residual na peça após o processo de soldagem, o que alonga a operação e aumenta os custos. A soldagem a arco é comumente utilizada, prestando muita atenção à classe e condição do material a ser soldado, além de ficar de olho nas sensibilizações e deformações.

Todos os tipos de processos de arco podem ser empregados para soldagem de aços inoxidáveis ​​com a devida atenção à forma, dimensões e preparação da junta. Em particular, a soldagem a arco de metal blindado (SMAW) é amplamente utilizada devido à sua flexibilidade. Cabe ressaltar que os eletrodos apresentam-se em dois tipos quanto à composição do invólucro, o que pode influenciar na escolha da corrente empregada.

Existem muitos metais de adição que podem ser usados ​​durante o processo de arco. A classificação para metais de adição de aço inoxidável pode ser encontrada na AWS A5.9/A5.9M:2006 da American Welding Society – Especificação para eletrodos e hastes de soldagem de aço inoxidável nu.

Soldagem por feixe de elétrons

A soldagem por feixe de elétrons (EBW) de aços inoxidáveis ​​é prontamente realizada com bons resultados, mesmo em soldas muito profundas. A proporção notavelmente alta de profundidade para largura permite que o EBW junte configurações impossíveis com outros meios. Com a entrada de calor sendo baixa e a zona afetada pelo calor tendo extensão limitada, geralmente não há danos notáveis ​​nas propriedades mecânicas, de modo que não é necessário tratamento térmico adicional.

Soldagem a Laser

A soldagem a laser também pode ser usada na soldagem de aços inoxidáveis, desde que sejam tomadas precauções para isolar a soldagem do ar e limitar as propriedades de dano obtidas durante o tratamento térmico.

No final, a soldagem de aço inoxidável não é um processo complicado. É preciso apenas atenção aos detalhes quando se trata de materiais de peças de trabalho, metais de adição e o tipo de soldagem a ser usado. Se tudo isso estiver de acordo, você poderá soldar com sucesso suas peças de aço inoxidável.

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