Automação Avançada de Soldagem de Níquel com Robótica

Ligas de Níquel e Cobalto:

Ligas base de Níquel e Cobalto são dois materiais de soldagem resistentes ao calor que são frequentemente agrupados juntos porque são usados para propósitos similares. Da resistência ao calor à resistência à corrosão, ligas base de Níquel e Cobalto, também conhecidas como superligas, são as mais importantes da classe resistente ao calor.

Ligas resistentes ao calor são metais desenvolvidos para suportar condições severas prevalecentes em serviço a temperaturas elevadas onde outros materiais mais comuns falhariam.

Que características são requeridas mesmo quando não soldando materiais resistentes ao calor?

• Resistência à oxidação e formação de carepa, propriedades mecânicas adequadas e resistência a alta temperatura, tanto para tempo curto (resistência à tração a quente) e tempo prolongado (resistência a fluência).
• Estabilidade com o tempo. Condições severas de serviço afetando estes materiais podem induzir mudanças em estrutura e propriedades, com formação adicional de trincas.
• Ductilidade e resistência a ataque intergranular a alta temperatura (IGA) também são importantes. Soldagem de ligas resistentes ao calor não deve degradar estas propriedades.

Ligas Base Ferro

Aplicações resistentes ao calor não são consideradas aços porque seu comportamento é similar a outros tipos de materiais. Sua composição é complexa e inclui porcentagens importantes de níquel e cromo, com outros elementos adicionados para fornecer propriedades especiais.

Ligas Base Níquel ou Cobalto

Outros materiais resistentes ao calor incluem ligas cujo metal base é níquel ou cobalto, enquanto sua composição é modificada pela adição de outros elementos diferentes para propósitos especiais.

Ligar metais base como acima com vários elementos produz diferentes classes de materiais. Aqueles que derivam suas propriedades exclusivamente de sua composição e não são suscetíveis a melhoria por tratamento térmico são designados como endurecidos por solução sólida. Soldagem de materiais resistentes ao calor deste tipo é realizada facilmente. Típico base Ferro deste tipo é chamado N-155 (ou Multimet). Típicos base Níquel são Inconel 600 e Hastelloy X. Típicos base Cobalto são L-605 (ou HS-25) e S-816.

Outras classes, chamadas endurecíveis por solução e precipitação (ou envelhecimento) processos, respondem a tratamento térmico por causa de reações sutis que modificam sua microestrutura, ocorrendo durante aquecimento e resfriamento. Típicas bases Ferro deste tipo são A-286 e Incoloy 901. Típica base Níquel é Waspaloy.

Uma classe diferente de materiais, com um grande conjunto de propriedades em comum com as discutidas acima, são chamadas ligas resistentes à corrosão, projetadas para resistir ataque por químicos agressivos, com ou sem influência de calor superposto.

Quando consideradas como metais base, Níquel e cobalto têm um conjunto de propriedades interessantes que os tornam úteis para aplicações a temperatura elevada por causa de sua resistência ao calor, especialmente para turbinas a gás, acessórios de forno, sistemas de processamento químico a quente, e também para aplicações resistentes à corrosão.

Soldagem de Ligas Resistentes ao Calor

Como regra geral soldagem de materiais resistentes ao calor deve ser realizada em sua condição mais dúctil, frequentemente designada como condição recozida ou tratada por solução.
Níquel é um elemento metálico dúctil usado para ligar aços e aços inoxidáveis, e como tal modifica as propriedades das ligas envolvidas. Como metal base é usado por sua notável resistência a calor e corrosão. Em particular pode desenvolver resistência elevada a tensão sob calor, tanto em forma fundida ou forjada, quando ligado e tratado conforme necessário.

Materiais base Níquel são selecionados por sua resistência à corrosão e propriedades de temperatura elevada, com tratamentos térmicos adequados. Embora cobertos por especificações, são conhecidos principalmente por nomes comerciais. Ligas endurecidas por Solução Sólida são prontamente soldadas em condição recozida. Ligas endurecíveis por precipitação em forma forjada são soldadas em condição tratada por solução, seguida por tratamento térmico conforme requerido. Dos nomes de ligas forjadas soldáveis podemos listar alguns aqui: Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

Cobalto também é um metal dúctil. É usado como elemento de liga principal para uma ampla seleção de materiais de propósito especial. Como metal base, ligado com outros elementos, sua propriedade principal é a capacidade de resistir à oxidação e formação de carepa a temperatura elevada, embora desenvolvendo apenas resistência limitada a alta temperatura.

Materiais base Cobalto têm composições um pouco diferentes dependendo se estão em forma fundida ou forjada. Algumas das ligas fundidas são conhecidas pelos seguintes nomes: HS 21, X 40 (Stellite 31), G 34, Mar M 509, e FSX 414.

Ligas Forjadas Comuns Incluem: S 816, L605 (HS 25), HS 188, Mar M 918, e G 32 B. Todas estas têm cerca de 20% Cromo e alguns elementos formadores de carboneto como Nióbio, Tântalo, Zircônio, Vanádio. Teor de carbono é 0,25-1,0% para ligas fundidas e 0,05-0,4% para ligas forjadas.

Soldagem

Todos os principais processos de soldagem são aplicáveis, excluindo possivelmente o método oxiacetileno que não é recomendado porque o uso de fluxos introduz complicações que não estão presentes com outras técnicas.

Soldagem por fricção pode ser usada para soldar materiais resistentes ao calor. Para aqueles ganhando suas propriedades através de endurecimento por solução e precipitação, deve-se estar ciente da influência do calor de solda nas propriedades nas imediações da junta. Se o resultado de resistência reduzida não for objectionável, não há outras considerações limitantes.

Soldagem por resistência, tanto ponto quanto costura é amplamente usada para soldar ligas resistentes ao calor. Em particular muitos itens de chapa metálica resistente ao calor, como revestimentos de combustor, suportes de chama e muitos outros elementos de motores a gás modernos e outras peças de máquinas de trabalho a quente são soldados ponto e costura como procedimentos de produção ou reparo muito similar ao que é feito com aços inoxidáveis mais atuais.

Deve ser notado que em muitos casos, soldagem a arco de ligas resistentes ao calor pode produzir trincas, especialmente naquelas endurecidas por solução e tratamentos térmicos de precipitação, durante soldagem ou durante tratamento térmico: é por isso que muita atenção deve ser dada para evitar trincas desenvolvendo procedimentos adequados. Todos os processos de soldagem a arco podem ser usados, mas alguns são mais adequados que outros dependendo da espessura dos materiais.

Soldagem a Arco Tungstênio com Gás ligas resistentes ao calor é melhor para seções finas. É boa prática ter fixadores segurando os elementos equipados com uma barra de cobre de backup com minúsculos furos encostando em um sulco através do qual um fino fluxo de argônio é fornecido.

Composições de metal de adição para soldagem de ligas resistentes ao calor devem ser compatíveis com a do metal base e de tal ductilidade para fornecer máxima liberdade de trincas quando considerando a razão de diluição de adição para metal base.

Antes de soldar ligas resistentes ao calor endurecíveis por precipitação, elas devem ser aliviadas de todas as tensões de conformação ou dobra por um tratamento térmico de recozimento adequado, possivelmente em vácuo ou forno de atmosfera controlada para prevenir oxidação. Se necessário, re-solução e precipitação (envelhecimento) tratamento deve seguir imediatamente a soldagem. Soldagem a Arco Metálico Protegido é usada às vezes para ligas resistentes ao calor endurecidas por solução sólida, mas não é usada para endurecidas por solução e precipitação.

Controlando Defeitos

Dos defeitos prováveis de aparecer neste tipo de soldagem de ligas resistentes ao calor, porosidade é controlada por limpeza adequada antes da soldagem e remoção de contaminação de superfície. Limpeza da peça de trabalho e metal de adição antes de soldar ligas resistentes ao calor é crítico. Trincas de qualquer tipo, na solda ou no metal base nunca são admitidas. Design de junta deve evitar concentração de tensão e tensões multi-axiais. Alta entrada de calor produzindo grandes tensões de encolhimento residual também pode ser causa para trincas.

Soldagem de alta energia de ligas resistentes ao calor apresenta vários níveis de soldabilidade dependendo da medida de restrição que as peças sofrem durante soldagem. Mesmo ligas de níquel fundidas, que normalmente exibem soldabilidade muito baixa, podem ser soldadas por feixe de elétrons para aplicações não exigentes.

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