Dominando a Soldagem de Ferro Fundido: Guia Profissional para Sucesso Interno

Soldagem de ferro fundido internamente é possível – sob certas condições

Soldagem eficaz interna de peças de ferro fundido pode poupar tempo e dinheiro – mas há desafios. Falha na soldagem pode frequentemente resultar em trincas ou outros danos. Se peças críticas estão envolvidas, pode ser sensato procurar a mão de obra de uma instalação de soldagem com soldadores experientes para garantir um resultado bem-sucedido.

Se a soldagem é realizada internamente, é crucial pesquisar os passos necessários para produzir eficazmente uma peça soldada. Quatro passos-chave devem ser tomados antes de começar:

1. Identificar a liga
2. Limpar a fundição completamente
3. Selecionar temperatura de pré-aquecimento
4. Selecionar técnica de soldagem apropriada

Identificar a liga

Ferros fundidos são uma família de ligas ferro-carbono. Seu alto teor de carbono (geralmente 2–4%) dá ao ferro fundido sua dureza característica. No entanto, essa dureza vem à custa de ductilidade. É menos maleável em comparação com aço ou ferro forjado. Os ciclos de aquecimento e arrefecimento durante a soldagem causam expansão e contração no metal, induzindo tensão de tração. Ferros fundidos não esticam ou deformam quando aquecidos ou tensionados – em vez disso, trincam – tornando-os extremamente difíceis de soldar. Esta característica pode ser melhorada adicionando diferentes ligas.

Algumas ligas de ferro fundido são mais fáceis de soldar que outras:

• Ferro fundido cinzento
  Ferro fundido cinzento é a forma mais comum de ferro fundido. Carbono precipita em lascas de grafite durante fabricação numa microestrutura cristalina de perlita ou ferrita. É mais dúctil e soldável que ferro fundido branco. No entanto, ainda representa um desafio para soldadores prospectivos pois as lascas de grafite dentro do ferro fundido cinzento podem entrar na poça de solda causando fragilização do metal de solda.

• Ferro fundido branco
  Ferro fundido branco retém o carbono como carboneto de ferro sem precipitá-lo como grafite. A microestrutura cristalina de cementita é muito dura e frágil. Ferro fundido branco é geralmente considerado insoldável.
• Ferro dúctil, nodular ou maleável
  Estes ferros fundidos são todos menos frágeis devido a diferenças microestruturais devidas à fabricação. Todos os três têm microestruturas de carbono esferoidais criadas pelos seus processos de fabricação únicos.

A melhor forma de determinar se tem ferro branco ou cinzento é verificar a especificação original. Análise espectroquímica pode fornecer esta especificação depois do facto. Quando estas formas precisas não são possíveis, há algumas formas de verificar na oficina.

Ferro cinzento mostrará cinzento ao longo de um ponto de fratura, devido ao grafite em sua microestrutura. Ferro branco é mais branco ao longo de uma fratura devido à cementita. Infelizmente, o teste de fratura é apenas útil se o soldador souber que o material é ou cinzento ou branco. Estas são formas mais antigas, mais tradicionais de ferro fundido. São também mais comuns em certas classes de bens. No entanto, ferro dúctil, um recém-chegado relativo, também é bastante branco ao longo de fratura, e é muito mais soldável.

Teste de faísca também pode ser usado por um metalúrgico experiente para tentar determinar tipo de ferro.

Limpar a fundição

Independentemente da liga, todas as fundições devem ser devidamente preparadas antes da soldagem. Ao preparar a fundição para soldagem, é crucial remover todos os materiais superficiais. A fundição deve estar completamente limpa na área da solda. Remova tinta, graxa, óleo e outro material estranho da zona de solda. É melhor aplicar calor cuidadosa e lentamente na área da solda por um curto tempo para remover gás aprisionado da zona de solda do metal base.

Uma técnica simples para testar a prontidão da superfície de ferro fundido é depositar um passe de solda no metal – será poroso se quaisquer impurezas estiverem presentes. Este passe pode ser retificado, e o processo repetido algumas vezes até a porosidade desaparecer.

Pré-aquecimento

Todos os ferros fundidos são vulneráveis a trincas sob tensão. Controle de calor é o fator mais importante para evitar trincas.

Uma solda de ferro fundido requer três passos:

• Pré-aquecimento
• Baixa entrada de calor
• Arrefecimento lento

A razão primária para controle de calor é expansão térmica. Quando metal aquece, expande. Nenhuma tensão é causada quando um objeto inteiro aquece e expande na mesma taxa, mas tensão acumular-se-á quando calor é localizado numa pequena zona afetada pelo calor (ZAC).

Aquecimento localizado causa expansão restrita – a ZAC é contida pelo metal mais frio ao redor. O grau de tensão resultante depende do gradiente térmico entre a ZAC e o corpo da fundição. Em aço e outros metais dúcteis, tensão acumulada por expansão e contração restrita é aliviada por alongamento. Infelizmente, isso pode causar trincas durante o período de contração já que ferros fundidos têm ductilidade relativamente pobre. Pré-aquecimento diminui o gradiente térmico entre o corpo da fundição e a ZAC, minimizando assim a tensão de tração causada pela soldagem. Em geral, métodos de soldagem de temperatura mais alta requerem pré-aquecimento de temperatura mais alta. Quando pré-aquecimento adequado não é possível, a melhor estratégia é minimizar entrada de calor – selecionar um processo de soldagem de baixa temperatura, e hastes ou arames de solda de baixo ponto de fusão.

Taxa de arrefecimento é outro fator que tem impacto direto nas tensões induzidas na solda. Arrefecimento rápido causa contração, que cria soldas frágeis, facilmente trincadas. Contrastivamente, baixo arrefecimento reduz endurecimento e tensão de contração.

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Pré-aquecimento antes da soldagem

Todos os ferros fundidos são vulneráveis a trincas sob tensão, mas isso pode ser prevenido com pré-aquecimento. Assista ao vídeo para ver como calor é aplicado ao metal antes da soldagem.

Técnica de soldagem

Técnicas de soldagem devem ser escolhidas baseadas na sua adequação à liga de ferro fundido sendo soldada. Os processos de soldagem mais comuns são eletrodo revestido, oxiacetileno, e soldagem por brasagem.

Soldagem com eletrodo revestido (Stick welding)

Soldagem com eletrodo revestido, também conhecida como soldagem a arco metálico protegido ou MMA, faz uso de um eletrodo consumível coberto com fluxo. Diferentes tipos de eletrodo podem ser usados dependendo da aplicação, correspondência de cor requerida, e quantidade de usinagem a ser feita após soldagem.

Existem três principais tipos de enchimento que funcionam bem para soldagem de ferro fundido com eletrodo:

• Eletrodos revestidos de ferro fundido
• Eletrodos de liga de cobre
• Eletrodos de liga de níquel

Eletrodos de liga de níquel são os mais populares para soldagem de ferro fundido. Segundo Laboratório de Materiais de New Hampshire Inc., solda níquel-ferro é mais forte com coeficiente de expansão térmica mais baixo, reduzindo tensões de soldagem e melhorando resistência a trincas.

Um arco elétrico entre o eletrodo e área de soldagem derrete os metais e causa fusão. O arco deve ser direcionado à poça de solda, em vez do metal base, pois isso minimizará diluição. Recomenda-se usar a configuração de corrente mais baixa aprovada pelo fabricante para minimizar estresse térmico. Pré-aqueça peças a pelo menos 121 °C antes de soldas com eletrodos de ferro fundido ou cobre. Eletrodos de níquel podem ser usados sem pré-aquecimento.

Soldagem oxiacetileno

Soldagem oxiacetileno também faz uso de eletrodos, mas em vez de arco gerado por corrente, um maçarico oxiacetileno fornece a energia para soldagem. Eletrodos de ferro fundido, e eletrodos de cobre-zinco, são ambos adequados para soldagem oxiacetileno de ferro fundido.

Cuidado deve ser tomado para não oxidar o ferro fundido durante soldagem acetileno, pois isso causa perda de silício e formação de ferro branco na solda. A vareta de soldagem deve ser derretida na poça de solda fundida, em vez de diretamente pela chama, para minimizar gradientes de temperatura.

Soldagem por brasagem (Braze welding)

Soldagem por brasagem é um método comum para juntar peças de ferro fundido devido ao impacto mínimo no metal base em si. Uma vareta de soldagem fornece o enchimento que adere à superfície do ferro fundido. Devido ao ponto de fusão mais baixo do enchimento comparado ao ferro fundido, o enchimento não dilui com o ferro fundido mas adere à superfície.

Limpeza da superfície é crítica para esta técnica de solda já que a junta é dependente da qualidade do enchimento molhar a superfície do metal base. Segundo Machine Design, usar fluxo para prevenir formação de óxidos durante brasagem é comum. É um líquido que promove molhabilidade, que deixa o enchimento fluir sobre as peças metálicas a serem unidas. Também limpa as peças de óxidos para que o enchimento una mais firmemente às peças metálicas. Além disso, fluxos são usados em soldagem para limpar superfícies metálicas.

Acabamento

Trincas geralmente ocorrem durante a fase de contração térmica – tensão de tração acumula-se à medida que a solda arrefece e contrai. Se a tensão atinge um ponto crítico, a solda trinca.

As chances de trinca podem ser diminuídas aplicando tensão compressiva para opor tensão de tração durante arrefecimento. Soldadores usam uma técnica chamada peening (golpes moderados com martelo de bola) num cordão de solda deformável enquanto a solda ainda está macia. Peening diminui risco de trinca na solda e ZAC, mas deve apenas ser tentado quando trabalhando com metal de solda relativamente dúctil.

O passo final da solda é controle de arrefecimento. Este processo usa materiais isolantes para retardar arrefecimento o máximo possível, ou aplica calor periódico à solda para retardar o processo natural de arrefecimento.

Soldagem interna

Embora contratar soldagem de ferro fundido a um profissional possa garantir solda de qualidade, é possível completar reparo de solda internamente com preparação cuidadosa. Siga os passos de identificar sua liga, preparar o material, e escolher a técnica de solda mais apropriada.

Fontes

• Total Materia. "Soldagem de Ferro Fundido e outros Ferros."
• Laboratório de Materiais de New Hampshire. "Dicas sobre Soldagem de Ferro Fundido."
• Instituto de Soldagem. "Soldabilidade de Materiais: Ferros Fundidos."