Como soldar ferro fundido

A soldagem de ferro fundido em casa é possível—sob certas condições

A soldagem interna eficaz de peças de ferro fundido pode economizar tempo e dinheiro, mas há desafios. A falha de soldagem pode muitas vezes resultar em rachaduras ou outros danos. Se peças críticas estiverem envolvidas, pode ser aconselhável procurar a mão de obra de uma instalação de soldagem com soldadores experientes para garantir um resultado bem-sucedido.

Se a soldagem for realizada internamente, é crucial pesquisar as etapas necessárias para produzir efetivamente uma peça soldada. Quatro etapas principais devem ser tomadas antes de começar:

1. Identifique a liga
2. Limpe bem o molde
3. Selecione uma temperatura de pré-aquecimento
4. Selecione uma técnica de soldagem apropriada

Identifique a liga

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

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

• Ferro fundido cinza
  O ferro fundido cinzento é a forma mais comum de ferro fundido. O carbono precipita em flocos de grafite durante a fabricação em uma microestrutura cristalina de perlita ou ferrita. É mais dúctil e soldável que o ferro fundido branco. No entanto, ainda representa um desafio para os soldadores em potencial, pois os flocos de grafite dentro do ferro fundido cinzento podem entrar na poça de fusão e causar fragilização do metal de solda.

• Ferro fundido branco
  O ferro fundido branco retém o carbono como carboneto de ferro sem precipitá-lo como grafite. A microestrutura cristalina da cementita é muito dura e quebradiça. O ferro fundido branco é geralmente considerado não soldável.
• Dúctil, nodular ou maleável ferro
  Estes ferros fundidos são todos menos quebradiços devido às diferenças microestruturais devido à fabricação. Todos os três têm microestruturas de carbono esferoidais criadas por seus processos de fabricação exclusivos.

A melhor maneira de determinar se você tem ferro branco ou cinza é verificar a especificação original. A análise espectroquímica pode fornecer esta especificação após o fato. Quando essas formas precisas não são possíveis, existem algumas maneiras de fazer o check-in na loja.

O ferro cinza apresentará cinza ao longo de um ponto de fratura, devido ao grafite em sua microestrutura. O ferro branco é mais branco ao longo de uma fratura devido à cementita. Infelizmente, o teste de fratura só é útil se o soldador souber que o material é cinza ou branco. Estas são formas mais antigas e tradicionais de ferro fundido. Eles também são mais comuns em certas classes de mercadorias. No entanto, o ferro dúctil, relativamente recente, também é bastante branco ao longo da fratura e é muito mais soldável.

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

Limpe o elenco

Independentemente da liga, todas as peças fundidas devem ser preparadas adequadamente antes da soldagem. Ao preparar o fundido para soldagem, é crucial remover todos os materiais da superfície. A fundição deve estar completamente limpa na área da solda. Remova tinta, graxa, óleo e outros materiais estranhos da zona de solda. É melhor aplicar calor cuidadosa e lentamente na área de solda por um curto período de tempo para remover o gás aprisionado da zona de solda do metal base.

Uma técnica simples para testar a prontidão da superfície do ferro fundido é depositar um passe de solda no metal – ele será poroso se houver impurezas. Essa passagem pode ser lixada e o processo repetido algumas vezes até que a porosidade desapareça.

Pré-aquecimento

Todos os ferros fundidos são vulneráveis ​​a rachaduras sob estresse. O controle de calor é o fator mais importante para evitar rachaduras.

Uma solda de ferro fundido requer três etapas:

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

A principal razão para o controle de calor é a expansão térmica. Quando o metal aquece, ele se expande. Nenhum estresse é causado quando um objeto inteiro aquece e se expande na mesma taxa, mas o estresse aumentará quando o calor estiver localizado em uma pequena zona afetada pelo calor (HZ).

O aquecimento localizado causa expansão restrita - o HZ é contido pelo metal mais frio ao seu redor. O grau de tensão resultante depende do gradiente térmico entre o HZ e o corpo de fundição. No aço e outros metais dúcteis, o estresse gerado pela expansão e contração restritas é aliviado pelo alongamento. Infelizmente, isso pode causar rachaduras durante o período de contração, pois os ferros fundidos têm ductilidade relativamente baixa. O pré-aquecimento diminui o gradiente térmico entre o corpo de fundição e o HZ, minimizando assim a tensão de tração causada pela soldagem. Em geral, os métodos de soldagem de temperatura mais alta requerem um pré-aquecimento de temperatura mais alta. Quando o pré-aquecimento adequado não for possível, a melhor estratégia é minimizar a entrada de calor – selecione um processo de soldagem de baixa temperatura e varetas ou fios de solda de baixo ponto de fusão.

A taxa de resfriamento é outro fator que tem impacto direto nas tensões induzidas na solda. O resfriamento rápido causa contração, o que cria soldas frágeis e facilmente rachadas. Em contraste, o baixo resfriamento reduz o estresse de endurecimento e contração.

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Pré-aquecimento antes da soldagem

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

Técnica de soldagem

As técnicas de soldagem devem ser escolhidas com base em sua adequação à liga de ferro fundido a ser soldada. Os processos de soldagem mais comuns são a soldagem por bastão, oxiacetileno e brasagem.

Soldadura por vara

A soldagem por vara, também conhecida como soldagem a arco de metal blindado ou MMA, faz uso de um eletrodo consumível coberto com um fluxo. Diferentes tipos de eletrodos podem ser usados ​​dependendo da aplicação, da combinação de cores necessária e da quantidade de usinagem a ser feita após a soldagem.

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

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

Os eletrodos de liga de níquel são os mais populares para soldagem de ferro fundido. De acordo com o New Hampshire Materials Laboratory Inc., a solda de níquel-ferro é mais forte com um menor coeficiente de expansão térmica, reduzindo as tensões de soldagem e melhorando a resistência a rachaduras.

Um arco elétrico entre o eletrodo e a área de soldagem derrete os metais e causa a fusão. O arco deve ser direcionado para a poça de fusão, e não para o metal base, pois isso minimizará a diluição. Recomenda-se usar a configuração de corrente mais baixa aprovada pelo fabricante para minimizar o estresse térmico. Pré-aqueça as peças a pelo menos 250°F antes de soldar com eletrodos de ferro fundido ou cobre. Os eletrodos de níquel podem ser usados ​​sem pré-aquecimento.

Soldagem oxi acetileno

A soldagem oxiacetileno também utiliza eletrodos, mas em vez de um arco gerado pela corrente, um maçarico oxiacetileno fornece a energia para a soldagem. Os eletrodos de ferro fundido e os eletrodos de cobre e zinco são adequados para soldagem oxiacetileno de ferro fundido.

Deve-se tomar cuidado para não oxidar o ferro fundido durante a soldagem com acetileno, pois isso causa perda de silício e formação de ferro branco na solda. A vareta de soldagem deve ser derretida na poça de fusão derretida, em vez de diretamente pela chama, para minimizar os gradientes de temperatura.

Soldadura por brasagem

A soldagem por brasagem é um método comum para unir peças de ferro fundido devido ao impacto mínimo no próprio metal base. Uma haste de solda fornece o enchimento que adere à superfície do ferro fundido. Devido ao ponto de fusão mais baixo da carga em comparação com o ferro fundido, a carga não se dilui com o ferro fundido, mas adere à superfície.

A limpeza da superfície é fundamental para esta técnica de soldagem, uma vez que a união depende da qualidade do enchimento que molha a superfície do metal base. De acordo com o projeto da máquina, é comum o uso de fluxo para evitar a formação de óxidos durante a brasagem. É um líquido que promove a umectação, o que permite que o enchimento flua sobre as peças metálicas a serem unidas. Também limpa as partes de óxidos para que o enchimento se ligue mais firmemente às partes metálicas. Além disso, os fluxos são usados ​​na soldagem para limpar as superfícies metálicas.

Finalizando

A rachadura geralmente ocorre durante a fase de contração térmica – a tensão de tração aumenta à medida que a solda esfria e se contrai. Se a tensão atingir um ponto crítico, a solda racha.

As chances de rachaduras podem ser diminuídas aplicando uma tensão de compressão para se opor à tensão de tração durante o resfriamento. Os soldadores usam uma técnica chamada peening (golpes moderados com um martelo de esfera) em um cordão de solda deformável enquanto a solda ainda está macia. Peening diminui o risco de trincas na solda e HZ, mas só deve ser tentado ao trabalhar com metal de solda relativamente dúctil.

A etapa final da solda é o controle de resfriamento. Este processo usa materiais isolantes para retardar o resfriamento tanto quanto possível, ou aplica calor periódico à solda para retardar o processo de resfriamento natural.

Soldagem interna

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

Fontes

• Matéria Total. “Soldagem de ferro fundido e outros ferros.”
• Laboratório de Materiais de New Hampshire. “Dicas sobre soldagem de ferro fundido.”
• O Instituto de Soldagem. “Soldabilidade de Materiais:Ferros Fundidos.”