Metalurgia da soldadura

Question 1

Temperatura
Qual é a variavel mais importante na soldadura
Gradientes térmicos variam com o que?Entrega térmica é carcaterística do que?
Escoamento de calor varia com o que?

As operações de soldadura submetem os materiais de base a um ciclo térmico ao longo da junta que é função da distância e do tempo, e têm as seguintes características:

Answer 1

Temperatura é a variável mais importante na soldadura.

*Gradientes térmicos variam com processos: Entrega térmica e características do material

*Escoamento de calor varia com espessura

As operações de soldadura submetem os materiais de base a um ciclo térmico ao longo da junta que é função da distância e do tempo, e têm as seguintes características:

• Gradiente térmico elevado
• Pouco tempo para transformações físicas e químicas
• pequeno volume de líquido
• formação de várias microestruturas
• encolhimento (na zona de soldadura)

Question 2

T 8/5

O que é?
O que indica se for longo ou curto?
O que não deve promover

Answer 2

T8/5 →Tempo decorrido para arrefecer aço entre 800ºC e 500ºC –> é neste intervalo que as reações principais dos aços acontecem

*Entende-se que este é o tempo necessário para um ponto na zona afetada pelo calor (ZTA) resfriar de 800 a 500 °C.

*Tempos t8-5 longos indicam, baixas taxas de arrefecimento e tempos t8-5 curtos apontam para taxas de arrefecimento rápidas.

*O tempo t8-5 é, portanto, inversamente proporcional à velocidade de arrefecimento!

*Não deve promover crescimento de grão longo

*Deve evitar a formação de compostos frágeis

Um tempo de aquecimento muito rápido (alguns segundos) até a temperatura de pico TpT_pTp (> 1.100 °C), com quase nenhum tempo de permanência nessa temperatura, e um arrefecimento significativamente mais rápido do metal fundido e da zona termicamente afetada são característicos.

Question 3

Consequências do ciclo térmico durante a soldadura por fusão são, portanto:

Answer 3

*Um grande gradiente de temperatura entre a poça de fusão e o metal soldado solidificado, bem como entre o metal soldado e o metal-base.

*Um curto período para que os processos físicos e químicos ocorram na poça de fusão e para que ela se transforme em metal sólido, resultando em um tempo de vida relativamente curto da poça de fusão.

*A formação de microestruturas diferentes no metal soldado e na zona termicamente afetada durante a soldadura em camadas únicas e múltiplas.

*A redução do volume da poça de fusão (contração) como consequência do arrefecimento do metal soldado (transformação de líquido para sólido).

Question 4

Heat distribution - Gas welding ou por arco

Answer 4

Heat affected zone maior com gas welding devido ao campo de calor mais amplo em comparação com soldadura por arco

Question 5

Heat input

Low heat input porque?

Ordem de thermal eficiency (maior para menor)

Answer 5

Low heat input →Deve ser almejada durante a soldadura para evitar hot cracking.
Em casos isolados, no entanto, mesmo com entrada de energia aumentada, um efeito positivo na sensibilidade a hot cracking pode ser alcançado na solidificação do metal de solda e a evitação relacionada de uma concentração de segregação aumentada no núcleo de solda.

*Redução heat input → (por exemplo, reduzindo a amperagem da solda), uma forma celular mais desorganizada, com diâmetros de cristal menores, pode ser gerada no metal de solda

oEm vez da formação de dendritos relativamente grosseira e direcionada.

SAW>SMAW>GMAW - MAG (CO2)>GMAW - MIG - Ar ou He >GTAW

Question 6

Como evitar concentração de segregação

Formas de solda planas e largas, em contraste com formas estreitas e profundas

Reduzir fissuração a quente

Answer 6

A concentração de segregação devido à colisão das frentes de cristalização acumuladas pode eventualmente ser evitada por uma velocidade de soldadura reduzida.

o Causa uma formação mais elíptica da frente de cristalização e, portanto, uma orientação mais favorável dos cristais na direção da solda.

Formas de solda planas e largas, em contraste com formas estreitas e profundas, também impedem a fusão imediata de partes de cristal e a consequente alta concentração de segregação

*A aplicação de eletrodos finos com intensidades de corrente mais baixas, cordões sem oscilação e a evitação de poças de soldadura maiores também reduzem o risco de fissuras a quente.

Question 7

Fatores tecnológicos importantes para a limitação da sensibilidade ao hot cracking a quente de aços inoxidáveis:

Answer 7

*Reduzindo a entrada de calor na junta soldada

*Evitar ou reduzir tensões de contração

*Microestrutura de baixo estresse

Question 8

Soldabilidade
O que contribui?

Quando é que uma estrutura é soldável?

É possível garantir soldabilidade? O que é que também é um fator?

Answer 8

soldabilidade é definida pela norma DIN 8528 e ISO TR 581 pela interceção de três fatores:
*Material →Determina a adequação para soldadura
*Processo →Impacta na confiabilidade da soldadura
*Aplicação→Influencia a possibilidade de soldadura

Diz-se que uma estrutura é soldável considerando seus materiais de base, o processo disponível adequado e sua capacidade de funcionar de acordo com o projeto após a operação de soldadura.

*Se algum destes parâmetros não for viável, não há soldabilidade

*Não é possível dar uma garantia geral de soldabilidade, pois, além das propriedades do material, as condições de fabricação (e também as influências climáticas durante as operações no local) e o projeto da construção devem ser levados em consideração

Question 9

Soldabilidade - Materiais - variáveis

Answer 9

Composição química (tendência a desenvolver estruturas frágeis, endurecimento, suscetibilidade ao envelhecimento, sensibilização, etc.)

*Características metalúrgicas (Número de inclusões e segregação)

*Propriedades físicas (Condutividade térmica e coeficiente de expansão)

Question 10

Soldabilidade - Processo

Answer 10

• Preparação (processo de soldadura, materiais de enchimento, fluxos, gases de proteção, etc.)

*Operação (Tecnologia disponível, aquecimento e controle de outras variáveis do processo)

*Pós-tratamento (Possibilidade de realizar tratamento térmico pós-soldadura, se necessário)

Question 11

Além dos materiais e do processo, a junta e os materiais de base devem garantir que o componente funcione de acordo com o projeto, nas condições esperadas

Answer 11

Projeto de juntas estruturais (projeto de juntas e contas de solda)
*Estado de tensão (Grau de tensões internas)

Question 12

Soldabilidade - CQ - CEV

Além do carbono o que aumenta endurecibilidade do aço?

O que fazer se o valor CEV exceder aqueles declarados na norma

Answer 12

Além do carbono, os elementos de liga aumentam a endurecibilidade do aço, facilitando a formação de fases duras e quebradiças.

Quanto maior CEV maior probabilidade de se formar martensite e, por isso, menos weldability.

*Se o valor CEV exceder aqueles declarados na norma
oPré-aquecimento e alívio de tensões são úteis para prevenir fissuras de endurecimento por envelhecimento.

Question 13

Soldabilidade - CQ - CCT
O que ajudam a prever diagramas CCT
O que deve ser evitado
Arrefecimento o que não deve promover?
O que é velocidade critica de arrefecimento inferior?

Answer 13

Os diagramas de transformação contínua de arrefecimento (CCT) ajudam a prever o tipo de microestrutura em função da taxa de arrefecimento.

*Fissuração deve ser evitada

*Arrefecimento não deve promover crescimento de grão nem formação de martensite
Os diagramas TTT podem ser usados para determinar as chamadas “velocidades críticas de arrefecimento”

A velocidade de arrefecimento, na qual o primeiro teor de martensite ocorre na microestrutura, é denominada velocidade crítica de arrefecimento inferior.

Question 14

Cold cracking (induzido por H)
Depende de que fatores?

Answer 14

cracking a frio depende de 3 fatores:

*Fases duras/frágeis (ou seja, martensite)

*Hidrogénio dissolvido

*Tensão interna: A fissuração a frio pode ocorrer entre horas a dias após a soldadura.

Question 15

Cold cracking (induzido por H) - Martensite

O que dita endurecibilidade do aço
A transformação de martensite é assistida por o que e o que pode induzir?
O que acontece a carbono difundido na austenite?

Answer 15

*A endurecibilidade do aço dita a prontidão da formação da martensite.

*A respetiva transformação é assistida por esforço e em alguns casos pode induzir tensões elevadas ao ponto de gerar fissuras.

*O carbono dissolvido anterior na austenite não pode mais ser difundido da rede e agora é liberado à força na rede centrada no corpo cúbico e introduz um deslizamento tetragonal causando altas tensões estruturais

oEstas podem ser tão altas que ocorre um cisalhamento frágil da microestrutura, ou seja, uma fissura de endurecimento por envelhecimento do tipo fissuração a frio

Question 16

Cold cracking (induzido por H) - Incorporação de hidrogénio

De onde provém hidrogenio e humidade

Answer 16

hidrogénio provém da decomposição da água, dissolve-se na piscina de solda e difunde-se intersticialmente através da estrutura cristalina. A água pode ser introduzida a partir de:

*Metal de enchimento
*Gases de proteção
*Atmosfera
*Fluxo
*Materiais de base
*Revestimentos de celulose, tintas, revestimentos

Question 17

Cold cracking (induzido por H) - Incorporação de hidrogénio

DO que depende absorção de hidrogenio
Do que depende solubilidade de equilibrio do ferro
Como está hidrogenio no arrefecimento rápido?
Onde está concentrado?

Como é solubilidade em hidrogénio em metal de solda líquido?
E na austenite?
e na mastensite? que implicações tem?

Answer 17

absorção de hidrogénio do metal de solda depende principalmente da pressão parcial de hidrogénio e da temperatura.
*Com a diminuição da temperatura, a maior porção já foi difundida novamente.

*Após o arrefecimento rápido, o hidrogénio está, presente em concentrações mais altas no metal de solda do que seu diagrama de solubilidade indica.
*Então, ele pode ser liberado à força molecular embutido na rede em cavidades, mas também em espaços.
*O elemento será concentrado nas áreas de deslocamentos e contornos de grãos.

A solubilidade em hidrogénio em metal de solda líquido é alta.
*Na austenite é menor, mas não representa um problema.
*Na martensite, no entanto, a solubilidade do hidrogénio é muito baixa, forçando os átomos de H a se fundirem e formarem hidrogénio molecular, induzindo pressões internas extremas.

Question 18

Cold cracking (induzido por H) - Incorporação de hidrogénio

O que acontece a H nas areas da microestrutura com maior energia?
O que acontece com recombinação?
Consequencias?

Quanto tempo pode durar difusão?

Como prevninir?

Answer 18

Em áreas de microestrutura e rede com energia aumentada (por exemplo, defeitos de estrutura de rede, placas de martensite → o hidrogénio atômico recombina-se na molécula de gás (porque ele é capaz de receber a quantidade necessária de energia para recombinação (formação de moléculas).

▪Devido à recombinação, bem como ao grande número de moléculas de hidrogénio nestas zonas, a pressão do gás hidrogénio aumenta fortemente localmente, assim as ligações da microestrutura podem romper-se localmente.

▪As consequências são poros e fissuras com uma morfologia típica da presença de hidrogénio

*O processo de difusão, incluindo mecanismos de recombinação ou dissociação, pode se estender por períodos que duram de minutos a várias semanas.

Prevenção
*Reduzir o fornecimento de efetivamente.
*Por esse motivo, eletrodos revestidos básicos ou fluxo de soldadura devem ser recozidos antes da soldadura. A temperatura e o tempo do processo de secagem são geralmente entre 250 e 350 °C e 2 a 4 horas

Question 19

Fissuração a quente

Quando ocorre?
Qual é implicação das tensões internas?

Como são fissuras a quente?Como ocorrem? Cmo é deteção?

Answer 19

Pode ocorrer fissuração a quente durante a solidificação do talão de soldadura, em que os compostos de baixo ponto de fusão (eutéticos) são segregados e solidificam por último.
As tensões internas em desenvolvimento tornam-se suficientemente altas para rasgar o talão de solda solidificador e uma rachadura aparece. Principalmente S e P promovem eventos de craqueamento a quente em aços.

*Normalmente, as fissuras a quente são pequenas e raramente se estendem por vários milímetros ou centímetros. Eles geralmente são difíceis de encontrar.

*Ocorrem principalmente como microfissuras e muitas vezes não atingem a superfície, mas estão localizadas no interior da soldadura.

*A sua detecção com testes não destrutivos é, portanto, limitada.

Question 20

Fissuração a quente
3 parametros

Answer 20

CQ
Condição de fabrico
Tensile stress

Question 21

Fissuração a quente

Do que depende?
Qual é a consequência?

Como se desenvolve solidification cracking?

Answer 21

• A formação de todos os tipos de craqueamento a quente depende das fases líquida, pastosa ou de baixo ponto de fusão (frágil) disponíveis nos contornos de grão, que podem ser iniciadas por processos de solidificação e transformação na faixa de temperatura da temperatura solidus ou se já existirem.

*Eles, se presentes no estado fundido, não são capazes de suportar tensões de contração.

*A consequência é que ocorre uma expansão microscópica da microestrutura nesses respectivos pontos, a fissuração a quente.

*SC desenvolvem-se durante a cristalização do metal soldado
SC→ são gerados durante a cristalização do material a partir da fase líquida e frequentemente atingem a superfície do metal de solda (fissuração central, fissuração de cratera final).

Na área de solidificação entre as linhas liquidus e solidus, o líquido residual fundido pode ser retido e isolado

Question 22

Hot cracking (solidification cracking) - tensões de tração

Como são induzidas?
O que influencia velocidade de soldadura?

Answer 22

As tensões de tração induzidas pela retração não podem ser suportadas por essas fases, de modo que serão desenvolvidas microseparações entre os cristalitos ou dendrites.

*A velocidade de soldadura também pode afetar a ocorrência de uma fissura de solidificação. Velocidades de soldadura mais elevadas são menos desejáveis

Em velocidades de soldadura relativamente baixas e baixa entrada de calor, a poça de solda cristaliza num cordão de solda largo e plano.
oIsso gera o formato elíptico “normal” da poça de solda

*Se, por outro lado, altas velocidades de soldadura forem usadas com alta entrada de calor (por exemplo, no caso de soldadura por feixe de laser), um cordão profundo, mas ainda estreito, resulta

oAqui, o último metal líquido se solidifica no centro da solda, onde hot cracks podem ser iniciadas.

Question 23

Lamellar tearing/cracking

O que acontece durante laminagem a quente?
O que acontece quando a tensão é aplicada perpendicularmente ?
Exemplo
Qual é o principal promotor?

O que influencia?

O que representam inclusões para a resistência?

Answer 23

Durante a laminação a quente de aço, as inclusões MnS formam estruturas alongadas, paralelas à direção de rolamento, criando descontinuidades microestruturais.

*Formam-se durante o processo e não depois

*Quando a tensão é aplicada perpendicularmente a estas estruturas (na direção da espessura da folha), pode ocorrer rutura lamelar.
Tal pode ser o caso em T ou juntas de canto –> Solicitação mecânica na direção da espessura do aço

*O teor de enxofre é o principal promotor.

*Influenciam as propriedades mecânicas negativamente na direção da espessura da chapa durante o carregamento. Inclusões são plasticamente deformáveis na temperatura de laminação e, portanto, não são destruídas.

*Em relação à resistência, essas inclusões representam uma separação de material→ interconectando-se entre si por propagação de fissura ou cisalhamento sob tensão de contração apropriada e levam a uma aparência típica de fratura
*
A orientação é significativamente responsável pela anisotropia da resistência e do comportamento de deformação do respectivo material base.

Question 24

Rasgo lamelar como evitar

Answer 24

Aços de baixo teor de S, maior Z (redução de área), design de junta e um metal de enchimento de ductilidade mais alto (manteiga)

*Utilizando aços estruturais de granulação fina, laminados termomecanicamente

*A aplicação da carga de tração é minimizada perpendicularmente à superfície da chapa,

*Para minimizar as tensões de contração, projetando as estruturas como ‘elásticas’ quanto possível (baixa rigidez),

*Selecionando uma junta de solda tão grande quanto possível, a transmissão das tensões de carga é realizada perpendicularmente à superfície

*As juntas ameaçadas devem ser dispostas de tal forma que tensões de tração sejam evitadas e, em vez disso, tensões de compressão ocorram.

*Em termos de tecnologia de soldagem, deve-se considerar o seguinte:

*Selecionando temperaturas otimizadas de pré-aquecimento e interpasse,

*Soldagem com baixo aporte de calor,

*Sequências de soldagem que criam tensões residuais mínimas de soldagem,

*Usando um metal de solda macio e dúctil,

*Recozimento intermediário (alívio de tensões),

*Redução do volume do metal de solda

Question 25

Pré e pós aquecimento
O que faz?
Ajuda a reduzir o que?
O que promove?

Answer 25

*O pré-aquecimento diminui a taxa de arrefecimento e visa reduzir a suscetibilidade à formação de martensite em materiais de alta endurecibilidade, como aços Cr-Mo.

*Também ajuda a reduzir o estado de stress interno e a difusão de hidrogénio, prevenindo ativamente o cracking a frio.

*O tratamento térmico pós-soldadura visa reduzir as tensões residuais, promove a difusão de hidrogénio, suaviza o talão de solda e solubiliza elementos (como é o caso dos aços inoxidáveis, por exemplo).

Question 26

Sensibilização em aços inoxidáveis

O que acontece se aço mantido entre 415 e 825ºC?

Answer 26

Se um aço inoxidável austenítico (SAE 304 ou 316) for mantido a temperaturas entre 415 e 825 ºC durante tempo suficiente, o Cr precipitará sob a forma de carboneto de crómio ao longo dos limites de grãos, reduzindo o teor de Cr na proximidade dos limites dos grãos e reduzindo a resistência à corrosão.

Este processo chama-se sensibilização e pode resultar de uma operação de soldadura. Os aços inoxidáveis sensibilizados são propensos à corrosão intergranular