O Desafio da Soldagem em Aços Inoxídaveis

  O aço inoxidável é um tipo de aço de alta liga, geralmente contendo em sua composição química elementos como níquel (Ni), cromo (Cr) e molibdênio (Mo). A presença destes elementos, principalmente o cromo, confere ao aço inoxidável uma excelente resistência à corrosão em relação ao aço carbono. Para ser classificado como inoxidável, o aço deve conter no mínimo 10,5% de cromo, podendo, então, ser classificado em três tipos de acordo com a microestrutura formada: Austenítico, Ferrítico ou Martensítico.


  Pode-se também classificar os aços inoxidáveis de acordo com sua composição química. Essa classificação divide os aços inoxidáveis em dois grupos. Cada um dos grupos contém elementos característicos, que vão influenciar na microestrutura final do aço. Alguns elementos estabilizam a microestrutura ferritica, enquanto outros estabilizam a austenitica, e, assim, são classificados conforme abaixo:


  • Elementos que estabilizam a ferrita: Cr, Si, Mo, Ti e Nb;

  • Elementos que estabilizam a austenita: Ni, C, N e M.


  A composição química do aço inoxidável, em conjunto com o processamento termo-mecânico, confere-lhes propriedades diferentes. Dessa maneira, cada grupo de aço inox é indicado para diferentes tipos de aplicações. Confira abaixo os tipos de aço inox e a aplicação de cada um deles:


Aço Inox Austenítico


  Principal característica: resistência à corrosão.

 Aplicação: Equipamento para indústria alimentícia, farmacêutica, química e petroquímica, construção civil, baixelas, travessas e demais utensílios domésticos.


Aço Inox Ferrítico


  Principal característica: resistência à corrosão e custo mais acessível.

 Aplicação: eletrodomésticos (microondas, geladeiras, fogões, entre outros), balcões frigoríficos, moedas, talheres e indústria automobilística.


Aço Inox Martensítico


  Principal característica: dureza elevada.

  Aplicação: Instrumentos cirúrgicos, facas de corte, discos de freio e cutelaria.


  Cabe ainda ressaltar que além destas classificações, existem também os denominados aços inoxidáveis duplex, que possuem 50% de ferrita e 50% de austenita e os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação.

  Nos processos de soldagem, mesmo de materiais simples como o aço carbono, exige-se uma análise rigorosa de parâmetros para alcançar estabilidade. No caso da soldagem para aços inoxidáveis a complexidade/dificuldade é muito maior. Devido a extensa gama de elementos de liga possíveis e teores desses elementos nas diferentes ligas inoxidáveis a parametrização se torna muito complexa.


  Desafios como o crescimento excessivo de grãos, formação de trincas durante a solidificação, trincas a frio induzidas por hidrogênio e precipitação de fases indesejadas devem ser superados com a correta parametrização para cada tipo de liga.


  A fim de relacionar a composição química do aço inoxidável com a microestrutura a ser obtida, Schaeffler desenvolveu, na década de 50, um diagrama divido em quatro regiões de composição química, apresentando alguns tipos de descontinuidades e fragilizações encontradas na soldagem deste material. As regiões são as seguintes: crescimento de grão; trinca a frio induzida por hidrogênio; precipitação de fase sigma entre 600 e 950°C e trinca de solidificação e liquação. Entre estas há uma quinta região, situada em torno de 21%Cr e 10%Ni e isenta de qualquer tipo de defeitos.

  Para utilizar o diagrama de Schaeffler calculam-se o cromo e níquel equivalentes dos materiais utilizados por meio das equações dadas:

  As percentagens relativas a cada elemento representam o desempenho do mesmo como elemento gama/alfagênico quando comparado aos efeitos do níquel e do cromo, dependendo do grupo em que o elemento se encontra.


  As fases apresentadas pelo diagrama são austenita, ferrita, martensita, bem como combinações de duas e até de três fases. Como anteriormente mencionado, cada fase tem uma maior tendência a apresentar um tipo de defeito. Assim, é possível estimar antes mesmo de iniciar a soldagem quais são os defeitos finais esperados e, dessa forma, empregar ações corretivas contra os mesmos:


Região da ferrita


  Sensível ao crescimento de grão. Os inox ferríticos podem apresentar crescimento irreversível de seus grãos para longa permanência em temperaturas superiores a 1150°C.


Região da austenita


  Material sujeito a fissuração a quente. Esse tipo de defeito, relacionado à formação de trincas de solidificação e liquação, está normalmente associado a impurezas do material, como S e P. Os inox austeníticos são especialmente sensíveis a esse defeito porque há baixa solubilidade de enxofre na matriz cúbica de face centrada característica da fase austenítica. Para diminuir a susceptibilidade a esse defeito, se deve utilizar um eletrodo que faça com que a composição química da solda caia no campo austenita-ferrita com um teor de ferrita de 4 a 10 %. Assim, a ferrita formada consegue dissolver parte dessas impurezas e alivia tensões residuais durante o resfriamento, dificultando a ocorrência da fissuração. Outra medida é atuar na composição química do aço inoxidável, limitando os teores de P e S a um valor máximo de 0,04 %.


Região da martensita (ou martensita + α / martensita + γ)


  A fase martensítica tem grande propensão à fissuração a frio (ou fissuração por hidrogênio), devido a sua fragilidade característica.


Região da austenita-ferrita


  A composição química de aços inoxidáveis nessa região favorece o aparecimento de uma nova fase no aço, conhecida por fase sigma. Ela é basicamente composta por ferro e cromo e possui grande fragilidade à temperatura ambiente. É formada após longa permanência a temperaturas entre 500 e 900 °C.


Região central


  Livre dos quatro defeitos anteriores. Assim, é recomendado que se utilizem eletrodos específicos para que, ao haver diluição com o material de base, a composição final da solda esteja nessa região do diagrama de Schaeffler.


  O Diagrama de Schaeffler, mesmo sendo de extremo auxílio aos procedimentos de soldagem para aços inoxidáveis, não considera o nitrogênio como elemento gamagênio. Este fator foi adicionado na década de 70 por DeLong, modificando um pouco a fórmula do níquel equivalente. Este novo diagrama, conhecido como Diagrama de DeLong, também pode ser usado para o prognóstico de soldagem de aços inoxidáveis.

  A corrosão, em determinados ambientes, ocorre mesmo nos metais inoxidáveis mais resistentes. A sua ocorrência e análise não é abordada pelo diagrama de Schaeffler. É necessário cuidar com a forma do cordão de solda, que não deve ser muito irregular para evitar acúmulo de sujeira e consequente corrosão. Além disso, os aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos são sujeitos a um tipo especial de corrosão denominada sensitização. Ela é ocasionada pela precipitação de carbetos de cromo nos contornos de grão, tornando as regiões adjacentes pobres em cromo. Como este elemento aumenta a resistência a corrosão do material, essa região fica mais sensível ao fenômeno e ocorre fratura intergranular do material, isto é, ao longo dos contornos de grão.



Referências:

http://www.conpleq.com.br/conpleq-consultoria-corrosao-intergranular-intercristalina/

http://engenheirodemateriais.com.br/2017/01/25/como-prever-defeitos-de-soldagem-em-acos-inoxidaveis/

http://wwwo.metalica.com.br/aco-inox-processos-de-soldagem

A fusion between academic and industrial world of welding technology

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