Soldadura dos aços de carbono médio/alto e dos aços especiais

1. Introdução

O aço contem Si, Mn, P e S, além do C. Estes cinco elementos químicos são chamados os 5 elementos químicos do aço. O aço que contem 0,3% ou menos de C é chamado aço de C baixo ou aço macio. O aço com 0,6% ou mais de C é chamado aço de C alto. Por exemplo, o aço para ferramentas de carbono está nesta categoria. O aço com 0,3~0,6% de C é chamado aço de carbono medio. O aço de estrutura de máquina está classificada nesta categoria. O aço especial é de tal grau que contem, além dos 5 elementos, um Mn mais alto em comparação ao aço carbono, ou tais elementos de liga como Ni, Cr e Mo são adicionados igualmente para seu uso pretendido.

A Norma JIS classifica os materiais de ferro e aço conforme indicado na Tabela 1, em que o aço é dividido em aço plano, aço especial e aço fundido. O aço especial é dividido ainda em aço de grande resistência, aço para ferramentas e aço de uso especial. Os graus de aço típicos de aço de carbono medio e de aço especial são como mostrado nas Tabelas 2~3. Estas tabelas incluem os graus de aço AISI/SAE e as especificações ASTM que são similares aos graus de aço JIS.

Tabela 1. Classificação dos materiais de ferro e aço, conforme a Norma JIS, suplementada com ASTM/AISI/SAE

1a classe.	2a classe.	3a classe.	Graus típico JIS (ASTM/AISI/SAE)*1
Ferro e aço	Aços planos	Aços para as estruturas ou vasos de pressão	JIS G3101 : SS, JIS G3103 : SB, JIS G3104 : SV, JIS G3106 : SM (ASTM A36, A204, A285, A31, A283, A529)
	Aços especiais	Aços carbono/liga para as estruturas	JIS G4051 : S××C, JIS G4053 : SCr, SMn, SMnC, SCM, SNC, SNCM, JIS G4202 : SACM, JIS G3119 : SBV, JIS G3120 : SQV (AISI/SAE : 1010~1060, 5120~5140, 1522~1541, 4130~4147, 8615~8640, 4320~4340, ASTM A302, A387, A533, A734)
		Aços para ferramentas	JIS G4401 : SK, JIS G4404 : SKS, SKD, SKT, JIS G4403 : SKH (AISI/ASTM : W1−11~1−8, F2, L6, W2, D3~H 19, T1~M42)
		Aços para usos especiais	JIS G4303~4321 : SUS, SUH, JIS G4805 : SUJ, JIS G4801 : SUP, JIS G4804 : SUM (AISI : 201~444, 309~446, 52100, 9260~4161, 1212~1144, etc.)
	Aço fundido	Aço fundido carbono/liga	JIS G5101 : SC, JIS G5102 : SCW (ASTM A27, A216)
		Aço fundido carbono/liga para as estruturas	JIS G5111 : SCC, SCMn, SCSiMn, SCMnCr, SCMnM, SCCrM, SCMnCrM, SCNCrM (ASTM A148)
		Aço fundido para usos especiais	JIS G5121 : SCS, JIS G5122 : SCH, JIS G5131 : SCMnH (ASTM A743, A744, A351, A297, A447, A608, A128)
	Aço forjado	Aço forjado carbono	JIS G3201 : SF (ASTM A105, A668)
		Aço forjado carbono/liga para as estruturas	JIS G3203 : SFVA, JIS G3202 : SFVC, JIS G3204 : SFVQ (ASTM A182, A336, A105, A181, A266, A508, A541)
	Ferro fundido	Ferro fundido cinzento	JIS G5501 : FC (－)
		Ferro fundido de grafite esferoidal	JIS G5502 : FCD (ASTM A536)
		Ferro fundido maleável	JIS G5705 : FCMB, FCMW, FCMP (－)
(Nota) *1. Para ASTM, somente o No. de especificação está listado para referência; por conseguinte, o grau de aço exacto comparável ao grau JIS deve ser estudado na especificação relevante.

Tabela 2. Aços carbono para o uso estrutural de máquinas (Extraído da JIS G 4051−1979 e suplementado com AISI/SAE)

Grau JIS (AISI/SAE)*4	Composição quimica (%)			Propriedades mecânicas gerais*1			Carbono*2 equivalente	Capacidade*3 de soldadura
	C	Mn	Si	Resistência à tracção (MPa)	Alongamento (%)	Dureza (Vickers)
S30C(1030)	0.27~0.33	0.60~0.90	0.15~0.35	≧540	≧23	160~225	0.44	△
S33C(－)	0.30~0.36	0.60~0.90	0.15~0.35	－	－	－	0.47	△
S35C(1035)	0.32~0.38	0.60~0.90	0.15~0.35	≧570	≧22	175~250	0.49	△
S38C(1038)	0.35~0.41	0.60~0.90	0.15~0.35	－	－	－	0.52	×
S40C (1039,1040)	0.37~0.43	0.60~0.90	0.15~0.35	≧610	≧20	190~270	0.54	×
S43C (1042,1043)	0.40~0.46	0.60~0.90	0.15~0.35	－	－	－	0.57	×
S45C (1045,1046)	0.42~0.48	0.60~0.90	0.15~0.35	≧690	≧17	210~285	0.59	×
S48C(－)	0.45~0.51	0.60~0.90	0.15~0.35	－	－	－	0.62	×
S50C(1049)	0.47~0.53	0.60~0.90	0.15~0.35	≧740	≧15	228~295	0.64	×
S53C (1050,1053)	0.50~0.56	0.60~0.90	0.15~0.35	－	－	－	0.67	×
S55C(1055)	0.52~0.58	0.60~0.90	0.15~0.35	≧780	≧14	240~305	0.69	×
S58C (1059,1060)	0.55~0.61	0.60~0.90	0.15~0.35	－	－	－	0.72	×
(Nota) *1 As propriedades mecânicas gerais são para os aços beneficiados e temperados. *2. O equivalente de carbono (Ceq) foi calculado pela seguinte equação: 　　 *3. As marcas para a capacidade de soldadura significam como segue : △：Razoavelmente difícil ×：Extremamente difícil *4. Para a composição quimica, as propriedades mecânicas, o equivalente de carbono e a capacidade de soldadura, por favor consulte a especificação relevante de AISI/SAE.

Tabela 3 Aços Mo para o uso estrutural de máquinas. (Extraído da JIS G 4053−2003 e suplementado com AISI/SAE)

Grau JIS (AISI/ SAE)*4	Composição quimica (%)					Ensaio de tracção		Dureza Brinell	Tratamento térmico (℃)		Carbono*2 equivalente	Capa-*3 cidade de soldadura
	C	Si	Mn	Cr	Mo	Resistência à tracção (MPa)	Alonga- mento (%)		Têmpera	Reveniment
SCM415 (－)	0.13 ~0.18	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.25	≧830	≧16	235 ~321	1st 850~900 Refrigeração de óleo 2nd 800~850 Refrigeração de óleo	150~200 Refrigeração a ar	0.56	△
SCM418 (－)	0.16 ~0.21	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.25	≧880	≧15	248 ~331	1st 850~900 Refrigeração de óleo 2nd 800~850 Refrigeração de óleo	150~200 Refrigeração a ar	0.59	△
SCM420 (－)	0.18 ~0.23	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.25	≧930	≧14	262 ~352	1st 850~900 Refrigeração de óleo 2nd 800~850 Refrigeração de óleo	150~200 Refrigeração a ar	0.61	△
SCM421 (－)	0.17 ~0.23	0.15 ~0.35	0.70 ~1.00	0.90 ~1.20	0.15 ~0.25	≧980	≧14	285 ~375	1st 850~900 Refrigeração de óleo 2nd 800~850 Refrigeração de óleo	150~200 Refrigeração a ar	0.62	△
SCM430 (4130)	0.28 ~0.33	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.30	≧830	≧18	241 ~302	830~880 Refrigeração de óleo	550~650 Refrigeração rápida	0.71	×
SCM432 (－)	0.27 ~0.37	0.15 ~0.35	0.30 ~0.60	1.00 ~1.50	0.15 ~0.30	≧880	≧16	255 ~321	830~880 Refrigeração de óleo	550~650 Refrigeração rápida	0.71	×
SCM435 (4137)	0.33 ~0.38	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.30	≧930	≧15	269 ~331	830~880 Refrigeração de óleo	550~650 Refrigeração rápida	0.76	×
SCM440 (4140, 4142)	0.38 ~0.43	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.30	≧980	≧12	285 ~352	830~880 Refrigeração de óleo	550~650 Refrigeração rápida	0.81	×
SCM445 (4145, 4147)	0.43 ~0.48	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.15 ~0.30	≧1030	≧12	302 ~363	830~880 Refrigeração de óleo	550~650 Refrigeração rápida	0.86	×
SCM822 (－)	0.20 ~0.25	0.15 ~0.35	0.60 ~0.90	0.90 ~1.20	0.35 ~0.45	≧1030	≧12	302 ~415	1st 850~900 Refrigeração de óleo 2nd 800~850 Refrigeração de óleo	150~200 Refrigeração a ar	0.68	×
(Nota) *2. O equivalente de carbono (Ceq) foi calculado pela seguinte equação. *3. As marcas para a capacidade de soldadura significam como segue: △：Razoavelmente difícil ×：Extremamente difícil *4. Para a composição quimica, as propriedades mecânicas, o equivalente de carbono e a capacidade de soldadura, por favor consulte a especificação relevante de AISI/SAE.

2. Considerações fundamentais para a selecção dos consumíveis de soldadura

As considerações básicas para a selecção de consumíveis de soldadura são descritas no início. O mecanismo da geração de fissuração e sua prevenção serão descritos mais tarde. No primeiro lugar, os consumíveis de soldadura com muito hidrogênio diffusible no metal de solda (tal como o eléctrodo de tipo ilmenita e o eléctrodo de tipo cal−titania) nunca devem ser usados para soldar os aços carbono médio/alto e os aços especiais. É uma obrigação usar os consumíveis de soldadura do tipo de baixo hidrogénio.

No segundo lugar, a força do metal de solda deve ser considerada. O aço carbono médio/alto pode geralmente ser caracterizado por uma grande resistência, uma resistência à tracção do qual ultrapassa frequentemente 1000MPa. Ao soldar um material de aço de tão grande resistência, há dois modos de pensar para selecionar os consumíveis de soldadura. Um modo é atribuir importância à força do metal de solda e adotar tais consumíveis de soldadura que produzem o metal de solda cuja força é similar àquela do metal de base. O outro modo é atribuir mais importância à resistência à fissuração do metal de solda do que em sua força.

Em linhas gerais, quando outras circunstâncias são as mesmas, a resistência à fissuração de uma junta da solda torna-se melhor enquanto a força do metal de solda se torna mais baixa. Ou seja há um risco mais alto de ocorrência de fissuração porque a força do metal de solda é mais alta.

Conseqüentemente, ao seleccionar os consumíveis de soldadura, é necessário examinar com cuidado se a força do metal de solda deveria ser comparável àquele do metal de base. Deve-se notar para seleccionar, onde é possível, uns consumíveis de soldadura com uma força mais baixa para diminuir o risco de ocorrência de fissuração.

A seguinte tabela dos consumíveis de solda recomendados indica dois casos de recomendação: um é o caso onde apenas a junta é exigida, e o outro é o caso onde o metal de solda precisa de ter uma força similar como o metal de base.

Mesmo que a tabela dos consumíveis de solda recomendados não lhe refira, há um caso onde os consumíveis de solda de aço inoxidável austenítico de tipo 309 sejam recomendados para soldar os aços carbono médio/alto .

Esta recomendação vem do facto de que uma causa grande das fissurações na junta de solda do aço carbono médio/alto deriva do endurecimento da HAZ (Heat Affected Zone = Zona Termicamente Afetada) e do hidrogênio diffusible no metal de solda.

Naturalmente, a HAZ de solda pode ser endurecida mesmo se os consumíveis de aço inoxidável austenítico de soldadura são usados. Mas a ausência do hidrogênio diffusible no metal de solda pode contribuir à resistência à fissuração junto com a estrutura estável do metal de solda.

Por conseguinte, onde é impossível aplicar o pré-aquecimento ou onde não há nenhum problema de fadiga térmica devido à diferença do coeficiente de expansão térmica, os consumíveis de aço inoxidável austenítico de soldadura podem ser usados.

Classe de aço*1		Temp. de pré- aquecimento (℃)	Consumíveis de solda recomendados
JIS	ASTM ou AISI/SAE		So para juntar			Para juntar com força de metal de base perto
			Soldadura por arco de metal protegido	Soldadura MAG	Soldadura TIG	Soldadura por arco de metal protegido	Soldadura MAG	Soldadura TIG
S30C,33C	1030	100min.	LB−47 LB−26	MG−50 MG−1 MIX−50S	TG−S50	LB−52	MG−50 MIX−50S	TG−S50
S35C	1035	100min.				LB−62	MG−60 MG−S63B	TG−S62
S38C,40C, 43C	1038,1039 1040,1042 1043	150min.				LB−62	MG−60 MG−S63B	TG−S62
S45C,48C, 50C	1045,1046 1049	200min.				LB−106	MG−70 MG−S70	TG−S80AM
S53C	1050, 1053	250min.				LB−106	MG−70 MG−S70	TG−S80AM
S55C	1055	250min.				LB−116	MG−80 MG−S80	TG−S80AM
S58C	1059, 1060	300min.				LB−116	MG−80 MG−S80	TG−S80AM
SNCM220, 420	8615,8617 8620,8622	200min.				LB−116	MG−80 MG−S80	TG−S80AM
SNCM431	－	300min.				LB−116	MG−80 MG−S80	TG−S80AM
SNCM439, 447,630	4340	350min.				CM−A106	MG−S2CM	TG−S2CM
SCM420	－	250min.				CM−A106	MG−S2CM	TG−S2CM
SCM430, 435	4130, 4137	300min.				CM−A106	MG−S2CM	TG−S2CM
SCM440, 445	4140,4142 4145,4147	350min.				CM−A106	MG−S2CM	TG−S2CM
SCM822	－	250min.				CM−A106	MG−S2CM	TG−S2CM
SF390A, 440A,490A	A105 A668 : B,C	150min.				LB−52	MG−50 MIX−50S	TG−S50
SC360, 410,450,480 SFVC−1, 2A,2B	A27 (Veja abaixo para A105, A181, A266)	100min.				LB−52	MG−50 MIX−50S	TG−S50
SF540A, 590A	A668 : D,Fb	200min.				LB−62	MG−60 MG−S63B	TG−S62
－	A181−60 A266−1	100min.	－	－	－	LB−47 LB−26	MG−50 MIX−50S	TG−S50
－	A105 A181−70 A266−2,4	100min.	－	－	－	LB−52	MG−50 MIX−50S	TG−S50
－	A266−3	100min.	－	－	－	LB−57	MG−60 MG−S63B	TG−S62
*1. Verifique se as propriedades mecânicas do metal de enchimento são aceitáveis à aplicação adiantado.

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