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

3. Considerações sobre as juntas dissimilares de metal

Um exemplo típico deste é a solda do aço carbono médio/alto com o aço carbono plano como SS400 (ASTM A36).

Isto é uma combinação de aço de alta resistência e sensível a fissuração com aço de baixa resistência (400MPa) com boa capacidade de soldadura.

Os pontos-chave na soldadura desta combinação são especificados como segue:
① Os eléctrodos de soldadura de tipo de baixo hidrogênio devem ser usados.
② A respeito da resistência do metal de solda, a resistência do metal de base com mais baixo valor (400MPa neste
　　caso) é suficiente.
③ A temperatura de pré-aquecimento deve ser essa exigida para o aço carbono médio/alto.
④ Ao aplicar o recozido posterior de distensão da soldadura, as condições de recozido devem ser essas exigidas
　　para o metal de base de mais baixa resistência.

4. Soldagens

Quando o aço é soldado, a estrutura macroscópica de uma junta da solda é como essa mostrada na Fig. 1.

Uma junta da solda é composta pelo metal de solda, pela interface de solda, pela Zona Termicamente Afetada (HAZ), e pela zona não afectada do metal de base.

O metal de solda é a peça que é uma vez derretida e solidificada, e é uma mistura do metal depositado e do metal de base.

A interface da solda é o limite entre o metal de solda e o metal de base.

A zona de uma espessura de vários milímetros do metal de base apenas fora da interface da solda pode ser distinta da zona vizinha gravando no exame macroscópico, que é chamada Zona Termicamente Afetada (HAZ = Heat Affected Zone).

Esta é uma zona sujeitada às altas temperaturas pelo calor de soldadura, pelas quais a estrutura microscópica e as propriedades mecânicas mudaram consideravelmente a partir do metal de base original. Sua largura é aproximadamente 1~3 mm no caso da soldadura por arco protegida.

Frequentemente, o comportamento da HAZ determina o desempenho de toda a junta da solda.

(1) Metal de solda

Na soldadura por arco, a poça de solda tem um forte gradiente térmico a partir da superfície que é mantida em uma alta temperatura imediatamente sob o arco à parte inferior onde a temperatura é muito mais baixa porque toca o metal de base. Conseqüentemente, a cristalização é iniciada na poça de solda perto do limite com o metal de base na maioria dos casos e o cristal cresce para a superfície da poça de solda enquanto a temperatura vai para baixo rapidamente.

A Foto 1 mostra um exemplo deste caso. Observa-se que cada cristal cresce para um determinado sentido. Este tipo de estrutura é chamada "cristal colunar", que é uma estrutura típica do metal de solda. Tais cristais colunares crescidos formam uma estrutura grosseira, cuja dureza de impacto seja baixa e as propriedades mecânicas variam de acordo com o sentido das grões de cristal.

Geralmente, a soldadura por arco é feita com multicapas. Na soldadura multicapas, segundo as indicações da Fig. 2, a capa precedente é reaquecida pela capa subseqüente, e o cristal colunar na área que é aquecida até uma temperatura determinada muda em uma estrutura mais fina. Porque esta estrutura fina tem boas propriedades mecânicas é importante executar uma junta da solda que contenha estruturas finas tanto quanto possível. Para isto, é eficaz. aumentar capas.

(2) Zona Termicamente Afetada

A Zona Termicamente Afetada (HAZ) é uma área do metal de base que é afectada pelo calor de soldadura tanto que suas propriedades mudaram notavelmente daquelas da área não afectada do metal de base.

A mudança a mais problemática é que a HAZ está endurecida. Um exemplo é mostrado na Fig. 3.

A HAZ que foi aquecida uma vez em uma alta temperatura pelo calor de soldadura começa a esfriar rapidamente após o arco ter expirado.

Isto é, pelo aquecimento e pelo resfriamento rápido (o resfriamento rápido é equivalente a têmpera), a estrutura da HAZ torna-se totalmente diferente daquele do metal de base não afetado pelo calor, desse modo tornando-se dura, frágil e fácil a rachar-se.

Muito cuidado está exigido, especialmente quando a velocidade de resfriamento está aumentada, por exemplo, soldando uma placa grossa ou com uma soldagem grande, ou quando a solda está feita em um clima frio.

Como mencionado acima, a HAZ pode ser endurecida, mas a sensibilidade da HAZ ao endurecimento varia segundo o grau do aço.

Isto é, a HAZ tende a endurecer-se quando os elementos de liga, especialmente o carbono (C), aumenta no aço (metal de base).

A Fig. 4 mostra o relacionamento entre o equivalente de carbono (Ceq.) e a dureza. É evidente que a HAZ se torna mais dura, e por conseguinte o risco de ocorrência de fissuração se torna mais alto enquanto Ceq. é mais alto.

Ceq. é um valor obtido pela fórmula para calcular o efeito de endurecimento de C e de outros elementos, para o qual outros elementos são calculados com as taxas de conversão predeterminadas em comparação com o C. Por exemplo, Mn de 0,6% é equivalente a C de 0,1%, no efeito de endurecimento.

Como é evidente da fórmula, C tem o efeito de endurecimento o mais grande e Si não tem muito efeito de endurecimento.

A Fig. 4 sugere que não haja muito risco de ocorrência de fissuração com o aço macio (cujo Ceq. é aproximadamente 0,3%), a menos que a espessura da placa for grande, mas esse aço S45C (AISI/SAE 1045,1046) (cujo Ceq. é aproximadamente 0,6%) é altamente sensível da fissuração devido muito ao endurecimento da HAZ.

Também, temos de ser extremamente cautelosos com a ocorrência de fissuração na soldadura do aço de alta elasticidade e do aço de baixa liga, que contêm muito mais elementos de liga.

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