Soldadura de aço inoxidável

4. Consumíveis de solda recomendados para juntas similares de metal

(1) Consumíveis de solda recomendados para os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos

Basicamente, os consumíveis de solda com a composição quimica similar a isso do metal de base são seleccionados. (Veja a Tabela 5.)

Os consumíveis de solda do tipo 309 podem igualmente ser usados para o aço inoxidável Cr. Contudo, neste caso, um cuidado é exigido porque há receio de que esteja havendo uma fadiga térmica nos ciclos térmicos porque o coeficiente de expansão térmica é diferente entre o metal de base e o metal de solda.

Tabela 5 Consumíveis de solda recomendados para os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos
Grau de aço
JIS (AISI)
Consumíveis de solda recomendados
Eléctrodo coberto de SMAW Fio de soldadura MAG (FCW) Fio de soldadura TIG
SUS410 (410) CR−40
NC−39*1
DW−410Cb
DW−309*1
TG−S410
TG−S309*1
SUS410S (410S) CR−40
NC−39*1
DW−410Cb
DW−309*1
TG−S410
TG−S309*1
SUS405 (405) CR−40Cb
NC−39*1
DW−410Cb
DW−309*1
TG−S410Cb
TG−S309*1
SUS430 (430) CR−43
NC−39*1
DW−309*1 TG−S309*1
SUS430LX (-) CR−43Cb
NC−39*1
DW−309*1 TG−S309*1
SUS444 (444) NC−36L
NC−39MoL
DW−316L
DW−309MoL
TG−S316L
TG−S309MoL
(Nota)
*1. É melhor evitar usar este tipo de consumíveis onde a soldadura deve ser usada em um ambiente de ciclo térmico ou em um ambiente de corrosão sensível à Ni.

(2) Consumíveis de solda recomendados para o aço inoxidável austenítico

Basicamente, os consumíveis de solda com a composição quimica semelhante à composição do metal de base são seleccionados. (Veja a Tabela 6.)
Quando os fios fluxados são usados para a soldadura de uma estrutura que consista de aço inoxidável austenítico de grau SUS304 (AISI 304) ou SUS316 (AISI 316) para serviços de 500℃ ou temperaturas mais altas, os fios específicos para os serviços de temperaturas altas devem ser usados.
Os consumíveis de solda de baixo teor de carbono podem ser usados para tais aços inoxidáveis com índice de carbono ordinário como SUS304 (AISI 304) e SUS316 (AISI 316). Isto não pode ser aplicável em um ambiente de serviço onde uma resistência à altas temperaturas (tal como resistência à deformação de ruptura) torna-se necessária.
Os aços inoxidáveis de baixo teor de carbono tais como SUS304L (AISI 304L) e SUS316L (AISI 316L) contenham um carbono máximo de 0,03% enquanto os consumíveis de solda correspondentes contiverem um carbono máximo de 0,04% de acordo com os padrões respectivos. Conseqüentemente, quando o mesmo índice de carbono é necessário para o metal de solda como aquele do metal de base, os consumíveis de solda de baixo teor de carbono extra devem ser usados.
Consumíveis de solda recomendados para o aço inoxidável austenítico
Grau de aço
JIS (AISI)
Consumíveis de solda recomendados
Eléctrodo coberto de SMAW Fio de soldadura MAG (FCW) Fio de soldadura TIG
SUS304 (304) NC−38
NC−38H*1
DW−308
DW−308H*1
TG−S308
SUS304L (304L) NC−38L DW−308L    DW−308LH*2
DW−308LP*3    DW−T308L*4
TG−S308L
SUS304LN (304LN) DW−308LN
SUS309S (309S) NC−39 DW−309    DW−310*1
DW−309LP*3    DW−T309L*4
TG−S309
SUS310S (310S) NC−30 DW−310 TG−S310
SUS316 (316) NC−36 DW−316    DW−316LH*1
DW−316LP*3
TG−S316
SUS316L (316L) NC−36L DW−316L    DW−316LH*2
DW−316LP*3    DW−T316L*4
TG−S316L
SUS316LN (316LN) NC−317L DW−317L
DW−317LP*3
TG−S317L
SUS317 (317) NC−317L DW−317L
DW−317LP*3
TG−S317L
SUS317L (317L) NC−317L DW−317L
DW−317LP*3
TG−S317L
SUS321 (321) NC−37
NC−37L
DW−347 TG−S347
SUS347 (347) NC−37
NC−37L
DW−347 TG−S347
SUS329J3L (31803,32205) NC-2209 DW−2209*3
DW−329AP*3
TG−S2209
SUS329J4L (32250,32260) NC-2594 DW−2594*3 TG−S2594
SUS630 (S17400) TG−S630
(Nota)
*1. Para a especificação de altas temperaturas.
*2. Para a especificação SR ("stress relief annealing"= recozido de distensão).
*3. Para a soldadura "Toda Posição".
*4. Para aços finos a grossos devido a uma vasta gama de correntes de soldadura aplicáveis.

Consumíveis de soldagem para aço inoxidável (somente inglês)
Guia rápido para consumíveis de soldagem para aço inoxidável e ligas de níquel
Consumíveis de soldagem para aço inoxidável duplex

5. Consumíveis de solda recomendados para juntas dissimilares de metal

A soldadura de dois tipos do aço diferentes na composição quimica é chamada soldadura de metal dissimilar. Na soldadura de metal dissimilar, a selecção de consumíveis de solda exige uma suficiente consideração da resistência à fissuração, da resistência à corrosão e das propriedades mecânicas de acordo com a combinação dos metais de base.

A Tabela 7 mostra os consumíveis os mais comuns de soldadura que são usados para soldadura do metal dissimilar. Basicamente, tais consumíveis de solda devem ser usados para satisfazer as propriedades mecânicas pelo menos de um dos metais de base da junta.

Os comentários suplementares são apresentados em seguida na Tabela 7.

Para a soldadura do aço carbono com o aço inoxidável austenítico, os consumíveis de solda do tipo 309, com Cr e Ni mais altos, são usados normalmente. Isto é porque, com os consumíveis de solda do tipo 308, o Cr e o Ni podem ser diluídos pelo metal de base do aço carbono, e conseqüentemente uma estrutura martensítica (estrutura quebradiça) pode ser formada no metal de solda.
Na soldadura do aço carbono com o aço inoxidável austenítico, como estes dois metais são muito diferentes no coeficiente de expansão térmica, os consumíveis de solda do tipo Inconel com índice Ni alto, que tem um coeficiente de expansão térmica intermediário, devem ser usados onde a soldadura é sujeitada aos ciclos térmicos intensos em serviço.
Na soldadura do aço carbono com o aço inoxidável Cr, qualquer dos consumíveis de solda do tipo inoxidável Cr, do tipo inoxidável austenítico e do tipo Ni alto pode ser usado com respeito às seguintes vantagens e desvantagens para cada tipo.
Os consumíveis do tipo inoxidável Cr são apropriados para uma aplicação sob ciclos térmicos intensos ou em ambientes de corrosão sensível à Ni. Contudo, o pré-aquecimento apropriado e o tratamento térmico pós-solda são necessários para evitar as rachaduras atrasadas.
Os consumíveis do tipo inoxidável austenítico são bons na capacidade de soldadura mas causam o problema de estresse térmico em um ambiente onde a soldadura esteja exposta aos ciclos térmicos intensos.
Os consumíveis do tipo Ni alto são caros e sujeitos à geração de rachaduras a quente; por outro lado, desde que resistem aos ciclos térmicos intensos, são apropriados para a soldadura que é difícil ser sujeitada ao tratamento térmico pós-solda e é usada em um ambiente de ciclos térmicos intensos.
Para soldar metais dissimilares, tal processo de soldadura que caracteriza um grande relação de diluição como a soldadura por arco submerso não é recomendável.
Quando os processos de soldadura MIG e TIG forem usados para soldar os metais dissimilares, a penetração no aço carbono deve ser mantida tão pequena como possível.
Tabela 7 Tipo de liga recomendada de consumíveis de soldagem para soldagens de metais diferentes
  metal base A*1 Aço carbono
Aço de baixa liga
Aço inoxidável austenítico
metal base B*1   304 316L
Aço inoxidável austenítico SUS304
SUS316L
309, 309L
Ni 6082 *2
308 316L
Aço inoxidável ferrítico SUS409L
SUS430
309, 309L
Ni 6082 *2
309 309LMo
Martensitic stainless steel SUS410 309, 309L
Ni 6082 *2
309 309LMo
Aço inoxidável lean duplex SUS821L1
SUS323L
309LMo
2209
309L, 309LMo
2209
309LMo
2209
Standard duplex stainless steel SUS329J3L 309LMo
2209
309L, 309LMo
2209
309LMo
2209
Aço inoxidável super duplex SUS327L1 309LMo
329J4L
309L, 309LMo
329J4L
309LMo
329J4L
Aço inoxidável super austenítico SUS312L
SUS836L
Ni 6625 309LMo
Ni 6625
309LMo
329J4L
Liga de Ni NCF625 Ni 6625 Ni 6625 Ni 6625
Liga de Ni NW0276 Ni 6276 Ni 6276 Ni 6276
(Note)
*1 JIS G 4305, JIS G4902
*2 Nos casos onde a soldagem for utilizada com ciclos térmicos de aproximadamente 400 °C ou mais, devem ser selecionadas ligas de Ni.
Consumíveis de soldagem correspondentes a cada tipo de liga
Tipo de liga JIS/AWS Welding Cosumables
SMAW GTAW FCAW
308 NC-38 TG-S308 DW-308
309 NC-39 TG-S309 DW-309
309L NC-39L TG-S309L DW-309L
309LMo NC-39MoL TG-S309MoL DW-309MoL
316L NC-36L TG-S316L DW-316L
2209 NC-2209 TG-S2209 DW-2209
DW-329AP
329J4L NC-2594 TG-S2594 DW-2594
Ni 6082
(NiCr3)
(NI-C70A)* TG-SN70NCb DW-N82
Ni 6625
(NiCrMo3)
- TG-SN625 DW-N625
Ni 6276
(NiCrMo4)
- - DW-NC276
(Note)
* AWS A5.11 EniCrFe-1

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6. Pré-aquecimento e pós-aquecimento

(1) Soldadura do metal similar

O pré-aquecimento apropriado e as condições de pós-aquecimento na soldadura dos metais de base química similares são indicados na Tabela 8. No controle do procedimento de soldadura, o ponto-chave é o controle de calor. Especialmente, com o aço inoxidável ferrítico e martensítico (igualmente sabido como aço inoxidável Cr), o controle de calor do pré-aquecimento e pós-aquecimento determinam pela maior parte os resultados da solda.

Tabela 8. Condições de pré-aquecimento e pós-aquecimento para a soldadura do metal similar
  Aço inoxidável martensítico Aço inoxidável ferrítico Aço inoxidável austenítico
Temperatura de
pré-aquecimento
200~400℃ 100~200℃ Não exigido
Temperatura de
pós-aquecimento
700~760℃ Normalmente não exigido
Finalidades do
pré-aquecimento
Para evitar as rachaduras atrasadas ①
・Para evitar que a Zona Térmicamente Afectada (ZTA) se endureça
・Ajuda a remover o hidrogênio
Para evitar as rachaduras atrasadas ①
・Ajuda a remover o hidrogênio
O pré-aquecimento não é aplicado
normalmente para evitar a
degradação da resistência à corrosão
Finalidades do
pós-aquecimento
Para evitar as rachaduras atrasadas ①
・Amaciamento da Zona Térmicamente Afectada (ZTA)
・Remoção do hidrogênio
・Relevo de tensões residuais
・Melhorar as propriedades mecânicas
Para evitar as rachaduras atrasadas ①
・Remoção do hidrogênio
・Relevo de tensões residuais
・Melhorar a ductilidade
・Melhora a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas
(Tratamento térmico da solução sólida ②)
・Prevenção de rachaduras por corrosão sob tensão
(Recozimento do alívio de tensões ③)
Observações ・ Endurecimento
・ Rachadura a quente ④
・ Resistência à corrosão de HAZ ⑤
・ Fragilidade a 475℃
・ Fragilização pelo aquecimento de alta temperatura (900℃ ou mais altos)
・ Fragilização de fase Sigma (600~ 800℃)
・Rachadura a quente ④
・Resistência à corrosão⑤
(Nota)
*1. O pós-aquecimento mencionado na tabela refere ao recozimento do alívio de tensões (SR = Stress Relief) exceto o tratamento térmico da solução sólida. Geralmente, o SR deve ser começado na fornalha imediatamente depois que a solda é terminada antes que a soldadura esfriar à temperatura ambiente. Se isto não pode ser executado, a soldadura deve ser aquecida a 300~350℃ por 30~60 minutos imediatamente depois que a solda é terminada para remover o hidrogênio do metal de solda, uma operação chamada pós-aquecimento imediato.
*2. Para as soldas de aço inoxidável austenítico, o pós-aquecimento não é executado normalmente, exceto em casos especiais.

O seguinte é uma explicação detalhada de ① ~ ⑤ na Tabela 8.

① Para evitar as rachaduras atrasadas

A rachadura atrasada ocorre depois que a soldadura esfriou à temperatura ambiental. Três causas principais são consideradas a ser o hidrogênio difundível no metal de solda, o endurecimento do metal de solda e da ZTA, e a limitação de junta. O recozimento de pré-aquecimento e alívio de tensões é eficaz para a prevenção das rachaduras atrasadas. Porque o pré-aquecimento pode reduzir a velocidade de arrefecimento da soldadura, diminui eficazmente a dureza do metal de solda e da Zona Térmicamente Afectada (ZTA), e aumenta a liberação do hidrogênio difundível. A rachadura atrasada é um problema com a soldadura do aço inoxidável Cr mas não com a soldadura do aço inoxidável austenítico. Isto é porque a soldadura do aço inoxidável austenítico não se endurece independentemente da velocidade de arrefecimento e o hidrogênio dissolvido não se torna difundível. Daqui, o pré-aquecimento não é necessário na soldadura do aço inoxidável austenítico. Pelo contrário, o pré-aquecimento pode deteriorar a resistência à corrosão.

② Tratamento térmico da solução sólida

O tratamento térmico da solução sólida, que é executada principalmente para a soldadura do aço inoxidáve austenítico, é para manter a soldadura à 1000~1150℃ por 2 minutos ou mais longo, por 1mm da espessura da chapa, seguido com arrefecimento rápido. Durante o arrefecimento, a soldadura deve ser resfriado o mais rapidamente possível na escala de 500~800℃, para evitar a formação de carboneto de crómio. Quando a soldadura for mantida à 1000~1150℃, o carboneto de crómio, a fase de sigma e a ferrita no metal de solda são separados na matriz. Por este tratamento de calor, a resistência à corrosão, a ductilidade e a dureza podem ser melhoradas e as tensões internas causadas ao trabalhar e soldar podem ser removidas.

③ Recozimento de alívio de tensões (SR = Stress−Relief )

As finalidades principais do SR são a prevenção de rachaduras atrasadas nas soldas de aço inoxidável Cr e a melhoria das propriedades mecânicas. Enquanto a prevenção das rachaduras por corrosão sob tensão constitui a finalidade principal para as soldas de aço inoxidável austenítico. Contudo, quando a resistência à corrosão for importante ou quando a fase do sigma tender a precipitar, como no caso do metal de solda do tipo 347 ou do tipo 316, o SR pode ser prejudicial em muitos casos. Conseqüentemente, o SR das soldas do aço inoxidável austenítico deve ser evitado, a menos que se considerar indispensável após ter examinado suficientemente a grau de aço, as condições do uso e as experiências anteriores de prática.

④ Rachadura a quente

Quando as rachaduras nas soldas de aço inoxidável Cr puderem ocorrer as temperaturas ambientais e são chamadas rachaduras atrasadas, aquelas rachaduras do metal de solda do aço inoxidável austenítico e da liga Ni alta podem ocorrer imediatamente depois que a solidificação é terminada na maioria dos casos, e são chamadas rachaduras a quente. A fim de impedir a ocorrência de rachaduras a quente, os consumíveis de solda para os aços inoxidáveis austeníticos de fins gerais são projectados para que o metal de solda contem alguns por cento da estrutura ferrítica na matriz austenítica. Para medir a porcentagem da estrutura ferrítica no metal de solda, alguns tipos de métodos estão disponíveis: um é usar a estrutura metalográfica diagramas; um método é usar os instrumentos de medição; e outro é usar o microscópio. Diferentes das soldas do aço inoxidável Cr, as rachaduras das soldas do aço inoxidável austenítico não podem ser impedidas pelo pré-aquecimento e pelo tratamento térmico pós-solda. Para evitar as rachaduras nas soldas do aço inoxidável austenítico, é importante seleccionar os consumíveis de solda apropriados com uma baixa quantidade de impurezas e usar os procedimentos de soldadura apropriados.

⑤ Resistência à corrosão da ZTA

O aço inoxidável austenítico é produzido para possuir uma resistência à corrosão normalmente uniforme por meio do tratamento térmico da solução sólida. Mas, uma vez que é soldada, a resistência à corrosão da Zona Térmicamente Afectada (ZTA) torna-se inferior àquela da zona não afectada do metal de base porque os carbonetos se precipitam na ZTA. Esta zona de precipitação do carboneto é chamada deterioração de solda, que é formada por aquecimento na escala de 500~800℃ mediante soldadura; em conseqüência, os carbonetos de crómio se precipitam, diminuindo desse modo o Cr independente na matriz que é eficaz para aumentar a resistência à corrosão. Conseqüentemente, a resistência à corrosão da Zona Térmicamente Afectada (ZTA) torna-se deteriorada. Embora pudessem existir alguns casos em que a deterioração da solda não levanta nenhum problema no uso, algumas contramedidas são necessárias quando a estrutura soldada é usada no ambiente onde as rachaduras da corrosão intergranular ou de corrosão sob tensão tendem a ocorrer.

As medidas preventivas ou de melhora contra a deterioração da solda são como segue:

(a)
Aplique o tratamento térmico da solução sólida a 1000~1150℃ depois que a solda é terminada para decompor os carbonetos de crómio.
(b)
Impeça a precipitação do carboneto de crómio usando o aço inoxidável de baixo teor de carbono de SUS304L (AISI 304L) ou SUS316L (AISI 316L), ou o aço inoxidável estabilizado de SUS321 (AISI 321) ou de SUS347 (AISI 347).
(c)
Recuse a superfície da Zona Térmicamente Afectada (ZTA) pela soldadura TIG com uma entrada de calor de soldadura pequena.

(2) Soldadura do metal dissimilar

A respeito da temperatura de pré-aquecimento ao soldar metais dissimilares, a mais alta temperatura de pré-aquecimento entre os dois metais de base é seleccionada normalmente Os exemplos de temperatura de pré-aquecimento ao soldar metais dissimilares são mostrados na Tabela 9. É preciso ter cuidado porque uma temperatura demasiado alta de pré-aquecimento ao soldar os metais dissimilares podem causar uma penetração excessiva e a composição quimica do metal de solda pode tornar-se imprópria. O uso dos consumíveis de solda para o aço inoxidável austenítico permite reduzir a temperatura de pré-aquecimento para a prevenção de rachaduras atrasadas. Mas, o uso de temperaturas de pré-aquecimento mais baixas pode reduzir o efeito preventivo contra o endurecimento da ZTA.

Exemplos das temperaturas do tratamento térmico pós-solda (PWHT= postweld heat treatment) na soldadura do metal dissimilar são mostrados na Tabela 10. Como o PWHT da junta de solda de metais dissimilares afecta ambos os metais de base e o metal de solda em várias maneiras, uma consideração aprofundada é exigida a respeito das condições do PWHT ou mesmo se é realmente necessário ou não.

Se uma temperatura intermediária ou uma temperatura mais alta é seleccionada para o PWHT de uma junta de metal dissimilar em comparação com a temperatura apropriada do PWHT para cada metal de base, pode exceder a temperatura de transformação do metal de base cuja temperatura apropriada do PWHT é mais baixa (normalmente o metal de base com menos elementos de liga) e, em conseqüência, as propriedades do metal de base podem mudar inteiramente. Conseqüentemente a temperatura do PWHT deve ser examinada suficientemente de antemão.

Com uma combinação de aços ferríticos e austeníticos como na junta da solda de aço inoxidável macio e austenítico, é uma prática comum seleccionar um mais baixa temperatura do PWHT na variação de temperatura recomendada para o aço ferrítico. A razão pela qual uma temperatura mais baixa é seleccionada é para minimizar a migração do carbono na interface da solda. Também é necessário não esquecer que estas temperaturas do PWHT estão na gama onde o aço inoxidável austeníticos precipita os carbonetos e as fases de sigma.

Tabela 9 Temperaturas de pré-aquecimento e interpass para a soldadura do metal dissimilar
Aço inoxidável Aço inoxidável austenítico
(JIS : SUS304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)
(AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)
Aço inoxidável martensítico
(JIS : SUS410, etc.)
(AISI : 410, etc.)
Aço inoxidável ferrítico
(JIS : SUS430, 405, etc.)
(AISI : 430, 105, etc.)
Aço macio, Aço de baixa liga
Mild steel 200~400℃ 100~200℃
Aço 0,5%Mo 100~200℃ 200~400℃ 100~200℃
Aço 1,25%Cr−0,5%Mo 100~200℃ 200~400℃ 100~200℃
Aço 2,25%Cr−1%Mo 100~200℃ 200~400℃ 200~350℃
Tabela 4-10. Temperaturas do tratamento térmico pós-solda (PWHT) para a soldadura do metal dissimilar
Aço inoxidável Aço inoxidável austenítico
(JIS : SUS304, 304L, 316,
316L, 347, 321, etc.)
(AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, etc.)*2
Aço inoxidável martensítico
(JIS : SUS410, etc.)
(AISI : 410, etc.)*1
Aço inoxidável ferrítico
(JIS : SUS430, 405, etc.)
(AISI : 430, 105, etc.)*1
Aço macio, Aço de baixa liga
Mild steel (550~600℃) 600~650℃ 600~650℃
Aço 0,5%Mo (550~600℃) 600~650℃ 600~650℃
Aço 1,25%Cr−0,5%Mo (550~600℃) 650~720℃ 650~720℃
Aço 2,25%Cr−1%Mo (550~600℃) 680~750℃ 680~750℃
(Nota)
*1. Na soldadura do metal dissimilar do aço inoxidável ferrítico ou martensítico ao aço de liga macia/baixa, use a mais alta temperatura no intervalo de temperaturas mais baixas do PWHT entre aqueles intervalos de temperaturas recomendadas para os metais de base individuais.
*2. Para uma junta de metal dissimilar, um componente de que é o aço inoxidável austenítico, o PWHT pode degradar a resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico. Eis porque a necessidade do PWHT deve ser considerada adiantado.

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