P: Recentemente, começamos a realizar alguns trabalhos que exigem que alguns componentes sejam feitos principalmente de aço inoxidável 304, que é soldado a si mesmo e ao aço carbono. Temos enfrentado alguns problemas com rachaduras na solda entre aço inoxidável e aço inoxidável de até 3,1 cm de espessura. Foi mencionado que temos baixos níveis de ferrite. Você pode explicar o que é e como resolver?
R: Essa é uma boa pergunta. Sim, podemos ajudar você a entender o que significa ferrite baixa e como preveni-la.
Primeiro, vamos analisar a definição de aço inoxidável (SS) e como a ferrita se relaciona com juntas soldadas. Aços e ligas pretas contêm mais de 50% de ferro. Isso inclui todos os aços carbono e inoxidáveis, bem como alguns outros grupos. Alumínio, cobre e titânio não contêm ferro, sendo, portanto, excelentes exemplos de ligas não ferrosas.
Os principais componentes desta liga são o aço carbono com teor de ferro de pelo menos 90% e o aço inoxidável com teor de ferro de 70 a 80%. Para ser classificado como aço inoxidável, deve ter pelo menos 11,5% de cromo adicionado. Níveis de cromo acima desse limite mínimo promovem a formação de uma película de óxido de cromo nas superfícies do aço e previnem a formação de oxidações, como ferrugem (óxido de ferro) ou corrosão por ataque químico.
O aço inoxidável é dividido principalmente em três grupos: austenítico, ferrítico e martensítico. Seu nome deriva da estrutura cristalina à temperatura ambiente da qual é composto. Outro grupo comum é o aço inoxidável duplex, que apresenta um equilíbrio entre ferrita e austenita na estrutura cristalina.
Os graus austeníticos, série 300, contêm de 16% a 30% de cromo e de 8% a 40% de níquel, formando uma estrutura cristalina predominantemente austenítica. Estabilizantes como níquel, carbono, manganês e nitrogênio são adicionados durante o processo de fabricação do aço para ajudar a formar a relação austenita-ferrita. Alguns graus comuns são 304, 316 e 347. Oferece boa resistência à corrosão; utilizado principalmente nas indústrias alimentícia, química, farmacêutica e criogênica. O controle da formação de ferrita proporciona excelente tenacidade em baixas temperaturas.
O aço inoxidável ferrítico é um aço da série 400 totalmente magnético, que contém de 11,5% a 30% de cromo e possui uma estrutura cristalina predominantemente ferrítica. Para promover a formação de ferrita, os estabilizadores incluem cromo, silício, molibdênio e nióbio durante a produção de aço. Esses tipos de aço inoxidável são comumente usados ​​em sistemas de escapamento e conjuntos de transmissão automotivos e têm aplicações limitadas em altas temperaturas. Vários tipos comumente usados: 405, 409, 430 e 446.
Os graus martensíticos, também conhecidos como série 400, como 403, 410 e 440, são magnéticos, contêm de 11,5% a 18% de cromo e possuem uma estrutura cristalina martensítica. Essa combinação apresenta o menor teor de ouro, tornando-os os mais baratos de produzir. Oferecem alguma resistência à corrosão, resistência superior e são comumente utilizados em utensílios de mesa, equipamentos odontológicos e cirúrgicos, utensílios de cozinha e alguns tipos de ferramentas.
Ao soldar aço inoxidável, o tipo de substrato e sua aplicação em serviço determinarão o metal de adição apropriado a ser utilizado. Se você estiver utilizando um processo com gás de proteção, pode ser necessário prestar atenção especial às misturas de gás de proteção para evitar certos problemas de soldagem.
Para soldar o aço 304 a si mesmo, você precisará de um eletrodo E308/308L. "L" significa baixo teor de carbono, o que ajuda a prevenir a corrosão intergranular. O teor de carbono desses eletrodos é inferior a 0,03%. Quando esse valor é excedido, o risco de deposição de carbono nos contornos de grão e de ligação do cromo para formar carbonetos de cromo aumenta, o que reduz efetivamente a resistência à corrosão do aço. Isso se torna evidente se ocorrer corrosão na zona afetada pelo calor (ZTA) das soldas de aço inoxidável. Outra consideração para o aço inoxidável de grau L é que ele apresenta menor resistência à tração em temperaturas operacionais elevadas do que os aços inoxidáveis ​​de grau reto.
Como o aço inoxidável 304 é um tipo austenítico de aço inoxidável, o metal de solda correspondente conterá a maior parte da austenita. No entanto, o próprio eletrodo conterá um estabilizador de ferrita, como o molibdênio, para promover a formação de ferrita no metal de solda. Os fabricantes geralmente listam uma faixa típica para a quantidade de ferrita para um metal de solda. Como mencionado anteriormente, o carbono é um forte estabilizador austenítico e, por essas razões, é essencial evitar sua adição ao metal de solda.
Os números de ferrite são derivados do gráfico de Scheffler e do gráfico WRC-1992, que utilizam fórmulas equivalentes de níquel e cromo para calcular o valor que, quando plotado no gráfico, resulta em um número normalizado. Um número de ferrite entre 0 e 7 corresponde à porcentagem em volume da estrutura cristalina ferrítica presente no metal de solda; no entanto, em porcentagens mais altas, o número de ferrite aumenta mais rapidamente. Lembre-se de que a ferrite no aço inoxidável não é a mesma coisa que a ferrite do aço carbono, mas sim uma fase chamada ferrite delta. O aço inoxidável austenítico não sofre transformações de fase associadas a processos de alta temperatura, como tratamento térmico.
A formação de ferrita é desejável por ser mais dúctil que a austenita, mas deve ser controlada. O baixo teor de ferrita pode proporcionar excelente resistência à corrosão em algumas aplicações, mas elas são extremamente propensas a trincas a quente durante a soldagem. Para condições gerais de uso, o número de ferritas deve estar entre 5 e 10, mas algumas aplicações podem exigir valores menores ou maiores. As ferritas podem ser facilmente verificadas no local de trabalho com um indicador de ferrita.
Como você mencionou que tem problemas com rachaduras e baixo teor de ferrita, deve analisar atentamente o seu metal de adição e certificar-se de que ele produz ferrita suficiente – cerca de 8% deve ser suficiente. Além disso, se você estiver usando soldagem a arco com núcleo de fluxo (FCAW), esses metais de adição normalmente usam um gás de proteção composto por 100% de dióxido de carbono ou uma mistura de 75% de argônio e 25% de CO2, o que pode fazer com que o metal de solda absorva carbono. Você pode mudar para o processo de soldagem a arco metálico (GMAW) e usar uma mistura de 98% de argônio e 2% de oxigênio para reduzir a possibilidade de depósitos de carbono.
Ao soldar aço inoxidável com aço carbono, deve-se utilizar o material de adição E309L. Este metal de adição é especialmente utilizado para soldagem de metais dissimilares e forma uma certa quantidade de ferrita após a dissolução do aço carbono na solda. Como o aço carbono absorve um pouco de carbono, estabilizadores de ferrita são adicionados ao metal de adição para neutralizar a tendência do carbono de formar austenita. Isso ajudará a prevenir trincas térmicas durante a soldagem.
Portanto, se você deseja corrigir trincas quentes em soldas de aço inoxidável austenítico, verifique a consistência do metal de adição de ferrite e siga as melhores práticas de soldagem. Mantenha o aporte térmico abaixo de 50 kJ/pol., mantenha temperaturas entre passes moderadas a baixas e certifique-se de que as juntas de solda estejam limpas antes da soldagem. Use o medidor apropriado para verificar a quantidade de ferrite na solda, com foco em 5 a 10.
A WELDER, anteriormente chamada Practical Welding Today, representa as pessoas reais que fabricam os produtos que usamos e com os quais trabalhamos todos os dias. Esta revista atende à comunidade de soldagem na América do Norte há mais de 20 anos.
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