Arames para solda Mig, varetas Tig e eletrodos revestidos, contendo Ni, Cr e Mo, se usam frequentemente para a soldagem de aços temperados e revenidos
Os aços temperados e revenidos
São ligas ferrosas de alta resistência, que passam por um processo térmico com a finalidade de alcançar propriedades mecânicas superiores. A têmpera aumenta sua dureza e resistência ao desgaste, enquanto o revenimento restaura parte da ductilidade. Dessa maneira, reduz tensões internas, tornando-os menos frágeis.
Processos de fabricação
Têmpera
Envolve aquecer o aço até sua temperatura de austenitização (800–900°C, dependendo da composição da liga) e resfriá-lo rapidamente (têmpera) em água, óleo ou ar. Isso resulta na formação de martensita, uma microestrutura dura e frágil.
Revenimento
Ocorre após a têmpera e consiste em reaquecimento do aço a uma temperatura abaixo de seu ponto crítico (150–650°C). Esse processo reduz a fragilidade, aumenta a tenacidade e ademais alivia tensões internas. Ao mesmo tempo, a temperatura de revenimento determina as propriedades mecânicas finais do aço.
Aços temperados e revenidos mais comuns na indústria
AISI 1045
É um aço de médio teor de carbono, apresentando após os tratamentos térmicos não apenas boa usinabilidade, como também alta resistência mecânica . Possui teor de carbono de aproximadamente 0,45%, o que o torna adequado para peças que exigem boa resistência mecânica e dureza moderada.
Temperatura de têmpera e revenimento
- Têmpera: 820–850°C (resfriamento rápido em óleo ou água).
- Revenimento: 450–650°C, dependendo da dureza desejada.
Propriedades mecânicas após tratamentos térmicos
- Resistência à tração: 600–900 MPa.
- Dureza (após revenimento): 200–300 HB (dureza Brinell).
- Tenacidade: Moderada.
Arames para solda Mig frequentemente utilizados
- AWS ER70S-6
- AWS ER307Si / ER309LSi / ER310 / ER312 (ligas inox alternativas, para evitar ou minimizar tratamentos térmicos, durante o depois da soldagem)
Aplicações Industriais
- Engrenagens, eixos, pinos e componentes estruturais que exigem boa resistência mecânica.
- Usado em máquinas agrícolas, automóveis e igualmente em equipamentos industriais.
AISI 4130
Contém cromo e molibdênio como principais elementos de liga. É conhecido não só pela sua excelente resistência mecânica, mas também pela boa soldabilidade. Se usa frequentemente em aplicações estruturais e de alta pressão.
Temperatura de têmpera e revenimento
- Têmpera: 870–900°C (resfriamento em óleo ou água).
- Revenimento: 400–700°C, dependendo da aplicação.
Propriedades mecânicas após tratamentos térmicos
- Resistência à tração: 850–1100 MPa.
- Dureza: 200–300 HB após revenimento.
- Alta tenacidade: Boa resistência ao impacto.
Arames para solda Mig frequentemente utilizados
- AWS ER80S-B2 / ER80S-D2 / ER100S-G
- AWS ER70S-6 (depósitos com resistência mecânica inferior)
- AWS ER307Si / ER309LSi / ER310 / ER312 (ligas inox alternativas, para evitar ou minimizar tratamentos térmicos, durante o depois da soldagem)
Aplicações Industriais
- Estruturas de aeronaves, tubos de alta pressão, chassis de veículos, componentes de motores e ferramentas.
- Muito utilizado na indústria aeroespacial e de petróleo e gás.
AISI 4140
Ligado ao cromo, molibdênio e manganês. Possui maior resistência mecânica em comparação ao AISI 4130 devido ao seu teor ligeiramente mais alto de carbono.
Temperatura de têmpera e revenimento
- Têmpera: 850–890°C (resfriamento em óleo ou água).
- Revenimento: 450–680°C para atingir um equilíbrio entre dureza e tenacidade.
Propriedades mecânicas após tratamentos térmicos
- Resistência à tração: 950–1200 MPa.
- Dureza: 240–320 HB após revenimento.
- Alta resistência ao desgaste e à fadiga.
Arames para solda Mig frequentemente utilizados
- AWS ER80S-B2 / ER100S-G
- AWS ER70S-6 (depósitos com resistência mecânica inferior)
- AWS ER307Si / ER309LSi / ER310 / ER312 (ligas inox alternativas, para evitar ou minimizar tratamentos térmicos, durante o depois da soldagem)
Aplicações Industriais
- Árvores de transmissão, engrenagens, eixos, componentes de máquinas de alta resistência e sistemas hidráulicos.
- Usado em equipamentos de mineração, moldes para injeção plástica e indústria automotiva.
AISI 8620
Aço de baixa liga com níquel, cromo e molibdênio. Emprega-se frequentemente em peças que exigem uma superfície dura e da mesma forma, um núcleo tenaz. Este aço é geralmente submetido ao processo de cementação, com o fim de aumentar o endurecimento superficial.
Temperatura de têmpera e revenimento
- Têmpera: 820–850°C (após cementação, resfriamento em óleo).
- Revenimento: 150–200°C, para alívio de tensões, sem comprometer a dureza da superfície.
Propriedades mecânicas após tratamentos térmicos
- Resistência à tração (núcleo): 500–800 MPa.
- Dureza da superfície: 58–62 HRC (após cementação).
- Alta tenacidade no núcleo e dureza superficial elevada.
Arames para solda Mig frequentemente utilizados
- AWS ER80S-B2 / ER100S-G
- AWS ER70S-6 (depósitos com resistência mecânica inferior)
- AWS ER307Si / ER309LSi / ER310 / ER312 (ligas inox alternativas, para evitar ou minimizar tratamentos térmicos, durante o depois da soldagem)
Aplicações Industriais
- Engrenagens, eixos de transmissão, pinos e outros componentes sujeitos a desgaste superficial.
- Muito utilizado na indústria automotiva, agrícola e igualmente, de máquinas pesadas.
Hidrogênio difusível na soldagem com arames para solda Mig, varetas Tig e eletrodos revestidos
Pode introduzir-se de diversas fontes, incluindo:
- Umidade nos eletrodos ou fluxos: Eletrodos mal armazenados ou fluxos expostos à umidade são, com toda a certeza, as fontes mais comuns de contaminação por hidrogênio.
- Óleos, graxas e contaminantes superficiais: Resíduos de óleo ou graxa na superfície do metal base ou nos consumíveis, podem produzir hidrogênio sob altas temperaturas.
- Umidade no ambiente: Condições de alta umidade podem introduzir hidrogênio no arco de solda.
- Reações químicas nos consumíveis: Consumíveis que não são de baixo hidrogênio, podem liberar hidrogênio durante sua decomposição.
Mecanismos de formação das trincas à frio
As trincas a frio são o resultado da interação entre três fatores principais:
- Hidrogênio difusível: Durante o resfriamento, o hidrogênio aprisionado se move através da microestrutura e ademais pode acumular-se em regiões de alta tensão. Essa concentração cria bolhas com alta pressão interna, produzindo por consequência fissuras microscópicas, que podem evoluir para trincas.
- Tensões residuais: Durante a soldagem, o arame para solda Mig gera tensões residuais devido principalmente às diferenças de contração térmica entre o metal base, o metal de solda e a zona termicamente afetada pelo calor. Essas tensões atuam como força motriz não apenas para a abertura, como também a propagação de trincas.
- Microestruturas suscetíveis: Fases duras e frágeis, como por exemplo martensita, bainita ou estruturas temperadas inadequadamente, são mais propensas ao surgimento de trincas. Por causa da sua baixa tenacidade e maior suscetibilidade à fragilização por hidrogênio.
As trincas à frio se formam frequentemente na região afetada pelo calor ou em regiões de alta concentração de tensões. Como por exemplo em pontos de início de soldas ou em áreas de transição entre a solda e o metal base.
Tensões residuais e concentração de tensões
São inerentes à aplicação dos arames para solda Mig, por consequência da rápida expansão e contração térmica do metal depositado. Essas tensões podem ser de tração ou compressão, sendo as tensões de tração as mais prejudiciais no contexto das trincas a frio.
Além disso, as concentrações de tensões, que ocorrem em regiões com geometrias críticas (como cantos agudos ou descontinuidades), amplificam o efeito das tensões residuais. Favorecendo dessa maneira, o início e a propagação de trincas. Em outras palavras: a combinação de alta concentração de tensões e hidrogênio aprisionado, cria um ambiente crítico para a nucleação de trincas.
Microestruturas suscetíveis nos aços temperáveis
Os aços temperados e revenidos têm uma tendência a formar microestruturas duras e frágeis na zona afetada pelo calor após a soldagem, incluindo:
- Martensita não temperada: Altamente dura e da mesma forma, muito frágil.
- Bainita dura: Menos frágil que a martensita, porém ainda suscetível a trincas.
- Microestruturas grosseiras na zona afetada pelo calor: Causadas principalmente pelo superaquecimento. Essas áreas apresentam baixa resistência à propagação de trincas.
Prevenção de trincas à frio
Para prevenir a formação de trincas a frio durante a aplicação dos arames para solda Mig, varetas Tig e eletrodos revestidos nos aços temperados e revenidos, devem implementar-se as seguintes medidas:
Uso de consumíveis de baixo hidrogênio
- Eletrodos de baixo hidrogênio
- Dos tipos AWS E7018, AWS E11018-G / AWS E11018-M
Armazenamento e manuseio
- Manter os eletrodos secos e ademais armazenados em fornos ou em embalagens vedadas.
- Evitar o uso de consumíveis expostos à umidade.
Preparação adequada das superfícies
- Limpeza do metal base para remover óleos, graxas, ferrugem e da mesma forma, outros contaminantes.
- Inspeção prévia da área de soldagem, com o fim de garantir condições ideais.
Controle da taxa de resfriamento
- Evitar resfriamento rápido, que favorece a formação de martensita e ademais aprisiona hidrogênio.
- Usar coberturas isolantes após a soldagem, com a finalidade de desacelerar o resfriamento.
Preaquecimento:
- O preaquecimento reduz o gradiente térmico, promovendo por conseguinte, um resfriamento mais lento e uniforme. Isso ajuda não apenas a reduzir a formação de microestruturas frágeis, como também que o hidrogênio difusível escape antes de aprisionar-se.
- Temperaturas típicas de preaquecimento variam entre 150°C e 350°C, dependendo da espessura e ademais da composição química do material de base.
Tratamentos térmicos de difusão de hidrogênio
- Após a soldagem, tratamentos térmicos de alívio, como a manutenção do metal a temperaturas entre 200°C e 300°C por algumas horas, permitem que o hidrogênio aprisionado escape antes que trincas se formem.
- Esse processo é conhecido como bake-out.
Uso de consumíveis de solda austeníticos
- Os arames para solda Mig austeníticos, como aqueles contendo alto teor de níquel (por exemplo, fios ERNiCr-3 ou ER309L / ER312), ajudam a prevenir a difusão de hidrogênio para o metal base.
- O metal de solda com estrutura austenítica é menos propenso à trincas, devido principalmente à sua alta tenacidade e capacidade de absorver tensões.
Redução das tensões residuais
- Utilizar tratamentos térmicos pós-soldagem com a finalidade de aliviar tensões residuais.
- Planejar a sequência de soldagem, com o intuito de distribuir melhor as tensões.
Consumíveis frequentemente utilizados
Eletrodos revestidos
- Eletrodos de baixo hidrogênio (ex.: E7018 ou E11018) se preferem para minimizar trincas por hidrogênio.
- Eletrodos com resistência equivalente devem escolher-se com base na resistência à tração do material base.
Arames para solda Mig
- ER70S-6 e ER80S-B2 são arames que se usam frequentemente, oferecendo boa soldabilidade e ademais resistência mecânica adequada.
Varetas Tig
- Para soldagens de precisão, se utilizam varetas de adição tais como ER80S-B2 ou ER110S-1, garantindo alta tenacidade e ademais boa resistência às trincas.
- A limpeza é essencial, com o fim de evitar a contaminação por hidrogênio.
Vantagens dos arames para solda Mig austeníticos
Os arames para solda Mig tipos ER307, ER309, ER312 e ligas de níquel tais como ERNiCr-3, desempenham um papel importante na soldagem de aços temperáveis de alta resistência AISI 4130, 4340 e 8620. Esses consumíveis se utilizam frequentemente por causa de suas propriedades metalúrgicas. Que oferecem não apenas alta resistência à formação de trincas à frio, como também à fragilização por hidrogênio.
Recomendações gerais para o sucesso na soldagem
Controle da entrada de calor
Controlar a entrada de calor é um fator crucial, com a finalidade de minimizar o crescimento excessivo de grãos na zona termicamente afetada pelo calor. Uma baixa entrada de calor reduz o risco de amolecimento do material base ou formação de microestruturas frágeis. O controle pode efetuar-se através de:
- Uso de amperagem, voltagem e velocidade de deslocamento apropriados.
- Evitar uma exposição prolongada do arco.
Minimização de defeitos
- Preparação das superfícies: Remover óleos, graxas, ferrugem e umidade do material de base e igualmente dos consumíveis. Com o propósito de reduzir fontes de hidrogênio.
- Soldagem em ambientes controlados: Utilizar gás de proteção e da mesma forma, evitar soldagens em áreas com alta umidade.
Redução de tensões residuais
- Sequenciamento da soldagem: Planejar a sequência de soldagem, com o fim de equilibrar tensões e minimizar distorções.
- Fixação e posicionamento: Fixar os componentes, com o intuito de evitar movimentos durante a soldagem.
Garantia de desempenho a longo prazo
- Realizar ensaios não destrutivos (END), para identificar defeitos internos.
- Inspecionar e manter regularmente os componentes soldados para monitorar não só fadiga, como também corrosão.