Quais são os materiais que têm tendência a desenvolver fissuras por atraso?

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Nos padrões e normas, é comum encontrar disposições do tipo: materiais com tendência a desenvolver fissuras retardadas (como o 12Cr2Mo1R) devem ser submetidos a inspeção não destrutiva pelo menos 24 horas após a conclusão da soldagem. GB/T150.4 P335. Então, surge a pergunta: o que são fissuras retardadas? Quais são os materiais que têm tendência a desenvolver fissuras por atraso? Quais são os testes de inspeção não destrutiva realizados 24 horas após a soldagem? Definição de fissura retardada: A fissura retardada pertence às fissuras a frio. As chamadas fissuras por resfriamento são fissuras que se formam após a soldagem, quando a temperatura cai abaixo do ponto de transformação em martensita, M3. Geralmente, essas fissuras aparecem somente após algum tempo após a soldagem (algumas horas, dias ou até mais), daí o nome de fissuras retardadas. Formação da textura: O atraso na formação de fissuras está relacionado à tendência do aço de endurecer, ao teor de hidrogênio nas juntas soldadas e à sua distribuição, bem como ao estado de tensão nas juntas soldadas. As fissuras de atraso se estendem ao longo das fronteiras entre os grãos em alguns casos, e avançam através dos grãos em outros casos. Isso está relacionado à estrutura metalográfica da junta soldada, ao estado de tensão e ao teor de hidrogênio presente nela. Geralmente, as fissuras de atraso são fissuras que atravessam os grãos cristalinos (ou seja, fissuras que passam pelos limites entre os grãos). Suas causas incluem o fato de que a estrutura de baixa plasticidade na área afetada pelo calor da solda não consegue suportar as mudanças de volume e as tensões decorrentes das transformações estruturais durante o resfriamento, o que leva à formação de fissuras. Outra causa é a combinação dos átomos de hidrogênio presentes na solda, que se unem para formar moléculas que se acumulam nos poros microscópicos do metal. Isso gera grandes tensões internas, além das tensões resultantes das restrições impostas pela soldagem, o que também pode causar fissuras (isso é chamado de fissuras induzidas pelo hidrogênio). Causa: A estrutura endurecida é o fator determinante que causa as trincas a frio. Quando a velocidade de resfriamento durante a soldagem é alta, na zona afetada pelo calor formam-se estruturas de bainita e uma grande quantidade de martensita. Especialmente quando se forma martensita de twins grossa, sua sensibilidade a fissuras aumenta, o que leva a um maior grau de fragilidade. Sob a ação das tensões de soldagem, surgem fissuras a frio. Além disso, a concentração de hidrogênio difundido na região endurecida e quebradiça causa fissuras microscópicas. A região de tensão tridimensional formada na ponta da fissura induz, novamente, a concentração de hidrogênio, fazendo com que as fissuras microscópicas se transformem em fissuras macroscópicas. Isso é o que se chama de fissura retardada. Classificação das fissuras de atraso: As fissuras de atraso são divididas em fissuras na borda de solda, fissuras sob a camada de solda e fissuras na raiz. (1) As fissuras em formato de “dedo de soldador” surgem na interface entre o material base e a zona de solda. Há uma tendência significativa à concentração de tensões nessa área, e a direção das fissuras geralmente é paralela ao traçado da solda. (2) As fissuras sob a trilha de solda ocorrem na zona afetada pelo calor da soldagem, onde há uma tendência maior à endurecimento e um teor elevado de hidrogênio. Geralmente, a direção das fissuras é paralela à linha de junção. (3) As fissuras na raiz da solda podem ocorrer na região de grãos grandes da zona afetada pelo calor, ou também no metal da própria solda. Isso depende das propriedades mecânicas do material base e da solda, bem como da forma da raiz da solda. A quantidade de hidrogênio difundido no metal fundido está diretamente relacionada ao atraso na ocorrência de fissuras, e essa quantidade também está relacionada ao teor de hidrogênio nas juntas soldadas. A temperatura é um fator importante que influencia a difusão e a liberação do hidrogênio nas juntas soldadas. Durante o processo de soldagem, parte do hidrogênio absorvido pelo metal líquido consegue se liberar durante o processo de cristalização da massa fundida. No entanto, como a velocidade de cristalização é muito alta, uma quantidade considerável de hidrogênio não consegue se libertar a tempo e acaba ficando no metal soldado em estado sólido. Isso tem um grande impacto no desempenho da solda, gerando enormes tensões internas que causam a rachadura da solda. Na verdade, o hidrogênio que realmente causa fissuras de atraso é chamado de hidrogênio difusivo, pois consegue se difundir livremente no metal sólido. O hidrogênio difundido é um fator importante que causa defeitos como manchas brancas de hidrogênio, fragilidade por hidrogênio e fissuras induzidas por hidrogênio, ou seja, fissuras retardadas. Fontes de hidrogênio nas soldas: O hidrogênio que entra no banho de solda durante o processo de soldagem provém, principalmente, da umidade presente nos materiais utilizados para a soldagem, de substâncias que contêm hidrogênio, do vapor d’água presente no ar ao redor do arco elétrico, bem como da água, ferrugem e sujeiras presentes na superfície dos fios de solda e do material a ser soldado. Medidas para prevenir fissuras por atraso: 1. Em termos de processo, é necessário criar um ambiente de soldagem com baixo teor de hidrogênio. Devem ser utilizados materiais de soldagem com baixo teor de hidrogênio, bem como processos de soldagem que também tenham baixo teor de hidrogênio. Por exemplo, a soldagem sob proteção de gás CO2 permite obter soldas com baixo teor de hidrogênio. Tente escolher materiais de solda de baixa resistência, a fim de reduzir a tensão nas juntas soldadas. Quando a resistência da junta soldada é menor do que a do material base, a tensão de tração pode ser liberada por meio da deformação plástica. Adote uma sequência de soldagem adequada: ao soldar, comece por soldar as juntas que apresentam maior taxa de contração, e só depois as juntas com menor taxa de contração. Dessa forma, as juntas podem contrair-se livremente, reduzindo assim as tensões de restrição decorrentes da soldagem. (1) A definição de normas de soldagem adequadas e do volume de calor aplicado, além do controle do tempo de resfriamento, pode melhorar a estrutura e as propriedades da zona de solda e da área afetada pelo calor. (2) Pré-aquecimento antes da soldagem, controle da temperatura entre as camadas e redução da velocidade de resfriamento, para facilitar a difusão do hidrogênio; isso pode prevenir efetivamente o surgimento de trincas de atraso. (3) O tratamento de remoção de hidrogênio em baixas temperaturas acelera a difusão do hidrogênio. As fissuras de atraso geralmente surgem algumas horas ou dias após a soldagem. Se for possível realizar um tratamento térmico na solda antes que surjam fissuras (tratamento de remoção de hidrogênio), aquecendo-a a 300°C, isso acelera a difusão e a eliminação do hidrogênio presente no metal da solda em estado sólido. Isso pode ajudar a reduzir as tensões residuais na solda, melhorar a estrutura da junta soldada e prevenir efetivamente o surgimento de fissuras tardias. (4) Para chapas de aço espessas, utiliza-se soldagem em várias camadas e etapas. A camada anterior pré-aquece a camada posterior, enquanto a camada posterior realiza um tratamento térmico na camada anterior, reduzindo as tensões residuais e melhorando a estrutura da junta soldada. (5) Bater na superfície da costura de solda para gerar tensões compressivas, melhorando assim o campo de tensões na costura e reduzindo a probabilidade de ocorrência de fissuras tardias. (6) Em materiais com tendência a desenvolver fissuras retardadas, deve-se realizar inspeções 24 horas após a soldagem, a fim de evitar que tais fissuras passem despercebidas. 2. Em termos metalúrgicos: (1) Controlar a fonte de hidrogênio. Tente escolher materiais de solda com baixo teor de hidrogênio ou ultrabaixo teor de hidrogênio. Antes de usá-los, é necessário secá-los, além de remover impurezas como água, ferrugem e óleo da corda de solda e das bordas da junta a ser soldada. (2) Devem ser utilizados eletrodos de solda alcalinos com baixo teor de hidrogênio; a adição de fluorita à camada protetora do eletrodo permite reduzir o teor de hidrogênio na solda. (3) Escolher de maneira adequada a composição da liga do metal da solda, adicionando, quando necessário, certos elementos de liga, a fim de aumentar a tenacidade do metal da solda e sua resistência à fissuração. (4) Para aços difíceis de soldar e propensos a rachaduras, devem ser utilizados eletrodos de aço inoxidável austenítico. Como o austenita tem grande capacidade de dissolver hidrogênio, não haverá rachaduras nas juntas soldadas, desde que não haja hidrogênio presente. 3. Reduzir a tensão de soldagem: (1) Projetar juntas de soldagem adequadas, preferindo-se juntas em colmeia, evitando-se juntas sobrepostas. O formato da costura de soldagem deve ser bem projetado, e ela deve ser posicionada o mais longe possível de pontos de mudança brusca na seção transversal. A altura excedente da costura de soldagem não pode ser muito alta; a transição entre as partes da costura de soldagem deve ser suave, a fim de reduzir a restrição causada pela costura e evitar um acúmulo excessivo de tensão. (2) Evitar soldas densas, adotando uma sequência de soldagem adequada para reduzir a rigidez das soldas. Quais são os materiais que têm tendência a desenvolver fissuras por atraso? Os materiais com tendência a desenvolver fissuras por atraso são, principalmente, os vários aços de alta resistência com baixo teor de ligantes. À medida que o grau de resistência do aço aumenta, e com o aumento dos elementos de liga, a tendência de endurecimento também cresce, assim como a probabilidade de ocorrência de fissuras retardadas. Atualmente, considera-se que os materiais com alta sensibilidade a fissuras por resfriamento são, em geral, aços de alta resistência com tenacidade de yield acima de 450 Mpa ou resistência à tração acima de 540 Mpa. Os tipos desses aços incluem 15MnVNR, 18MnMoNbR, 13MnNiMoNbR, 07MnCrMoVR, 07MnNiCrMoVDR, entre outros ； E também alguns aços resistentes ao calor de baixa liga, com as seguintes designações: 1.0Cr0.5Mo (15CrMo), 1.25Cr0.5Mo (14Cr1Mo), 1Cr-0.5Mo-V, 2.25Cr-1Mo (12Cr2Mo1), entre outros ； E também alguns aços inoxidáveis martensíticos, como 1Cr13, 2Cr13, 4Cr13, 2Cr12WMoV, 2Cr12MoV, 2Cr12Ni3MoV, entre outros. Como realizar inspeção sem danos? Materiais com tendência a desenvolver fissuras por atraso (como o 12Cr2Mo1R) devem ser submetidos a inspeção não destrutiva pelo menos 24 horas após a soldagem, sendo que a inspeção não destrutiva aqui refere-se principalmente à inspeção da superfície. Este artigo é do site da empresa de design www.shejiyuan.com (na página da empresa de design, há 10 projetos relacionados a trocadores de calor com placas fixas que estão em processo de orçamento; designers são bem-vindos para participar)