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Problemas na soldagem de metais diferentes. Existem alguns problemas inerentes à soldagem de metais diferentes que dificultam seu desenvolvimento. Por exemplo, a formação e as propriedades da zona de fusão entre os metais diferentes são fatores problemáticos. A destruição das estruturas resultantes da soldagem de metais diferentes geralmente ocorre na zona de fusão. Devido às diferenças nas características de cristalização das costuras nas áreas próximas à zona de fusão, é fácil que se forme uma camada de transição com propriedades precárias e composição variável. Além disso, devido ao longo período exposto a altas temperaturas, a camada de difusão nessa região se expande, o que aumenta ainda mais a irregularidade do metal. Além disso, durante a soldagem de metais diferentes ou após o tratamento térmico ou operação em altas temperaturas, observa-se frequentemente o fenômeno de o carbono do lado do metal de baixa liga “migrar” através da fronteira da junta para dentro da junta feita com metal de alta liga. Isso resulta na formação de camadas de descarbonização no lado do material de baixa liga e de camadas de carbonatação no lado da junta de metal de alta liga. Os obstáculos e impedimentos ao uso e desenvolvimento de estruturas feitas de metais diferentes manifestam-se principalmente nos seguintes aspectos: 1. À temperatura ambiente, as propriedades mecânicas da área de junção entre metais diferentes (como resistência à tração, impacto, flexão, etc.) são, em geral, superiores às do material base a ser soldado. No entanto, em altas temperaturas ou após operação prolongada em tais condições, as propriedades da área de junção tornam-se inferiores às do material base. 2. Entre a solda austenítica e o material base perlítico existe uma zona de transição para o martensita. Essa zona possui baixa tenacidade, sendo uma camada frágil e de alta dureza. É também a área mais vulnerável que pode causar a falha da estrutura, reduzindo assim a confiabilidade da mesma. 3. O tratamento térmico pós-soldagem ou a operação em altas temperaturas podem causar a migração de carbono, o que leva à formação de camadas de carbonatação e descarbonatação em ambos os lados da linha de junção. Acredita-se que a camada de descarbonização, devido à redução do carbono, provoca grandes mudanças na estrutura e nas propriedades dessa região (geralmente, uma piora), fazendo com que essa área seja mais suscetível a falhas precoces durante seu uso. Muitos dos pontos de falha em tubulações de alta temperatura em uso ou em testes concentram-se na camada de descarbonização. 4. A falha está relacionada a condições como tempo, temperatura e tensões alternadas. 5. O tratamento térmico pós-soldagem não consegue eliminar a distribuição de tensões residuais na área de junção. 6. Desigualdade na composição química. Ao soldar metais diferentes, como as composições químicas dos metais localizados em ambos os lados da junta de solda e as do próprio material de solda são significativamente diferentes, durante o processo de soldagem, tanto o material base quanto o material de solda se fundem e se misturam. O grau de uniformidade dessa mistura varia dependendo do processo de soldagem utilizado. Além disso, em diferentes partes da junta de solda, o grau de uniformidade também varia bastante. Isso acaba causando uma irregularidade na composição química da junta de solda. 7. Desigualdade na estrutura microestrutural. Devido à descontinuidade na composição química das juntas soldadas, após o ciclo térmico da soldagem, diferentes estruturas surgem em várias regiões da junta soldada; frequentemente, em algumas áreas, formam-se estruturas extremamente complexas. 8. Discontinuidade no desempenho. As diferenças na composição química e na estrutura metalográfica das juntas soldadas causam variações nas propriedades mecânicas dessas juntas. Existem grandes diferenças nas propriedades de resistência, dureza, plasticidade, tenacidade, desempenho sob impacto, deformação por calor e resistência ao longo do tempo em todas as regiões da junta soldada. Essa notável irregularidade faz com que as diferentes regiões da junta soldada apresentem comportamentos muito distintos sob as mesmas condições, surgindo áreas enfraquecidas e áreas fortalecidas. Especialmente em condições de alta temperatura, as juntas soldadas entre metais diferentes costumam sofrer falhas precoces durante seu período de uso. II. Características da soldagem de metais diferentes com diferentes métodos de soldagem. A maioria dos métodos de soldagem pode ser utilizada para soldar metais diferentes. No entanto, ao escolher o método de soldagem e definir as medidas técnicas necessárias, ainda é preciso levar em consideração as características específicas da soldagem de metais diferentes. De acordo com as diferentes exigências do material base e das juntas soldadas, os métodos de soldagem por fusão, soldagem por compressão e outros métodos de soldagem são utilizados na soldagem de metais diferentes. No entanto, cada um deles possui suas vantagens e desvantagens. 1. Soldagem por fusão: O método de soldagem por fusão é o mais utilizado na soldagem de metais diferentes. Os métodos mais comuns de soldagem por fusão incluem a soldagem por arco com eletrodo, a soldagem submersa, a soldagem por arco protegido por gás, a soldagem por escória elétrica, a soldagem por arco de plasma, a soldagem por feixe eletrônico e a soldagem a laser. Para reduzir a diluição, diminuir a taxa de fusão ou controlar a quantidade de material metálico que se funde, geralmente podem ser utilizados métodos como soldagem por feixe eletrônico, soldagem a laser e soldagem por arco de plasma, que possuem alta densidade de energia do fonte de calor. Para reduzir a profundidade de fusão, podem ser adotadas medidas técnicas como arco indireto, fio de solda em movimento, eletrodo em forma de fita e uso de um fio de solda que não esteja conectado à corrente elétrica. Mas, de qualquer forma, sempre que há soldagem por fusão, parte do material base se funde com a junta de solda, causando diluição. Além disso, formam-se também compostos intermetálicos, cocríticos e outros. Para reduzir esses efeitos negativos, é necessário controlar e encurtar o tempo de permanência do metal no estado líquido ou no estado sólido a altas temperaturas. No entanto, apesar das constantes melhorias e aperfeiçoamentos nos métodos e técnicas de soldagem, ainda é difícil resolver todos os problemas que surgem ao soldar metais diferentes. Isso se deve ao grande número de tipos de metais, às diversas exigências em termos de propriedades desses metais, além das diferentes formas de junção entre eles. Em muitos casos, é necessário recorrer à soldagem por compressão ou a outros métodos de soldagem para resolver os problemas específicos relacionados à união de metais diferentes. 2. Soldagem por compressão: A maioria dos métodos de soldagem por compressão consiste em aquecer o metal a ser soldado até um estado plástico, ou até mesmo sem aquecê-lo, sendo que a característica fundamental é a aplicação de uma certa pressão. Em comparação com a soldagem por fusão, a soldagem por compressão apresenta certas vantagens na união de metais diferentes. Desde que a forma da junta o permita e a qualidade da solda atenda aos requisitos, a utilização da soldagem por compressão costuma ser uma escolha mais adequada. Durante a soldagem por pressão, as superfícies de junção entre metais diferentes podem derreter ou não. No entanto, devido à pressão exercida, mesmo que haja metal derretido na superfície, ele é forçado a sair dali (como no caso da soldagem por faísca e da soldagem por fricção). Em poucos casos, o metal derretido permanece após a soldagem (como na soldagem por pontos). A solda por pressão, por não exigir aquecimento ou utilizar temperaturas de aquecimento baixas, pode reduzir ou evitar os efeitos negativos dos ciclos térmicos nas propriedades metálicas do material base, impedindo a formação de compostos intermetálicos frágeis. Algumas formas de soldagem por pressão podem até mesmo extrair os compostos intermetálicos que se formaram do ponto de junção. Além disso, durante a soldagem por pressão, também não há problema de alteração nas propriedades metálicas da junta devido à diluição. No entanto, a maioria dos métodos de soldagem por pressão exige certos requisitos em relação ao tipo de junta a ser utilizada. Por exemplo, na soldagem por ponto, na soldagem por costura e na soldagem por ultrassom, é necessário usar juntas em sobreposição ； Durante a soldagem por fricção, pelo menos um dos componentes deve ter uma seção transversal em forma de corpo rotativo ； A solda por explosão é adequada apenas para conexões em áreas maiores. Os equipamentos de solda por pressão ainda não são amplamente utilizados atualmente. Tudo isso, sem dúvida, limita o campo de aplicação da soldagem por pressão. 3. Outros métodos Além da soldagem por fusão e da soldagem por compressão, existem outros métodos que podem ser utilizados para soldar metais diferentes. Por exemplo, a solda por brasagem é um método de soldagem entre metais diferentes, utilizando um material de brasagem como intermediário. No entanto, o que é discutido aqui é um método de solda por brasagem mais especial. Existe um método chamado soldagem por fusão – brasagem, no qual, nas junções entre metais diferentes, o lado do material com ponto de fusão mais baixo é soldado por fusão, enquanto o lado do material com ponto de fusão mais alto é soldado por brasagem. Além disso, geralmente é utilizado como material de solda o mesmo metal do material base, com ponto de fusão baixo. Portanto, entre o material de solda e a matriz de baixo ponto de fusão, ocorre um processo de soldagem por fusão de metais do mesmo tipo, sem que haja dificuldades especiais. Entre o material de solda e o material base de alto ponto de fusão ocorre o processo de solda por brasagem; o material base não se funde nem cristaliza, o que permite evitar muitos problemas relacionados à soldabilidade. No entanto, é necessário que o material de solda consiga um bom wetting no material base. Outro método é chamado de soldagem eutéctica ou soldagem por difusão eutéctica. Trata-se de aquecer as superfícies de contato entre metais diferentes a uma determinada temperatura, de modo que os dois metais formem um compósito com ponto de fusão baixo na área de contato. Esse compósito, com ponto de fusão baixo, fica no estado líquido nessa temperatura; na prática, trata-se de um método de soldagem que não requer o uso de ligantes adicionais. Claro, isso exige que seja possível formar um cristalito de baixo ponto de fusão entre os dois metais. Na solda por difusão de metais diferentes, é adicionado um material intermediário. Sob baixa pressão, esse material intermediário é aquecido até derreter, ou então entra em contato com os metais a serem soldados, formando um cristalito de ponto de fusão baixo. A camada líquida resultante, após um certo período de tempo de resfriamento controlado, permite que todo o material intermediário se difunda para dentro do material base, tornando possível a formação de uma junção entre metais diferentes, sem a presença de material intermediário. Esses métodos resultam na presença de uma pequena quantidade de metal líquido durante o processo de soldagem. Por isso, também são chamados de soldagem por transição em fase líquida. A característica comum deles é a ausência de estrutura fundida na junta. III. Considerações para a soldagem de metais diferentes 1. Considere as propriedades físicas, mecânicas e químicas dos materiais a serem soldados. (1) Com base no princípio da igualdade de resistência, escolha um eletrodo que atenda às propriedades mecânicas do material base. Ou então, levando em conta a facilidade de soldagem do material base, utilize um eletrodo que não tenha a mesma resistência, mas que seja adequado para a soldagem. No entanto, leve em consideração a estrutura da junta soldada, a fim de satisfazer os requisitos de igualdade de resistência e rigidez. (2) Fazer com que a composição da liga esteja de acordo ou próxima à do material base. (3) Quando o material base contém quantidades elevadas de impurezas prejudiciais como C, S e P, deve-se escolher eletrodos com boa resistência à fissuração e à formação de poros. Recomenda-se o uso de eletrodos do tipo titânio-cálcio oxidado. Se ainda não for possível resolver o problema, pode-se usar eletrodos de sódio com baixo teor de hidrogênio. 2. Considerar as condições de funcionamento e o desempenho do material soldado: (1) Quando sujeito a cargas dinâmicas e impacto, além da resistência, são necessárias altas exigências em termos de tenacidade ao impacto e taxa de alongamento. Por isso, devem ser utilizados eletrodos do tipo de baixo teor de hidrogênio, tipo titânio-cálcio e tipo óxido de ferro. (2) Nos casos em que há contato com meios corrosivos, é necessário escolher a vara de solda de aço inoxidável adequada, levando em consideração o tipo do meio corrosivo, sua concentração, a temperatura de operação, bem como se trata de corrosão geral ou de corrosão intercristalina. (3) Ao trabalhar em condições de desgaste, deve-se distinguir se se trata de desgaste normal ou de desgaste causado por impactos, bem como se o desgaste ocorre em temperatura ambiente ou em altas temperaturas. (4) Quando se trabalha em condições de temperatura extremas, deve-se utilizar eletrodos que garantam propriedades mecânicas adequadas tanto em baixas quanto em altas temperaturas. 3. Considere o grau de complexidade da forma do conjunto de peças a serem soldadas, o nível de rigidez, as condições de preparação das bordas a serem soldadas e a posição da solda. (1) Em peças com formato complexo ou grande espessura, o metal da solda sofre grandes tensões de contração durante o resfriamento, o que pode causar rachaduras. Por isso, é necessário usar eletrodos com boa resistência à formação de rachaduras, como eletrodos de baixo teor de hidrogênio, eletrodos de alta tenacidade ou eletrodos à base de óxido de ferro. (2) Em peças soldáveis que não podem ser viradas devido a restrições, é necessário usar eletrodos capazes de realizar a soldagem em todas as posições. (3) Em peças soldadas cujas áreas de soldagem são difíceis de limpar, deve-se usar eletrodos ácidos com alta capacidade oxidante, que não sejam sensíveis à escória e à sujeira, a fim de evitar defeitos como poros. 4. Considere os equipamentos disponíveis no local de soldagem. Em locais onde não há máquinas de solda de corrente contínua, não é aconselhável usar eletrodos que exigem fonte de energia de corrente contínua; em vez disso, devem ser utilizados eletrodos compatíveis com fontes de energia de corrente alternada ou contínua. Alguns aços (como os aços resistentes ao calor de tipo perlítico) exigem a eliminação das tensões térmicas após a soldagem, mas quando não é possível realizar o tratamento térmico devido a restrições dos equipamentos (ou às limitações da própria estrutura). Deve-se usar eletrodos feitos de materiais metálicos que não sejam o mesmo do material base (como aço inoxidável austenítico), o que elimina a necessidade de tratamento térmico após a soldagem. 5. Considere a possibilidade de melhorar o processo de soldagem e proteger a saúde dos trabalhadores. Nos casos em que tanto os eletrodos ácidos quanto os eletrodos alcalinos podem atender às exigências, deve-se preferir o uso de eletrodos ácidos. 6. Considerar a produtividade do trabalho e a racionalidade econômica: quando as características de desempenho são as mesmas, deve-se preferir o uso de eletrodos ácidos, que têm preço mais baixo, em vez de eletrodos alcalinos. Entre os eletrodos ácidos, aqueles com revestimento de titânio ou titânio-cálcio são os mais caros. Considerando as condições dos recursos minerais em nosso país, deve-se promover amplamente o uso de eletrodos com revestimento de ferro de titânio.