Introdução
Na fabricação de equipamentos químicos e petrolíferos, para economizar níquel caro, o aço é frequentemente soldado ao níquel e às ligas.
Os principais problemas da soldagem
Na soldagem, os principais componentes da solda são ferro e níquel, que possuem solubilidade mútua infinita e não formam compostos intermetálicos. Em geral, o teor de níquel na solda é relativamente alto, de modo que não se forma camada de difusão na zona de fusão da junta soldada. O principal problema da soldagem é a tendência a produzir porosidade e trincas a quente na solda.
1. Porosidade
Aço e níquel e suas ligas na soldagem, os principais fatores que afetam a formação de porosidade na solda são oxigênio, níquel e outros elementos de liga.
① O efeito do oxigênio. Durante a soldagem, o metal líquido pode dissolver mais oxigênio, e o oxigênio em altas temperaturas e a oxidação do níquel levam à formação de NiO. O NiO pode reagir com o hidrogênio e o carbono no metal líquido, gerando vapor d'água e monóxido de carbono na solidificação da poça de fusão, como se fosse tarde demais para escapar, e a formação de porosidades é residual na solda. Na soldagem a arco submerso de níquel puro e Q235-A, o teor de nitrogênio e hidrogênio não muda muito no caso de soldas de ferro e níquel. Quanto maior o teor de oxigênio na solda, maior o número de poros.
2. O efeito do níquel. Na solda ferro-níquel, a solubilidade do oxigênio no ferro e no níquel é diferente. A solubilidade do oxigênio no níquel líquido é maior do que no ferro líquido, enquanto a solubilidade do oxigênio no níquel sólido é menor do que no ferro sólido. Portanto, a solubilidade do oxigênio na cristalização de níquel com mudança repentina é mais pronunciada do que na cristalização de ferro com mudança repentina. Portanto, a tendência à porosidade na solda quando o teor de Ni é de 15% a 30% é pequena, e quando o teor de Ni é alto, a tendência à porosidade aumenta ainda mais para 60% a 90%, e a quantidade de aço dissolvido tende a diminuir, causando assim uma tendência à formação de porosidade.
3. A influência de outros elementos de liga. Quando a solda ferro-níquel contém manganês, cromo, molibdênio, alumínio, titânio e outros elementos de liga, ou quando combinada com a liga, a antiporosidade da solda pode ser melhorada. Isso se deve ao fato de que manganês, titânio e alumínio desempenham o papel de desoxigenação, enquanto o cromo e o molibdênio melhoram a solubilidade da solda no metal sólido. Portanto, a solda de níquel e aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti apresenta antiporosidade maior do que a solda de níquel e aço Q235-A. O alumínio e o titânio também podem fixar nitrogênio em compostos estáveis, o que também pode melhorar a antiporosidade da solda.
2. Craqueamento térmico
A principal causa de trincas térmicas na solda de aço, níquel e suas ligas é a alta concentração de níquel na solda com organização dendrítica, que concentra uma série de cocristais de baixo ponto de fusão na borda dos grãos grossos, enfraquecendo a ligação entre os grãos e reduzindo a resistência à trinca do metal de solda. Além disso, o teor de níquel no metal de solda é muito alto para que o metal de solda produza trincas térmicas, o que tem um impacto significativo na solda ferro-níquel. Oxigênio, enxofre, fósforo e outras impurezas também têm grande influência na tendência à trinca térmica da solda.
Ao utilizar fluxo isento de oxigênio, devido à redução da qualidade de oxigênio, enxofre, fósforo e outras impurezas nocivas na solda, especialmente a diminuição do teor de oxigênio, a probabilidade de rachaduras é bastante reduzida. Como a cristalização em poça de fusão, oxigênio e níquel podem formar eutéticos de Ni + NiO, a temperatura eutética de 1438 °C, e o oxigênio também pode potencializar os efeitos nocivos do enxofre. Portanto, quando o teor de oxigênio na solda é alto, a tendência à formação de rachaduras térmicas é maior.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb e outros elementos de liga podem melhorar a resistência à fissuração do metal de solda. Mn, Cr, Mo, Ti e Nb são agentes metamórficos, podem refinar a organização da solda e podem interromper a direção de sua cristalização. Al e Ti também são fortes agentes desoxidantes, podendo reduzir a quantidade de oxigênio na solda. Mn pode formar compostos refratários com S e MnS, o que reduz os efeitos nocivos do enxofre.
Propriedades mecânicas de juntas soldadas
As propriedades mecânicas das juntas soldadas de ferro-níquel estão relacionadas aos materiais de preenchimento e aos parâmetros de soldagem. Ao soldar níquel puro e aço de baixo carbono, quando o equivalente de Ni na solda for inferior a 30%, sob o resfriamento rápido da solda, uma estrutura de martensita aparecerá na solda, causando uma queda acentuada na plasticidade e na tenacidade da junta. Portanto, para obter melhor plasticidade e tenacidade da junta, o equivalente de Ni na solda de ferro-níquel deve ser superior a 30%.
Horário da publicação: 10/03/2025