AVALIAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE JUNTAS SOLDADAS DE AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO PARA USO NAVAL PELO PROCESSO TIG

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1 AVALIAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE JUNTAS SOLDADAS DE AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO PARA USO NAVAL PELO PROCESSO TIG K. F. R. C. OMENA / KATYCVRD@HOTMAIL.COM M. M. POSSO / MILLENAPOSSO@YAHOO.COM.BR T. S. NUNES / THYSSASAM@GMAILCOM C. A. M. FERREIRA/ PROFESSORCARLOSFERREIRA@GMAIL.COM Av. Manuel Caldeira de Alvarenga, Campo Grande, Rio de Janeiro - RJ, Resumo Duas chapas de aço inoxidável com espessura de 6mm passaram pelo processo de soldagem TIG. No ensaio não destrutivo de líquido penetrante, aplicou-se o penetrante, e após certo tempo aplicou-se o revelador para verificar a existência de poros, trincas e descontinuidades. O ensaio de ultrassom foi feito para detectar falhas e descontinuidades no aço, e tal teste foi realizado obedecendo aos padrões de cuidados de limpeza, e o aparelho calibrado para que fossem detectados defeitos. No ensaio não destrutivo de líquido penetrante foi observada a presença de um poro no cordão de solda que pode gerar trincas. O ensaio de ultrassom não detectou qualquer falha ou descontinuidade no aço estudado. No ensaio metalográfico, após o processo de soldagem, gerou-se microestrutura de austenita primária em forma de dendrita e ferrita delta solidificada nas regiões interdendríticas verificada através de análise metalográfica com ataque químico behara e aumento óptico de 100x e 500x. Palavras-chave: aço inoxidável, juntas soldadas, TIG 4822

2 1. INTRODUÇÃO A corrosão é um problema que afeta as mais variadas atividades, tais como nas indústrias químicas, petrolíferas, naval, de construção civil, automobilística, nos mais diversos meios de transportes e até mesmo na área da medicina. O aço inoxidável possui ampla utilização na indústria offshore em construção e montagem de componentes como, evaporadores, tanques de condução e armazenamento de material corrosivo. Aços inoxidáveis possuem excelente resistência à corrosão devido, principalmente, aos elementos de liga presentes na composição química desse material que, geralmente é 22% Cr, 5%Ni, 3%Mb, 0,15%N, 0,02%C [1]. Os aços inoxidáveis tradicionais não apresentam a combinação adequada de resistências mecânica e à corrosão por pite, necessárias em uma série de aplicações, principalmente na presença de água do mar, como é o caso de equipamentos utilizados nas plataformas offshore [2]. Com o interesse de melhorar a resistência à corrosão, as ligas mais recentemente introduzidas no mercado, chamadas de aços inoxidáveis superduplex (AISD) possuem uma maior quantidade de elementos de liga. A maior quantidade dos elementos de liga os torna mais susceptíveis à precipitação de fases intermetálicas, requerendo-se um maior cuidado durante o processamento desses aços [3]. Quando a soldagem é realizada com passes múltiplos, a probabilidade de existência de fases intermetálicas aumenta porque elas podem ser formadas durante o primeiro passe e crescer ou formar novas fases nos passes subsequentes. É possível também que, em condições de serviço, a temperaturas elevadas, maiores de 400 C, ocorra a formação de fases críticas [4]. As ligas de aço inoxidável apresentam-se em cinco classes de acordo com a fase predominante em sua microestrutura, sendo elas: austeníticos, ferríticos, martensíticos, endurecíveis por precipitação e duplex [5]. O processo TIG tem como característica a união dos metais pelo aquecimento de um eletrodo de tungstênio não consumível através de um arco e proteção gasosa (Gas Tungsten Arc Welding GTAW). A proteção gasosa é dada por um gás inerte, ou a mistura desses gases, que também transmitem a corrente elétrica durante o processo quando ionizados. A soldagem pode ser feita com ou sem uso do metal de adição, que quando usado este é fundido pelo arco, ao contrário de outros processos onde esse metal é transferido. A função do gás é remover o ar, eliminando gases de nitrogênio, oxigênio e hidrogênio do contato do metal fundido 4823

3 com o eletrodo aquecido, assim a área do arco fica protegida durante todo o processo e por isso exige pouca ou nenhuma limpeza ao fim da união dos metais de base [3]. Por ter um custo relativamente elevado o processo TIG atende principalmente a união de metais não ferrosos e aços inoxidáveis, na soldagem de peças com espessuras na ordem de milímetros e no passe de raízes na soldagem de tubulações. O material necessário para sua realização consiste em uma fonte de energia elétrica, uma tocha de soldagem, uma fonte de gás protetor de argônio ou hélio ou a mistura de ambos, um dispositivo para a abertura do arco, cabos e mangueiras [2]. Os principais consumíveis na realização do processo TIG são os gases de proteção e as varetas ou arames do metal de adição. Apesar dos eletrodos de tungstênio serem considerados não consumíveis, são desgastados durante o aquecimento para a união dos metais de base, por isso devem ser recondicionados e substituídos com uma frequência considerável [2]. Quando expostos a temperaturas elevadas (300ºC a 1000º), pode ocorre alteração na proporção ferrita/austenita e esses aços precipitam fases secundárias que prejudicam algumas propriedades do material. A chapa foi sodada através do processo TIG, a fim de analisa-la metalograficamente para obter detalhes de sua microestrutura e avaliar sua eficiência. Entretanto, caso certos cuidados não fossem realizados poderia acarretar em defeitos na solda, fragilizando o material. Para a análise de possíveis defeitos no cordão de solda foram realizados ensaios não destrutivos de Líquido Penetrante e Ultrassom [5]. 2. METODOLOGIA 2.1. PROCESSO DE SOLDAGEM Duas chapas de aço inoxidável foram soldadas através do processo TIG com chanfro em V, conforme é mostrado na Figura 1, totalizando três passes na solda e na contra solda para que o espaço de união fosse totalmente preenchido. 4824

4 Figura 1: Chapas antes da união com chanfro em V O cordão de solda foi realizado em três passes, com amperagem variando em 150ª e temperatura entre 150ºC e 250ºC. O mesmo ocorreu para a contra solda ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS LÍQUIDO PENETRANTE Aplicou-se o líquido penetrador de cor vermelha, visto na Figura 2 no cordão de solda e após 20 minutos este foi removido. Após a remoção, aplicou-se o líquido revelador de cor branca, visto na Figura 3, e caso houvesse alguma descontinuidade, esta seria revelada. Figura 2: Líquido revelador Figura 3: Líquido penetrante ULTRASSOM O ensaio de ultrassom é um método de ensaio não destrutivo baseado em ondas de ultrassom, onde uma onda de som ultra-sônica pulso-ecoante é enviada através do material para detecção interna de defeitos em materiais ou para a medição de espessura de paredes e detecção de corrosão, conforme Figura

5 Figura 4: Aparelho de ultrassom durante o ensaio ATAQUE QUÍMICO PARA A ANÁLISE METALOGRÁFICA O ensaio metalográfico consiste em verificar a estrutura do material analisado, podendo ser microscópio ou macroscópico. Para este ensaio, uma parte da chapa foi cortada no sentido vertical por uma serra, que se encontra na figura 6, com a presença de um líquido refrigerante durante todo o processo para que não houvesse aquecimento e, assim, sua estrutura continuasse sem transformação. Após o corte, lixou-se o pedaço cortado com as lixas 240, 400, 600 e 1200, também com a presença de um líquido refrigerador durante todo o processo, para que este ficasse com aspecto brilhoso e pudesse ser visto no microscópio. A peça foi atacada quimicamente através do ataque Behara (3g de K 2 S 2 O 5, 10g Na 2 S 2 O 3 5H 2 O em 100ml de água destilada).. O procedimento foi refeito diversas vezes pois o aço inoxidável mostrou-se ser de difícil ataque devido suas propriedades elevadas contra a corrosão. Após o ataque químico, o corpo de prova foi ampliado no microscópio ótico OLYMPUS PME3 conforme é visto nas figuras abaixo, com aumentos de 100x e 500x. 3. RESULTADOS 3.1. SOLDAGEM Após a chapa esfriar até temperatura ambiente, verificou-se através da inspeção visual que a solda não apresentava nenhum problema aparente, conforme é 4826

6 apresentado na Figura 5, podendo então passar para o primeiro ensaio não destrutivo, o Líquido Penetrante (LP). Figura 5: Chapa de aço inoxidável após o processo de soldagem 3.2. ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS LÍQUIDO PENETRANTE Ao aplicar o Líquido revelador, foi encontrado um poro no cordão de solda, visto na Figura 6. Por causa disso, a solda deveria ser refeita, mas para nível de estudo resolveu-se avaliar a corrosão na presença de um poro, tendo em vista que em algumas condições, as embarcações podem não ser reparadas a tempo. Figura 6: Poro encontrado no cordão de solda através do Líquido Penetrante ULTRASSOM O ensaio de ultrassom foi realizado com o aparelho Krautkramer Usk7 e não foi encontrado nenhum problema na zona termicamente afetada, como mostra o gráfico na Figura 7, onde o ensaio tinha a finalidade de verificar a existência de defeitos. 4827

7 Figura 7: Gráfico do ensaio de ultrassom mostrando a inexistência de defeitos. 3.3 PREPARAÇÃO DA AMOSTRA PARA A METALOGRAFIA Após a finalização da preparação, o corpo de prova encontrava-se polido e sem defeitos através da inspeção visual. Ao ser visualizado no microscópio, o corpo de prova apresentou uma inclusão, conforme a Figura 8: Figura 8: Inclusão no corpo de prova vista no microscópio ANÁLISE METALOGRÁFICA A Figura 9 possui a imagem com aumento 500x, mostrando a microestrutura ferrita delta de forma continua na zona termicamente afetada (ZTA), dissolvendo na zona de ligação (ZL) para a zona fundida (ZF) na região interdendritica. Figura 9: microestrutura do aço inox após ataque behara com aumento de 500x 4828

8 É possível observar na Figura 10 a Zona Fundida cuja microestrutura consiste de austenita primaria em forma de dendrita, e, ferrita delta δ solidificada nas regiões interdendríticas, com aumento de 100x. Já na Figura 11 observa-se a mesma microestrutura, entretanto com aumento de 500x. Figura 10: ZF com aumento de 100x. Figura 11: ZF com aumento de 500x A Figura 12 demonstra a microestrutura do metal de base (MB) revelando estrutura austenitica e ferrita delta, com aumento de 500x. Figura 12: MB com de ataque químico e aumento de 500X As Figuras 13 e 14 apresentam a microestrutura estrutura austenitica e ferrita delta na zona termicamente afetada (ZTA) com os aumentos de 100x e 500x, respectivamente. Figura 13: ZTA com aumento de 100x Figura 14: ZTA com aumento de 500x 4829

9 4. CONCLUSÃO O efeito da microssegregação de Cr, Ni e Mo que são solidificados a partir da formação de austenita, observaram que os elementos ferritizantes Cr e Mo migravam-se para o líquido, ou seja, as regiões interdendríticas permaneciam com altos teores de em Cr e Mo e baixo teor de Ni. Dessa forma, isto explica a formação de ferrita nas regiões interdendríticas de ligas que se solidificam inicialmente com formação de austenita e a sua estabilização a temperatura ambiente, conforme é visto neste trabalho. O aço soldado sem tratamento térmico de solubilização gerou ferrita delta na zona fundida, formada a partir da matriz austenita. A microestrutura encontrada no aço austenítico deste estudo é típica desta família de aços. O metal de base a austenita está em forma de grãos distribuídos e a ferrita delta em forma de linhas contínuas. Quando há fusão e adição do metal de solda ocorrem diferentes pontos de calor na região da zona fundida (ZF) transformando a estrutura austenítica em dentritas e dissolvendo a ferrita delta na região interdendrítica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] GENTIL, V., Corrosão. 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e Científicos, [2] BARBOSA, R. P.; Tecnologia Mecânica Metalurgia da soldagem, soldabilidade dos materiais, UNILESTE, Coronel Fabriciano-MG, [3] NETO, S. A. Caracterização metalúrgica de juntas de aço inoxidável superduplex soldadas por processo TIG autógeno Dissertação de mestrado. Rio de Janeiro: UERJ, 2011 [4] LIMA, B. P. L.; PAREDES, R. S. C. Soldabilidade e sua Influência na Microestrutura do Aço Inoxidável Superduplex UNS S [5] MARTINS, M.; CASTELETTI, L. C. Aços Inoxidáveis Duplex e Super duplex Obtenção e Caracterização 4830