Revestimento por soldagem - Processos de Soldagem para Revestimento

Transcrição

1 Revestimento por soldagem - Processos de Soldagem para Revestimento A seleção do processo de soldagem para revestimento é tão importante quanto a seleção da liga. Os requerimentos de desempenho em serviço não são ditados somente pela seleção da liga, mas sofrem forte influência de um processo de soldagem bem selecionado. Outros fatores técnicos envolvem a seleção do processo, incluindo mas também não limitando, as propriedades e a qualidade do revestimento, as características físicas da peça, as propriedades metalúrgicas do metal de base, a forma e composição da liga de revestimento e a habilidade do soldador. Ultimamente, predominam as condições econômicas e o custo como fatores determinantes na seleção final do processo. Atualmente, além dos processos de soldagem convencionais ou especiais, pode-se incluir o processo de metalização como processo de revestimento. A primeira consideração na seleção do processo para revestimento é frequentemente determinar se um processo de soldagem ou metalização é preferido ou requerido. Como regra, os processos de soldagem são preferidos para revestimento quando se requer espessura relativamente grossa do revestimento com alta tensão de aderência entre revestimento e peça. Os processos de metalização, por outro lado, são preferidos para revestimentos de espessura fina e aplicação de camadas duras com deformação mínima da peça. Na seleção de um processo de revestimento devem-se levar em conta aspectos como características físicas das peças, características metalúrgicas do metal de base, qualidade e propriedades do material revestido, habilidade do soldador e custo. Características físicas das peças O tamanho, a forma e o peso das peças exercem forte influência na seleção do processo. Peças pesadas, de grandes dimensões e de difícil transporte são convenientemente revestidas utilizando-se equipamento de soldagem manual ou semi-automático que deve ser transportado até a peça. O equipamento para processo de metalização é também de fácil transporte para aplicações no campo.

2 Características metalúrgicas do metal de base A seleção do processo para revestimento é mais complicada quando a peça é de pequenas dimensões, permitindo seu transporte para o equipamento de soldagem. Processos de metalização de soldagem oxicombustível, arco submerso, TIG, MIG-MAG, arco plasma e eletrodo revestido são bem adequados para soldagem de peças pequenas. Utiliza-se preferencialmente processo de metalização e/ou oxicombustível ou TIG para peças pequenas que exijam um revestimento fino, aplicado numa região localizada. A preparação da superfície do metal de base é importantíssima em processo de metalização. De qualquer maneira, a composição do metal de base, a faixa de temperatura de fusão e as características de contração e expansão térmica têm um efeito significante na seleção do processo de soldagem. Os aços são geralmente metais de base apropriados para revestimento por soldagem. Aços de baixa-liga e aços carbono contendo até 0,4% de carbono podem ser sensíveis a fissuração, tornando-se necessário um pré- aquecimento para minimizar ou suprimir a ocorrência de martensita na zona afetada pelo calor. Aços inoxidáveis austeníticos, com exceção dos estabilizados com titânio, e da maioria das ligas a base de níquel podem ser facilmente revestidos pela maioria dos processos de soldagem com resultado excelente. Aços inox martensíticos, aços- ferramenta e aços para matrizes são também passíveis de revestimento, mas deve ser dada uma grande atenção aos requerimentos de pré- aquecimento, temperatura de interpasse e pós- aquecimento. Metais de base de aços endurecíveis por precipitação apresentam problemas especiais quando do revestimento e geralmente requerem tratamentos térmicos de dissolução ou envelhecimento antes do revestimento, assim como cuidados especiais no pré e pós-aquecimento e na temperatura de interpasse. As características de contração e expansão térmica do metal de base afetam as deformações. As peças frequentemente devem ser de modo uniforme aquecidas até a temperatura de execução de soldagem para possibilitar uma deposição livre de trincas e evitar zonas duras e frágeis. A seleção dos processos de soldagem é importante, em virtude de a energia de soldagem estar diretamente relacionada ao ciclo térmico e, em conseqüência, a deformações. A diferença na contração e expansão térmica entre o metal de base e a liga de revestimento é extremamente importante em aplicações que apresentam condições térmicas cíclicas de trabalho. Grandes diferenças podem resultar em perda de aderência em processos de metalização ou falhas por fadiga térmica em depósitos soldados. Camadas de amanteigamento (almofada), são freqüentemente depositadas entre o metal de base e a liga de revestimento para contornar grandes diferenças das características de expansão e contração térmica.

3 Qualidade e propriedades do revestimento Os depósitos de revestimento efetuados por soldagem são caracterizados pela composição variável e por uma cinética de solidificação que influenciam na microestrutura do depósito. Não é de surpreender que a qualidade e as propriedades do revestimento soldado dependam do processo e da técnica de soldagem. As variações na composição química derivam da diluição com o metal de base durante a soldagem, embora a absorção de carbono na soldagem oxicombustível e a dissolução por volatilização nos processos de soldagem ao arco sejam fatores a considerar. Diluição A diluição expressa a porcentagem do metal de base no depósito, ou seja, a porcentagem do metal de base que participa da zona fundida. Uma diluição de 10% indica que na zona fundida há 10% do metal de base e 90% da liga de revestimento. A resistência ao desgaste e outras propriedades desejáveis da liga de revestimento geralmente se degradam quando a diluição aumenta. A diluição é nula no processo de metalização e tende a ser baixa no processo de soldagem oxicombustível. A diluição é geralmente mais problemática em revestimentos com processo ao arco elétrico, na faixa de 5% para soldagem a arco plasma, até 60% na soldagem por arco submerso. Alta diluição pode ser tolerada em aplicações que necessitam de uma espessura de deposição grande, onde geralmente se aplicam múltiplas camadas. de serviço A máxima porcentagem de diluição depende dos requerimentos específicos Do ponto de vista metalúrgico, a composição e as propriedades do revestimento são fortemente influenciadas pela diluição, que pode ser obtida com cada processo de soldagem e deve ser considerada para selecionar devidamente a combinação entre metal de solda e processo de soldagem para cada aplicação particular. Um bom exemplo é o revestimento em aço de baixa liga com eletrodos de aço inoxidável pelo processo com eletrodo revestido. Este processo normalmente apresenta de 15 a 50% de diluição na primeira camada; desta forma, se for utilizado um eletrodo E308 (19% de cromo e 9% de níquel) sobre aço carbono ou de baixa liga, a primeira camada do depósito conterá cerca de 12% Cr e 6% Ni.

4 Esse depósito apresentaria redução nas propriedades mecânicas e resistência ã corrosão. Por outro lado, se for utilizado um eletrodo E309 (25% Cr e 12% Ni) com as mesmas condições de soldagem, o depósito conterá cerca de 16% Cr e 8% Ni. Esse depósito teria melhor resistência à corrosão e melhores propriedades mecânicas, como ductilidade. A diluição perto de 15% melhorará ainda mais estas propriedades. Provavelmente, a maior diferença entre a soldagem de chanfros e deposição de revestimento é que a diluição neste ponto frequentemente diz respeito ao revestimento. A microestrutura e as propriedades mecânicas dos depósitos de revestimento variam, dependendo da cinética de solidificação e da diluição. A solidificação geralmente é rápida nos processos de metalização; a cinética de solidificação tende a ser um pouco mais baixa nos processos de soldagem convencionais. Como regra, depósitos executados por processo oxicombustível tendem a se solidificar mais lentamente do que os executados por soldagem ao arco elétrico. Essas diferenças de solidificação relacionada à velocidade de resfriamento produzem microestruturas e propriedades amplamente diferentes, não importando a quantidade de diluição. Habilidade do soldador A habilidade do soldador é de consideração essencial nos requerimentos de qualidade do revestimento. Como regra, o revestimento executado por processos de soldagem manual, tais como soldagem oxicombustível, eletrodo revestido e TIG, requerem alta qualificação profissional; por outro lado, processos de soldagem automáticos, tais como arco submerso, requerem uma habilidade mínima do soldador/operador devido a que os controles da máquina de solda são estabelecidos previamente. Processos de metalização geralmente requerem habilidade intermediária. O processo de soldagem TIG manual pode ser aplicado para obter depósitos de alta qualidade, em áreas relativamente pequenas, tal como ocorre entre palhetas de turbinas a gás. Nesta aplicação, camadas finas podem ser depositadas com diluição menor do que 10%, mas é necessário grande habilidade do soldador e controle rígido das operações de soldagem. Por outro lado, equipamentos para movimentação de terra e para mineração podem ser revestidos adequadamente no campo por soldadores de pouca habilidade utilizando processo por eletrodo revestido.

5 Depósitos de material Depósitos de aço inoxidável totalmente austenítico são suscetíveis a trinca a quente e aqueles que contém martensita são duros e frágeis. Um revestimento resistente à corrosão, são e dúctil, normalmente é baixo em carbono e contém 3 a 15% de ferrita enquanto que o revestimento resistente ao desgaste apresenta teor de carbono alto e, em grande parte, de martensita. Os diagramas de Schaeff ler ou De Long para metais de solda de aços inoxidáveis, podem ser usados para predizer qual micro- estrutura é obtida com os vários metais de adição de aço inox nos diferentes metais de base e em qualquer nível de diluição. Materiais de adição de revestimento depositados sobre diferentes metais de base também causam mudanças de fase tão facilmente quanto a mudança da razão de diluição. Materiais para revestimento duro que apresentam bons resultados sobre aço carbono podem apresentar resultados inaceitáveis sobre aço com 13% de manganês devido ao efeito do manganês na estabilização da austenita. A solução, neste caso, é utilizar um processo de soldagem que apresente baixa diluição no aço manganês e, desse modo, permita a formação de martensita para resistir ao desgaste. Metais de adição tais como ligas a base de níquel ou cobre-níquel também são utilizados para revestir aços. São essencialmente ligas de fase simples. A perfeição e propriedades mecânicas destes depósitos depende da sua composição química e do controle da diluição. Custo Ultimamente o custo é um fator determinante na seleção do processo para revestimento. Os custos do revestimento basicamente consistem na execução, nos materiais e, em algumas ocasiões, no custo de um novo equipamento. Custos de transporte também devem ser considerados. Os custos de execução dependem primeiramente do nível de habilidade requerida do soldador e da taxa de deposição do processo; a preparação da superfície e os custos de acabamento também devem ser considerados. A taxa de deposição é geralmente mais baixa nos processos de soldagem manual. As mais altas taxas de deposição são possíveis aplicando-se processosautomáticos de soldagem. O custo do material de adição é predominante em ligas de tungstênio, cobalto e níquel, ao passo que a forma do produto é de custo predominante nas ligas a base de ferro. Como regra, vareta e arame sólido são as formas de produto mais baratas. Aeficiência de deposição é a medida de porcentagem da liga de revestimento retida na superfície da peça e geralmente é mais baixa no processo com eletrodo revestido do que nos processos que utilizam varetas ou arames.

6 O custo do equipamento varia desde uma simples fonte de potência para soldagem por eletrodo revestido até um equipamento sofisticado, totalmente automático, como um sistema automatizado para metalização por plasma a baixa pressão. Os mais avançados equipamentos para execução de revestimento geralmente custam de cem a mil vezes mais do que uma simples fonte de soldagem ao arco elétrico, dependendo do nível de instrumentação e automatização. Formula para cálculo de custo Para aplicações em recuperação, tem sido sugerido que o revestimento é preferível sobre uma peça nova quando a vantagem de custo (CA) é positiva. A vantagem de custo pode ser calculada por uma fórmula que considera: vantagem de custo (CA), custo de uma peça nova ou componente (CN), custo de revestimento mais custo de parada (CR), trabalho de produção durante a vida útil da nova peça revestida (PR) e trabalho de produção durante a vida útil da nova peça (PN). A maioria dos dados necessários para o cálculo pode ser facilmente obtida; PR é talvez o valor de acesso mais dificultoso, mas uma estimativa razoável pode ser feita baseada em resultados de teste de laboratório; se a peça é revestida com um liga com a mesma composição química da peça desgastada, é sensato assumir que PR = PN. Por outro lado, se o material de revestimento é muito mais resistente ao desgaste do que o material da peça desgastada, então PR>PN. Neste caso, portanto, é provável que CA seja positivo, o que é o primeiro objetivo a atingir quando se executa um revestimento. Na maioria dos casos, algumas considerações especiais necessárias em revestimento não são requeridas para soldagem de produção. As principais razões são: a composição química e as propriedades mecânicas da liga de revestimento normalmente são completamente diferentes daquelas do metal de base sobre o qual vai ser depositada; a extensão de área do metal de base que usualmente vai ser coberta no revestimento também é diferente; o menor volume possível de metal de solda desejável para o revestimento acarreta uma grande variação em liga, em conteúdo de carbono e em propriedades mecânicas através da linha de fusão entre o metal de base e o metal de solda.