TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES

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1 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II TRATAMENTO TÉRMICO ALÍVIO DE TENSÕES 1.1 INTRODUÇÃO 1.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE ALÍVIO DE TENSÕES 1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS METAIS CONFORME P-NUMBER 1.4 INDICAÇÕES PARA UNIÃO DE METAIS DISSIMILARES 1.5 TRATAMENTO TÉRMICO DE ALÍVIO DE TENSÕES APLICADO NOS AÇOS MAIS UTILIZADOS COMERCIALMENTE 1.6 ALÍVIO DE TENSÕES PARA VASOS DE PRESSÃO 1.7 COMPARAÇÃO ENTRE AS PRINCIPAIS NORMAS 1.8 TRATAMENTO TÉRMICO LOCALIZADO 1.9 BIBLIOGRAFIA 1.10 AUTORES

2 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II TRATAMENTO TÉRMICO ALÍVIO DE TENSÕES 1.1 INTRODUÇÃO O presente trabalho tem por objetivo fornecer informações do tipo consulta rápida, sobre metais e normas, mais comumente utilizadas na indústria em relação ao tratamento térmico de alívio de tensões após a soldagem. 1.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE ALÍVIO DE TENSÕES As tabelas 1 e 2 trazem informações importantes que devem ser consideradas antes de se realizar um tratamento térmico para alívio de tensões.

3 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 3 Tensões Tabela 1 Dados Na soldagem resultam de dilatação e contração da poça de fusão, afetando a ZTA e ZF Principais Efeitos Métodos mais utilizados para redução de tensões residuais Principal Função Efeitos Secundários e Indesejáveis Modo de execução Aumento da dureza, redução da tenacidade, aumento do nível de tensões localizadas, aumento do risco de fissurações, redução de resistência à corrosão sobre tensão, à fissuração pelo hidrogênio, à fratura frágil, à fadiga, podendo colaborar para a propagação dos defeitos de solda (trincas) À frio martelamento, à quente - pré-aquecimento cuja finalidade é aquecer a região a ser soldada provocando uma transição menos brusca da temperatura; - alívio de tensões através de tratamento térmico - aquecer de 50 a 100 ºC abaixo da temperatura crítica de transformação permanecendo nessa temperatura por um determinado tempo (enxarque em função da espessura) e resfriamento controlado (lento) Redução de tensões residuais através do aumento da ductilidade, diminuindo a dureza, melhorando as condições metalúrgicas da ZTA e ZF, promovendo estabilidade dimensional Redução dos limites de resistência e de escoamento, relaxamento das tensões compressivas que impediam a propagação de trincas, aumento da temperatura de transição dúctil para frágil em relação ao metal base, alteração dimensional e risco de reação do hidrogênio com o carbono gerando metano e consequentemente risco de fragilização a frio (são mais pronunciados quanto maior forem as temperaturas e o tempo de tratamento). No forno: com aquecimento em todo o equipamento, com aquecimento em partes do equipamento, com aquecimento em subconjuntos soldados com posterior tratamento térmico na solda final Aquecendo internamente o equipamento, isolando-o externamente Aquecendo circunferencialmente uma seção do vaso Aquecendo juntas circulares de conexões de forma localizada de largura pelo menos três vezes a maior dimensão do cordão de solda, protegendo a região externa da área aquecida

4 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 4 Tabela 2 Variáveis a serem consideradas no alívio de tensões Variável Ação Quanto maior for a diferença entre a máxima e a mínima espessuras dos componentes a serem soldados (*) Se a diferença entre a máxima e a mínima espessuras for menor que 4/1 (*) A AWS propõem quando o alívio de tensões tem como finalidade a estabilidade dimensional Alívio de tensões para vasos de pressão e tubulação (dutos) (*) Alívio de tensões para outros conjuntos para bases de máquinas (*) Devemos considerar a diferença de dilatação entre o aço inox e o aço carbono (*) Prever respiros para expansão de ar aquecido e confinado na solda de reforço de conexões (**) Alívios de tensões são exigidos para equipamentos de aço carbono soldado (**) Aços ligados tendem a trincar durante o alívio de tensões (**) (*) Código ASME (**) Código ASME/Requisitos e normas da Petrobrás Mais lenta deverá ser a taxa de mudança de temperatura A taxa de aquecimento não deve exceder a 205 ºC O tempo de enxarque deve ser de 1h/pol. de espessura da parte mais espessa Tem como função reduzir tensões internas Tem como finalidade manter a estabilidade dimensional Para evitar deformações permanentes Para evitar trincas Quando estes trabalharem em contato com H2, H2S, HF, NCOH, NaOH, KCl e equipamentos sujeitos a temperaturas inferiores a 30 ºC ou com espessuras maiores ou iguais a 38 mm Estudar cuidadosamente cada caso 1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS METAIS CONFORME P-NUMBER Com a finalidade de reduzir o número de qualificações dos procedimentos de soldagem, os metais de base foram agrupados através de P-Numbers, sendo que os metais ferrosos foram subdivididos em Group-Numbers, conforme seus requisitos para teste de impacto. Os metais do mesmo grupo possuem composição química, propriedades mecânicas e soldabilidade semelhantes, porém isto não significa que podemos substituir um metal de base que tenha sido aprovado numa qualificação por outro do mesmo grupo.

5 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 5 Abaixo segue a tabela 3 com a classificação: Tabela 3 Grupos listados no item QW do ASME - Seção IX Div.1 P-Nº 1 Aços Carbono: C < 0,35% Aços de baixa liga: Cr < 0,5% P-Nº 3 Total de elementos por liga < 2,0% Este grupo inclui os aços C-Mo; Mn-Mo e Cr-Mo. Aços de baixa liga: 0,5% < Cr < 2,0% P-Nº 4 Total de elementos por liga < 2,75% Este grupo inclui os aços Cr-Mo e aços de outras ligas Aços de baixa liga: 2,25% < Cr < 10,0% P-Nº 5 Este grupo inclui os seguintes aços: Aços e suas ligas Baixo Cr (2-3%), Médio Cr (4-6%), Alto Cr (7-9%) P-Nº 6 Aços de alta liga (martensíticos): 12-15% Cr P-Nº 7 Aços de alta liga (ferríticos): 12-17% Cr Aços de alta liga (austeníticos): aços inoxidáveis da P-Nº 8 série 300 P-Nº 9A Aços ao níquel: 2-3% Ni P-Nº 9B Aços ao níquel: 3-4% Ni P-Nº 10A Outras ligas a 10I P-Nº 11A Aços ao níquel: 4-9% P-Nº 11B Outras ligas Alumínio e suas ligas P-Nºs 21, 22, 23 e 25 Cobre e suas ligas P-Nºs 31, 32, 33, 34, 35 Níquel e suas ligas P-Nºs 41, 42, 43, 44, 45, 46 Titânio (não ligado) P-Nºs 51 e 52 Zircônio (não ligado) P-Nºs INDICAÇÕES PARA UNIÃO DE METAIS DISSIMILARES As tabelas 4a, 4b, 4c e 4d estão relacionadas com a união de metais dissimilares, elas nos indicam quais materiais possuem afinidade, quais consumíveis devemos utilizar e os parâmetros para o tratamento térmico. Nas tabelas 4a e 4b, de acordo com a intersecção dos materiais a serem utilizados, obtemos um número e uma letra. De acordo com o número obtido, na tabela 4c, temos o consumível mais indicado e através da letra, na tabela 4d temos os parâmetros para o tratamento térmico, quando necessário.

6 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 6 Tabela 4a Combinação de metal base Materiais Ferrosos Tipo PNº / Cr 5 Cr 2 1 C A C (*) 316L L Ni Cr Cr 1 1/2 1/4 1/4 Mo Mo Mo Cr Cr Aço C P1 12A 12A 12A 12A 1C 1B 1F 1G 1E 1E 1D 1B 1A C Mo P3 12B 12B 12B 12B 2C 2B 2F 2G 2E 2E 2D 2B 1 ¼ Cr P4 12D 12D 12D 12D 3D 3D 3F 3G 3E 3E 3D 1/2 Mo 2 ½ Cr P5 12E 12E 12E 12E 4E 4E 4F 4G 4E 4E 1Mo 5 Cr P5 12E 12E 12E 12E 5E 5E 5F 5G 5E 1/2 Mo 9 Cr P5 12G 12G 12G 12G 6G 6G 6G 6G 1 Mo 12 Cr P6 12F 12F 12F 12F 7F 7F 7F Cr 405 P7 12H 12H 12H 12H 7C 12H 7D 3 ½ Ni P9 12C 12C 12C 8C 13AC 304 P8 9H 9H 9H 304L 347 P8 10H 10H 10H P8 11H 11H 316L 310 P8 16H Tabela 4b Combinação de metal base Ligas de Ni Tipo PNº Níquel 200 Monel 400 Inconel Incoloy Aço Carbono P1 13H 14H 13H 13H Aço Inox P8 13H 13H 13H 13H Incoloy P45 13H 13H 13H 13H Monel P42 15H 14H Níquel P41 15H

7 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 7 Tabela 4c Consumível de soldagem N.º Material Eletrodo Revestido Arame Sólido ASME AWS ASME AWS 1 Aço Carbono 5.1 E ER 70S-2 2 C Mo 5.5 E 7018 A ER 80S-D /4 Cr 1/2 Mo 5.5 E 8018 B ER 80S-B /4 Cr 1 Mo 5.5 E 9018 B ER 90S-B3 5 5 Cr 1/2 Mo 5.4 E ER Cr 1 Mo 5.4 E ER Cr 5.4 E E /2 Ni 5.5 E 8018 C ER 80S-Ni L 5.4 E L 5.9 ER 308 ER 308L E ER L 5.4 E316 E316L 5.9 ER 316 ER 316L E 309 E309 Mo E 309 CB E 309L 5.9 ER 309 ER 309 Mo ER 309 CB ER 309L 13 Inconel 5.11 E NiCrFe ER NiCR 3 14 Inconel 5.11 E NiCrFe ER NiCR 3 15 Monel 5.11 E NiCu ER NiCu 7 16 Níquel 5.11 E Ni ER Ni E ER 310 Tabela 4d Tratamento térmico e pré-aquecimento Letra Pré-aquecimento mínimo Patamar mínimo (ºC) Tratamento (ºC) X Tempo (H) (*) Térmico A 10 ºC mínimo T 3/4pol. Desnecessário T > pol. 100 ºC mínimo T > 3/4pol. 595 ºC X H/pol. Opcional B 10 ºC mínimo T 1/2pol. Desnecessário T > 1/2pol. 100 ºC mínimo T > 1/2pol. 595 ºC X H/pol. Opcional C 100 ºC mínimo 595 ºC X H/pol. Obrigatório D 150 ºC mínimo 705 ºC X H/pol. 2 H mínimo Obrigatório E 180 ºC mínimo 705 ºC X H/pol. 2 H mínimo Obrigatório F 200 ºC mínimo 725 ºC X H/pol. 2 H mínimo Obrigatório 180 ºC mínimo 705 ºC X H/pol. 2 H mínimo Obrigatório G Pos-aquec. 300 ºC X H/pol. H 10 ºC mínimo Desnecessário

8 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II TRATAMENTO TÉRMICO DE ALÍVIO DE TENSÕES APLICADO NOS AÇOS MAIS UTILIZADOS COMERCIALMENTE A tabela 5 indica a temperatura e o tempo de patamar de acordo com o tipo de aço no alívio de tensões. Aço Carbono Tabela 5 Parâmetros para alívio de tensões Temperatura do Tipo de aço patamar ºC Com C 0,35% Espessura < ¾" Espessura ¾" Com C > 0,35% Espessura = ½" Espessura ½" Aço C-Mo Com C < 0,20% Com 0,20 C 0,35% Aço Cr-Mo Com 2% Cr e 0,5% Mo Com 2,25% Cr e 1% Mo Com 5% Cr e 0,5% Mo Com 9% Cr e 1% Mo Aço Inox 410 e e 310 Tempo no patamar h

9 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 9 A tabela 6 indica um resumo sobre o tratamento térmico aplicado aos aços inoxidáveis. Tabela 6 Resumo do tratamento térmico dos aços inoxidáveis Tipo de tratamento térmico Redistribuição de tensões Alívio de tensões parcial Alívio de tensões pleno Solubilização Finalidade do Trabalho Aços Inoxidáveis Faixa de Temperatura (ºC) Homogeneizar o conjunto aumentar o limite de escoamento e resistência todos 290 a 425 Minimizar distorções por graus "L" a 595 usinagem e conjuntos soldados Aliviar tensões graus "L" a 870 Prevenir corrosão intergranular todos acima de ALÍVIO DE TENSÕES PARA VASOS DE PRESSÃO A tabela 7 indica os principais tópicos para o tratamento térmico de alívio de tensões em vasos de pressão de acordo com a espessura do tipo de aço (P Number). Tabela 7 Parâmetros para alívio de tensões de vasos de pressão Espessura Aquecimento Resfriamento Tempo de nominal (mm) máx. ºC/h acima máx. ºC/h acima PNº Grupo Nº T(ºC) permanência patamar > 125 de 427 ºC de 427 ºC , 2, , 2, , , A B A B C F Abaixo de 427 ºC não é necessário controle de temperatura 1 hora para cada 25mm 2h + 15min por 25mm acima de 50mm 1h para cada 25mm 5h + 15min por 25 mm acima de 125mm

10 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 10 A tabela 8 se aplica ao tratamento térmico de alívio de tensões para vasos de pressão, segundo a sua construção e funcionamento (fundos e cilindros) de acordo com ASME VIII div. 1 Tabela 8 Fundos e cilindros conformados a frio ASMEVIII Div.1 Espessura nominal Raio de conformação (mm) Fundo Cilindro Condição para execução do alívio de tensões do fundo do cilindro 6,3 94,5 63,0 Raio menor que o indicado E 8,0 120,0 80,0 Equipamento opera com substância letal, ou 9,5 142,5 95,0 Exigência de ensaio de impacto, ou 12,5 187,5 125,0 Redução de espessura conformada > 10%, ou 16,0 240,0 160,0 Temperatura de conformação de 120 à 480 ºC 19,0 285,0 190,0 22,4 336,0 224,0 25,0 375,0 250,0 31,5 472,5 315,0 37,5 562,5 375,0 Raio menor que o indicado 50,0 750,0 500,0 63,0 945,0 630,0 75,0 1125,0 750,0 Se o fundo ou cilindro for aplicado a vaso soldado, onde se fará tratamento térmico após soldagem, dispensa-se o alívio devido a conformação a frio do fundo ou cilindro A tabela 9 indica como pode ser reduzida a temperatura de patamar, para um vaso de pressão, desde que ocorra um aumento no tempo de permanência do vaso no forno na temperatura de patamar. Tabela 9 Redução do tempo de patamar Redução de temperatura de patamar (ºC) Tempo mínimo de patamar (h/1pol.) (P-1, Gr 1, 2) (P-1, Gr 1, 2)

11 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II COMPARAÇÃO ENTRE AS PRINCIPAIS NORMAS A tabela 10 indica os parâmetros para tratamento térmico de alívio de tensões segundo as principais normas internacionais. Tabela 10 Principais parâmetros de TTAT conforme normas internacionais Parâmetros de Tratamento Térmico de Alívio de Tensões Temperatura Inicial de Controle (Ti) Unidade ASME AWS BS ºC Máx Taxa de Aquecimento (TA) ºC/Hora Máx Taxa de Resfriamento (TR) ºC/Hora Máx Temperatura de Patamar (*) ºC a a 620 Tempo de Permanência Hora (**) (**) (**) Temperatura Final de Controle (TF) Diferença de Termopares no Aquecimento Diferença entre Termopares no Patamar ºC Mín ºC Máx ºC Mín Distância entre Termopares A cada (m) Máx 4,6 4,6 4,5 (*) Aplicável para aços carbono (**) 1 hora para cada pol. de espessura nominal En

12 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II TRATAMENTO TÉRMICO LOCALIZADO A tabela 11 nos indica as principais exigências para a execução de tratamento térmico localizado, em seguida, temos um modelo de procedimento com todos os parâmetros necessários para a execução do mesmo. Tabela 11 Comparativo entre normas Dimensão Extensão a ser aquecida para soldas circunferenciais e longitudinais Extensão a ser aquecida para soldas de atracação de bocais Gradiente Térmico Taxa de Resfriamento Taxa de Aquecimento Norma BS 5500 ASME ISO DIS 2694 Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5. Rt, para cada lado da junta soldada Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5. Rt, para cada lado da junta soldada A temperatura nas bordas da região aquecida deverá ser igual a ½ da temperatura máxima, em qualquer instante do tratamento 220 ºC/h.pol. da menor espessura sendo tratada 220 ºC/h.pol. da menor espessura sendo tratada Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2.t, para cada lado da junta soldada Toda a circunferência do vaso numa extensão de 12.t + a maior largura externa da junta soldada, para cada lado da junta soldada Não especifica 260 ºC/h.pol. da menor espessura sendo tratada 220 ºC/h.pol. da menor espessura sendo tratada Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5. Rt, para cada lado da junta soldada Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5. Rt, para cada lado da junta soldada A temperatura nas bordas da região aquecida deverá ser igual a ½ da temperatura máxima, em qualquer instante do tratamento 260 ºC/h.pol. da menor espessura sendo tratada 220 ºC/h.pol. da menor espessura sendo tratada onde: R = raio externo da junta soldada t = maior espessura da junta soldada, sem considerar o reforço da junta

13 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II 1 13 PROCEDIMENTO DE TRATAMENTO TÉRMICO TT n.º 003 FOLHA PEÇA/ SUB CONJUNTO CONJUNTO CLIENTE Bocais 44D, 44F DADOS DO EQUIPAMENTO 1. IDENTIFICAÇÃO 2. DIMENSÕES Equipamento FA249N Diâmetro 3 polegadas 4. DADOS DOS CÁLCULOS 4.1 TEMPERATURA INICIAL DE CONTROLE: 300ºC 4.2 TAXA DE AQUECIMENTO 320ºC/hora máximo 4.3 TAXA DE RESFRIAMENTO 390ºC/hora máximo 4.4 TEMPERATURA DE PATAMAR 1100 a 1200ºC 4.5 TEMPO DE PATAMAR 75 minutos mínimo 4.6 TEMPERATURA FINAL DE CONTROLE 300ºC 4.7 DIFERENÇA DE TERMOPARES NO AQUECIMENTO: 20ºC 4.8 DIFERENÇA ENTRE TERMOPARES PATAMAR: 20ºC 4.9 NÚMERO DE TERMOPARES: CROQUI DO EQUIPAMENTO E LOCALIZAÇÃO DOS TERMOPARES QUANT. PEÇA 2 3. ESPESSURAS 1 ½ polegada ºC Max ºC/Hora Max ºC/Hora Max ºC Horas Min ºC Min ºC Max ºC Min Min 6. CICLO TÉRMICO EMITIDO POR: APROVADO POR: REVISÃO

14 TRATAMENTO TÉRMICO ALIVIO DE TENSÕES Modulo II BIBLIOGRAFIA CARVALHO, Nestor Ferreira, Curso de Inspeção e Manutenção de Vasos de Pressão, Cap. 3, Pág. 01 a 25, dez. 1998; TELLES, Pedro C. da Silva, Materiais para Equipamentos de Processos, 3ª ed. em português, Rio de Janeiro, Interciência, 1986; LINCOLN, Eletric Co. The Procedure Handbook of Arc Welding, 30ª ed. em inglês, USA, Cap. 3.3 a 7, 1995; ASME, American Society of Mechanical Engineers, Boiler and Pressure Vessel Code, ASME VIII, div. 1, USA, 1992; GIMENES JR, Luiz, Curso de Tratamento Térmico de Alívio de Tensões em Juntas Soldadas, São Paulo, ABS/FATEC, 2000; GIMENES JR, Luiz e vários autores, Coleção Tecnologia SENAI, 1ª ed. em português, São Paulo, SENAI, Cap. Tratamento Térmico Aplicado à Soldagem, Pág. 125 a 140, 1997; TELLES, Pedro C. da Silva, Vasos de Pressão, 1ª ed. em português, Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, Pág. 280 a 283, 1991; CATERPILLAR BRASIL S/A, Curso de Tecnologia Mecânica, Teoria da Metalurgia e Tratamento Térmico, 2ª ed. em português, São Paulo, AUTORES Alexandre Custódio Silva n.º Carlos Alberto Silva Mayer n.º mayer@ig.com.br João Rocha Cavalcante n.º

15 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS 2.1 INTRODUÇÃO 2.2 MECANISMOS DE DESGASTE MAIS IMPORTANTES 2.3 MATERIAIS DE ADIÇÃO RESISTENTES AO DESGASTE 2.4 FORMAS DO METAL DE ADIÇÃO 2.5 SELEÇÃO DE LIGAS PARA REVESTIMENTO 2.7 CONSIDERAÇÕES ESPECIAIS 2.8 AUTOR

16 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS 2.1 Introdução Falhas prematuras em peças e/ou equipamentos por fenômenos de desgaste, têm onerado as indústrias em todo o mundo em centenas de bilhões de dólares anualmente, seja por investimento na aquisição de uma peça nova ou na recuperação da peça desgastada. O desgaste pode ser mantido dentro de certos limites aceitáveis, desde que tenhamos pleno conhecimento dos esforços a que a peça ou equipamento estarão submetidos e principalmente dos mecanismos de desgaste atuantes. Atualmente, devido a evolução tecnológia, é possível proteger com alta eficiência, determinado componente ou superfície que eventualmente esteja exposta a qualquer tipo de desgaste, aplicando-se um revestimento. O revestimento pode ser executado por várias técnicas/processos tais como eletrodeposição, pintura ou ainda, soldagem. Entre as finalidades do revestimento soldado podemos citar: melhorar a eficiência do equipamento mantendo cantos vivos nas bordas e arestas cortantes, contribuir para a redução no consumo de potência (mantendo a capacidade de corte) contribuir para a redução do custo de máquinas e novas instalações possibilitando peças revestidas de baixo custo, permitir a recuperação de peças desgastadas sem necessidade de substituição, aumentar a vida útil de instalações, peças e ferramentas, diminuição do tempo de parada de equipamentos e possibilitar melhores soluções nos projetos de máquinas com a aplicação de materiais muito sobre um núcleo tenaz. A soldagem de revestimentos, para ter sucesso, necessita que se cumpram algumas etapas consideradas fundamentais para que seja realizada com sucesso. Assim, é de suma importância sabermos definir com certa precisão o(s) mecanismo(s) de desgaste atuante(s), para podermos escolher um material de adição o mais resistente possível contra o(s) desgaste(s) identificado(s), elevando dessa maneira a vida útil das peças ou equipamentos. 2.2 Mecanismos de Desgaste mais importantes O desgaste é, de maneira geral, o deslocamento indesejável de material de determinada superfície. Nos metais, esse processo pode ocorrer pelo contato com outros metais, sólidos não metálicos, líquidos em movimento, ou ainda partículas sólidas ou partículas de líquido transportadas em um fluxo gasoso. O desgaste implica em um dano que ocorre na superfície de um sólido, devido ao movimento relativo entre a superfície e uma ou mais substâncias em contato com ela. Pode ser definido como a perda progressiva de material da superfície considerada. Nessa definição ampla, pode-se incluir diversos fenômenos como corrosão, oxidação, fluência, fadiga, efeitos devido ao atrito e ao impacto e a ação de deformação e corte por microusinagem promovida por partículas abrasivas. O erro mais comum no controle de desgastes é a falta de reconhecimento do fato que temos várias formas de desgaste e que cada uma deve ser considerada independentemente. O que pode ser um bom projeto ou material para resistir a uma forma de desgaste, pode ser ruim para outra.

17 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 3 Abrasão, adesão, erosão e fadiga supercial são considerados os principais mecanismos de desgaste. A ocorrência de cada um dos mecanismos em situações práticas em termos de porcentagem dos caso identficados, é a seguinte: Abrasão - 50%, Erosão - 8% e demais mecanismos incluindo corrosão - 27% Desgate por Abrasão O desgaste por abrasão ocorre quando partículas duras deslizam ou são forçadas contra uma superfície metálica em relação à qual estão em movimento, provocando por deslocamento ou amassamento a retirada (remoção) de material. Fig. 1 A ação abrasiva pode ser direta, quando a remoção de partículas da superfície metálica é por cisalhamento ou indireta, por fadiga superficial, é indiferente se o abrasivo se desloca em relação à peça ou a peça (superfície metálica que está sendo desgastada) desloca-se em relação à partícula abrasiva. As partículas abrasivas são na grande maioria dos casos de origem mineral. A razão de desgaste depende do grau de penetração da partícula abrasiva na superfície metálica e está relacionada com a dureza do material. As características e dimensões das partículas, a maior ou menor pressão de escorregamento ou amassamento sobre as superfícies metálicas abrasadas, determinam a classificação da abrasão. O desgaste abrasivo é dividido em três tipos: - Goivagem quando partículas abrasivas de grandes dimensões agem sobre a superfície metálica, formando sulcos profundos. Este mecanismo, envolve a remoção de fragmentos relativamente grandes da superfície pela ação do material abrasivo grosseiro.

18 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II Riscamento quando ocorre deslocamento com tensões menores do que a tensão de compressão do abrasivo. O material é removido da superfície em pequenos ângulos de incidência por processo de risco ou micro usinagem. - Moagem quando as partíclas abrasivas, frequentemente minerais, são presas entre duas superfícies metálicas sob carga. A alta tensão na fragmentação do abrasivo na moagem, caracteriza um sistema em que a resistência a compressão do abrasivo é excedida Desgaste Adesivo Todas as superfícies macroscopicamente lisas (polidas), são rugosas numa escala microscópica ou atômica. Quando duas superfícies metálicas são colocadas em contato, o mesmo é feito por algumas poucas asperezas. Se uma carga normal é aplicada, a pressão local nas asperezas torna-se extremamente alta. A tensão de escoamento é excedida e as asperezas deformam-se plasticamente até que a área real de contato aumente suficientemente para suportar a carga aplicada. Fig 2 O desgaste adesivo ocorre quando duas superfícies metálicas são colocadas em contato (atrito) e se apresenta em circunstâncias práticas como arranhões, roçamento, escoriação ou até emperramento. É geralmente identificado pelo cisalhamento superficial ou destacamento de material como resultado do movimento relativo entre as duas superfície, as quais se desgastam pela ação dos fragmentos soltos. Os fragmentos podem se oxidar. Em geral, os óxidos metálicos são mais duros do que seu metal de origem e o fragmento (partícula) então torna-se abrasivo(a). O desgaste adesivo pode ser dividido em: Roçamento Este processo particular de desgaste adesivo ocorre durante o estágio inicial do atrito entre duas superfícies metálicas sob lubrificação pobre. É essencialmente um problema de movimento inicial (partida), e é particularmente provável de ocorrer em um novo componente se toda a carga e velocidade são aplicados muito rapidamente ou se o acabamento superficial das superfícies em atrito for pobre (grande rugosidade). Este tipo de desgaste pode ocorrer em cilindros de motores de combustão durante seu estágio inicial de movimento e pode ser identificado nos anéis

19 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 5 dos pistões como uma série de linhas rugosas na superfície de contato. O roçamento também pode ocorrer após considerável tempo de servicó se tivermos falta de lubrificação Fretagem A fretagem ocorre quando duas superfícies metálicas em contato e sob carga, sofrem a ação de movimentos vibratórios de baixa amplitude. Esta é uma ocorrência comum visto que a maioria das máquinas está sujeita a vibrações, quando em trânsito ou em operação. Situações típicas de fretagem podem ser juntas, mancais estacionários atuando sob condições de vibrações, aclopamentos chavetados e ajustes com montagem forçada sobre eixos Desgaste Por Erosão O desgaste por erosão divide-se nos seguintes subtipos: Erosão por abrasão Este mecanismo de desgaste é fortemente relacionado com o desgaste abrasivo, resulta da colisão de partículas sólidas ou gotas de líquido carregadas por um fluído contra uma superfície metálica. A razão de erosão é dependente da energia cinética das partículas erosivas e de como a energia é dissipada quando as partículas colidem com a superfície. Superfícies dúcteis tendem a sofrer recorte e goivagem, mas em materiais frágeis a energia da partícula é dissipada através da ocorrência de fissura. A extensão dos danos depende do tamanho da partícula, formato, concentração, velocidade e do ângulo de ataque (colisão), sendo este o mais crítico em termos de seleção de material Erosão por cavitação Cavitação ocorre quando um líquido é submetido a mudanças rápidas de pressão, ocasionando a formação de bolhas de gás ou vapor na região de pressão mais baixa desse líquido. Quando estas bolhas, ingressam numa região de pressão mais alta, se tornam instáveis e entram em colapso (implodem). A implosão destas bolhas, na interface metálica (superfície) produzem ondas de choque, causando tensões cíclicas e fadiga superficial na superfície metálica.

20 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II Desgaste por Impacto É o desgaste provocado por choque ou cargas aplicadas perpendicularmente (ou próximo a perpendicular) sobre a superfície metálica. O ângulo de colisão (incidência) das partículas varia de 0 a 90º. Em pequenos ângulos teremos a ocorrência de erosão abrasiva e em ângulos grandes, impacto. Este tipo de desgaste ocorre em chapas de britadores de mandíbulas, desvios e cruzamentos de linhas férreas, perfuratrizes de rocha, caçambas de escavadeira, martelos pulverizadores, etc. Ao contrário dos outros tipos de desgastes, cuja ação depende das propriedades superficiais dos metais, o impacto tem sua atuação diretamente relacionada com as propriedades sub-superficiais. O impacto pode ocorrer pela incidência de partículas líquidas (gotas ou gotículas) e sólidas. Pela ocorrência do impacto por partícula líquida a superfície apresenta inicialmente a formação pits (cavidades) que associadas a interação com esse líquido podem induzir a um mecanismo de corrosão Corrosão Define-se corrosão como a remoção de material ou degradação de propriedades mecânicas de um metal pela interação química ou eletroquímica com o meio em que se encontra. Dependendo do mecanismo envolvido no processo, a corrosão costuma ser dividida em quatro grupos: - corrosão em meio aquoso - oxidação - corrosão em meios orgânicos - corrosão em metais líquidos De todos, a corrosão em meio aquoso é o mais importante, pois compreende mais de 90% de todos os problemas de corrosão. Ele envolve todos os casos em que há participação no processo corrosivo de um eletrólito aquoso. A própria corrosão atmosférica está incluída neste grupo, pois a mesma ocorre através da condensação da umidade na superfície do metal. A oxidação muitas vezes chamada indevidamente de corrosão química, compreende os processos de corrosão que envolvem interações diretas entre um metal e um gás ou um sal fundido. A sua importância é maior em temperaturas elevadas quando os danos podem ser consideráveis. 2.3 MATERIAIS DE ADIÇÃO RESISTENTES AO DESGASTE Desde que o revestimento pode ser definido como sendo a deposição de uma liga metálica em uma superfície para obter propriedades ou dimensões desejadas, qualquer metal de adição pode ser aplicado, como material de revestimento. Uma grande variedade de metais de adição para revestimento podem ser encontrados nas

21 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 7 especificações AWS e DIN (principais: AWS 5.13, 5.21 e DIN 8555) além de outras normas, sendo as citadas acima as mais comumente utilizadas Características Desejadas Uma combinação de propriedades incluindo dureza, resistência a abrasão, resistência a corrosão, resistência a impacto e resistência ao calor, devem ser consideradas quando relacionamos materiais de adição para revestimento. O requerimento de dureza pode ser a alta temperatura e/ou a temperatura ambiente. Resistência a abrasão está às vezes, mas nem sempre, relacionada com a dureza e depende do tipo de desgaste e dos constituintes individuais (carbonetos) presentes no metal de adição. A resistência a corrosão depende das condições de serviço e da sanidade (perfeição) e composição química do depósito de solda, com a condição que, o metal de adição original pode ser alterado pela diluição com o metal de base. A resistência ao impacto depende da resistência ao escoamento, para resistir ao escoamento plástico sobre golpes de materlamento e, tenacidade para resistir ao lascamento e a deformação sob fissuras. Resistência a fluência e oxidação necessárias em aplicações resistentes a altas temperaturas, dependem sobretudo do conteúdo de cromo. Aplicações que em desgaste metal/metal (adesivo) envolvem atrito e emperramento, e que apresentam fenômeno de soldagem a frio, podem ser inibidas por alta resistência elástica e filmes superficiais. Ligas moles a base de cobre (bronze com adição de chumbo) e aquelas que desenvolvem filmes de óxidos tenazes (bronze alumínio) podem desta forma ser usados para superfície sob fricção (adesivo). Tenacidade e resistência a abrasão tendem a ser propriedades incompátiveis numa liga (com notável exceção ao aço austenítico ao manganês) e usualmente forçam a um meio termo na seleção da liga. Ligas duras são propensas a fissuração e alguns revestimentos podem apresentar fissuras. As trincas no revestimento, derivadas das tensões térmicas de contração de soldagem são normalmente indesejáveis, mas algumas vezes aceitáveis se a trinca não adentrar a zona afetada termicamente ou o metal base, evitando-se desta maneira um possível destacamento do revestimento Classificação das Ligas A importância e a variedade no campo de revestimento, tem resultado em uma grande quantidade e variedade de ligas, tornando a seleção do metal de adição mais resistente cada vez mais dificultosa. Uma análise cuidadosa das condições de serviço e uma combinação das propriedades do depósito de solda, complementada pelo estabelecimento seguro de dados de testes em serviço, apresenta-se ainda como o melhor método de seleção de aplicação de determinada liga. A classificação pode ser baseada em vários fatores incluindo dureza, composição, condições de serviço em testes específicos. Neste caso, o método mais utilizado é uma combinação de composição química e estrutura do metal como

22 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 8 depositado, devido a maioria dos revestimentos serem utilizados nesta condição. Existem muitas diferenças entre ligas ferrosas e não ferrosas Ligas Ferrosas - aços martensíticos e perlíticos O conteúdo de carbono é habitualmente na faixa de 0,10 a 0,50%, com algumas exceções indo até 1,5%. Outros elementos, selecionados por sua contribuição na temperabilidade são utilizados em quantidade moderada para promover a formação de martensita quando o depósito de solda resfria. Molibdênio e níquel (raramente acima de 3%) e cromo (até cerca de 15%) são os elementos mais favoráveis; manganês e silício estão normalmente presentes sobretudo para a desoxidação. O teor de carbono nestes aços é o elemento que mais influencia nas propriedades. Estes aços são relativamente tenazes; ligas com baixo carbono são mais tenazes e resistentes a trincas do que os tipos com alto carbono. Os depósitos tem alta resistência e alguma ductilidade. A resistência a abrasão é moderada mas tende a aumentar com o acréscimo de carbono e dureza. Depósitos com baixo carbono podem ser usinados com ferramentas, enquanto com alta dureza é possível apenas serem retificados. O preço moderado, bom comportamento em soldagem e larga faixa de propriedades destes aços faz com que os mesmos tenham um uso popular em revestimento de grandes volumes, tais como revestimento de eixos, cilindros laminadores e em abrasão moderada envolvendo impacto. Aços rápidos são basicamente aços martensíticos, com adição de tungstênio, molibdênio e vanádio, para melhorar a dureza até cerca de 650ºC. Em virtude do endurecimento ao ar, os depósitos não necessitam de tratamento térmico. Os aços perlíticos são similares aos martensíticos mas contém menor adição de liga. Em virtude do baixo conteúdo de liga, eles formam perlita (uma estrutura mais mole que a martensita) durante o resfriamento. Aços perlíticos são mais vantajosos nos revestimento de reconstrução de superfícies. Os aços de baixa liga, os quais representam um grande volume de uso como metais de adição para revestimento, podem ser martensíticos ou perlíticos no depósito de solda. Estruturas mistas também são comuns. Quando os elementos potenciais de endurecimento (temperabilidade) são acrescidos (particularmente cromo), há a tendência de elevar a quantidade de austenita retida no depósito. Nos aços de média liga, a martensita não revenida que se forma quando do resfriamento da solda é relativamente frágil e propensa a fissuras. A austenita é mais mole e tenaz. Alguns aços, denominados semiausteníticos são formulados para explorar esta tenacidade enquanto utilizam-se da martensita para conferir dureza. Os depósitos de revestimento duro são raramente tratados termicamente. As propriedades do depósito são dependentes da composição e da razão de resfriamento da solda. Uma notável exceção é a reconstrução ou reparo de aços ferramenta, tais como para matrizes. Aqui, o metal de adição é usualmente similar ao metal base e

23 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 9 todas as técnicas de tratamento térmico e manuseio aplicado para os aços ferramenta, são utilizados para alcançarmos uma alta qualidade de depósito Aços austeníticos Os dois maiores tipos de aços austeníticos são aqueles denominados alto manganês (relacionado ao aço manganês Hadfield) e os aços inoxidáveis Cr-Ni-Fe. Ambos são tenazes, apresentam resistência a trincas e capacidade de deposição de grandes espessuras livres de trincas em depósitos multipasses. Eles são relativamente moles como depositados (150 a 230 HB), mas endurecem rapidamente por trabalho de deformação a frio ou impacto. Os metais de adição inoxidáveis, notadamente os tipos 308, 309, 310 e 312 são aplicados em revestimentos resistentes a corrosão. Eles raramente são utilizados em aplicações para resistir a outros tipos de desgaste. Utilizados como camada de almofada, entre aço carbono ou baixa liga e aço manganês ou revestimento, podem contribuir bastante com elementos de liga para minizar ou previnir a formação de martensita na zona de diluição. Os tipos 309 e 310 são ligas com boa resistência ao calor e são empregados para porteger superfícies contra oxidação até 1.100ºC. Os aços ao manganês, dependem de 12 a 15% de manganês para assegurar uma estrutura austenítica; 0,5 a 0,9% carbono (o aço manganês com 13% de Mn pode conter entre 1,0 e 1,4% de carbono) e níquel 2,7 a 5% ou molibdênio 0,6 a 1,4% para elevar a tenacidade. O tipo com molibdênio, tem alta resistência ao escoamento e a fluência. Os aços austeníticos ao manganês, são amplamente utilizados para reconstruir (revestir) desvios de linhas férreas, prover resistência ao desgaste adesivo acompanhado com impacto, e proteger superfícies metálicas onde abrasão está associada com impacto severo. Estes aços raramente são utilizados para desgaste onde se tem ocorrência de temperatura acima de 430ºC em virtude de sua fragilização. A soldagem sobre aço carbono com aço manganês deve ser executada cautelosamente. Processos de soldagem ao arco são os mais aplicados, devido ao grande calor gerado na soldagem oxi-gás fragilizar os aços ao manganês. Eletrodos revestidos de aço manganês são muito populares em mineração, processamento de minerais e equipamentos de movimentação de terra, principalmente para revestimento e para reparo de aços austeníticos ao manganês fundidos Ferros As ligas a base de ferro com alto carbono são chamadas ferros em virtude de terem as características de ferros fundidos. Eles têm um conteúdo de liga moderado a alto que conferem propriedades de endurecimento ao ar ou criam carbonetos duros no depósito. Apresentam um teor de carbono típico na faixa de 3,5 a 5% embora a faixa seja de 2 a 5,5%. Os ferros resitem melhor abrasão do que as ligas descritas anteriormente e são preferidas até o ponto onde falta tenacidade para suportar o

24 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 10 eventual impacto associado. São normalmente limitados a uma ou duas camadas; trincas de tensão são comuns, principalmente em grandes áreas de revestimento. Os grupos de mais alta liga são os ferros com alto cromo com cerca de 24 a 33% cromo. Este alto cromo, combinado com alto carbono, produz carbonetos duros do tipo Cr 7 C 3 na estrutura. Frequentemente 4 a 8% Mn ou 2 a 5% Ni são adicionados para promover uma matriz austenítica. Além disso, tungstênio, molibdênio ou vanádio, podem ser acicionados para aumentar a dureza a quente e a resistência a abrasão. Apesar da resitência a abrasão por riscamento (sob baixa tensão), por exemplo relha de arado trabalhando em solo arenoso, ser alta para todos os tipos deste grupo, os ferros com matriz austenítica são inferiores para aplicação em abrasão por moagem (sob alta tensão), por exemplo: moinho de bolas. Os ferros com alto cromo que são submetidos a transformação martensítica são bons para ambos os tipos de abrasão, especialmente quando a oxidação e em algumas aplicações estas ligas resistem muito bem ao calor, como em rolos de trem de laminação. Contudo são inferiores às ligas do tipo Cr-Co-W na dureza a quente, acima de 600ºC. Ferros com baixa liga, tipicamente com 15% cromo e molibdênio ou níquel, têm uma matriz austenítica e são muito populares por sua resistência a abrasão ( têm maior resistência a trincas do que os ferros martensíticos). Apresentam excelente resistência a abrasão por riscamento proporcionalmente ao conteúdo de carbonetos duros. Como a abrasão por riscamento normalmente apresenta situações onde o impacto é leve ou ausente, estes ferros com baixa liga são aplicáveis. Ferros martensíticos compreendem um grupo que o conteúdo de liga permite um mínimo de transformação parcial em martensita, quando o depósito resfria até a temperatura ambiente. De qualquer maneira, o conteúdo de liga deve ser suficiente para prevenir a transformação perlítica. Cr, Ni, Mo e W são os elementos normais de controle. A matriz comum é um complexo de carbonetos contendo ilhas de martensita com alguma austenita retida. Os ferros martensíticos com alto cromo têm uma matriz austeníticamartensítica. A presença de martensita confere excelente resistência a abrasão por moagem, alta resistência a compressão e consequentemente alta resistência a leve impacto. Ao mesmo tempo a resistência a abrasão por riscamento é excepcional e a resistência ao desgaste adesivo pode ser alta. Apesar da resistência a compressão ser alta, a resistência a tração é baixa. A maioria das trincas é de tensões resultantes do ciclo térmico, ou de deformação de um metal de base dúctil revestido com uma liga muito dura. A estrutura e propriedades do revestimento duro podem ser modificadas pelos métodos de soldagem e em razão do resfriamento. A soldagem oxi-acetilênica com uma chama redutora tende adicionar carbono ao depósito, aumentando a fragilidade e dureza. Soldagem ao arco, de qualquer maneira, tende a volatilizar carbono, aumentar a diluição com o metal de base podendo apresentar menor resistência ao desgaste a não ser que na composição do eletrodo tenha compensação para tal.

25 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II Ligas não Ferrosas - Carbonetos de Tungstênio Este metal de adição para revestimento é fornecido na forma de tubos de aço doce com grânulos moídos e classificados de carbonetos de tungstênio fundido, normalmente na proporção de 60% de carbonetos e 40% de tubo. Os carbonetos são uma mistura de WC e W 2 C, são muitos duros, surpreendentemente resistentes e muito resistentes a abrasão. Depósitos contendo carbonetos numerosos e indissolvidos apresentam a maior resitência a todos os tipos de abrasão do que qualquer outro material de soldagem de revestimento. Os vários tipos são fornecidos em diferentes granulaçòes no metal de adição, normalmente designados pelo tamanho mesh das partículas (grânulos). Um desgaste diferencial do depósito é proporcional ao tamanho dos grânulos. O grau com 8/12 grânulos (mais fino do que 8 mesh e grosseiro do que 12 mesh) pode ser usado para revestimento antiderrapante de ferraduras; e mais fino do que 40/120 é melhor para relhas de arado. A granulação 20/30 e 30/40 são as de uso mais popular e geral. O tamanho dos grânulos de carbonetos de tungstênio podem variar de 200 a 8 mesh (0, 0002 a 3mm). Como o calor da soldagem funde o tubo de aço doce, o metal fundido dissolve alguma quantidade de carbonetos podendo formar uma matriz de aço com alto tungstênio. A soldagem ao arco, especialmente com eletrodos com finos grânulos, pode dissolver uma quantidade de carbonetos muito maior ficando a resistência a abrasão deste depósito enfraquecida. Em aplicações que exijam resistência ao desgaste a quente, este tipo de metal de adição não é normalmente aplicado apesar de ter dureza alta até 540 C. Utilização acima de 550 C é limitada pelo amolecimento da matriz e oxidação dos carbonetos. A soldagem oxi-acetilênica é preferida para aplicações críticas tais como brocas de perfuração de poços. Este processo pode adicionar C a matriz, contribuindo com uma dissolução moderada dos grânulos. Estes depósitos de solda apresentam a maior resistência a abrasão do que quaisquer outros tipos de materiais para revestimento duro. As operações de soldagem têm um efeito pronunciado nas propriedades do depósito de solda, devido a que a composição da matriz depende do volume de carbonetos dissolvidos durante a soldagem. A sodagem ao arco tende a dissolver mais carbonetos de W, que em casos se forem com finos grânulos, podem ser totalmente dissolvidos. Tal matriz, apesar de dura é inferior a que contém um volume de grânulos ancorados numa matriz dura e resistente. A fusão com o metal de base e a consequente diluição da solda são também associadas a sodagem ao arco. Soldas ao arco satisfatórias podem ser feitas, mas o soldador deve compreender o que ocorre durante a fusão e minimizar o efeito de diluição para que se obtenha um bom resultado. Em virtude do seu baixo custo, a soldagem a ao arco por eletrodo revestido é normalmente utilizada para revestimento duro de equipamentos para movimentação de terra e mineração.

26 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II Ligas a Base de Cobalto Estas ligas contém normalmente de 26 a 33% de Cr, 3 a 14% de W e 0,7 a 3,0% de C. Nestas ligas, a dureza, resistência a abrasão e a sensitividade a fissuras aumentam com o aumento do conteúdo do C e W. Estas ligas apresentam alta resitência a abrasão calor e corrosão. Ligas com 1% de C são excepcionais para a utilização em válvulas de exaustão de motores de combustão interna. Alta dureza e resistência a fluência são retidas a temperaturas acima de 540 C e algumas ligas são aplicadas para temperaturas de serviço de até C. A base de Co, combinada com Cr, apresenta boa resistência a corrosão em várias aplicações; a resistência ao desgaste adesivo é também muito boa. As ligas a base de Co não são sujeitas a transformação de endurecimento como nos aços e têm resposta insignificante ao tratamento térmico. Ocasionalmente um tratamento térmico de alívio de tensões pode ser recomendável para minimizar a fissuração. A soldagem oxi-acetilênica pode aumentar o conteúdo de C do depósito, enquanto a soldagem ao arco tende a reduzir o C e, ao mesmo tempo, diluir no depósito, elementos do metal base. Estas mudanças podem se refletir nas propriedades do metal depositado Ligas a Base de Níquel Este grupo de liga apresenta uma grande variedade de composições com variações em resistência ao calor e corrosão. As ligas mais comuns para revestimento a base de Ni são as que contém 0,3 a 1,0% C, 8 a 18% de Cr, 2,0 a 4,5% de B e 1,2 a 5,5% de Si e Fe. A dureza e resitência a abrasão aumentam com teor de C, B, Si e Fe. A micro estrutura do depósito consiste em carbonetos e boretos de Cr numa matriz Cr- Ni. Estas ligas retêm bem a dureza até as temperaturas de 500ºC, sendo que a resistência a abrasão por riscamento é boa em todas as faixas de temperaturas mas a resistência a abrasão por moagem é baixa. As mais importantes ligas a base de Ni são: - Ligas níquel-cromo com 80% Ni e 20% Cr. - Níquel-cromo-ferro, composições correspondentes a ligas resistentes ao calor. - Ligas níquel-cromo-ferro-silício e boro. - Ligas níquel-cromo-molibdênio e tungstênio. - Ligas níquel-ferro e molibdênio. - Ligas níquel-cobre. Para algumas finalidades, as ligas a base de níquel apresentam a melhor performance alcançável. Em algumas aplicações que requerem resistência a corrosão, os aços inoxidáveis são frequentemente mais satisfatórios e mais baratos.

27 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II 2 13 Onde a resistência a erosão é o requerimento principal, os ferros com alto cromo devem receber uma primeira consideração em virtude do seu baixo custo. Em revestimentos protetores, as ligas a base de níquel, o material de adição em forma de eletrodo contínuo (arames) têm melhor aplicação com processos de soldagem ao arco com gás de proteção (MIG). Em revestimentos de vasos cilíndricos que devem ser protegidos contra corrosão, a deposição automática por arco submerso deve ser preferida. Ligas a base de níquel que contenham cromo e boro são adaptadas para aplicações por processo de metalização por pó. Quando aplicados por metalização, podem em seguida ser fundidos pela aplicação de uma chama, produzindo um revestimento de espessura mais fina e mais dura. O processo de metalização permite revestir contornos irregulares mais uniformemente do que os processos convencionais de soldagem Ligas a Base de Cobre As ligas de cobre são empregadas para revestir superfícies para resistirem a corrosão, erosão por cavitação e desgaste adesivo. Elas não são magnéticas e praticamente isentas de fagulhamento. Há numerosas ligas a base de cobre para aplicação em revestimento. A maioria destas ligas são resistentes ao ataque atmosférico, a corrosão por água salgada, por soluções alcalinas (exceto as amoniacais) e alguns ácidos (especialmente do tipo redutores). Estas ligas têm pouca resistência a compostos de enxofre os quais produzem um sulfeto de cobre corrosivo, mas são geralmente de boa resistência em outras soluções alcalinas. Não são apropriadas para aplicações em temperaturas acima de 200 a 250ºC. São bastante utilizadas em mancais. Nas condições acima, bronze fosforoso, bronze e latão são bastante apropriados. São normalmente selecionados para apresentar 50 a 75% de dureza mais mole do que a outra face de contato. As técnicas de soldagem podem afetar as propriedades. A absorção de ferro do aço do metal de base é um endurecedor. O limite deste efeito sobre a superfície revestida cessa em espessuras maiores que 6 mm, consistindo em 2 ou 3 camadas. Os processos GMAW (MIG) e GTAW (TIG) são os preferidos para a aplicação destas ligas. A soldagem com processo eletrodo revestido (SMAW) e MIG (GMAW) requerem uma amperagem mínima (para evitar a absorção) e também requerem uma soldagem trançada (movimento oscilatório do filete provocando uma maior largura no mesmo) na execução da camada inicial. O efeito oposto (amolecimento pela perda de liga durante deposição) é minimizada pela proteção do gás inerte. O controle de temperatura do metal de base é muito importante e não deve ser descuidado. A soldagem com processo GMAW é recomendada para grandes áreas ou reparos de ligas a base de cobre. Para reparos menores, o processo GTAW com eletrodo toriado (EWTH-2) é favorável. Ligas cobre/zinco podem ser depositadas por soldagem oxi-acetilênica.

28 SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Modulo II FORMAS DO METAL DE ADIÇÃO Os metais de adição para revestimento são normalmente na forma de varetas, fitas, arames sólidos, tubular, grânulos ou pós. Fluxos podem ser adicionados na porção central de varetas (tubulares), na superfície de eletrodos (revestimento), introduzindo como fluxo granular (Arco Submerso) ou misturado a um aglomerante para metais de adição em pó. Para soldagem oxi-acetilênica, varetas e pós são normalmente utilizados. Varetas sólidas podem ser de arames trefilados (para ligas dúcteis) ou fundidos (para ligas duras e frágeis). Varetas tubulares são compostas. O material externo é normalmente aço doce formado por máquinas especiais a partir de uma fita, preenchida com os elementos de liga e, suplementado com elementos fluxantes. Um tipo importante é o que tem carbonetos de tungstênio em grânulos como enchimento. Vareta tubular pode também ser produzida em bobinas. Arames tubulares, arame sólido trefilado ou fitas trefiladas podem ser eletrodos em processos de soldagem automático ou semi-automático. O arame tubular é muito versátil, é o único caminho de metais de adição frágeis serem fornecidos para soldagem automática. Onde ambas as formas são disponíveis (sólido ou tubular) o arame tubular em alguns casos apresenta utilização superior. A forma de pó é também muito versátil. Praticamente qualquer metal ou liga pode ser feita a custo relativamente baixo. A característica do pó é importante; cada resultados satisfatórios. As ligas em pó são normalmente fundidas ao arco após uma formulação precisa e então atomizadas ou fundidas e granuladas. As ligas em pó podem ser misturadas mecanicamente ou pré-fundidas. O controle da composição de pós-misturados mecanicamente, é considerado menos preciso do que o fundido em forno ao arco com controle metalúrgico. 2.5 SELEÇÃO DE LIGAS PARA REVESTIMENTO A seleção de uma liga para revestimento é guiada primeiramente pelo tipo de desgaste e pelos custos. Contudo, outros fatores devem também ser considerados, tais como: metal de base, processo de deposição, resistência ao impacto, corrosão, oxidação e requerimentos térmicos. Normalmente o processo de revestimento já diz qual a forma do produto para o metal de adição. As ligas para revestimento normalmente são disponíveis na forma de: vareta nua, eletrodo revestido, arame sólido, arame tubular ou pó. Em geral, a resistência ao impacto das ligas de revestimento diminui com aumento do conteúdo de carbonetos. Em situações onde uma combinação de resitência abrasão e impacto são desejadas, um meio termo entre os dois deve ser feito. Em aplicações onde a resistência ao impacto é extremamente importante, o aço austenítico ao manganês é o mais utilizado.