O EFEITO DO ELETROPOLIMENTO EM SOLDAS DE AÇO INOX E ZONAS AFETADAS PELO CALOR

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1 O EFEITO DO ELETROPOLIMENTO EM SOLDAS DE AÇO INOX E ZONAS AFETADAS PELO CALOR por Ryszard Rokicki Electrobright, Macungie, PA INTRODUÇÃO Os aços inoxidáveis austeníticos (série 300) são largamente utilizados em muitas indústrias (química, eletrônica, nuclear e de alimentos). O grande uso destes materiais vem de sua excelente resistência à corrosão, boas propriedades mecânicas, fácil fabricação, incluindo soldagem, e boa facilidade de limpeza. Estas excelentes respostas aos vários meios corrosivos são atribuídas a um filme protetivo passivo com espessura de 20 a 40 Å consistindo principalmente de óxido de cromo III. Durante a soldagem, óxidos de alta temperatura são produzidos em toda zona ou zonas adjacentes afetadas pelo calor, a espessura e composição química destes óxidos dependem da temperatura de exposição, tempo de soldagem e condições de soldagem (proteção por gás inerte), e diferem de óxidos naturais. O principal procedimento após a soldagem usado para remover estes óxidos e recuperar a passividade, e a decapagem seguida de passivação. Este estudo mostra que o eletropolimento parece ser (tanto do ponto de vista teórico quanto de resultados experimentais) o melhor método para restauração e aumento da resistência à corrosão de soldas e zonas afetadas pelo calor. EXPERIMENTO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM: Amostras 1 x 1,5 foram cortadas da mesma chapa de 1/8 de espessura de aço inoxidável 308. A preparação do bisel foi conduzida por simples juntas com entalhe em V. A vareta para a adição do metal foi um aço inox 308 comercial com 1/16 de diâmetro. 1

2 Os parâmetros para soldagem TIG estão na Tabela I abaixo: Tabela 1. Parâmetros de Soldagem TIG CORRENTE ( A ) VOLTAGEM ( V ) VAZÃO DE ARGÔNIO ( pol 3 /seg ) Corpos de prova soldados foram submersos por 15 minutos em um removedor de escala industrial recomendado para aço inox e esfregado com uma luva de borracha. Após toda a desincrustação de solda e descoloramento serem feitas, os corpos de prova foram lavados em água corrente, neutralizados em uma solução de soda residual, novamente lavados em água corrente, ultrassonicamente limpos em água destilada e secos. PASSIVAÇÃO: O corpo de prova soldado foi passivado de acordo com especificação federal QQ-P-35A, tipo I. ELETROPOLIMENTO: O eletropolimento foi feito em um eletrólito apropriado por 5 minutos até um acabamento brilhante. O material removido foi de 0,002 por face. TESTE: Resistência a pits foi determinada usando a norma ASTM G envolvendo imersão em solução de cloreto de ferro III a 6% à temperatura ambiente (23 C) por 72 horas. Os corpos de prova foram posicionados a um ângulo de 45 em suportes de PVC com soldas voltadas para cima. 2

3 RESULTADOS DO TESTE DE CORROSÃO: Durante o teste, bolhas de gás foram liberadas na superfície da solução do teste. Enquanto muitas delas ficaram visíveis em todo o corpo de prova passivado, somente algumas bolhas foram observadas na amostra eletropolida. Após três dias de exposição à solução de teste, os corpos de prova foram removidos, lavados, secos e visualmente examinados. Os corpos de prova não mostraram muitos sinais de danos (somente alguns pits foram visíveis em ambas as amostras), até eles serem secos por ar comprimido. A pressão do ar desfaleceu a superfície a qual revelou pits, a amostra passivada foi tão severamente danificada, que em três áreas os pits transformaram-se em verdadeiros buracos passando direto através de toda a espessura do corpo de prova. A corrosão atacou principalmente as zonas afetadas por calor. Nestas áreas os pits ficaram arranjados quase que em carreiras. Ficando alongados e paralelos à solda. O metal de adição apresentou alguns pits, porém não tanto assim. A amostra eletropolida revelou dois grandes pits e alguns pequenos nas zonas afetadas por calor. O metal de adição apresentou pits em alguns lugares. Um fator digno de observação é o formato dos pits na superfície eletropolida o qual em todos os casos era arredondado com formato cônico. Esta forma pode sugerir a origem numa inclusão. Em ambos os casos, o produto de corrosão foi um pó preto. DISCUSSÃO: A redução da resistência a corrosão de soldas e zonas afetadas pelo calor no estado pós-soldado e atribuída ao esgotamento do cromo contido do óxido e da matriz logo abaixo do óxido. Durante a soldagem TIG, a temperatura elevada força o cromo a sair da matriz para interface óxido matriz, por isso a camada de liga matriz torna-se deficiente de cromo. O cromo que foi forçado para fora da matriz, e também do óxido recentemente formado, nestas temperaturas elevadas propaga-se constantemente para a interface óxido-gás, onde reage com o oxigênio. Em condições ideais (o número de átomos de oxigênio balanceia o número de átomos de cromo) o oxigênio deve ser estequiométrico e por isso muito estável. Mas nas condições de soldagem TIG, o número de átomos de oxigênio excede o número de átomos de cromo tornando-o não estequiométrico. Adicionalmente, após o suprimento de cromo se esgotar, ferro e níquel começam a ser oxidados. Em resumo, o óxido originado durante a soldagem TIG não consiste em um bem puro e estequiométrico óxido de cromo III, mas muito provavelmente e uma mistura de Cr X O Y, Fe X O Y e Ni X O Y não estequiométricos e assim fortemente esgotados em átomos de cromo. 3

4 A perda de alguma porcentagem de átomos de cromo é atribuída à evaporação direta da superfície do óxido devido à elevada temperatura. Para remover estas misturas de óxidos (desincrustação de soldagem, descoloração) um processo de decapagem é largamente utilizado como um tratamento póssoldagem. O óxido de alta temperatura o qual não é homogêneo em composição, tem uma solubilidade diferente na solução decapante, por isso algumas áreas são dissolvidas preferencialmente a outras. Quando o óxido é removido destes lugares, a solução começa a dissolver a liga matriz com evolução de hidrogênio, o qual em determinadas proporções penetra no metal. Do ponto de vista teórico, considerase que o aço inox consiste de muitos elementos com solubilidade diferentes na solução decapante e a superfície é um estado não equipotencializado e permanece como tal após o final do processo. Esta superfície não equipotencializada é um local ideal para nucleação de corrosão, e a decapagem não é capaz de restaurar a condição inicial da superfície. Pelas razões acima, a decapagem é seguida de tratamento de passivação a fim de tornar a superfície mais passiva. Devido a essa dissolução preferencial de ferro durante o processo, a solução de passivação enriquece a camada mais externa em cromo. O cromo nesta camada enriquecida é oxidado a óxido de cromo III, o qual oferece excelente resistência à corrosão de aço inox. Por outro lado, a passivação não remove completamente a camada degenerada e hidretada originada durante o processo de decapagem. O eletropolimento é um processo de dissolução anódica do metal o qual é controlado por uma grande variedade de parâmetros (composição do eletrólito, temperatura, densidade, corrente, composição do metal ou liga, agitação, etc.). O processo pela ação de sua dissolução eletrolítica recompõe as reais propriedades do metal e melhora a resistência à corrosão criando uma camada muito densa de óxido estável, a qual consiste principalmente de óxido de cromo III. Considerando a complexidade do processo de eletropolimento, é impossível incluir todas as reações químicas que são efetuadas, mas seguindo as regras básicas de um processo de eletropolimento ideal e mantendo o papel conclusivo que o cromo desempenha no eletropolimento de aços inoxidáveis, um modelo simplificado pode ser escrito como segue: 1) Dissolução e transferência de íons cromo na solução. Cr = Cr e - 2) Evolução do oxigênio da superfície anódica. 4OH - = O 2 + 2H 2 O + 4e - 4

5 3) Formação de um filme passivo na superfície anódica. 2Cr + 6OH - = Cr 2 O 3 + 3H 2 O + 6e - O filme de óxido passivo se origina durante o processo de eletropolimento e é mais estável e mais resistente à corrosão que aquele originado por passivação em ácido nítrico ou por um processo de polimento químico. CONCLUSÃO: Considerando que a camada de óxido de cromo III originada pelo processo de passivação de formada em uma grande instabilidade eletroquímica e para alguns casos fica uma subcamada hidretada, ninguém pode esperar disso a mesma resistência à corrosão originada através da camada de óxido de cromo III criada pelo eletropolimento onde esta sub camada é removida durante o processo e a camada hidretada é completamente retirada. No primeiro caso, o filme de óxido passivo é posto em perigo por ambos os lados, pelos dois fatores: 1) Ambiente corrosivo de fora direcionado ao filme. 2) Migração de hidrogênio da camada hidretada sob o filme passivo na direção oposta. NOTA: Concluindo este artigo, eu gostaria de dividir minha observação em relação à utilização do processo de eletropolimento na indústria de semicondutores eletrônicos. Quase todos os componentes das instalações de gás (tubo do processo, medidores de vazões, reguladores, cilindro de gás, etc.) nesta indústria são internamente eletropolidos para diminuir problemas. Nestes componentes as soldas e zonas afetadas por calor são repolidas durante montagem da instalação. Pois estes locais podem tornar-se grandes fontes de corrosão, devido a retirada de óxido de alta temperatura exposto à pressão e velocidade da vazão de gás. Referência: Metal Finishing - Abril