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Soldabilidade do Níquel e suas Ligas

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ÍNDICE

História do níquel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 02

Reservas mundiais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 04

Reservas brasileiras _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 05

Características principais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 06

Processos de soldagem _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 08

Segurança _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 09

Preparação da superfície _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _pág 09

Tipos de chanfro _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 11

Eletrodo revestido (SMAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 12

TIG (GTAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _pág 14

MIG/MAG (GMAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 15

Arco submerso (SAW) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 16

Soldagem de liga de níquel em Clad _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 18

Metalurgia da soldagem e desenho _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 22

Soldabilidade _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 22

Soldagem de materiais dissimilares _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 24

Consumíveis de níquel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 26

Consumíveis para soldagem dissimilar _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 27

Teste e inspeção _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 29

Conclusão _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 31

Bibliografia _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ pág 32

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NÍQUEL

O níquel (Ni), encontrado em alguns minerais, é um elemento químico, metálico,

cuja concentração na superfície terrestre é da ordem de 0,008%. Tem uma cor

branco-prateado, e suas características como ductibilidade, maleabilidade,

elevado ponto de fusão, 1453º C, grande resistência mecânica à corrosão e a

oxidação atribuem-lhe uma diversidade de usos.

O uso do níquel remonta aproximadamente ao século IV A.C geralmente junto

com o cobre já que aparece com frequência nos minerais deste metal. Bronzes

originários da atual Síria tem conteudos de niquel superiores a 2%. Manuscritos

chineses sugerem que o «cobre branco» era utilizado no Oriente desde 1400-1700

A.C, entretanto a facilidade de confundir as minas de níquel com as de prata

induzem a pensar que ,na realidade, o uso do níquel foi posterior, a partir do

século IV A.C.

Os minerais que contém níquel, como a niquelina se tem empregado para colorir o

vidro. Em 1751 Axel Frederik Cronstedt tentando extrair o cobre da niquelina,

obteve um metal branco que chamou de níquel, já que os mineiros de Hartz

atribuem ao «viejo Nick» ( o diabo ) o motivo pelo qual alguns minerais de cobre

não poderiam ser trabalhados. O metal responsável por isso foi descoberto por

Cronstedt na niquelina, o kupfernickel, diabo do cobre, como se chamava e ainda

é chamado o mineral.

A primeira moeda de níquel pura foi cunhada em 1881.

O uso do níquel pelo homem é conhecido desde a Antiguidade. A presença do

níquel na composição de moedas japonesas de 800 anos A C., gregas de 300

5

anos A C., e em armamentos de 300 ou 400 anos A C. são os primeiros registros

de uso desse metal pelo homem.

No entanto, a utilização do níquel no processo industrial verifica-se somente após

a obtenção da primeira amostra de metal puro por Richter em 1804, e do

desenvolvimento da liga sintética de ferro-níquel por Michael Faraday e

associados em 1820. Em 1870, Fleitman descobre que a adição de uma pequena

quantidade de magnésio tornava o níquel maleável, e em 1881 é cunhada a

primeira moeda de níquel puro.

Estas conquistas definem o início de uma era industrial de uso e aplicação

intensiva do níquel, tendo com base as ligas desse metal não só com ferro, mas

com outros metais como cobre, magnésio, zinco, cromo, vanádio e molibdênio.

Paralelamente ao desenvolvimento dessas ligas e usos, pesquisas de fontes

minerais de suprimento de níquel (jazidas minerais), bem como de processos de

beneficiamento mineral e refino (metalurgia) tem sido exaustivamente

desenvolvidos. Assim, desde a Antigüidade, o níquel é objeto de estudo e

pesquisa quanto as suas propriedades químicas e físicas e ampliação do seu

campo de aplicação.

Atualmente a presença e o uso do níquel é cada vez maior na vida do homem

moderno. É utilizado em diversas ligas, como o aço inoxidável, em galvanização,

fundições, catalisadores, baterias, eletrodos e moedas, figuras 1 e 2. Dessa forma,

o níquel está presente em materiais, produtos e equipamentos de transporte,

bélicos, equipamentos eletrônicos, produtos químicos, equipamentos médico-

hospitalares, materiais de construção, equipamentos aeroespaciais, bens de

consumo duráveis, pinturas, e cerâmicas.

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Figura 1

Principais aplicações do Níquel

61%

6% 10% 11% 12%

Galvanização

Ligas não-ferrosas

Aço inoxidável

Outras (inclusivequímicas)

Outras ligas de aço(inclusive fundição)

Figura 2

Uso de Níquel na indústria

11%7% 15%

16%

24%10%

16%

Eletro-eletrônicos

Transportes

Engenharia

Produtos tubulares

Bens metálicos

Edificações econstruções

Outros

Diante dessa enorme diversidade de usos industriais a que se serve, fica evidente

que o níquel é um metal imprescindível à sociedade industrial moderna e de uma

importância estratégica para muitos países.

Reservas Mundiais

O níquel é encontrado em minerais sulfuretos, silicatados, arsenetos e oxidados.

O teor de níquel no mineral e a concentração desse mineral em uma área bem

definida e relativamente pequena na crosta terrestre definem os depósitos

minerais que são explorados de acordo com suas reservas, e dessa forma

constituem fontes de suprimento das demandas existentes.

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As reservas mundiais de níquel em 2003 foram definidas por depósitos minerais

que ocorrem em vários países. Neste contexto Austrália, Cuba e Canadá

representam 46% do total das reservas mundiais atualmente conhecidas. Segue

a esses, países como Brasil, Colômbia China, Grécia, Indonésia, Nova Caledônia,

África do Sul e Rússia.

Reservas Brasileiras

No Brasil as reservas de níquel aprovadas pelo DNPM encontram-se nos estados

de Goiás (74,0%), Pará (16,7%), Minas Gerais ( 5,1%) e Piauí (4,2%). O recente

desenvolvimento de projetos de pesquisa mineral em novos alvos, como também

em depósitos minerais conhecidos, não só nesses estados, mas também em Mato

Grosso, segundo o DNPM, é responsável pelo aumento das reservas brasileiras

de níquel e sua elevação para 8a posição no ranking mundial.

Reservas Brasileiras de Níquel (Medidas)

UF Minério (t) Ni Contido Teor (%)

GO 228.415.454 3.380.549 1,48

PA 45.560.000 797.148 1,83

PI 20.007.510 314.118 1,57

MG 9.034.016 140.027 1,55

Total 301.016.980 4.631.842 1,61

Aplicações

Aproximadamente 65% do níquel consumido é empregado na fabricação de aço

inoxidável austenico e outros 12% em superligas de niquel. O restante 23% é

repartido na produção de outras ligas metálicas, baterias recarregáveis, reações

de catálise, cunhagens de moedas, revestimentos metálicos e fundição.

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• Alnico, ligas para imãs.

• O mu-metal se usa para proteger campos magnéticos por sua elevada

permeabilidade magnética.

• As ligas níquel-cobre ( monel ) são muito resistentes a corrosão, utilizando-

se em motores marítimos e indústria química.

• A liga níquel-titânio ( nitinol-55 ) apresenta o fenômeno memória de forma e

é usado em robótica, também existem ligas que apresentam

superelasticidade.

• cadinhos de laboratorios químicos.

• Catalisador da hidrogenação de óleos vegetais

• Usado em cordas de guitarra e outros instrumentos

Características Principais

� Coloração Branco-Prateado

� Condutor de Eletricidade e Calor

� Material dúctil e maleável

� Não pode ser laminado, polido ou forjado facilmente.

� Resitente á corrosão e oxidação.

� Só pode ser utilizado como revestiento por eletro deposição.

� Elevado ponto de fusão: 1453ºC

Principais Ligas de Níquel:

� Ni: Meios Alcalinos

� Ni-Cu: Ácidos Redutores.

� Ni-Mo: Ácidos Redutores.

� Ni-Fe-Cr: Ácidos Oxidantes.

� Ni-Cr-Si: Ácidos Super-Oxidantes.

� Ni-Cr-Mo: Meios Alcalinos e todos os ácidos

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Principais Elementos das Ligas

� Cromo: melhora a passivação.

� Cobre: melhora a nobreza.

� Molibdênio e Tungstênio: melhoram a nobreza e a resistência mecânica.

� Ferro: influencia a passivação.

� Silício: forma películas pseudo-passivas.

� Nióbio(Colômbio) e Tântalo: aumentam a resistência mecânica.

Metalurgia das Ligas

� A maior parte das ligas possui uma fase (CFC).

� Muitas ligas são Super-ligadas obtidas através de recozimento e

resfriamento, para manter a estrutura estavel à altas temperaturas.

� Transformação de fase são possíveis com estes materiais super-ligados,

quando submetidos á altas temperaturas (por e exemplo na soldagem).

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PROCESSOS DE SOLDAGEM

Introdução Juntas de alta qualidade são facilmente produzidas em ligas níquel por processos

de soldagem convencionais. Contudo, algumas das características de ligas de

níquel exigem o uso de técnicas um pouco diferentes do que aqueles usados para

materiais comumente encontrados, tais como carbono e aços inoxidáveis.

A escolha do processo de soldagem é dependente de muitos fatores. A espessura

do metal base, design do componente, posição na qual o conjunto deve ser feita, e

a necessidade de gabaritos, todos fatores a serem considerados para um projeto

de fabricação. Condições de serviço e ambientes corrosivos os quais as

articulações serão expostas e qualquer campo de construção e capacidades que

possam ser exigidas também são importantes. Além disso, um procedimento de

soldagem devem especificar os produtos de soldagem adequado.

Considerações Gerais

A maioria das pessoas com experiência em operações de soldagem, tiveram

experiência com a soldagem de carbono, liga, ou de aços inoxidáveis. Assim, este

trabalho apresenta uma comparação das características das ligas de níquel e aços

e dos processos e procedimentos utilizados para soldar eles.

Procedimentos de soldagem de ligas de níquel são semelhantes aos utilizados

para aço inoxidável. A expansão térmica das ligas de níquel assemelha-se com

as do aço carbono, portanto a mesma tendência de distorção pode ser esperada

durante a soldagem.

Todos os cordões de solda devem ter contornos ligeiramente convexos,

cordões côncavos devem ser evitados.

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O pré-aquecimento de Ligas de níquel antes da soldagem não é normalmente

necessário. No entanto, se o metal base é frio (2°C ou menos), o metal dentro de

aproximadamente 12 polegadas (300 mm) do local da solda deve ser aquecido

para pelo menos 10°C acima da temperatura ambiente, para evitar

a formação porosidades na solda. Tratamento térmico normalmente não é

necessário para manter ou restabelecer a resistência à corrosão de uma solda de

liga de níquel.

Segurança

Como muitos processos industriais, há um potencial de perigos associados com a

soldagem. A exposição da pele as altas temperaturas a que os metais são

aquecidos e fundidos podem causar queimaduras muito graves.

A radiação ultravioleta gerado pelo arco de solda, respingos da transferência do

metal de solda fundido podem causar graves danos oculares. Fumos de soldagem

podem ser prejudiciais especialmente se o soldador está trabalhando em uma

área confinada, com limitada circulação. Assim, soldadores devem estar cientes

de perigos associados ao seu ofício, cuidados devem ser tomados e os

equipamentos de proteção pessoal devem ser sempre utilizados.

A American Welding Society (AWS) criou diretrizes e normas para segurança de

solda e é uma excelente fonte de informação sobre o assunto.

Preparação Da Superfície

A limpeza é o requisito mais importante para o êxito da soldagem de ligas níquel.

A altas temperaturas, o níquel e suas ligas são suscetíveis à fragilização por

substâncias como enxofre, fósforo, chumbo e alguns outros de baixo ponto de

fusão. Essas substâncias estão freqüentemente presentes nos materiais utilizados

em processos de fabricação.

Exemplos disso são as graxas, óleos, tintas, fluidos de corte, tintas, produtos

químicos, e lubrificantes de máquina. Uma vez que é freqüentemente impraticável

evitar o uso destes materiais durante o processamento e a fabricação das ligas, é

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obrigatório que o metal deva ser cuidadosamente limpo antes de qualquer

operação de soldagem.

As figuras 1 e 2 mostram os danos típicos de juntas soldadas que podem

resultar da limpeza inadequada.

Figura 1

Figura 2

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O método de limpeza depende da composição da substância a ser removida.

Marcação à lápis, tinta e materiais com óleo ou graxa podem ser removidos com

desengordurantes ou com solventes adequados. Precauções de segurança do

fabricante devem ser seguidas durante o uso de solventes e produtos de limpeza.

Tipos De Chanfros

Diversos tipos de chanfros podem ser usados para a soldagem de ligas de níquel.

Alguns exemplos são mostrados na figura abaixo:

A junta mais econômica é a que normalmente exige o mínimo de preparação,

exige a menor quantidade de consumíveis de soldagem e ainda satisfaz as

exigências a qual a junta será submetida.

. Eletrodos

Para a maioria das aplicações de soldagem, a composição química do eletrodo se

assemelha ao do metal base. Antes da sua utilização, os eletrodos devem

permanecer lacrados em seus recipientes à prova de umidade em

uma área de armazenagem seca. Todos os recipientes abertos de eletrodos

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devem ser armazenados em um gabinete equipado com uma estufa e aquecidos

de 6º a 8°C acima da temperatura ambiente. O revestimento é higroscópico e irá

absorver a umidade quando o elertrodo é exposto à umidade normal.

Eletrodos que absorveram a umidade do ambiente podem ser recuperados por

aquecimento. Eles podem ser aquecidos a 316°C durante 1 hr ou a 260°C por 2

horas.

Corrente

Cada diâmetro do eletrodo tem uma escala ótima de operação. Quando utilizado

dentro da gama de corrente especificada pelo fabricante os eletrodos têm arcos

com boas características e fundem com o mínimo de respingo. Quando utilizado

fora desse intervalo, no entanto, o arco torna-se instável, e os produtos tendem a

superaquecer antes que todo o eletrodo seja consumido.

Corrente excessiva pode também conduzir a porosidade, comprometendo as

propriedades, porque os elementos de liga e os desoxidantes são destruídos

(oxidado), antes de poderem ser derretidos na poça de fusão.

Eletrodo Revestido (SMAW)

Em geral, o eletrodo revestido é usado para soldar materiais com espessuras

acima de 1,6 mm. Materiais mais finos, no entanto, podem ser soldados por esse

processo se utilizados gabaritos e equipamentos adequados.

Procedimento de Soldagem Níquel e suas ligas não fluem e nem se espalham como aço carbono. O

operador deve dirigir o fluxo da poça de modo que o metal de solda se espalhe e

preencha a junta a ser soldada.

Para isso é realizado um leve traçado. O tipo de traçado e a quantidade

dependerá de fatores tais como a concepção do conjunto, posição de soldagem, e

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tipo de eletrodos. O cordão depositado sem traçado pode ser usado para o

trabalho de um único cordão, ou em superfície estreita ou em passe de raiz.

Um traçado no cordão é geralmente desejável mas não deve ser mais amplo do

que três vezes o diâmetro da alma do eletrodo.

Independentemente de saber se o soldador utiliza a técnica da traçagem ou do

cordão reto, todos os cordões devem ter o formato ligeiramente convexo.

Quando usado corretamente, os eletrodos devem apresentar um arco suave e

sem gerar respingos. Quando respingos excessivos ocorrem, e geralmente uma

indicação de que o arco esta instável, é a corrente muito alta, a polaridade não é

inversa, ou que o eletrodo absorveu umidade. Excesso de respingos também pode

ser causado por arco magnético abaixo do especificado.

Quando o soldador estiver pronto para terminar o arco, primeiro deve ser

aumentada a velocidade para reduzir o tamanho da poça. Esta prática reduz a

possibilidade de trincas e oxidações, elimina bordas, e prepara o caminho para o

próximo passe.

A maneira pela qual o próximo passe é feita influencia significativamente na

solidez da solda. O arco deve ser atingido na borda da peça e transportado de

volta para inicio do passe em uma velocidade normal do cordão.

Limpeza A escória do metal é bastante frágil a melhor maneira de remover é com martelo

picador de soldador. Deve em seguida, ser limpo escovado com um fio de aço

inoxidável pincel que não tenha sido contaminado com outros metais. Escovação

pode ser manual ou usando uma esmerilhadeira removendo a escória por

completo (mais recomendado).

Ao depositar um passe de soldagem múltipla, é essencial que todas as escórias

devem ser removidas antes de um novo passe.

A remoção é obrigatória para aplicações que requerem resistência à corrosão

aquosa. Escória de solda pode agir como uma rachadura e provocar corrosão

localizada em solução aquosa. A altas temperaturas a escória pode tornar-

16

se fundido e reduzindo a camada de óxido protetora sobre a superfície de base

das ligas de níquel, acelerando assim a oxidação (corrosão, carburação, etc.)

TIG (GTAW)

O TIG é amplamente utilizado para o níquel e suas ligas. É especialmente útil para

a soldagem de espessuras finas. A polaridade direta é recomendável para o

processo manual e automatizado.

Os gases de proteção podem ser o hélio, argônio, ou uma mistura dos dois.

Adições de oxigênio, dióxido de carbono, de nitrogênio podem causar porosidade

na solda ou erosão do eletrodo e deve ser evitada.

Pequenas quantidades (até 5%) de hidrogênio podem ser adicionadas ao argônio

para um passe-único de soldagem. O hidrogênio, produz um arco mais quente e

mais uniforme. A utilização de hidrogênio é normalmente limitada a soldagem

automática, como a produção de tubulação.

Para soldagem de materiais finos sem a adição de metal de adição, o hélio

mostrou-se as vantajoso em relação ao argônio, com porosidade reduzida e

aumento na velocidade de soldagem. A tensão do arco para um determinado

comprimento de arco é de cerca de 40% maior com hélio. Portanto, a entrada de

calor é maior, o arco mais quente permite velocidades mais altas.

A manutenção adequada dos equipamentos é essencial. Se a tampa da extensão

do eletrodo ou a copa do gás se soltar, um efeito Venturi pode ser criado para

extrair o ar em do fluxo de gás. Os anéis de água de refrigeração de

equipamentos devem ser verificados periodicamente. Mesmo um pequeno

vazamento de ar ou água pode fornecer contaminação suficiente para causar

porosidade a solda.

Eletrodos de tungstênio ou aqueles ligados com tório podem ser utilizados. Um

eletrodo com 2% de tório vai dar bons resultados para a maioria das aplicações de

soldagem. Embora o custo inicial dos eletrodos ligados ser maior, a sua vida é

17

mais longa, e a vaporização é menor, tornando-os mais econômicos a longo

prazo. Independentemente do eletrodo utilizado, é importante evitar o

superaquecimento.

A forma da ponta do eletrodo tem um grande significado na profundidade de

penetração e na largura do cordão, especialmente com a corrente de soldagem

maior que 100 ampéres.

A melhor estabilidade do arco e o controle da penetração são realizados com uma

ponta afinada. O eletrodo de tungstênio ficará contaminado se encostar no metal

base durante a operação de soldagem. Se isso ocorrer, o eletrodo

deve ser limpo e reformulado por trituração.

MIG/MAG (GMAW)

O GMAW é um processo popular porque possui elevada taxa de deposição e é um

dos preferidos do soldador. A maior parte das ligas de níquel podem ser soldadas

por este processo. Os modos de transferências recomendados são: spray, curto-

circuito, e pulsante, todos com excelentes resultados. A transferência globular

não é recomendada devido a dificuldades na penetração. Algumas fontes de

energia são capazes de múltiplos modos de uso, enquanto outras só podem ser

utilizadas em um único modo.

Spray:

� A transferência por spray é geralmente limitada a posição plana;

� É uma transferência com alto nível de calor;

� Algumas ligas não são capazes de serem soldadas por este processo

devido a problemas com solidificação a quente e posteriormente rachaduras.

Curto-circuito:

� Normalmente utilizado para materiais de espessuras finas, até 3,2mm;

� É uma transferência com baixo nível de calor;

� Limitado a soldagem de passe único;

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� Quando utilizado para vários passes, resulta em falta de fusão e

penetração.

Pulsado:

� Utilizado normalmente com o pulso de 60 ou 120 ciclos por segundo;

� Quando utilizado altas taxas de pulso o processo se assemelha com o

modo de transferência spray, porém com menor nível de calor.

A polaridade inversa em corrente contínua é a recomendada para todos os

modos de transferência;

ARCO SUBMERSO (SAW)

� Recomendado para soldar materiais de grande espessura;

� Comparado com o GMAW automático, sua taxa de deposição é de 35% a

50% maior, o arco é mais estável;

� Facilmente aplicável para solda de revestimento;

� Normalmente utilizado com equipamentos automatizados;

� Devido a sua baixa penetração, exige precisão no posicionamento do

eletrodo, por isso a soldagem manual não é recomendada;

� O fluxo protege o cordão de solda de contaminações do ambiente, garante

estabilidade do arco e contribui com adições metálicas no cordão.

� O bocal de deposição do fluxo, deve ser ajustado para que este fluxo

chegue antes da tocha no metal base para proteger o arco;

� O arame utilizado é igual ao do processo GMAW;

� Os diâmetros variam de 1,1 a 2,4mm sendo que o de 1,6mm é o mais

recomendado.

� Ambas as polaridades são usadas;

� Direta:

19

� É usada para solda de revestimento, onde o consumo de fluxo e a

deposição são maiores;

� Inversa:

� É mais utilizado para soldas de topo, produz um cordão mais plano e maior

penetração.

20

SOLDAGEM DE LIGA DE NÍQUEL EM CLAD

Quando somente uma seção fina de uma liga de níquel é necessária para proteger

o componente de uma corrosão significativa, é possível fabricá-lo em liga de aço e

revestida com liga de Níquel. Pelo uso de cladeamento, o componente atende

aos requisitos, enquanto o revestimento fino da liga o protege do ataque corrosivo.

A chapa de aço revestido normalmente custa metade do preço de uma placa

maciça de liga de níquel.

Chapas de aço liga são facilmente revestidas por processos convencionais de

soldagem utilizando os consumíveis de liga níquel padrão.

Procedimentos de soldagem

O Equipamento deve ser projetado para manter a integridade e resistência à

corrosão da liga de revestimento, bem como a resistência do aço. Esta

exigência influencia a seleção dos consumíveis, desenho da junta e técnica de

soldagem. A Diluição de ferro na soldagem deve ser evitada, porque o conteúdo

de ferro compromete a resistência da solda a corrosão e as propriedades

mecânicas.

A escolha dos consumíveis para unir uma chapa de aço revestido é crítica. Devido

à propensão para diluição de ferro durante a soldagem é sugerido um consumível

de alta liga de solda maior do que o revestimento do material que pode ser

utilizado para compensar os efeitos da diluição de ferro comumente encontradas

na soldagem placas de aço revestidas. Por exemplo, numa chapa de aço liga

revestida com INCONEL C-276 é melhor soldar com INCO-WELD 686CPT.

Chapas de aço (3/16 a 3/8 polegadas) são normalmente revestidas com faixas

de solda de liga de Níquel. Pode ser mais econômica e viável do que usar uma

grande espessura de aço comum.

Depositar aço sobre carbono em liga de níquel não é recomendado, pois os

mesmos podem diluir os componentes da liga de níquel e pode causar no aço

21

dureza excessiva e rachaduras.

Chapas de aço Clad são unidas por meio de técnicas de soldagem que ocorrem a

partir do lado de aço, ou do lado revestido, ou em ambos os lados. Acessibilidade

e espessura placa geralmente ditam como se deve soldar. Geralmente é melhor

soldar em ambos os lados da chapa revestida, quando possível.

A chapa clad é soldada de ambos lados com o primeiro passe na face cladeada

com uma técnica de objetivo que não haja total penetração na face revestida.

Dessa maneira não há diluição de ferro e não compromete a estrutura como ilustra

a figura 14.

O processo de soldagem em uma chapa grossa revestida deve se feito em ambos

os lados e soldamos um lado por consumíveis comum e no lado cladeado

aplicamos os primeiros passos com consumível comum depois revestimos com

consumível especial para ser mais econômico.

Preparações de junta devem ser feitas de modo a dar boa acessibilidade e

22

penetração.

As Figuras 15a e 15b mostram projetos recomendados.

Para duas faixas de espessura. É preferido que a parte de aço da chapa seja

soldada primeiro com o consumível de soldagem apropriado para o tipo específico

de aço. Ele é importante para evitar a diluição de níquel e outros elementos de liga

no primeiro passe e no revestimento pois podem causar excessiva dureza e

rachaduras. Também a penetração da revestimento com a solda de aço

compromete a resistência a corrosão do revestimento.

Os conjuntos nas figuras 15A e 15B incluem um pequeno calço de aço para ajudar

a evitar a penetração de aço em um revestimento de liga de níquel. Após a

soldagem, a face deve ser preparada por usinagem conforme o caso, e uma

solda depositada com a liga desejada. A solda no lado revestido da placa será um

pouco diluída com a solda de reforço. Para manter a resistência à corrosão, pelo

menos, duas (de preferência três ou mais camadas) deve ser depositado no lado

revestido. Além disso, o uso de uma liga de solda mais alta é sugerido e a solda

tem que ser finalizada pelo lado revestido. Quando a soldagem deve ser feita em

apenas um lado, desenhos convencionais de junta são utilizados. Se a soldagem

é feita a partir do lado da liga, o aço pode ser soldado com seus consumíveis de

soldagem apropriados e somente a face cladeada é soldada com o próprio

consumível e a interface do aço deve ser associada com o consumível de

soldagem da liga.

23

Se a soldagem for feita do lado do aço deve-se considerar que ela toda deverá ser

depositada com consumível especial. Deve-se considerar que soldas depositadas

em um só lado algum grau será diluído com o ferro. Assim, a sua resistência a

corrosão será reduzida em conformidade. Para compensar os efeitos de diluição

ligas superiores devem ser usados.

Para melhor controlar e minimizar as tensões residuais e distorção é feito em

chapas grossas um duplo "V", como é visto na Figura 15c ou um duplo "U" ou

duplo "J" comuns "pode ser preferida quando ambos os lados da solda comum

são acessíveis.

Com essa configuração comum, um lado será soldado com consumíveis

apropriados do aço, e a outra face com consumíveis especiais a deposição pode

ser feita totalmente com ligas especiais ou feito a soldagem com consumíveis

comum e depois ser revestida com no mínimo três cordões de ligas especiais.

O engenheiro de soldagem deve ser alertado para ter certeza que os efeitos de

diluição de ferro são considerados quando determinar que consumível de

soldagem deve ser adequado.

A técnica descontinuada é usada às vezes ao se juntar uma chapa de aço

revestido de grande espessura. Com este método de revestimento adjacente à

junta soldada é removido conforme mostra a Figura 16. O Metal base de aço é

então soldado usando uma Junta padrão comum e o consumível de soldagem.

24

Após a conclusão da solda, a integridade do revestimento é restaurado por uma

solda Sobrepondo técnica. A principal vantagem do método strip-back é que ele

elimina a possibilidade de rachaduras causadas pela penetração de aço no

revestimento.

Metalurgia da Soldagem e Desenho Os procedimentos de adesão em Liga de níquel devem refletir todos os aspectos

metalúrgicos de operação. E uma vez que muitas das ligas de alto desempenho

utilizam fenômenos complexos no desenvolvimento de níveis elevados de

resistência à corrosão, o engenheiro de soldagem deve entender completamente

a metalurgia do metal base e os produtos de soldagem.

Fatores Metalúrgicos influenciam fortemente nos processos de soldagem de

materiais dissimilares e precipitação das ligas endurecíveis. Qualquer junta

soldada pode sofrer mudanças metalúrgicas quando submetida a trabalho a frio e

tratamento térmico. Para o serviço de alta temperatura, ambas as considerações

de projeto metalúrgico são importantes na vida útil dos equipamentos fabricados.

Soldabilidade No desenvolvimento de um procedimento de soldagem, o engenheiro primeiro

deve afirmar que os produtos de interesse são soldáveis. A liga de composição,

estrutura, propriedade térmica e mecânica afetam na sua soldagem.

Ligas ferrosas geralmente apresentam melhor soldabilidade e fundição. A

estrutura cristalina das peças fundidas muitas vezes apresentam segregação

25

elementar grave. Além disso, as fundições freqüentemente contêm acréscimos

significativos de silício de fluidez e o silício pode comprometer a resistência a

trincas a quente de algumas ligas e, assim a sua soldabilidade.

Materiais com uma estrutura de grãos grosseiros (ASTM Número 5 ou mais

grossos) são geralmente considerados menos soldáveis do que aqueles com as

estruturas do grão mais fino.

Material de grãos grosseiros são particularmente propensos a microfissuração do

metal. O Tamanho de grão pode restringir o uso de processos com grande

consumo de energia (por exemplo, Mig em modo de transferência Spray e solda a

feixe de elétrons).

Tabela 16 ilustra o efeito do tamanho de grãos em seleção de processos de

soldagem de ligas diversas.

26

As Ligas são melhor soldadas na condição recozidas.

Ligas com elevados níveis de tensão residual devido à agitação nos grãos, pode

ser propensa a rachaduras.

Produtos de liga recozidos a temperaturas mais baixas geralmente apresentam

estruturas de grão mais finas do que aqueles recozidos a temperaturas mais

elevadas, portanto, são encontradas para oferecer uma solda melhor.

Algumas ligas devem ser recozidas antes do tratamento térmico final (por

exemplo, a precipitação endurecível ou ser colocado em alta temperatura

condições de serviço (por exemplo, liga INCONEL 601 ou 617 ou Liga INCOLOY

800HT ou 803).

Soldagem De Materiais Dissimilares

As informações aqui apresentadas podem ser usadas como uma orientação geral

na escolha de um CONSUMIVEL de soldagem para um conjunto diferente. Os

efeitos da mistura de diferentes matérias são complexas demais para permitir a

previsão de resultados com certeza absoluta. Contudo, com uma estimativa

precisa de taxas de diluição, os procedimentos irão eliminar julgamentos inúteis

em mostrando que eletrodos e arames tem alta probabilidade de sucesso.

Geral Soldagem dissimilar envolve frequentemente considerações metalúrgicas

complexas. A composição do depósito da solda é controlado não só pelo eletrodo

ou arame, mas também pela quantidade de diluição dos elementos dos dois

metais unidos. A quantidade de diluição varia de acordo com o processo de

soldagem, a técnica do operador , bem como a elaboração da junta. Todas estes

influenciam na escolha de um método de união e um material de soldagem que irá

produzir uma junta soldada com as propriedades exigidos pelo aplicativo.

Como mostra a Figura 19,

27

O consumivel pode ser diluído em parte por um metal base e parcialmente por

cordão anterior ou totalmente por passes anteriores.

Limites De Diluição

Uma vez que a composição química potencial de diferentes materiais a serem

soldados é determinada, torna-se necessário determinar se essa composição é

aceitável.

Isso pode ser feito em geral através do seguinte limite de diluição. É de notar que

estes valores são de natureza geral e não oferece nenhuma garantia é feita

quanto à sua precisão absoluta. Além disso, a tendência de quebra de um

solda será também influenciada pela sua configuração, tamanho, tensões

residuais, o processo de soldagem a ser utilizado, etc

Os elementos que normalmente diluem em uma liga de níquel são o cobre, cromo

e ferro. Todos os produtos podem aceitar diluição ilimitada, sem prejuízo de

níquel.

Os limites de diluição estão previstos na seguinte discussão e se aplicam apenas

a solução sólida do consumível e metais base forjado . Os valores devem ser

considerados nas orientações. Os casos duvidosos podem exigir que um

julgamento comum a ser avaliado. Quando um metal de solda será diluído por

mais de um elemento é potencialmente prejudicial (por exemplo, Pb, Sn, e Zn), o

subsídio deve ser feita para possíveis adições.

28

Consumiveis De Soldagem Em Níquel

O Eletrodo 141 e o arame de Níquel 625 (NiCrMo-3) possuem limites de alta

solubilidade para uma variedade de elementos, e, do ponto de vista de tolerância

de diluição, são excelente para a soldagem de materiais diferentes. A utilização

de produtos para soldagem de materiais dissimilares, no entanto, é muitas vezes

limitada

pela sua menor resistência, em comparação com outras ligas de níquel.

Os limites de diluição que seguem não se aplicam aos eletrodos Nirod e NI-ROD

55. Esses eletrodos são especificamente formulados para a soldagem de ferro

fundido.

Os consumíveis têm solubilidade total para o cobre e pode aceitar diluição

ilimitada por esse elemento.

A diluição de Cromo no Eletrodo 141 não deve ultrapassar 30% o eletrodo 141

pode tolerar diluição de cerca de 40% de ferro. No entanto no arame 62 não deve

ser diluído com mais de 25% de ferro.

Consumiveis de Monel (Ni-Cu e Cu-Ni) Os consumíveis de níquel-cobre e cobre-níquel (Eletrodos 190 e 187, e arames 60

e 67) pode tolerar a diluição ilimitada de cobre.

Os depósitos de solda níquel-cobre podem ser diluídos com até para cerca de 8%

de cromo.

Depósitos de cobre-níquel (arame 67 e eletrodo 187) não deve ser diluído com

mais de 5% de cromo.

Os limites de diluição para os depósitos de ferro em Monel 60 são influenciados

pelo processo de soldagem utilizado.

Se o depósito for aplicado por arco submerso, ele pode tolerar diluição de até 22%

de ferro. Com um processo Mig/Tig, o depósito só pode ser diluído em até 15%

de ferro, sem perda de propriedades mecânicas.

Se um aço comum que envolva deve ser soldada por um processo Mig/Tig com o

arame 60, uma almofada de arame 61 primeiro deve ser aplicada ao aço. Já os

29

depósitos feitos com o Eletrodo 190 pode ser diluído até 30% ferro. A diluição de

ferro em depósitos de solda cobre-níquel (arame 67 e eletrodo 187) não deve

ultrapassar 5%.

INCONEL (Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Ni-Cr-Co-Mo) Consumiveis O consumíveis INCONEL de solda são os materiais mais utilizados para a

soldagem dissimilar.

Os consumíveis produzem depósitos de solda de alta resistência e os depósitos

podem ser feitos em uma variedade de diferentes materiais com nenhuma

redução de propriedades mecânicas.

Incluído no grupo de níquel-cromo de soldagem o INCO-WELD um eletrodo, que

tem excepcional capacidade de soldagem dissimilar.

A diluição de cobre em consumíveis de soldagem INCONEL não deve exceder

15%. O teor de cromo total máximo pode ser de até 30%. Como os produtos de

solda contêm 15-20% de cromo, a diluição de cromo deve ser mantida abaixo de

15%. Os depósitos de níquel-cromo no eletrodo revestido pode aceitar a diluição

de cerca de 50% de ferro.

A diluição de silicio nos depósitos de níquel-cromo devem também ser

considerados, especialmente se a articulação envolve um material fundido. Total

de teor de silício no depósito de solda não deve exceder cerca de 0,75%.

Consumiveis para Soldagem Dissimilar. Os requisitos ambientais de algumas soldas serão exigir que eles sejam

depositados na não-correspondência metal de solda. Ferro Fundido é geralmente

soldado com eletrodos de níquel e níquel-ferro (NI e NI-ROD ROD-55) para a

força, ductilidade, usinabilidade, e outras propriedades de interesse. Aços de

níquel para aplicação criogênica (por exemplo, 9% Ni aço para gás natural

liquefeito ) são muitas vezes soldados com INCONEL devido à sua resistência à

30

tração e tenacidade a baixas temperaturas. O Monel 400 para aplicação em

solução salina é soldada com Eletrodo 112 e o arame 625 para evitar o ataque na

soldas, devido à corrosão galvânica das soldaduras.

Super-Aços Inoxidáveis Austeníticos (tipicamente, Fe-25%, Ni-20% Cr-6% de Mo-

0,2% N) são normalmente soldados com Eletrodo 112 e 122, e o arame 625 e 622

contêm maior teor de molibdênio. Estas soldas apresentam resistência à corrosão

igual ou maior do que o metal base. Uma solda de revestimento é necessária para

compensar a segregação elementar que ocorre durante a solidificação da solda.

Estes exemplos são de forma exaustiva, mas destinam-se a ilustrar a versatilidade

das ligas na solda na resolução de requisitos específicos de solda em metais

diferentes.

Aplicações de soldagem. Algumas diretrizes gerais para a seleção dos consumíveis de soldagem para

soldar materiais diferentes são encontrados na tabela 17.

Além da diluição, as diferenças térmicas a expansão e ponto de fusão podem

influenciar o seleção do consumivel para juntas dissimilares, especialmente

31

quando as peças soldadas serão expostas a elevadas temperaturas.

Diferenças de expansão em peças a serem unidas podem resultar em tensões

significativas na área comum e resultando uma redução da resistência à fadiga.

Se um dos metais base possui uma menor força, um metal de adição que tem

uma taxa de expansão próxima à do metal base mais fraca deve ser selecionada.

O estresse resultante da desigualdade de expansão será, então, concentra-se na

lateral da articulação.

Juntando pedaços de aço inoxidável austenítico e aço doce ilustra a importância

da expansão térmica. A taxa de expansão do aço carbono é menor que a do aço

inoxidável. Do ponto de vista de diluição, um eletrodo de aço inoxidável ou

INCONEL cromo seria adequado.

Assim, se a junta é soldada com aço inoxidável o produto, tanto no metal base

quanto no consumível de aço inoxidável o metal expandi de forma semelhante e

concentrar-se ao longo do mais fraco (leve de aço). Se a junta soldada com

INCONEL , o estresse resultante da desigualdade expansão será limitada ao mais

forte.

Eletrodos de INCONEL ou arame 82 fornecem vida útil 5-7 vezes maior do que o

aço inoxidável 309

Teste e Inspeção

Soldas de ligas de níquel são normalmente testadas e inspecionadas por

procedimentos semelhantes aos utilizados em soldas de aço carbono e aço

inoxidável. As Técnicas de inspeção incluem exame visual, radiografico,e testes

mecânicos (por exemplo, de tração e impacto) e metalografia.

A inspeção de partículas magnéticas pode ser utilizada para inspecionar soldas

em níquel puro (por exemplo, Níquel 200 e 201).

No entanto, as ligas de níquel são de propriedade não-magnética mais em

condições para inspeção com partículas magnéticas não é possível.

Líquido penetrante é amplamente utilizado para localizar defeitos de superfície de

pequeno porte.

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Testes De Dobramento Teste de curvatura é frequentemente utilizado para avaliar a solidez e ductilidade

de juntas soldadas. Ambos testes de dobramento são usados. As amostras podem

ser testadas com a solda orientada tanto transversal ou longitudinal.

Amostras transversais são comumente utilizadas para qualificação da solda. No

entanto, as variações nas propriedades através da solda podem gerar resultados

confusos levando à rejeição de soldas aceitáveis. Uma amostra de teste de

inclinação transversal contém várias zonas distintas, que podem ter propriedades

muito diferentes. Isso pode resultar em deformação irregular da amostra durante o

ensaio. Por exemplo, se o metal de solda é um pouco mais fraco do que o metal

base (por exemplo, como quando duas peças de material de trabalho a frio são

juntadas) deformação durante a flexão em grande parte ocorrem na solda. Embora

a soldagem possa ter excelente ductilidade, ela pode se romper durante

flexão devido à deformação na solda em relação ao metal base ser mais forte.

O efeito é mais pronunciado nas articulações em diferentes que um membro da

força é menor do que o outro.

A figura 26 mostra uma face transversal de dobramento em espécime de uma

junta de Níquel 200 e aço carbono. Quase todos os alongamentos foram no lado

Nickel 200 do conjunto. O Alongamento médio é medido em uma distância entre

33

todo o conjunto que pode ser de 20%. No entanto, o alongamento ocorrido na face

do Nickel 200 pode ser de 40% ou mais.

O dobramento Longitudinal mostra o teste em que a solda é no centro e

paralelamente à borda deforma-se mais uniformemente, produzindo, assim,

resultados mais confiáveis. Como mostra a Figura 27, todas as áreas da junta

deve se prolongar ao mesmo ritmo, independentemente das diferenças de força.

Enquanto eles exigem uma maior quantidade de soldagem para a preparação de

uma amostra, os ensaios de dobramento longitudinal dão ao inspetor uma

avaliação um tanto mais realista na qualidade da soldagem.

Assim como os resultados dos ensaios de dobramento transversal pode ser

enganoso, ensaios de tração cisalhamento transversal a direção da soldagem

pode gerar resultados igualmente enganosos para as mesmas razões. Os testes

de tração longitudinal são preferenciais para a determinação da resistência e

ductilidade do metal de solda.

Exame Visual

Certamente, o método mais utilizado de inspeção de solda é o simples exame

visual.

A Inspeção visual pode ser reforçada pelo condicionamento do espécime a ser

examinado para melhor definir detalhes da estrutura de solda. A superfície de

amostra a ser gravada deve ser preparada por polimento.

Conclusão

A principal utilização do níquel é para soldagem de revestimento, onde o

equipamento ou a peça requer grande resistência a corrosão e altas temperaturas.

Seu custo é menor quando comparado com o aço inox, porém, ainda é pouco

utilizado no Brasil em relação ao mesmo.

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Bibliografia

� Techalloy Inc.