Nos últimos anos, combinações de diferentes metais estão cada vez mais incorporadas
aos ambientes industriais de grande relevância - como a geração de energia, petroquímica,
nuclear e construção naval - em razão de sua flexibilidade. Nessas indústrias, várias
classes de aços inoxidáveis austeníticos (304L, 316L, 316LN e 317LN) e aços estruturais
(A36, AH36, H36, CH36, etc.) estão em serviço devido às suas características, como boa
soldabilidade, tenacidade, propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Dentre os
aços inoxidáveis, o 304 é o mais popular, pois apresenta uma boa relação
custo/desempenho. Contudo, para aplicações em um ambiente altamente corrosivo, é
necessário o aço 316L, devido ao seu melhor desempenho ao ataque por corrosão
localizada [59]. Muitos desses aços, principalmente os inoxidáveis, têm sido aplicados à
condição soldada em ambientes com condições climáticas severas, como no ártico e em
países de invernos intensos. As condições climáticas dessas regiões apresentam grandes
desafios no desenvolvimento dos aços estruturais com adequada soldabilidade. Em
estruturas marítimas de exploração de petróleo, as utilizações de componentes feitos em
aços dissimilares podem trazer benefícios, como leveza e propriedades térmicas da junta
soldada [60]. Em regiões de invernos rigorosos, o comportamento mecânico e
metalúrgico dos metais de solda desses aços ainda é pouco estudado, necessitando de
mais atenção, pois essas regiões possuem grandes reservas de petróleo.
Devido à complexidade da estrutura e do comportamento mecânico de juntas soldadas de
aços dissimilares, sendo esse tipo solda realizadas rotineiramente na indústria petrolífera
para unir estruturalmente os aços de alta resistência, a fim de eliminar a necessidade de
tratamento pós-soldagem no campo [61]. Falhas catastróficas em juntas soldadas
dissimilares entre o aço AISI 8630 e a Liga 625 [61] durante o serviço submarino
ocorreram devido à fragilização na linha de fusão.
Os estudos desenvolvidos recentemente [59] [60] [61] mostram a necessidade da
utilização de, pelo menos, um aço com baixo teor de carbono para que a junta soldada
dissimilar apresente um bom resultado metalúrgico na soldagem de aços dissimilares em
ambientes árticos. Geralmente, usa-se aço de baixa liga que apresenta limite de resistência
entre 379 e 586 MPa ligado com Ni, Cr e Mo, enquanto que o outro aço seja os aços
inoxidáveis austeníticos, por se manterem dúcteis a temperatura sub-zero. É sabido que a
classe de aços austeníticos apresenta, em geral, as melhores tenacidades e soldabilidades
dentre todos os inoxidáveis [52].
Para identificar os principais problemas relacionados ao uso das soldas dissimilares em
ambientes de temperaturas baixíssimas, é importante analisar as possíveis
descontinuidades que podem aumentar a possibilidade de falha em serviço. Os defeitos
em solda de metais dissimilares são atribuídos à mudança repentina de dureza, resistência
mecânica, falta de fusão e fissuração na solidificação. Essas descontinuidades podem ser
decorrentes de diferenças significativas de tensão residual e expansão térmica. Por
exemplo: soldando dois aços com quantidade de elementos de ligas diferentes pode gerar
inclusões intermetálicas a partir de um gradiente de concentração de um determinado
elemento [60].
O principal obstáculo para a aplicação estrutural de aços e outras ligas metálicas a baixas
temperaturas é a ocorrência de fragilização, particularmente, na presença de trincas. A
presença de trincas em materiais fragilizados, por exemplo, por estarem expostos a baixas
temperaturas, pode levar a uma falha repentina por fratura frágil. Esse tipo de falha não é
detectado durante inspeções visuais de rotina, não há sinal de deformação plástica antes
da falha catastrófica. Para isso, devem-se tomar medidas adequadas no estágio de
especificação dos aços, escolhendo aquele que apresente uma transição dúctil-frágil a
temperaturas criogênicas na faixa de temperatura de trabalho. A Figura 3.22 mostra os
resultados desses processos de trincamento.
Figura 3. 22 - (a) Trinca localizada na margem da solda, (B) Trinca associada a
inclusões alinhadas [60].
A seleção do metal de adição e as condições operacionais de soldagem devem ser
adequadamente selecionadas para garantir a qualidade do metal depositado. Caso a
seleção não seja correta, a severidade do ambiente gelado e o contato com a água podem
causar vários tipos de defeitos. A Tabela III.2 mostra algumas das descontinuidades.
Tabela III. 2 – Tipos de defeitos e falhas em serviço.
Tipos de Defeito Localização Descrição
Inclusões
presentes antes da
entrada do aço em
serviço
• Metal base
• Zona fundida
• Metal de solda
• Amanteigamento
• Material não-metálico incrustado
no metal de solda ou entre metal
de base solda
• Composto não metálico de baixa
ou alta densidade originando
tensão, especialmente em
carregamento por fadiga e impacto
• Quanto maior a inclusão, menor é
a resistência à fadiga
Segregação
• Macrosegregação
na poça de fusão
• Zona fundida
• Metal de solda
• Amanteigamento
• Macrosegregação - falta de
homogeneização durante a
solidificação
• Microsegregação - consequência
da redistribuição do soluto em
alguns lugares durante a
solidificação de ligas em
condições fora do equilíbrio
Migração/Difusão
de Carbono
• Fronteira entre zona
fundida e metal de
solda
• Linha de fusão entre
amanteigamento e
zona fundida ou
metal base
• Migração é causada por diferença
de concentração
• Em alta temperatura, a migração
ocorre da região de alta
concentração para a de baixa
Composto
Intermetálico/
interface lateral
• Zona fundida
• Interface entre zona
fundida e solda
• A união direta desses metais
resulta em intermetálicos frágeis
• Formação de fases tipo FeTi e
Fe
xTi
yna interface
Trinca por
corrosão
sob-Tensão
• Zona fundida
• ZTA
• Amanteigamento
Impacto combinado de:
• Tensão residual
• Sensitização térmica
• Efeito galvânico entre aços
dissimilares
Para estudar o comportamento de juntas dissimilares de aço, tem-se estudado,
especificamente, juntas de austenítico + duplex, devido às microestruturas serem
similares. A intenção de usar esses aços é tentar eliminar a formação de agentes
fragilizantes, como intermetálicos, trinca de solidificação, etc. Verma (2016) utilizou um
aço duplex em seu trabalho devido às características metalúrgicas e ao comportamento
mecânico da junta soldada. Esse aço duplex apresenta alta resistência à corrosão, como
pitting e corrosão sob-tensão, e mostra ser menos suscetível à corrosão intergranular do
que um aço baixa liga. Isso se dá pela natureza microestrutural constituída por 50% de
ferrita e 50% de austenita e como alta teores de cromo, níquel e molibdênio.
A Figura 3.23 mostra o resultado da soldagem GTAW de metais dissimilares, o aço AISI
8630 e a liga 625, como metal de adição foi usado uma liga de níquel.
Figura 3. 23 – A) Visão geral da transição; B) Zona dendrítica celular e colunar e C) Metal
de solda [92].
4 METODOLOGIA
4.1 Introdução
Neste capítulo é descrita a metodologia empregada no desenvolvimento do presente
trabalho. A descrição da metodologia inicia-se com as informações dos equipamentos
utilizados, assim como os materiais que foram utilizados em todo o desenvolvimento do
trabalho. O capítulo é finalizado com os procedimentos experimentais utilizados no
decorrer de todo o estudo.
No documento
Tese de Doutorado. Soldagem Subaquática de Aço Baixo Carbono com Eletrodo Inoxidável Austenítico
(páginas 59-63)