Soldagem dos Aços Inoxidáveis Duplex e Superduple

As principais preocupações na soldagem dos AID/AISD são o adequado balanço de ferrita e austenita no metal de solda e prevenção de precipitação de fases deletérias. A seleção adequada dos parâmetros de soldagem é primordial, além da adição de elementos austenitizantes no metal de adição, controle da diluição ou introdução de nitrogênio na poça de fusão pelo gás de proteção (RAMÍREZ, 2001). Na literatura há diversas faixas aceitáveis de teor de ferrita no metal de solda, Porém, este balanço de fases varia de acordo com a aplicação e ambiente que o material estará submetido (TABAN, 2008). No entanto, em situações práticas, sendo o material submetido à condições mais agressivos é primordial o controle mais rigoroso no balanço de fases para não comprometer o material soldado (TAVARES et al., 2006). Teores excessivamente altos de ferrita causam fragilidade, enquanto ausência dessa fase causa perda de resistência à fissuração por corrosão sob tensão

Uma energia de soldagem elevada tende a produzir uma velocidade de resfriamento menor da junta, dependendo da espessura da chapa. Como consequência, promove a precipitação de austenita, balanceando em parte a microestrutura. Da mesma maneira, pode favorecer a precipitação de fases intermetálicas e o crescimento de grão. Na situação contrária, uma energia de soldagem baixa leva a uma velocidade de resfriamento elevada. Assim, a precipitação de austenita é dificultada, gerando uma fração elevada de ferrita, o que pela sua vez acarreta a precipitação de uma grande quantidade de nitretos de cromo no interior da ferrita. Em ambos os casos têm-se como resultado uma severa diminuição na tenacidade e na resistência à corrosão do material (RAMÍREZ, 2001).

Em geral, preaquecimento e pós-aquecimento nas soldagens dos AID/AISD não são recomendados. No entanto, controle ideal da energia e da temperatura de interpasse durante a soldagem são requeridas para a correta razão / nas soldas dos AID/AISD. A temperatura de interpasse não deve exceder 250 °C para AID e 150 ºC para AISD, sendo que na prática esta temperatura pode ainda ser considerada alta , muitas vezes sendo utilizada temperatura abaixo de 150ºC. A energia de soldagem deve estar na faixa de 5 a 25 kJ/cm para aço inoxidável duplex e de 5 a 15 kJ/cm para aço inoxidável superduplex, sendo que quanto maior a temperatura de interpasse maior a precipitação de fases intermetálicas (TECHNICAL SPECIFICATION, 2006).

A faixa recomendada de ferrita ainda não é bem definida, dependendo de cada aplicação. Na soldagem de materiais utilizando o processo TIG é aceitável uma faixa de 22 a 70% de ferrita, porém em outros processos e sendo submetidos à exposição de meios corrosivos e possibilidade de trinca por hidrogênio é recomendada uma faixa mais restrita de 22 a 60% (NASSAU et al., 1993). Porém, geralmente, na prática é estipulada uma faixa de 30 a 70% (TAVARES et al., 2007) ou 35 a 65% (ECKENROD & PINNOW, 1984; PETROBRAS N-1707, 1999; NORSOK M-630, 1997), de modo a aliar boas propriedades mecânicas e boa resistência à corrosão. Em relação ao teor de ferrita, é importante obter revestimentos com teores acima de 35% e menor que 65%, sendo que o mais ideal é a obtenção de revestimento com valores próximos a 50% em relação ao balanço de fases. Teores excessivamente altos de ferrita causam fragilidade, enquanto ausência dessa fase causa perda de resistência à fissuração por corrosão sob tensão. No entanto, manter o equilíbrio é difícil devido à soldagem que acarreta em reaquecimentos que alteram muitas vezes de modo significativo o balanço de fases.

Durante a soldagem multipasse, a ZF (Zona Fundida) é reaquecida. Isto pode levar à mudanças microestruturais, que dependem da microestrutura gerada em cada região

pelos ciclos térmicos precedentes. O reaquecimento repetido da ZF pode levar à precipitação de nitretos e fases intermetálicas, como a fase sigma (RAMÍREZ, 1997). Por outro lado, a fração de austenita da ZF aumenta quando a junta é reaquecida pelos passes sucessivos. No primeiro passe, a temperatura máxima atingida e a velocidade de resfriamento são maiores em relação às outras regiões devido aos ciclos térmicos. Observa-se uma diminuição sucessiva da velocidade de resfriamento devido à variação da temperatura inicial, além do aumento da distância do ponto com relação ao centro da solda, de modo que os passes possuem o mesmo efeito da temperatura de preaquecimento da chapa (GIRALDO, 2001). A tendência de um material para formar depende da sua composição química, isto é, da relação entre elementos alfagênicos e gamagênicos, representada pela relação Creq/Nieq.

Na soldagem de revestimento, a interface é a região mais crítica, pois a composição química do metal de solda perto da zona de ligação é diferente, ocorrendo uma certa heterogeneidade, sendo importante não ocorrer redução das propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Nas regiões perto da interface podem ocorrer níveis muito elevados de dureza devido à formação de martensita, sendo que a diferença de propriedades físicas entre metal base e metal de solda pode gerar presença de trincas nestas regiões, principalmente em condições severas de serviço. Barnhouse & Lippold (1998) realizaram a deposição de AID ER2209 e liga de níquel 625 para união de metais base do tipo AID 2205 e A36, utilizando GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Os autores constataram uma boa soldabilidade e resistência à corrosão similares em relação aos metais de solda, comparando as interfaces do aço A36 e liga de níquel 625 e do aço A36 duplex 2209. Na região 2205/2209/A36, níveis mais elevados de dureza na interface foram obtidos para mais baixas energias, porém com menor resistência à corrosão. A região com deposição de duplex obteve melhor tenacidade que na região que houve deposição de liga de níquel, sendo importante verificar que condições serão submetidos os materiais para selecionar de maneira adequada os materiais.

Rajeev et al. (2000) realizaram comparação na deposição de aço inoxidável duplex e superduplex diretamente em aço carbono ou com utilização de amanteigamento com aço inoxidável austenítico 309L devido este material possuir uma dureza intermediária. Foi observada redução da microdureza nas zonas duras de 558 HV0.01 para 480 HV0.01 com aplicação de 309L. A seleção adequada de energia minimizou a diluição e reduziu comprimento das zonas duras e níveis de microdureza. McPherson et al. (2003) realizaram união de cão carbono com deposição de AID utilizando o processo arco submerso. Foram verificados maiores níveis de microdureza no metal de solda nas regiões de mais alta diluição (>20%).

Srinivasan et al. (2006) realizaram soldagens dissimilares de AID UNS S31803 e aço baixa liga (ABL) com utilização de eletrodo revestido E2209 (duplex) e E309 (austenítico) como metal de adição. Em relação à interface AID/ABL foi observada migração de carbono no metal base para o metal de solda. A região do metal de solda que há composição química diferente possui diferentes denominações, como: zona não misturada e zona parcialmente misturada (WANG et al., 2010; NELSON et al., 1999). Esta migração proporciona formação de carbonetos na região próxima à linha de fusão acarretando em aumento no nível de microdureza, com níveis de 310 HV0.2. Na ZAC do aço de baixa liga foram também observados níveis mais elevados de microdureza devido à formação de martensita, chegando a 270 HV0.2. Em relação à resistência à corrosão, foi observado potencial de pite maior em meio com 1 M de NaCl para o metal de solda com deposição de AID em relação ao metal de solda austenítico devido à maior concentração de molibdênio e adição de nitrogênio no AID.

Desta forma, os AID/AISD são ligas com grande crescimento de utilização, onde os conhecimentos que se tem sobre a sua metalurgia e aplicação à soldagem são vastos, o que tem impulsionado fortemente a pesquisa neste campo. Porém, o conhecimento que se tem em alguns aspectos até o momento não é suficiente, principalmente no âmbito na soldagem de revestimentos utilizando processo Plasma pó, já que não existe na literatura informações sobre este tipo de revestimento. Logo, tem-se como objetivo aliar aspectos operacionais e metalúrgicos, de modo a verificar presença de precipitações, problemas na interface metal de solda/substrato, forma de solidificação, resultando em obtenção de revestimentos de boa qualidade com maximização da produtividade e minimização de custos.