Corrosão em juntas soldadas: causas e medidas de prevenção

Uma junta soldada pode ter baixa resistência à corrosão devido à variação na composição química, tensão residual e estrutura metalúrgica da zona de solda. A corrosão de juntas soldadas pode ser evitada pela seleção cuidadosa dos materiais a serem soldados, metal de adição, técnicas de soldagem e acabamento. No entanto, mesmo depois de combinar os metais e usar as melhores técnicas, a corrosão da solda ainda pode ocorrer por vários motivos. (Saiba mais em Visão geral da corrosão em juntas soldadas: causas e práticas de prevenção.)

Fatores que levam à corrosão em soldas

O diagrama de Venn a seguir (Figura 1) mostra como o material, o ambiente e as tensões contribuem para diferentes tipos de corrosão nas soldas.

Figura 1. Inter-relação entre tensões, materiais e fatores ambientais que levam à corrosão da solda.

Mudanças metalúrgicas, físicas e químicas causadas pelo processo de soldagem afetam a resistência à corrosão da solda. Isso faz com que a zona afetada pelo calor (HAZ) e o metal de solda corroam mais rápido ou mais devagar do que o metal base. Casos de corrosão uniforme no metal de base e no metal de solda também são possíveis, ou o metal de base corrói e o metal de solda não é afetado.

Figura 2. Um exemplo de corrosão ao redor de uma solda.

fatores metalúrgicos

Os ciclos de aquecimento e resfriamento que surgem do processo de soldagem geralmente afetam a composição da superfície e a microestrutura do depósito de solda e do metal de base adjacente. Isso pode reduzir a resistência à corrosão do metal base e do material de solda.

Alguns dos fatores que reduzem a resistência à corrosão são a contaminação do banho de solidificação, recristalização e crescimento de grãos na solda HAZ, formação de zonas não misturadas, precipitação de fases secundárias e microssegregação.

No entanto, a resistência à corrosão ainda pode ser mantida equilibrando a composição da liga para evitar precipitação, protegendo as superfícies metálicas quentes e fundidas de gases reativos no ambiente de soldagem, escolhendo parâmetros de soldagem apropriados, eliminando o metal base empobrecido em cromo e removendo o cromo. óxidos enriquecidos de superfícies manchadas pelo calor.

Tipos e causas de corrosão em soldas

As soldas sofrem todos os tipos de corrosão; no entanto, eles são mais suscetíveis a formas que surgem de variações na composição e microestrutura. Tipos específicos de corrosão são galvânica, corrosão sob tensão, trinca de hidrogênio, corrosão intergranular e corrosão por picadas.

  • Variações na composição do metal base, HAZ e metal de solda resultam em uma condição que favorece a corrosão galvânica.
  • A suscetibilidade a ambientes contendo hidrogênio geralmente leva a rachaduras.
  • As tensões residuais da solda levam à trinca por corrosão sob tensão (SCC).
  • A presença de hidrogênio no processo de soldagem leva a trincas induzidas por hidrogênio nas soldas. O hidrogênio pode surgir de eletrodos mal cozidos ou mal armazenados, da presença de impurezas e umidade nos componentes a serem soldados ou da presença de umidade no fluxo.
  • Descontinuidades de solda, como defeitos de superfície, podem atuar como locais preferenciais levando a ataques de corrosão local.

pares galvânicos

As diferentes composições do metal base e do metal de adição podem dar origem a pares galvânicos. Isso dá origem a uma diferença de potencial eletroquímico e torna algumas regiões da solda mais ativas.

A corrosão galvânica é particularmente um problema quando a junta brasada é usada em um ambiente hostil, como a água do mar. (Leia Fadiga por Corrosão de Juntas Soldadas em Estruturas Marítimas Offshore para mais informações.) Portanto, é necessário selecionar cuidadosamente o metal de adição apropriado para ambientes hostis.

Deterioração da solda de aço inoxidável

Durante a soldagem de aços inoxidáveis, podem se desenvolver regiões suscetíveis à corrosão. O processo, chamado de sensibilização, é causado pela formação de carboneto de cromo ao longo dos contornos de grão. A sensibilização esgota o cromo das regiões adjacentes ao contorno do grão, levando à formação de células galvânicas localizadas.

Se o teor de cromo cair abaixo dos 12% necessários para manter um filme passivo, a região fica suscetível à corrosão e passível de sofrer ataque intergranular. Este ataque resulta na deterioração da solda e é mais comum em HAZ.

A sensibilização pode ser minimizada pelo rápido recozimento e têmpera pós-soldagem de alta temperatura. Isso redissolve o cromo nos contornos de grão e evita a formação de carboneto de cromo durante o processo de têmpera.

Os ataques de HAZ podem ser minimizados pelo alívio de tensão do tratamento térmico pós-soldagem (PWHT). No entanto, é muito mais fácil evitar o efeito por meio da seleção adequada de materiais e procedimentos de soldagem adequados, como:

  • Use um aço inoxidável de baixo teor de carbono, como 304L e 316L e, portanto, evite a formação de carboneto.
  • Uso de tratamento térmico pós-soldagem.
  • Usando graus estabilizados ligados com nióbio ou titânio, como 347 e 321, respectivamente. O nióbio e o titânio são formadores de carboneto fortes que reagem com o carbono e evitam o esgotamento do cromo.

Observação: Consulte Introdução aos aços inoxidáveis ​​para obter mais informações sobre vários tipos de aço inoxidável.

Corrosão de Solda Preferencial (PWC)

A corrosão preferencial da solda ocorre em soldas quando expostas à água do mar e outros ambientes corrosivos. As composições de metal de solda são geralmente otimizadas para melhorar suas propriedades mecânicas; isso os torna mais anódicos do que o aço base, causando corrosão em taxas mais altas em comparação com seus metais básicos.

As razões para a corrosão incluem:

  • A diferença entre a composição do metal base e do metal de solda pode ser suficiente para formar uma célula galvânica e corrosão.
  • A microestrutura soldada resultante pode alterar e reduzir a resistência à corrosão do metal de solda.
  • Diferenças nas microestruturas entre o HAZ soldado e o metal base podem levar a um ataque localizado da zona afetada pelo calor.

A corrosão preferencial das soldas é mais provável de ocorrer quando o material está em contato com um meio altamente condutor de eletricidade, como a água do mar. No entanto, também pode ocorrer em CO2 ambientes de baixa condutividade.

A corrosão preferencial do metal de solda é minimizada pela adição de elementos de liga para tornar o metal de solda mais catódico do que o metal de base adjacente.

Práticas de soldagem para minimizar a corrosão

A seleção de materiais e os procedimentos de soldagem otimizados podem ajudar a produzir uma solda resistente à corrosão. A penetração total da solda, o revestimento pós-soldagem e evitar o reforço excessivo da solda são algumas das maneiras eficazes de minimizar os efeitos geométricos da soldagem.

seleção de materiais
A seleção cuidadosa e a combinação de materiais de soldagem e consumíveis reduzirão a diferença na composição micro e macro em toda a solda, reduzindo assim as condições galvânicas.

Preparação da superfície
Elementos e compostos contaminantes nas superfícies a serem soldadas devem ser removidos, caso contrário, o calor durante o processo de soldagem pode causar defeitos de solda, rachaduras e reduzir a resistência à corrosão das zonas termicamente afetadas ou da própria solda.

Enxofre, fósforo e elementos de baixo ponto de fusão podem causar rachaduras na HAZ ou na solda. Se carbono ou materiais carbonáceos forem deixados na superfície durante a soldagem, eles podem se dissolver e resultar em uma camada de alto carbono, reduzindo a resistência à corrosão em determinados ambientes.

Deve-se tomar cuidado para que o processo de limpeza não apresente outros problemas. (Saiba mais em Preparação da superfície do substrato para prevenção de corrosão.)

projeto de solda

Um projeto de solda ruim pode produzir trincas que aprisionam soluções estagnadas, eventualmente levando a corrosão por pites ou fendas. Formas de depósito irregulares em produtos tabulares, por exemplo, promoverão fluxo turbulento e resultarão em corrosão por erosão. Os depósitos de solda em um bom projeto devem ter cordões relativamente planos, com perfis baixos e um mínimo de escória aprisionada. Um ajuste cuidadoso também evitará tensões bloqueadas. (Mais informações no artigo Como controlar a corrosão melhorando o design.)

Processo de soldagem

Muitas vezes é recomendado fazer uma junta sólida através de penetração total. Isso evita lacunas sob o cordão. Além disso, o slug deve ser removido após cada passagem. Isso pode ser feito usando uma ferramenta de picar ou moedor. A geometria da junta soldada deve ser projetada de forma a permitir a completa remoção de resíduos de fluxo corrosivos e hidrofílicos.

Uso de material de apoio

Isso é recomendado ao soldar placas ou chapas e quando apenas um lado deve ser soldado. Se nenhum forro for usado, a parte inferior pode ter penetração errática com vazios, ranhuras e ferrugem excessiva. Esses defeitos podem iniciar a corrosão, além de reduzir a resistência da solda. O cobre é o material preferido para barras de suporte devido à sua alta condutividade térmica.

Acabamento da superfície de solda

É imperativo inspecionar o depósito de solda imediatamente após o processo de soldagem. Para máxima resistência à corrosão, a superfície deve ser lisa, uniformemente enferrujada e livre de irregularidades e outras partículas estranhas. Pode ser retificado para uniformizar a rugosidade e respingos de solda, enquanto uma escova de aço pode ser usada para alisar a superfície. No entanto, a escovação não é recomendada para aços inoxidáveis, pois pode perturbar o filme passivo e reduzir sua resistência à corrosão.

Eliminação de fontes de hidrogênio

O uso de consumíveis de soldagem, como eletrodos de soldagem a arco de metal com baixo teor de hidrogênio, limpeza das superfícies de solda e secagem do fluxo reduzirá a presença de acúmulo de hidrogênio e, portanto, evitará trincas induzidas pelo hidrogênio associado.

Aplicação de Revestimento de Superfície

Um revestimento superficial protetor aplicado à junta soldada, bem como ao metal de base, minimiza as chances de corrosão localizada, que pode surgir devido a variações na composição do metal de solda.

Tratamento Térmico Pós-Soldagem (PWHT)

O tratamento reduz os gradientes de tensão residual e é um método eficaz de reduzir a suscetibilidade à corrosão sob tensão. O PWHT reduz os gradientes de composição e a formação de células microgalvânicas. A outra função do tratamento é transportar o hidrogênio das regiões de solda e, assim, evitar trincas de hidrogênio.

Conclusão

A corrosão em soldas pode ocorrer devido a vários fatores individuais ou a uma combinação de fatores. Os efeitos desses fatores podem ser minimizados pela seleção adequada de materiais e procedimentos de soldagem. Alívio de tensão pós-soldagem, remoção de escória, prevenção de trincas, entalhes pontiagudos, acabamento grosseiro e acoplamentos galvânicos são algumas das principais medidas preventivas que podem minimizar a possibilidade de corrosão nas soldas.

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