A soldagem é o processo de unir dois ou mais materiais (principalmente metais) usando calor intenso, de modo que eles se fundam para se tornar um componente homogêneo. A arte da soldagem remonta à Idade do Bronze, quando a soldagem por pressão era usada para fundir metais para construir caixas de ouro e outros artefatos. Hoje, a soldagem é usada para construir automóveis, edifícios, aviões, oleodutos e plataformas de petróleo, para citar alguns.
À primeira vista, pode parecer que a soldagem não tem uma correlação direta com a corrosão dos metais. No entanto, aplicar calor intenso a metais usando técnicas impróprias pode causar defeitos que estimulam a formação de corrosão. (Para uma introdução a este tópico, consulte Causas e Prevenção de Corrosão em Juntas Soldadas.) Uma dessas falhas é a falta de calor.
O que é falta de calor?
A fragilidade a quente, também conhecida como trinca a quente, rasgo a quente ou trinca de solidificação, é um defeito relacionado à solda no qual o metal começa a rachar ao longo de seus contornos de grão à medida que o metal de solda esfria e solidifica. Para entender os mecanismos envolvidos no hot shorting, vamos explicar brevemente o que são limites de grão.
À medida que o metal fundido se solidifica, os cristais começam a se formar independentemente um do outro. Cada cristal é orientado aleatoriamente e distribuído por todo o metal. Esses cristais formam o que chamamos de grãos metálicos sólidos. O tamanho do grão tem uma influência significativa nas propriedades físicas do metal.
A interface onde os grãos entram em contato uns com os outros é conhecida como contorno de grão e é conhecida por ter um efeito importante no comportamento geral do metal endurecido. Infelizmente, os contornos de grão são frequentemente os locais preferidos para o início da corrosão localizada.
As impurezas metálicas, que tendem a se segregar nos contornos dos grãos, geralmente têm pontos de fusão mais baixos do que o próprio metal. À medida que a solda esfria, o metal, que tem uma temperatura de solidificação mais alta, endurece primeiro, enquanto os contornos de grão permanecem em estado semi-sólido. As tensões residuais impostas nos contornos de grão enfraquecidos devido ao endurecimento das áreas circundantes fazem com que eles rachem e se abram.
Tipos de corrosão causados por soldagem e ajuste a quente
Rachaduras causadas por fragilização a quente não apenas enfraquecem a resistência geral do metal, mas também servem como locais ideais para a formação de defeitos relacionados à corrosão, como trincas por corrosão sob tensão, fadiga por corrosão e rachaduras por escoriação. Aqui, discutiremos como as trincas de brevidade a quente contribuem para cada um desses tipos de corrosão localizada.
- Rachadura por Corrosão sob Tensão (SCC): Este tipo de corrosão é caracterizado pela formação de trincas ao longo dos limites de grão do metal, enquanto a maior parte da superfície não é afetada. Isso ocorre porque os contornos de grão representam um caminho de alta suscetibilidade à corrosão. A segregação de impurezas nos limites dificulta a ocorrência da passivação, tornando-a menos resistente à corrosão do que o resto da superfície. (Saiba mais sobre SCC no artigo O que causa trincas por corrosão sob tensão em tubulações?)
A fragilização a quente reduz ainda mais a capacidade de repassivação dos contornos de grão, tornando o metal ainda mais vulnerável à trinca por corrosão sob tensão. As tensões de tração induzidas pelo resfriamento das áreas circundantes avançam a abertura das trincas, permitindo uma difusão mais fácil dos produtos de corrosão para longe da ponta da trinca.
Testes de Thomas Böllinghaus e Horst Herold em sua publicação "Hot Cracking Phenomena in Welds" mostram que trincas longitudinais a quente em particular representam um local de iniciação para trincas de corrosão sob tensão subsequentes. Por outro lado, trincas perpendiculares ao limite parecem não influenciar tanto esse tipo de corrosão.
- Fadiga por Corrosão: A fadiga por corrosão é um tipo de falha causada pela ação combinada de tensões alternadas ou cíclicas e um ambiente corrosivo. À medida que o metal passa por ciclos de tensão alternados, o filme passivo se decompõe, causando crescimento acelerado da corrosão.
A presença de mecanismos simultâneos de trinca, como brevidade a quente, pode contribuir para a taxa geral de crescimento de trincas por fadiga.
- Corrosão em frestas: A corrosão em frestas é um tipo altamente localizado de corrosão que ocorre dentro ou próximo a uma lacuna ou rachadura em uma superfície metálica. O resto do metal, no entanto, permanece sem corrosão. As trincas resultantes da falta de calor criam as condições ideais para a ocorrência de corrosão em fresta.
Conforme a água (o eletrólito) entra na rachadura, ela pode acumular. Em outras palavras, a lacuna é grande o suficiente para a entrada de água, mas muito pequena para ela sair (este é um dos componentes críticos para a corrosão em fresta). Como não há movimento significativo de fluido para fora da trinca, a difusão de oxigênio é restrita na trinca. Uma série de reações químicas complexas ocorre então onde o fluido preso na rachadura se torna ácido e começa a quebrar a camada passiva. Com o substrato desprotegido, a corrosão pode se espalhar livremente nas áreas rachadas.
Como evitar a falta de calor
A chave para evitar a falta de calor é entender os mecanismos que causam o aparecimento de rachaduras. Algumas das soluções para ajudar a prevenir rachaduras quentes são:
- Seleção adequada de material – A seleção de aços com baixo teor residual de fósforo ou enxofre pode ajudar a minimizar as chances de impurezas nos contornos de grão.
- Reduzir o calor durante a soldagem – Reduzir a quantidade de calor durante a soldagem reduz a quantidade de tempo para ocorrer a segregação nos contornos de grão.
- Reduza a contaminação da poça de fusão – Elementos como enxofre e cobre tornam a composição da solda propensa a rachaduras, pois os compostos de baixo ponto de fusão ficam presos na solda final. Essas impurezas podem ser removidas da poça de fusão garantindo que a junta soldada esteja livre de óleo e graxa e assegurando a limpeza dos consumíveis de soldagem.
- Use um metal de adição apropriado: O metal de adição de soldagem contendo manganês se combina com impurezas de enxofre no contorno do grão para formar sulfeto de manganês. O sulfeto de manganês tem um ponto de fusão muito maior do que o sulfeto de ferro e é mais resistente a rachaduras.
Conclusão
A relação entre brevidade a quente e corrosão reside nas fraquezas que se formam quando se desenvolvem trincas a quente. As trincas criam um ambiente propício a tipos específicos de corrosão localizada.
Prestar muita atenção à composição do metal de enchimento e de base e às temperaturas de soldagem pode ajudar muito a evitar trincas a quente e a eliminar os tipos de corrosão que elas podem causar.