A soldagem de aço inoxidável requer a seleção de gás de proteção para manter sua composição metalúrgica e propriedades físicas e mecânicas associadas. Os elementos comuns de gás de proteção para aço inoxidável incluem argônio, hélio, oxigênio, dióxido de carbono, nitrogênio e hidrogênio (veja a Figura 1). Esses gases são combinados em diferentes proporções para atender às necessidades de diferentes modos de entrega, tipos de arame, ligas de base, perfil de cordão desejado e velocidade de deslocamento.
Devido à baixa condutividade térmica do aço inoxidável e à natureza relativamente "fria" da soldagem a arco metálico com gás de transferência de curto-circuito (GMAW), o processo requer um gás "tri-mix" consistindo de 85% a 90% de hélio (He), até 10% de argônio (Ar) e 2% a 5% de dióxido de carbono (CO2). Uma mistura triblend comum contém 90% de He, 7-1/2% de Ar e 2-1/2% de CO2. O alto potencial de ionização do hélio promove a formação de arco após um curto-circuito; juntamente com sua alta condutividade térmica, o uso de He aumenta a fluidez da poça de fusão. O componente Ar do Trimix fornece blindagem geral da poça de solda, enquanto o CO2 atua como um componente reativo para estabilizar o arco (veja a Figura 2 para saber como diferentes gases de proteção afetam o perfil do cordão de solda).
Algumas misturas ternárias podem usar oxigênio como estabilizador, enquanto outras usam uma mistura de He/CO2/N2 para obter o mesmo efeito. Alguns distribuidores de gás têm misturas de gás patenteadas que oferecem os benefícios prometidos. Os revendedores também recomendam essas misturas para outros modos de transmissão com o mesmo efeito.
O maior erro que os fabricantes cometem é tentar causar um curto-circuito no aço inoxidável GMAW com a mesma mistura de gás (75 Ar/25 CO2) do aço carbono, geralmente porque não querem gerenciar um cilindro extra. Essa mistura contém muito carbono. Na verdade, qualquer gás de proteção usado para arame sólido deve conter no máximo 5% de dióxido de carbono. Usar quantidades maiores resulta em uma metalurgia que não é mais considerada uma liga de grau L (o grau L tem um teor de carbono abaixo de 0,03%). O excesso de carbono no gás de proteção pode formar carbonetos de cromo, que reduzem a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas. A fuligem também pode aparecer na superfície da solda.
Como observação lateral, ao selecionar metais para curto-circuito GMAW para as ligas de base da série 300 (308, 309, 316, 347), os fabricantes devem selecionar o grau LSi. Os enchimentos LSi têm baixo teor de carbono (0,02%) e, portanto, são especialmente recomendados quando há risco de corrosão intergranular. Um maior teor de silício melhora as propriedades da solda, como a umectação, para ajudar a achatar a coroa da solda e promover a fusão na ponta.
Os fabricantes devem ter cautela ao usar processos de transferência de curto-circuito. A fusão incompleta pode ocorrer devido à extinção do arco, tornando o processo abaixo da média para aplicações críticas. Em situações de alto volume, se o material puder suportar sua entrada de calor (≥ 1/16 polegada é aproximadamente o material mais fino soldado usando o modo de pulverização por pulso), uma transferência por pulverização por pulso será uma escolha melhor. Quando a espessura do material e o local da solda permitirem, a transferência por pulverização GMAW é preferível, pois proporciona uma fusão mais consistente.
Esses modos de alta transferência de calor não exigem gás de proteção He. Para soldagem por transferência por pulverização de ligas da série 300, uma escolha comum é 98% Ar e 2% de elementos reativos, como CO2 ou O2. Algumas misturas de gases também podem conter pequenas quantidades de N2. O N2 tem maior potencial de ionização e condutividade térmica, o que promove a umectação e permite deslocamento mais rápido ou melhor permeabilidade; ele também reduz a distorção.
Para transferência por spray pulsado GMAW, 100% Ar pode ser uma escolha aceitável. Como a corrente pulsada estabiliza o arco, o gás nem sempre requer elementos ativos.
A poça de fusão é mais lenta para aços inoxidáveis ​​ferríticos e aços inoxidáveis ​​duplex (razão 50/50 de ferrita para austenita). Para essas ligas, uma mistura de gases como ~70% Ar/~30% He/2% CO2 promoverá melhor molhagem e aumentará a velocidade de soldagem (ver Figura 3). Misturas semelhantes podem ser usadas para soldar ligas de níquel, mas causarão a formação de óxidos de níquel na superfície da solda (por exemplo, adicionar 2% de CO2 ou O2 é suficiente para aumentar o teor de óxido, portanto, os fabricantes devem evitá-los ou estar preparados para gastar muito tempo com eles). Abrasivos porque esses óxidos são tão duros que uma escova de aço geralmente não os remove).
Os fabricantes usam arames de aço inoxidável com núcleo de fluxo para soldagem fora do local porque o sistema de escória nesses arames fornece uma "prateleira" que suporta a poça de solda conforme ela se solidifica. Como a composição do fluxo atenua os efeitos do CO2, o arame de aço inoxidável com núcleo de fluxo é projetado para uso com misturas de gás de 75% Ar/25% CO2 e/ou 100% CO2. Embora o arame com núcleo de fluxo possa custar mais por libra, vale a pena notar que maiores velocidades de soldagem em todas as posições e taxas de deposição podem reduzir os custos gerais de soldagem. Além disso, o arame com núcleo de fluxo usa uma saída CC de tensão constante convencional, tornando o sistema básico de soldagem menos custoso e menos complexo do que os sistemas GMAW pulsados.
Para ligas das séries 300 e 400, 100% Ar continua sendo a escolha padrão para soldagem a arco de tungstênio com gás (GTAW). Durante a soldagem a arco de tungstênio com gás (GTAW) de algumas ligas de níquel, especialmente em processos mecanizados, pequenas quantidades de hidrogênio (até 5%) podem ser adicionadas para aumentar a velocidade de deslocamento (observe que, diferentemente dos aços carbono, as ligas de níquel não são propensas a rachaduras por hidrogênio).
Para soldagem de aços inoxidáveis ​​superduplex e superduplex, 98% Ar/2% N2 e 98% Ar/3% N2 são boas escolhas, respectivamente. Hélio também pode ser adicionado para melhorar a molhabilidade em cerca de 30%. Ao soldar aços inoxidáveis ​​super duplex ou super duplex, o objetivo é produzir uma junta com uma microestrutura balanceada de aproximadamente 50% de ferrita e 50% de austenita. Como a formação da microestrutura depende da taxa de resfriamento e como a poça de solda TIG esfria rapidamente, o excesso de ferrita permanece quando 100% Ar é usado. Quando uma mistura de gases contendo N2 é usada, o N2 se mistura à poça de fusão e promove a formação de austenita.
O aço inoxidável precisa proteger ambos os lados da junta para produzir uma solda acabada com máxima resistência à corrosão. Deixar de proteger a parte traseira pode resultar em "sacarificação" ou oxidação extensa que pode levar à falha da solda.
Conexões de topo apertadas com encaixe excelente e consistente ou contenção apertada na parte traseira da conexão podem não exigir gás de suporte. Aqui, a questão principal é evitar a descoloração excessiva da zona afetada pelo calor devido ao acúmulo de óxido, o que requer remoção mecânica. Tecnicamente, se a temperatura da parte traseira exceder 500 graus Fahrenheit, um gás de proteção será necessário. No entanto, uma abordagem mais conservadora é usar 300 graus Fahrenheit como limite. O ideal é que o suporte esteja abaixo de 30 PPM O2. A exceção é se a parte traseira da solda for goivada, retificada e soldada para obter uma solda de penetração total.
Os dois gases de suporte preferidos são N2 (mais barato) e Ar (mais caro). Para pequenas montagens ou quando fontes de Ar estão prontamente disponíveis, pode ser mais conveniente usar esse gás e não valer a pena a economia de N2. Até 5% de hidrogênio pode ser adicionado para reduzir a oxidação. Há uma variedade de opções comerciais disponíveis, mas suportes caseiros e barragens de purificação são comuns.
A adição de 10,5% ou mais de cromo é o que dá ao aço inoxidável suas propriedades inoxidáveis. Manter essas propriedades requer uma boa técnica na seleção do gás de proteção de soldagem correto e na proteção da parte traseira da junta. O aço inoxidável é caro, e há bons motivos para usá-lo. Não faz sentido tentar cortar custos quando se trata de gás de proteção ou escolher metais de enchimento para isso. Portanto, sempre faz sentido trabalhar com um distribuidor de gás experiente e especialista em metais de enchimento ao escolher um gás e metal de enchimento para soldagem de aço inoxidável.
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