Soldabilidade de Aços Inoxidáveis

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Metalurgia da Soldagem
Universidade Federal Fluminense
Engenharia Metalúrgica
Data: Junho/2009
Alunos:
Bruno Vieira Lopes
Celso Luiz Moraes Alves
Emanoel do Nascimento Ferreira Junior
Verona Biancardi Oliveira
Soldabilidade de Aços Inoxidáveis
Roteiro
1. Introdução
2. Classificação e Tipos de Aços Inoxidáveis
3. Aços Inoxidáveis Ferríticos
4. Aços Inoxidáveis Austeníticos
5. Aços Inoxidáveis Martensíticos
6. Aplicações dos Aços Inoxidáveis Ferríticos, Austeníticos e
Martensíticos
7. Aços Inoxidáveis PH (Precipitation-Hardening)
8. Aços Inoxidáveis Duplex
9. Soldabilidade Aços Inoxidáveis
10. Processos de Soldagem
11. Recomendações na Soldagem de Aços Inox
12. Principais defeitos de Ocorrência na Soldagem de Aços Inoxidáveis
13. Conclusão
Aços Inoxidáveis 
Aços inoxidáveis são ligas a base de ferro contendo aproximadamente 
10,5%Cr. Poucos aços inoxidáveis contem mais que 30%Cr ou 
menos que 50%Fe. 
Características Inoxidáveis:
• Invisível e aderente filme superficial rico em óxido de cromo. 
• Ni, Mo, Cu, Ti, Al Si, Nb, N, S e Se, são adicionados para 
melhorar determinadas características desejadas nas ligas. 
• Carbono de 0,03% podendo chegar a 1,0% em aços inoxidáveis 
martensíticos. 
É aplicado quando requer-se:
- Aparência;
- Resistência à corrosão;
- Resistência a oxidação;
- Propriedades mecânicas.
Aplicações dos Aços inoxidáveis
Classificação e Tipos de Aços Inox
São classificados em cinco grupos, respeitando:
• Microestrutura;
• Composição Química;
Tipos:
• Aços inoxidáveis ferríticos;
• Aços inoxidáveis austeníticos;
• Aços inoxidáveis martensíticos;
• Aços inoxidáveis duplex (ferrítico-austenítico);
• Aços inoxidáveis PH (Precipitation-Hardening).
Aços Inoxidáveis Ferríticos
•Essencialmente Ligas binárias ferro-cromo, contendo cerca de 12 a 30% Cr;
•Denominados ferríticos, porque a sua estrutura mantém-se essencialmente ferrítica
(CCC), após os tratamentos térmicos normais;
•Não podem ser endurecidos por tratamentos térmicos e, portanto, são utilizados
basicamente em condições de recozido;
•Por resfriamento desde temperaturas elevadas obtêm-se soluções sólidas de cromo
no ferro- α .
•São relativamente baratos, não contêm níquel.
•São usados principalmente como materiais gerais de construção, em que se requer
boa resistência à corrosão e ao calor.
Microestrutura 
Aço Inoxidávei Ferrítico
Aços Inoxidáveis Austeníticos
• Ligas ternárias ferro-cromo-níquel, contendo cerca de 16 a 25% Cr e 7 a 20% Ni.
•Presença de níquel, que tem uma estrutura cristalina CFC, permite que a estrutura
CFC se mantenha a temperatura ambiente, conferindo elevada capacidade de
deformação.
• Não podem ser endurecidos por tratamento térmico mas sua resistência a tração e
dureza podem ser aumentadas por encruamento.
• Possuem melhor resistência a corrosão do que os aços ferríticos e martensíticos.
• Tornam-se suscetíveis de corrosão intergranular quando soldadas ou resfriadas
lentamente, a partir de temperaturas elevadas, no intervalo de 870 a 600 ºC.
• São dúcteis e apresentam excelente soldadibilidade.
Microestrutura 
Aço Inoxidável Austenítico
Aços Inoxidáveis Martensíticos
• Essencialmente ligas Fe-Cr, contendo 12 a 17% de cromo, com carbono suficiente
elevado (0,15 a 1,0%);
• Designam-se martensíticas, porque tem a capacidade de desenvolver uma estrutura
martensítica;
• Composição é ajustada para otimizar a resistência mecânica e a dureza, a resistência
a corrosão é relativamente baixa quando comparada aos outros aços inox.
Microestrutura 
Aços Inoxidáveis Martensíticos
Aplicações dos Aços inoxidáveis
Ferríticos, Austeníticos e Martensíticos
Aços Inoxidáveis PH (Precipitation-Hardening) 
• Também conhecidos como aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação têm sua
dureza, limite de escoamento e limite de resistência aumentado por tratamento de
envelhecimento.
• São aços de alta resistência, fáceis de deformar, com ótima resistência à corrosão e
soldáveis;
• São processados mecanicamente no estado solubilizado e posteriormente feito o
tratamento de envelhecimento;
• Os aços PH têm boa ductilidade e tenacidade;
•São utilizados em peças de válvulas do ramo petrolífero, equipamento de processo
químico, eixos da bomba, componentes de reatores nucleares, engrenagens,
equipamento do moinho, peças de motor de aeronaves, etc.
Aços inoxidáveis Duplex (ferrítico-austenítico) 
• É composto pela combinação de dois tipos de microestrutura: Ferrítica e
austenítica;
• Combinação de elevadas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão;
• Possui resistência à corrosão em meios agressivos devido à sua habilidade em
se passivar;
• Devido ao refino de grão obtido pela estrutura austenítica-ferrítica e ao
endurecimento por solução sólida, apresentam resistência mecânica superior aos
aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos;
• Aplicado principalmente no ramo da indústria petroquímica, papel e celulose,
siderúrgicas, alimentícias e de geração de energia.
Microestrutura 
Aços Inoxidáveis Duplex(Ferrítico-Austenítico)
Soldabilidade dos Aços Inoxidáveis
• A soldabilidade de qualquer material indica a capacidade desse material em ser
soldado mantendo suas propriedades físicas, químicas e metalúrgicas similares
ao metal base.
• A soldabilidade envolve tanto a questão operacional envolvendo as
particularidades de um processo de soldagem, quanto aspectos relacionados com
a habilidade do soldador ou do operador até o controle correto de todas as etapas
envolvidas no processo de fabricação.
Soldabilidade dos Aços Inox
Soldabilidade dos Aços Inox Ferríticos 
• Os aços inoxidáveis ferríticos são considerados materiais de baixa
soldabilidade;
• Sua solda é caracterizada por ductilidade e tenacidade baixas, além da
sensibilidade à corrosão intergranular;
• Trincas de solidificação também podem ocorrer na zona fundida;
• A fragilização da solda é mais intensa para aços com maiores teores de
cromo e intersticiais;
Soldabilidade dos Aços Inox Austeníticos 
• Como não se fragiliza apresenta baixo limite de escoamento.
• Nível de tensões residuais de soldagem costuma ser baixo e o risco de trincamento
é muito menor.
• Durante posterior serviço (com tensões externas atuantes) o material como soldado
vai se deformando e aliviando a tensão interna, de forma que na “maioria” das
aplicações os aços austeníticos não necessitam de tratamento térmico de alívio de
tensões.
• Aços de "alta liga“  alívio somente ocorre em temperaturas muito elevadas,
quando é necessário realizar o alívio, utiliza-se à temperatura de solubilização do
material.
Soldabilidade dos Aços Inox Austeníticos 
• Quando soldados com material similar (consumível austenítico) são muito
susceptíveis ao trincamento a quente, que ocorre devido à baixa solubilidade das
impurezas na estrutura austenítica.
• Impurezas permanecem em contornos de grão e apresentam ponto de fusão mais
baixo, criando um filme líquido que se abre facilmente.
• Para minimizar as trincas solda-se com consumível austeno-ferrítico, onde a
estrutura bifásica diminui a concentração de impurezas e diminui o risco de
trincamento.
• Os aços austeníticos não são susceptíveis ao trincamento a frio pois dissolvem o
hidrogênio e não endurecem no resfriamento.
Soldabilidade dos Aços Inox Austeníticos 
Estrutura austeno-ferrítica diminuindo a 
susceptibilidade ao trincamento a quente 
Soldabilidade dos Aços Inox Martensíticos
• A estrutura martensítica induz tensões que causam o trincamento;
• Pior Aço Inox para soldagem devido ao elevado teor de carbono;
• Cuidados que são comuns a todos os aços martensíticos, que são:
• evitar soldar um material que já sofreu serviço(em manutenção) sem antes aliviar
as tensões;
• não soldar estes materiais com chuva ou com consumíveis úmidos, pois um dos
problemas dos martensíticos é a trinca a frio;
• evitar a soldagem com processos/procedimentos de aporte de calor muito elevado,pois as juntas soldadas podem sofrer uma perda de resistência mecânica
(amaciamento) devido ao calor excessivo;
•determinar a temperatura de pré-aquecimento em função do tipo de aço, evitando
que na transformação ocorra com alto tensionamento de contração da peça, o que
levaria a trincas.
Processos para Soldagem de Aço Inox
• Soldagem a arco gasoso com tungstênio (TIG)
• Soldagem a arco de plasma
• Soldagem a arco com eletrodo revestido
• Soldagem a arco gasoso com arame continuo (MIG/ MAG)
• Soldagem a arco com eletrodo Revestido
• Solda de arco submerso
• Soldagem por resistência elétrica (SRE)
• Soldagem a laser
Comparação Eletrodos para 
Soldagem Inox - Carbono
Tabela de Secagem de Eletrodos
Parâmetros de Soldagem
Regras gerais e Recomendações na 
Soldagem dos Aços Inox
• O aporte térmico deve ser o mais baixo possível, principalmente em caso de aços
inoxidáveis que não apresentem teores de carbono extra-baixos;
• Um baixo aporte térmico minimiza o risco de baixa resistência à corrosão na zona
termicamente afetada e também a distorção causada pelas tensões de contração. Um
aporte térmico excessivo causará uma distorção maior no aço inoxidável do que no
aço de baixo carbono;
• Soldar aços inoxidáveis de grande espessura com eletrodos sintéticos Melhora
Resist. Corrosão  fornecem um aporte térmico menor ao metal de base do que
eletrodos com alma ligada.
• Por isso, menos passes são necessários com os eletrodos sintéticos  as distorções
de contração são menores do que ao soldar com eletrodos de alma ligada;
• Utilizar apenas escovas e picadeiras de aço inox.
• Grandes poças de fusão devem ser evitadas Levam à formação de trincas de
solidificação no metal de solda;
• O esmerilhamento durante a contra-solda deve ser realizado com muito cuidado
porque um pequeno superaquecimento da superfície pode facilmente causar trincas
de esmerilhamento;
• As superfícies goivadas devem ser esmerilhadas para livrar o metal da borra
resultante da goivagem, que pode causar baixa qualidade da solda.
• Usar material de adição com composição química o mais próximo possível do
material a ser soldado;
• As juntas devem ser limpas, por processo de escovamento, esmerilhamento,
decapagem química (Álccol isopropílico ou acetona).
Regras gerais e Recomendações na 
Soldagem dos Aços Inox
Tratamentos Pós Soldagem
• A superfície da chapa adjacente à solda normalmente se oxida em
uma largura de aproximadamente 5 mm. Por sua vez, o óxido reduz a
resistência à corrosão do material, porém não traz grandes prejuízos
para seu uso em ambientes agressivos, onde a corrosão pára após uma
fina camada superficial ser atacada e formar um filme oriundo do
processo de passivação do metal.
• O pós-tratamento é necessário quando a resistência à corrosão nas
áreas adjacentes à junta tem que ser a máxima possível. Este
tratamento pode ser de limpeza mecânica ou química ou uma
combinação de ambas.
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
• Sensitização
• Trincas a Frio Induzidas pelo Hidrogênio
• Crescimento de Grão
• Trincas a Quente
Abordagem
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
•Sensitização
• Caracterizada por um ataque localizado de contornos de grão.
• Locais apresentam regiões adjacentes empobrecidas em cromo devido a
precipitação de fases tais como os carbonetos de cromo.
• Ocorre quando o teor de cromo desta região fca abaixo de 11%, elas serão
corroídas preferencialmente.
• Ocorre quando o material fica exposto na faixa de temperatura de 600 a
900°C. Nesta condição, a precipitação de carbonetos é bastante favorecida,
produzindo a região sensitizada.
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
•Sensitização
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
•Sensitização
Como evitar?
-Utilizar um aço inox com teor mais baixo de carbono;
-Utilizar elementos que possuam uma afinidade maior com o carbono que
o cromo (aços inoxidáveis estabilizados ao titânio e ao nióbio);
- Fazer tratamento de solubilização dos carbonetos, após a soldagem.
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
• Fragilização Por Hidrogênio - TFIH
• Acontece a temperaturas próximas da ambiente, sendo mais comumente
observada na ZTA.
• O hidrogênio é introduzido na poça de fusão através da umidade ou do
hidrogênio contidos nos compostos dos fluxos, nas superfícies dos eletrodos,
arames ou do metal de base, em que a poça de fusão e o cordão de solda já
solidificado tornam-se um reservatório de H2 dissolvido.
• O hidrogênio se difunde do cordão de solda para as regiões adjacentes da ZTA
que foram reaquecidas suficientemente para formar austenita. À medida que a
solda se resfria a austenita se transforma e dificulta a difusão posterior do
hidrogênio. O hidrogênio retido nessa região adjacente ao cordão de solda pode
causar fissuração.
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
•Trincas a Frio Induzidas pelo Hidrogênio
TFIH em uma ZTA numa junta em ângulo feita com eletrodo rutílico.
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
• Fragilização Por Hidrogênio – TFIH
Como evitar?
- A única forma de garantir o não aparecimento da trinca a frio é a
TPA – Temperatura de Pré-Aquecimento, pois está dita a Taxa de
Resfriamento, definindo a microestrutura e favorece a remoção do H2
por difusão.
Defeitos de Soldagem dos Aços Inox
Aços inoxidáveis comparados com aços de baixo carbono possuem
menor soldabilidade, em função dos teores de elementos de ligas mais
elevados e da microestrutura que os constituí. Porém, alterando os parâmetros
de soldagem como por exemplo reduzir a energia de soldagem, gerando
menor quantidade de calor adicionado, utilizando materiais e consumíveis com
baixo teor de impurezas, geometria de juntas de forma que reduzam as
tensões induzidas e técnicas que reduzam a velocidade de resfriamento da
junta, possibilitam a soldagem de praticamente qualquer tipo de aço
inoxidável, utilizando o processo de soldagem que mais se adapte ao tipo de
junta e espessura que necessita o projeto.
Conclusão