Canto de consumíveis: Resolvendo problemas de trincas de solda com cromo 4150

P: Atualmente fabricamos um produto que compreende um tubo de aço 4150 com 30 pol. de diâmetro e 2 pol. de espessura, soldado a uma chapa de aço 1018 com 3 pol. de espessura. O tubo tem 3/8 pol. chanfro e nós o unimos usando uma solda de passagem tripla. Recentemente, mudamos de um metal de adição ER80 contendo 1 por cento de níquel para um metal de adição ER70S-6. Agora estamos experimentando trincas de solda que correm adjacentes aos dedos da solda no lado 4150 e, às vezes, no metal de solda. Usamos um pré-aquecimento de 400 graus F. Você tem alguma sugestão sobre como podemos eliminar as rachaduras?

R: Este problema não é incomum ao soldar em cromo-molibdênio (CrMo) ou aços de alta resistência e baixa liga. Primeiro você deve entender as propriedades do material.

O aço AISI/SAE 1018 se enquadra no tipo de baixo teor de carbono (0,05 a 0,3 por cento de carbono) e tem uma faixa de carbono de 0,14 a 0,2 por cento. Tem uma resistência mínima de escoamento (YS) de 53.700 PSI e uma resistência à tração final (UTS) de 63.800 PSI. Como o teor de carbono é relativamente baixo e não há outros elementos de liga significativos que possam aumentar drasticamente a equivalência de carbono, não há muito mais a considerar durante a soldagem. Embora, devido à espessura de sua aplicação, recomendamos algum pré-aquecimento de solda.

AISI/SAE 4150 é considerado um aço ligado CrMo da série 41XX. Vários graus têm composições de liga ligeiramente diferentes e são identificados pelos dois últimos números do designador SAE, que representa o teor de carbono. Também é considerado um grau de aço de médio carbono (0,3 a 0,8 por cento de carbono) com 0,48 a 0,53 por cento de carbono, daí o "50" no nome. As propriedades mecânicas são maiores em comparação com o aço 1018. O aço 4150 tem um YS mínimo de 55.100 PSI e um UTS de 106.000 PSI na condição recozida. Devido ao elevado teor de carbono com a adição de ligas e uma equivalência de carbono calculada de aproximadamente 0,88, o pré-aquecimento antes de qualquer soldagem é necessário, juntamente com considerações após a soldagem.

Em relação à sua inscrição, três coisas a tornam mais desafiadora. Primeiro, a espessura considerável do material equivale a taxas de resfriamento rápidas. Em segundo lugar, um aço ligado de alta resistência normalmente tem uma microestrutura que é suscetível à formação de martensita e rachaduras potencialmente induzidas por hidrogênio. Em terceiro lugar, uma estrutura de solda tubo-placa é considerada uma configuração de junta soldada altamente restrita.

Você afirmou que estava usando anteriormente um produto ER80 que continha 1% de níquel e nunca experimentou rachaduras. Dependendo dos parâmetros de solda, entrada de calor e tamanho da solda, o teor de níquel pode ser responsável pela resistência à trinca pós-soldagem. Mudar para o eletrodo ER70S-6 não deveria ter causado nenhum problema, já que a placa 1018 é o material governante para considerações de correspondência de metal de adição. Lembre-se, a regra geral é combinar com o material de menor resistência.

Faltam algumas variáveis ​​que podem nos ajudar a analisar o problema, como a condição do material de base (ou seja, recozido ou normalizado), tipo de gás de proteção, tipo ou processo de eletrodo de soldagem, tamanho do cordão de solda, técnica e todos os parâmetros de solda relacionados. Além disso, qual procedimento pós-soldagem você seguiu?

Com a alta equivalência de carbono do material 4150 e a espessura de 2 pol., recomendamos que você aplique um pré-aquecimento mínimo de 600 graus F antes de qualquer atividade de soldagem, incluindo soldagem de ponto. Freqüentemente, as pessoas pulam o pré-aquecimento antes da soldagem de ponto e ajuste. A soldagem provisória ainda é considerada soldagem e, com a temperatura extrema do arco de soldagem e o material de base frio, a solda provisória esfria incrivelmente rápido junto com a zona afetada pelo calor (HAZ), resultando em pequenas rachaduras no material suscetível. Uma vez formada uma trinca, não há nada que a impeça de se propagar e causar uma falha.

Antes da montagem, aplique um pré-aquecimento de imersão uniforme e completo. Solde os componentes no lugar, mantendo o pré-aquecimento mínimo. Solde a junta completamente antes que o resfriamento seja permitido, usando cordões de solda equivalentes a ¼ a 5/16 pol. filé. Certifique-se de que as soldas sejam contínuas ao redor do tubo, se possível, ou solde seções opostas para equilibrar as tensões de contração da solda.