O que são linhas de ligação ERW?

Um dispositivo de difração de raios-X é útil para analisar e medir a estrutura dos materiais em soldas ao redor do tubo.

Ao cortar seções de solda representativas na soldagem por resistência elétrica (ERW) (também conhecida como soldagem por resistência de alta frequência), os engenheiros podem encontrar uma linha no centro da solda que varia em forma, largura, orientação e tonalidade, dependendo o tipo de aço e a técnica de corrosão utilizada (ver Figura 1).

Pesquisadores da Thermatool Corp. descobriram que esta linha de ligação exibe maior dureza do que a solda circundante no material SAE 4130 porque compreende uma mistura de ferrita, bainita e martensita não revenida. Normalmente, essa maior dureza na linha de união pode estar associada à perda de tenacidade na solda e pode ser melhorada por um tratamento térmico pós-soldagem de recozimento, de acordo com estudos de Battelle. Em outros casos, a linha de ligação pode ser mais macia do que a solda circundante, especialmente em aços de baixo teor de carbono, como SAE 1010, bem como soldas ERW de aço inoxidável.

Como a linha de ligação representa uma falta de homogeneidade na microestrutura, suspeitou-se de causar falhas de solda, especialmente porque verdadeiras descontinuidades, como inclusões de óxido, podem ficar presas no mesmo local na linha central da solda.

Determinar o que realmente são as linhas de ligação e quão perigosas elas podem ser para a integridade das soldas vale a pena um olhar mais profundo na pesquisa.

Compreender as linhas de solda ERW requer alguma discussão sobre o próprio processo - uma técnica de união de estado sólido na qual o aquecimento joule (resistivo) é usado para produzir uma ligação metalúrgica.

Durante o estágio final de forjamento do processo, quaisquer partículas não metálicas e inclusões são ejetadas da interface juntamente com o metal plastificado. Esse excesso de metal no diâmetro externo e às vezes no diâmetro interno pode ser removido por escarificação logo após a soldagem. O processo ERW é usado principalmente em aplicações automatizadas contínuas de soldas de costura longitudinal para produtos tubulares. Um esquema do processo de soldagem por indução é mostrado na Figura 2a, na soldagem contínua de um produto tubular. A Figura 2b mostra a soldagem de contato de alta frequência (HF), na qual a corrente é transferida para a junta usando contatos deslizantes.

Em essência, o processo ERW é classificado como uma variante da soldagem por resistência, porque o aquecimento joule (resistivo) de uma seção transversal muito pequena das arestas a serem unidas fornece a fonte de calor para a soldagem.

As principais variáveis ​​do processo ERW incluem potência, frequência, velocidade de soldagem, ângulo V, posição do impedidor, pressão do rolo de soldagem e a quantidade de recalque total durante o forjamento, de acordo com estudos da LeTourneau University. Observe que as arestas não devem derreter durante o processo e que, às vezes, pode ocorrer instabilidade do processo e formação de arcos entre as arestas adjacentes. Quaisquer produtos de fusão localizados devem ser ejetados na rebarba para que a solda final permaneça uma junta de estado sólido.

É importante observar que usar o efeito de pele – a capacidade de correntes de alta frequência fluirem na superfície de um condutor – é muito importante para a eficiência do aquecimento nas bordas a serem unidas. À medida que a frequência aumenta, a profundidade da pele condutora de eletricidade diminui à medida que a resistência aumenta para a mesma corrente de soldagem, produzindo temperaturas mais altas. Normalmente, são utilizadas frequências de 100 a 900 kHz, sendo a mais comum de 100 a 300 kHz para soldagem de tubos de aço.

O segundo efeito importante em ERW é o efeito de proximidade, que se relaciona com a concentração de corrente entre dois condutores paralelos em função da distância entre eles. Em uma folga ou proximidade ideal entre as duas arestas do aço mostradas na Figura 2b, a geração de calor é otimizada em um ângulo V pequeno (possivelmente de 2 a 4 graus).

FIGURA 1. Esta seção transversal através de uma solda ERW de produção mostra uma linha de ligação típica (linha amarela) e uma zona processada termomecanicamente (TMPZ) (linha azul). A solda ERW foi feita em aço SAE 4130 com espessura de parede de 9,5 mm e ataque Nital.