É possível soldar 2205 a 316?

A questão de saber se é possível soldar aços inoxidáveis dissimilares, especificamente o aço inoxidável duplex de grau 2205 ao aço inoxidável austenítico de grau 316, é comum em fabricação e engenharia. A resposta curta é sim, é possível soldar 2205 a 316, mas requer uma consideração cuidadosa das diferentes propriedades dos materiais, dos desafios potenciais e da seleção de procedimentos e consumíveis de soldagem apropriados para garantir uma junta sólida e resistente à corrosão.

Compreender as diferenças fundamentais entre esses dois tipos de aço inoxidável é crucial antes de tentar tal solda. O grau 316 é um aço inoxidável austenítico com adição de molibdênio, conhecido por sua excelente resistência à corrosão, particularmente em ambientes contendo cloretos, e boa soldabilidade. Sua microestrutura consiste principalmente em austenita, uma estrutura cristalina cúbica de face centrada que contribui para sua ductilidade e conformabilidade.

O grau 2205, por outro lado, é um aço inoxidável duplex, o que significa que sua microestrutura é uma mistura de proporções aproximadamente iguais de austenita e ferrita (uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado). Essa estrutura de fase dupla dá ao 2205 uma vantagem significativa sobre o 316 em termos de resistência (aproximadamente o dobro do limite de escoamento), resistência à fissuração por corrosão sob tensão (SCC) e corrosão por pites e fendas, mantendo ainda boa soldabilidade, embora geralmente exigindo parâmetros de soldagem mais controlados do que os graus austeníticos.

Ao soldar metais dissimilares como 2205 e 316, as diferenças em suas composições químicas e propriedades físicas podem levar a vários problemas potenciais se não forem abordados adequadamente. Esses desafios giram principalmente em torno de:

1. Formação de Fases Intermetálicas Indesejáveis: Aços inoxidáveis duplex como o 2205 são suscetíveis à formação de fases intermetálicas frágeis, como a fase sigma, a fase chi e a fase Laves, se expostos a temperaturas elevadas por períodos prolongados, particularmente na faixa de temperatura de 650-950°C (1200-1740°F). Embora isso seja mais uma preocupação durante a soldagem de duplex para duplex, a entrada de calor durante a soldagem dissimilar ainda pode promover sua formação na zona afetada pelo calor (ZAC) do 2205, se não for cuidadosamente controlada.

2. Expansão Térmica Diferencial: 2205 e 316 têm coeficientes de expansão térmica ligeiramente diferentes. Durante a soldagem, a expansão e contração diferenciais podem induzir tensões residuais na solda, potencialmente levando à distorção, rachaduras ou redução da vida útil por fadiga, especialmente em seções mais espessas ou juntas restritas.

3. Teor de Ferrita no Metal de Solda: Atingir o equilíbrio correto de ferrita-austenita no metal de solda é crucial para resistência e resistência à corrosão ideais em aços inoxidáveis duplex. Ao soldar 2205 a 316 usando metais de adição austeníticos padrão, o depósito de solda resultante provavelmente terá uma estrutura predominantemente austenítica com um teor de ferrita menor do que o desejado para um desempenho ideal, potencialmente comprometendo a resistência e a resistência à SCC da junta, especialmente no lado 2205.

4. Resistência à Corrosão: Embora ambos os materiais ofereçam boa resistência à corrosão, seus mecanismos de resistência específicos e desempenho em certos ambientes diferem. O metal de solda e a ZAC de ambos os materiais devem manter resistência à corrosão adequada para evitar o ataque preferencial na ou perto da solda. A diluição do metal de solda com os materiais de base pode influenciar sua resistência à corrosão.

Para soldar com sucesso 2205 a 316, a seguinte consideração cuidadosa deve ser dada aos seguintes aspectos:

1. Seleção do Processo de Soldagem: Vários processos de soldagem podem ser usados, incluindo soldagem a arco com eletrodo de tungstênio a gás (GTAW ou TIG), soldagem a arco com metal a gás (GMAW ou MIG) e soldagem a arco com eletrodo revestido (SMAW ou soldagem com eletrodo). GTAW é frequentemente preferido para a passagem de raiz e seções mais finas devido ao seu controle preciso da entrada de calor. GMAW pode ser mais eficiente para seções mais espessas e passes de enchimento. As técnicas de corrente pulsada em GTAW e GMAW podem ajudar a reduzir a entrada de calor e melhorar o controle.

2. Seleção do Metal de Adição: A escolha do metal de adição é crítica. Recomenda-se o uso de um metal de adição especificamente projetado para soldar aços inoxidáveis duplex a aços inoxidáveis austeníticos ou para soldagem dissimilar de aços inoxidáveis. As escolhas comuns incluem:

• Metais de Adição de Aço Inoxidável Austenítico com Níquel e Molibdênio Aumentados: Metais de adição como ERNiCrMo-3 (Liga C-276) ou ERNiCrMo-13 (Liga 625) são frequentemente usados. Essas ligas à base de níquel oferecem alta resistência, excelente resistência à corrosão em uma ampla gama de ambientes e boa tolerância à diluição de ambos os materiais de base duplex e austenítico. Eles normalmente resultam em um depósito de solda totalmente austenítico.

• Metais de Adição de Aço Inoxidável Duplex com Superligação: Alguns metais de adição duplex, como aqueles com teor de níquel ligeiramente maior (por exemplo, ER2209 ou ER2594), também podem ser usados. Esses metais de adição visam obter uma microestrutura de ferrita-austenita mais equilibrada no depósito de solda, mesmo com diluição do material de base 316. No entanto, a consideração cuidadosa dos parâmetros de soldagem e da entrada de calor é crucial ao usar metais de adição duplex para evitar a formação excessiva de fase intermetálica na ZAC 2205.

A seleção específica do metal de adição deve ser baseada no ambiente de serviço, nos requisitos de propriedades mecânicas e na espessura dos materiais a serem unidos. Consultar os fabricantes de materiais de soldagem e os códigos e padrões de soldagem relevantes é altamente recomendado.

3. Especificação do Procedimento de Soldagem (EPS): Uma EPS bem definida é essencial. Ele deve incluir detalhes como:

• Controle da Entrada de Calor: Manter uma entrada de calor baixa a moderada é crucial para minimizar o risco de formação de fase intermetálica na ZAC 2205. As temperaturas entre passes devem ser estritamente controladas e mantidas abaixo de 150°C (300°F) na maioria dos casos.

• Técnica de Soldagem: As técnicas de cordão de solda são geralmente preferidas em vez de cordões de solda para minimizar a entrada de calor.

• Gás de Proteção: Para GTAW e GMAW, gases de proteção apropriados, como argônio ou misturas à base de argônio com hélio ou nitrogênio, devem ser usados para fornecer proteção adequada da poça de solda e promover características ideais do cordão de solda.

• Limpeza: A limpeza completa da junta de solda e do metal de adição é essencial para evitar a contaminação.

4. Tratamento Pós-Soldagem: O tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) geralmente não é recomendado para soldas dissimilares entre 2205 e 316, pois as faixas de temperatura ideais de PWHT para os dois materiais diferem significativamente e podem ser prejudiciais a um ou ambos os materiais. No entanto, em aplicações críticas específicas, um alívio de tensão em baixa temperatura pode ser considerado após uma avaliação cuidadosa. A passivação química da junta soldada após a soldagem pode ajudar a restaurar a resistência à corrosão da solda.

Em conclusão, a soldagem de aço inoxidável duplex 2205 a aço inoxidável austenítico 316 é um processo viável quando realizado com planejamento cuidadoso, seleção apropriada de metal de adição e procedimentos de soldagem controlados. O uso de metais de adição de liga à base de níquel como ERNiCrMo-3 ou ERNiCrMo-13 é uma abordagem comum e frequentemente confiável devido à sua excelente resistência à corrosão e capacidade de acomodar as diferenças nos materiais de base. No entanto, a compreensão dos desafios potenciais relacionados à formação de fase intermetálica, expansão térmica diferencial, teor de ferrita e resistência à corrosão é crucial para obter uma solda de alta qualidade e durável. Consultar engenheiros de soldagem experientes e aderir aos códigos e padrões de soldagem relevantes é fortemente aconselhado antes de realizar tais operações de soldagem dissimilar.