Estudo de trincas em soldagem por feixe de elétrons em aço inoxidável AISI 304L

Abstract

O estudo de trincas em componentes submetidos ao processo de soldagem recebe ampla atenção de pesquisadores do mundo, em diferentes áreas de atuação e aplicação. Nos setores nuclear e aeroespacial, estes estudos se tornam mais intensos, por necessitar de montagens e uniões de componentes que garantam a integridade física dos sistemas, sem descontinuidades que possam vir a causar a falha do conjunto. Na soldagem por feixe de elétrons (EBW), o controle refinado dos parâmetros da máquina de soldagem permite uma melhor compreensão dos efeitos da soldagem nos materiais envolvidos. Durante a soldagem por EBW, o feixe de elétrons fornece uma energia concentrada que permite a fusão da junção entre os componentes e resulta em alta relação entre a penetração e a largura do cordão de solda. Este tipo de geometria do cordão é conhecido como keyhole, resultando em uma zona termicamente afetada de menor alcance que outros processos. O processo EBW é estudado na soldagem de aços inoxidáveis em razão da sua importância na fabricação de diversos componentes usados nas áreas aeroespacial e nuclear. O aço AISI 304L é um aço inoxidável austenítico muito usado nessas áreas por possuir boa resistência à corrosão, alta resistência mecânica e baixa suscetibilidade a precipitação de carbono durante a soldagem. Neste trabalho foi realizado o estudo para compreender as causas do surgimento de trincas no material de base (MB) de aço AISI 304L após soldagem por EBW. Na tentativa de avaliar propriedades da junta e entender as causas da formação destas trincas, foram realizados os ensaios de: avaliação da geometria do cordão da solda em função dos parâmetros de soldagem, medidas de tensão residual da junta soldada, composição química do MB, ensaios de tração e de dobramento e análise da microestrutura dos componentes soldados. Foi proposto neste trabalho um índice geral de trinca (igT) que tem como objetivo permitir a comparação entre a criticidade das trincas em função dos parâmetros de soldagem. Os testes foram realizados no aço AISI 304L, em componentes de espessura 6,6 mm (parte A) e 10,0 mm (parte B). Os parâmetros de soldagem utilizados foram: tensão de aceleração U = 60 kV, intervalo da corrente do feixe I = 34 - 43 mA, velocidade de soldagem v = 480 mm/min, vácuo p < 10-4 mbar, largura da deflexão do feixe d = 1,2 mm e frequência da deflexão do feixe f = 400 / 600 Hz. A geometria da junta soldada foi medida usando microscópio óptico para registrar a penetração da solda, largura da raiz, altura do reforço e largura do cordão. Foi observada uma relação linear entre a corrente do feixe e a penetração do cordão de soldagem. Em relação ao estudo das trincas, primeiramente foram realizadas caracterizações das amostras envolvendo: origem e fim da trinca, caminho percorrido na propagação, qual zona se encontra, dimensões da trinca e as espécies metálicas envolvidas. Em uma segunda etapa foi realizada a classificação do tipo da trinca encontrada neste trabalho em relação às trincas em soldagem já conhecidas e relatadas pela literatura. A terceira etapa foi tentar descobrir a causa principal que ocasionou a nucleação e a propagação da trinca e, por fim, propor solução e melhorias para eliminar o surgimento da trinca para que o componente possa ser utilizado com segurança. Por meio de análises por EDX, foi possível identificar a presença dos elementos cobre e zinco, com aproximadamente 8,1% e 2,1%, respectivamente, na superfície do material após o processo de WEDM e antes do processo de soldagem. Identificou-se que a penetração intergranular, em regiões da superfície, explicado pelo mecanismo de fragilização por metal líquido, foi a causa primária da formação de trincas no processo estudado. Neste estudo ficou evidenciado que a formação das trincas está diretamente relacionada com a contaminação de outros metais, tais como, cobre e o zinco na superfície dos componentes antes da soldagem.