Tubo de craqueamento de petróleo ASTM A333M
novembro 7, 2024
Diferença entre liga Inconel 600 e liga Incoloy 800 Tubos de aço
novembro 20, 2024
Soldagem de tubo de aço de liga de níquel com manteiga e tubo de aço inoxidável: Um guia abrangente
prazo de entrega
Soldagem de metais diferentes, tais como tubos de aço de liga de níquel e tubos de aço inoxidável, é um requisito comum em indústrias como geração de energia, petróleo e gás, petroquímico, e energia nuclear. Esses metais são frequentemente unidos usando uma técnica chamada amanteigamento., que envolve a aplicação de uma camada de material de enchimento compatível a um dos metais de base antes da solda final ser feita. Este processo ajuda a mitigar problemas relacionados à soldagem de metais diferentes, como incompatibilidade de expansão térmica, corrosão, e rachaduras.
Neste guia completo, exploraremos o processo de soldagem de níquel tubo de aço de liga manteiga em tubos de aço inoxidável. Abordaremos as técnicas de soldagem, materiais de enchimento, etapas de preparação, e tratamentos pós-soldagem necessários para garantir uma soldagem bem-sucedida. Além disso, forneceremos tabelas detalhadas descrevendo a composição química, Propriedades mecânicas, e parâmetros de soldagem para diversas ligas de níquel e aços inoxidáveis.
Por que a aplicação de manteiga é necessária para soldagem de metais diferentes
Ao soldar metais diferentes, como ligas de níquel e aço inoxidável, vários desafios surgem devido às diferenças em sua composição química, coeficientes de expansão térmica, e resistência à corrosão. Essas diferenças podem levar a problemas como:
- Rachadura: As diferentes taxas de expansão térmica das ligas de níquel e do aço inoxidável podem causar tensão durante o aquecimento e o resfriamento, levando a rachaduras na junta de solda.
- Corrosão: Metais diferentes podem formar células galvânicas, levando à corrosão acelerada na junta de solda.
- Diluição: A mistura de metais diferentes durante a soldagem pode resultar em uma solda com propriedades mecânicas ou resistência à corrosão indesejáveis.
Para superar esses desafios, uma técnica chamada manteiga é usada. A aplicação de manteiga envolve a aplicação de uma camada de material de enchimento compatível (geralmente uma liga à base de níquel) ao tubo de aço inoxidável antes da solda final ser feita. Esta camada atua como um buffer, reduzindo o risco de rachaduras e corrosão, criando uma interface mais compatível entre os dois metais diferentes.
Ligas de Níquel e Aços Inoxidáveis: Uma visão geral
Ligas de Níquel
As ligas de níquel são conhecidas por sua excelente resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, e resistência à oxidação. Eles são comumente usados em indústrias que exigem materiais para resistir a ambientes agressivos, como processamento químico, aeroespaço, e geração de energia.
Algumas ligas de níquel comuns usadas em sistemas de tubulação incluem:
- Inconel 600: Uma liga de níquel-cromo com excelente resistência à oxidação e corrosão em altas temperaturas.
- Inconel 625: Uma liga de níquel-cromo-molibdênio conhecida por sua alta resistência e resistência à corrosão por pite e em fendas.
- Monel 400: Uma liga de níquel-cobre com boa resistência à corrosão em uma ampla variedade de ambientes, incluindo água do mar e ambientes ácidos.
- Hastelloy C-276: Uma liga de níquel-molibdênio-cromo com excelente resistência a uma ampla gama de meios corrosivos, incluindo ácidos fortes e ambientes de cloreto.
Aços inoxidáveis
Os aços inoxidáveis são ligas à base de ferro que contêm pelo menos 10.5% cromo, o que lhes confere a sua resistência à corrosão característica. Os aços inoxidáveis são amplamente utilizados em indústrias como a de processamento de alimentos, produtos farmacêuticos, e petróleo e gás devido à sua resistência à corrosão e facilidade de fabricação.
Os tipos comuns de aço inoxidável usados em sistemas de tubulação incluem:
- 304 Aço inoxidável: Um aço inoxidável austenítico com boa resistência à corrosão e excelente conformabilidade.
- 316 Aço inoxidável: Um aço inoxidável austenítico com adição de molibdênio para maior resistência à corrosão por pites e frestas.
- 321 Aço inoxidável: Um aço inoxidável austenítico estabilizado com titânio para evitar a precipitação de carboneto durante a soldagem.
- Aço inoxidável duplex: Um aço inoxidável com microestrutura mista de austenita e ferrita, oferecendo alta resistência e excelente resistência à corrosão sob tensão.
Processo de soldagem para manteiga de tubo de aço de liga de níquel e tubo de aço inoxidável
Etapa 1: Seleção de materiais
A primeira etapa no processo de soldagem é selecionar os materiais apropriados de liga de níquel e aço inoxidável. A escolha dos materiais depende da aplicação específica, ambiente operacional, e as propriedades necessárias para a junta de solda final.
Por exemplo, se a aplicação envolver altas temperaturas e ambientes corrosivos, Inconel 625 pode ser escolhido para a liga de níquel, enquanto 316 aço inoxidável pode ser selecionado para o tubo de aço inoxidável.
Etapa 2: Seleção de material de enchimento
O material de enchimento utilizado para aplicação de manteiga e soldagem desempenha um papel crucial no sucesso da solda. O material de enchimento deve ser compatível tanto com a liga de níquel quanto com o aço inoxidável para evitar problemas como rachaduras, corrosão, e diluição.
Os materiais de enchimento comuns usados para soldar ligas de níquel em aço inoxidável incluem:
- ERNiCr-3: Um material de enchimento de níquel-cromo comumente usado para soldagem de Inconel 600 para aço inoxidável.
- ERNiCrMo-3: Um material de enchimento de níquel-cromo-molibdênio usado para soldagem de Inconel 625 e Hastelloy C-276 para aço inoxidável.
- ERNiCu-7: Um material de enchimento de níquel-cobre usado para soldagem Monel 400 para aço inoxidável.
Etapa 3: Passando manteiga no tubo de aço inoxidável
O processo de aplicação de manteiga envolve a aplicação de uma camada de material de enchimento no tubo de aço inoxidável antes que a solda final seja feita. Esta camada atua como zona de transição entre o aço inoxidável e a liga de níquel, reduzindo o risco de rachaduras e corrosão.
Procedimento de manteiga:
- Preparação da superfície: A superfície do tubo de aço inoxidável deve ser completamente limpa para remover quaisquer contaminantes, como o óleo, graxa, ou camadas de óxido. Isso pode ser feito usando métodos mecânicos (por exemplo., esmerilhamento) ou limpeza química.
- Pré-aquecimento: Dependendo da espessura dos materiais e das ligas específicas a serem soldadas, pode ser necessário pré-aquecimento para reduzir o risco de rachaduras. As temperaturas de pré-aquecimento normalmente variam de 100°C a 200°C.
- Passe de Manteiga: Uma camada de material de enchimento (por exemplo., ERNiCrMo-3) é aplicado ao tubo de aço inoxidável usando um processo de soldagem como GTAW (Soldagem a arco de gás tungstênio) ou SMAW (Soldagem a arco de metal blindado). A camada de manteiga deve ser espessa o suficiente para evitar a diluição com o metal base durante a soldagem final.
- Inspeção: Depois que a camada de manteiga for aplicada, deve ser inspecionado quanto a defeitos como rachaduras, porosidade, ou fusão incompleta. Teste não destrutivo (NDT) métodos como testes ultrassônicos ou testes radiográficos podem ser usados para garantir a qualidade da camada amanteigada.
Etapa 4: Soldagem da liga de níquel ao aço inoxidável com manteiga
Depois que a camada de manteiga for aplicada ao tubo de aço inoxidável, a solda final pode ser feita entre o tubo de liga de níquel e o tubo de aço inoxidável com manteiga.
Procedimento de soldagem:
- Processo de Soldagem: O processo de soldagem usado para unir a liga de níquel ao tubo de aço inoxidável com manteiga pode variar dependendo dos materiais específicos e da aplicação. Os processos de soldagem comuns incluem:
- GTAW (Soldagem TIG): Fornece controle preciso sobre a solda e é comumente usado para soldas de alta qualidade em aplicações críticas.
- SMAW (Soldagem eletromagnética): Um processo versátil que pode ser usado para soldagem em diversas posições e ambientes.
- GMAW (Soldagem MIG): Adequado para velocidades de soldagem mais rápidas e materiais mais espessos.
- Material de enchimento: O mesmo material de enchimento usado para untar (por exemplo., ERNiCrMo-3) deve ser usado para a solda final para garantir a compatibilidade entre a liga de níquel e a camada amanteigada.
- Parâmetros de soldagem: Os parâmetros de soldagem, como corrente de soldagem, tensão, e velocidade de viagem, deve ser cuidadosamente controlado para evitar superaquecimento e distorção. A tabela a seguir fornece parâmetros típicos de soldagem para processos GTAW e SMAW:
| Processo de Soldagem | Material de enchimento | Atual (UMA) | Tensão (V) | Velocidade de viagem (mm/min) | Temperatura de pré-aquecimento (° C) | Temperatura entre passagens (° C) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GTAW (TIG) | ERNiCrMo-3 | 100-150 | 10-14 | 100-150 | 100-200 | 150-250 |
| SMAW (Grudar) | ERNiCrMo-3 | 80-120 | 20-24 | 80-120 | 100-200 | 150-250 |
| GMAW (MEU) | ERNiCrMo-3 | 150-200 | 20-25 | 150-200 | 100-200 | 150-250 |
- Tratamento térmico pós-soldagem (PWHT): Dependendo dos materiais e aplicação, tratamento térmico pós-soldagem pode ser necessário para aliviar tensões residuais e melhorar as propriedades mecânicas da solda. As temperaturas PWHT normalmente variam de 600°C a 800°C, dependendo das ligas específicas que estão sendo soldadas.
Etapa 5: Inspeção e teste
Após a conclusão do processo de soldagem, a junta de solda deve ser inspecionada e testada para garantir sua qualidade e integridade. Métodos de inspeção comuns incluem:
- Inspeção visual: A junta de solda é inspecionada visualmente quanto a defeitos superficiais, como rachaduras, porosidade, ou fusão incompleta.
- Teste não destrutivo (NDT): Métodos como testes ultrassônicos (UT), testes radiográficos (RT), ou teste de corante penetrante (PT) pode ser usado para detectar defeitos internos na junta de solda.
- Teste Mecânico: Testes mecânicos, como testes de tração, teste de dobra, ou testes de impacto podem ser realizados para avaliar a resistência e tenacidade da junta de solda.
Desafios na soldagem de ligas de níquel em aço inoxidável
A soldagem de ligas de níquel em aço inoxidável apresenta diversos desafios devido às diferenças em sua composição química e propriedades físicas. Alguns dos principais desafios incluem:
1. Incompatibilidade de expansão térmica
Ligas de níquel e aços inoxidáveis têm diferentes coeficientes de expansão térmica, o que pode levar a tensões térmicas durante o aquecimento e resfriamento. Essas tensões podem causar rachaduras na junta soldada, especialmente em tubos de paredes espessas ou geometrias complexas.
2. Diluição
Durante a soldagem, os metais básicos (liga de níquel e aço inoxidável) pode misturar com o material de enchimento, levando à diluição. Isso pode resultar em uma solda com propriedades mecânicas indesejáveis ou resistência à corrosão. A camada amanteigada ajuda a reduzir a diluição, criando uma interface mais compatível entre os dois metais diferentes.
3. Corrosão
Soldagem de metais diferentes pode criar células galvânicas, levando à corrosão acelerada na junta de solda. O uso de um material de enchimento compatível (por exemplo., ERNiCrMo-3) e tratamentos pós-soldagem adequados podem ajudar a mitigar esse problema.
4. Rachadura
Rachaduras podem ocorrer durante ou após a soldagem devido a tensões térmicas, diluição, ou fragilização por hidrogênio. Pré-aquecimento, parâmetros de soldagem controlados, e o tratamento térmico pós-soldagem pode ajudar a reduzir o risco de rachaduras.
Mesa: Composição Química de Ligas de Níquel Comuns e Aços Inoxidáveis
| Material | Níquel (Ni) | Crómio (CR) | Molibdênio (Mo) | Ferro (Fe) | Cobre (Cu) | Carbono (C) | Outros elementos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inconel 600 | 72 min | 14-17 | – | 6-10 | – | 0.15 Max | MN, Si, S |
| Inconel 625 | 58 min | 20-23 | 8-10 | 5 Max | – | 0.10 Max | NB, MN, Si |
| Monel 400 | 63 min | – | – | 2.5 Max | 28-34 | 0.30 Max | MN, Si, S |
| Hastelloy C-276 | 57 min | 14.5-16.5 | 15-17 | 4-7 | – | 0.01 Max | W, MN, Si, S |
| 304 Aço inoxidável | 8-10.5 | 18-20 | – | Equilibrar | – | 0.08 Max | MN, Si, P, S |
| 316 Aço inoxidável | 10-14 | 16-18 | 2-3 | Equilibrar | – | 0.08 Max | MN, Si, P, S |
| 321 Aço inoxidável | 9-12 | 17-19 | – | Equilibrar | – | 0.08 Max | Ti, MN, Si, P, S |
| Duplex Inox | 4.5-6.5 | 22-23 | 3-3.5 | Equilibrar | – | 0.03 Max | MN, Si, P, S |
Conclusão
Soldar tubos de aço de liga de níquel em tubos de aço inoxidável usando a técnica de amanteigamento é um processo complexo que requer atenção cuidadosa na seleção do material, material de enchimento, parâmetros de soldagem, e tratamentos pós-solda. Aplicando uma camada amanteigada de material de enchimento compatível, o risco de rachar, corrosão, e a diluição pode ser significativamente reduzida, resultando em uma junta de solda de alta qualidade.
O sucesso da soldagem depende do preparo adequado da superfície, pré-aquecimento, parâmetros de soldagem controlados, e inspeção e testes completos. Seguindo as diretrizes e práticas recomendadas descritas neste guia, você pode garantir uma solda confiável e durável entre tubos de liga de níquel e aço inoxidável.
Para obter mais informações ou assistência com soldagem de metais diferentes, consulte um engenheiro de soldagem ou especialista em materiais que possa fornecer orientação especializada sobre os requisitos específicos do seu projeto.
