São Paulo, 17 de setembro de 2021

ARTIGOS

18 de agosto de 2021

Solda em aços ferramenta

Editoria Serrametal

Aços ferramenta em geral podem conter até 2,5% de carbono em sua composição além de elementos de liga formadores de carbonetos. Em um aço ferramenta, a soldagem pode ser perigosa devido a alta capacidade de endurecimento do material durante o processo através do resfriamento rápido podendo causar o aparecimento de trincas, que estão diretamente associadas com o resfriamento através do processo de expansão e compressão do material durante a solda.

Levando em consideração a sensibilidade na soldagem de um aço ferramenta, é necessário saber o melhor procedimento a ser executado com bom equipamento, técnica e consumível correto. Evidentemente para sucesso do procedimento é necessária alta experiência e habilidade do soldador em questão.

A soldagem de aços ferramenta pode ser necessária nas seguintes situações:

  • Reforma e reparo de ferramenta trincada ou desgastada;
  • Ajuste de erros realizados na usinagem;
  • Renovação de arestas de corte desgastadas em facas;
  • Mudanças de projeto. 

Métodos de soldagem em aço ferramenta 

  • Solda com eletrodo revestido

O eletrodo revestido é composto pelo metal consumível e revestimento de resina. Neste processo forma-se um arco elétrico entre o eletrodo e a peça a ser soldada gerando fusão dos metais, no processo de fusão ocorre a queima da resina que expulsa o oxigênio e protege o material fundido da atmosfera, ao final do procedimento a resina se deposita na superfície do local soldado (escória) e deve ser removida ao final de cada passo. [1]

Figura 1 – Representação de soldagem com eletrodo revestido. [2]

 

  • Solda MIG (Metal Inert Gas)

Neste processo o eletrodo é substituído pelo arame de soldagem, porém a proteção contra oxidação da solda é realizada através de gases inertes. A alimentação de consumível ocorre através de um alimentador que conduz o arame até a peça de trabalho. A distância entre o eletrodo e a peça soldada deve ser constante e a velocidade do arame é controlada pelo equipamento sendo necessária a habilidade do operador para o controle do arco garantindo assim a qualidade da solda. [1]

Figura 2 – Representação de soldagem MIG. [3]3

 

  • Solda TIG (Tungsten Inert Gas)

O eletrodo na solda TIG é feito de tungstênio ou de liga de tungstênio com uma alta temperatura de fusão em torno de 3300ºC e este material não é consumido durante a soldagem. O arco gerado na solda TIG através do eletrodo na pistola com ponteiro é utilizado para fundir o material a ser soldado e o consumível, onde o operador pode controlar a quantidade de material adicionado que pode ser em forma de vareta ou arame. A oxidação e controle de atmosfera são feitos através de um gás inerte (geralmente argônio) que é expelido da pistola TIG juntamente ao arco de solda.  [1]

Figura 3 – Representação de soldagem TIG. [4]

 

  • Solda Laser

A solda a laser se baseia em fundir a peça metálica através de feixes focados de laser que fornecem uma fonte de calor concentrada e precisa, sendo um dos métodos mais confiáveis para soldagem em aço ferramenta. Neste método também é utilizado gás inerte para prevenção contra oxidação e fragilização por hidrogênio. Possui zona de fusão controlada e usa arames consumíveis de maior precisão variando de 0,2 a 0,6 mm de diâmetro e a alimentação pode ocorrer de forma automática ou através de um operador. [1]

Figura 4 – Representação de soldagem a laser. [5]

 

Condições de soldagem em aço ferramenta 

Para realizar a solda com qualidade satisfatória em aços ferramenta é necessário que se atenda alguns requisitos em relação a equipamento e metodologia. Devido a alta concentração de elementos de liga, aços ferramenta em geral não podem ser soldados a temperatura ambiente sem haver risco de trincas, sabendo disto, é necessário utilizar equipamentos de preaquecimento no procedimento.  [5]

É desejado que haja algum equipamento que mantenha a temperatura da peça durante o procedimento evitando que ocorra resfriamento e consequentemente trincas por tensões térmicas. Após a finalização também é recomendado que haja resfriamento lento dentro do forno ou com controle de temperatura de acordo com o equipamento utilizado. Para melhores resultados é recomendado o tratamento térmico de alívio de tensões 50°C abaixo da temperatura do último revenimento após a soldagem. [5]

É necessário verificar a temperatura de preaquecimento de acordo com o material a ser soldado como mostrado na Tabela 1.

Aço ( AISI )

D6 D2 O1 H13 M2 TOOLOX 33 TOOLOX 44
Preaquecimento T(°C) 250-400 250-400 250-400 250-400 400 175*

250*

Tabela 1 – Temperaturas de preaquecimento para solda de aços ferramenta. [6]  *Valores válidos para espessuras entre 40 e 70 mm e consumível baixa liga.

 

Cuidados necessários 

Durante a soldagem, trincas por fragilização com hidrogênio podem se formar em diferentes tipos de aço, porém elas tendem a ocorrer com maior frequência em aços de alta resistência. Consequentemente, como a resistência dos aços está diretamente ligada à composição química em elementos de liga, aços ferramenta possuem alto risco de trincas por fragilização por hidrogênio sendo necessário que sejam tomados todos os cuidados citados anteriormente em relação ao preaquecimento e preparo de aços ferramenta para soldagem. [1]

Para medir quanto um aço é suscetível a trincas devido a fragilização por hidrogênio é utilizado um parâmetro chamado de carbono equivalente (CEIIW), onde neste parâmetro é calculada a concentração de carbono em um aço e a equivalência em carbono de outros elementos de liga para sua composição. A suscetibilidade de ocorrer trincas por hidrogênio aumenta de acordo com o CEIIW calculado para cada aço. Na Tabela 2 é demonstrado os valores de CEIIW para aços ferramenta comercializados na Serrametal que influenciam sobre os cuidados na soldagem destes materiais. [6]

AISI M2 D6 D2 O1 H13 TX 33 TX 44
CEIIW 3,12 4,57 4,27 1,26 1,97 0,73 0,98
Tabela 2 – Valores de carbono equivalente (CEIIW) para aços ferramenta. Fonte própria

Para minimizar as possibilidades de trincas por hidrogênio é necessário se atentar a alguns cuidados listados abaixo:

  • Reduzir a presença de hidrogênio na junta ao redor da soldagem (gás inerte);
  • Certificar-se que as temperaturas de preaquecimento estão corretas;
  • Manter a área a ser soldada livre de impurezas;
  • Usar consumíveis com teor de hidrogênio baixo ou preferencialmente nulo;
  • Manter a área a ser soldada livre de impurezas;
  • Minimizar tensões na junta soldada através da correta preparação do procedimento;
  • Não usar consumíveis com uma resistência superior à necessária.

Consumíveis para soldagem em aço ferramenta

O material de deposição da soldagem que pode ser em forma de eletrodo revestido, arame ou vareta é escolhido de acordo com a composição química do material a ser soldado, levando também em conta as propriedades que devem ser obtidas na região da solda. É necessário que o material base do metal consumível não gere inclusões, poros ou trincas no aço e também proteja a soldagem de oxidação e fragilização por hidrogênio. [1]

Aços ferramenta em média possuem alta dureza, e a presença de poros e inclusões podem levar a falha catastrófica do material. Se tratando de consumíveis para este tipo de aço é necessária a escolha de materiais de alta qualidade e controle de composição para obtenção de ótimo acabamento final.

Para os aços ferramenta comercializados na Serrametal é indicado o uso de consumíveis comumente usados para aços inoxidáveis, pois estes proporcionam alta estabilidade para soldagem e reduzem o risco de trincas por choque térmico. Em aços para trabalho a frio (D2, D6, O1) são recomendados eletrodos das séries E307, E309 e E312, e varetas/arames das séries ER307, 309, 309Mo e 312. Analogamente os aços H13, M2, Toolox 33 e 44 utilizam os mesmos consumíveis quando comparados aos aços para trabalho a frio.

Procedimento para solda em aço ferramenta

Em casos de reparos em ferramentas trincadas é necessária a devida atenção na preparação do material para a soldagem com a criação de um sulco de acordo com a profundidade da trinca através de uma retífica, já em casos de desgaste ou deformação é recomendado o desbaste com esmeriladeira. Em toda a superfície do material deve ser verificada a presença de trincas com líquido revelador penetrante, e após deve ser feita a limpeza da ferramenta a ser soldada para remover toda e qualquer impureza incluindo poeira e sujeiras comuns. Como consequência também é recomendado que a solda seja executada em um ambiente controlado para diminuir a chance de contaminação durante o procedimento. [5]

Tratamentos térmicos pós-soldagem 

Em casos onde o material soldado apresenta altas tensões residuais geradas no processo de solda pode ser necessária a realização de tratamentos térmicos com o objetivo de reduzi-las. Dentre os tratamentos mais utilizados é possível citar o revenimento, leve recozimento (após, executar têmpera e revenimento) e alívio de tensões. [5]

  • Revenimento

O revenimento é recomendado para materiais com alta dureza, sendo um tratamento que irá promover maior tenacidade na região da solda controlando a microestrutura da zona termicamente afetada (ZTA). É recomendado que este revenimento seja executado em temperaturas abaixo do revenimento anterior. [5]

  • Recozimento

Para ferramentas que sofrem alterações de projeto ou erros durante a usinagem antes de serem temperadas, é recomendado que seja feito recozimento anteriormente ao tratamento de têmpera e revenimento pois é necessário igualar a microestrutura da ZTA para realização de um tratamento homogêneo, desta forma são evitadas trincas durante o tratamento. [5]

  • Alívio de tensões

Como na maioria dos processos que geram tensões não uniformes em materiais metálicos, o tratamento de alívio de tensões é recomendado para evitar trincas na usinagem de acabamento para solda e durante o uso da ferramenta. [5]

 

Esse é conteúdo apenas informativo, não realizamos esse tipo de serviço.
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Elaboração e Edição: Thiago Cortiz, Renata Brandolin e Karina França

 

Referências

[1] Lippold, J. C. (2014). Welding metallurgy and weldability. John Wiley & Sons.

[2] Soldagem a arco com eletrodo revestido. Disponível em:

<https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SMAW_area_diagram.svg>. Acesso em 11 ago. 2021.

[3] de Jesus Costa, J., Caetano, P. V. C., dos Passos Martins, W., Nascimento, C. C. F., & Leal, V. S. INFLUÊNCIA DA GEOMETRIA DO CHANFRO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UM AÇO ESTRUTURAL ASTM A36 SOLDADO COM O PROCESSO MIG/MAG.

[4] Leite, J. M. D. A. (2019). Síntese e caracterização de óxidos de tungstênio: estudo das características químicas e físicas do WOx.

[5] Base de dados UDDEHOLM.

[6] Base de dados SSAB.

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