Universidade Federal da ParaíbaCentro de Tecnologia

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Mestrado - Doutorado

Fragilização de juntas Soldadas em Ambiente Assistido pelo Hidrogênio

Mestrando: Roneles de Santana Silva

Prof° Orientador : José Hilton Ferreira da Silva

Introdução

As trinca induzida pelo hidrogênio,são descontinuidade provocada pela presença do hidrogênio, que ocorrem algum

tempo após a soldagem.

As trincas a frio, normalmente aparecem na ZTA , podendo também ocorrer no metal de solda de aços de maior resistência

Há, entre os diversos fatores agravantes, o efeito do meio sobre a junta soldada.

Teor de hidrogênioMicroestrutura do metal de

solda e ZTA

Nível de tensão Imposta á solda Temperatura

Mencionar uma série de fenômenos de degradação dos metais associados á presença do hidrogênio.

cinética do hidrogênio na microestrutura.

mecanismo de degradação envolvido.

estado tensional da estrutura.

condicionado pelo ambiente de trabalho e pela liga metálica envolvida

2-DANOS POR HIDROGÊNIO

Cinco tipos específicos de danos provocados pelo hidrogênio de maior relevância:

Fragilização por Hidrogênio.

Fragilização por Sulfetos.

Trincamento Induzido pelo Hidrogênio.

Trincamento por Precipitação de Hidrogênio Interno.

Trincamento pela Formação de Hidretos.

fragilização por hidrogênio - É o dano provocado pela presença de hidrogênio atômico no reticulado dos metais e ligas metálicas sob o efeito de tensões residuais ou aplicadas.

reduz as propriedades mecânicas, particularmente a tenacidade à fratura.

enfraquecer as ligações atômicas, diminuir a capacidade de deformação do material e causar falhas prematuras, podendo conduzir o Colapso de uma estrutura.

diminuição na ductilidade. A presença de hidrogênio no aço pode mudar o tipo de fratura

de morfologia tipicamente dúctil para frágil;

2.1-Fragilização do aços pelo hidrogênio

A fragilização por hidrogênio dos aços pode ser classificada em três tipos principais:

Fragilização por reação de hidrogênio - que ocorre por causa da geração de hidrogênio na superfície devido a uma reação química.

Fragilização por hidrogênio ambiental - que ocorre em ambientes que contém hidrogênio, através da adsorção de hidrogênio molecular na superfície

Fragilização por hidrogênio interno (IHE).- é causada pelo hidrogênio que entra no reticulado durante o processamento ou fabricação do aço.

OBS: O termo fragilização por hidrogênio, sugere a existência

de uma transição dúctil-frágil provocada pela interação de um material com o hidrogênio.

Trincas Induzidas pelo Hidrogênio na Soldagem

A trinca induzida pela presença do hidrogênio é um dano ocasionado pelo hidrogênio atômico que se recombina ao estado gasoso em áreas especificas da microestrutura; como vazios; interface entre inclusões e a matriz metálica.

Na literatura técnica:

fissura a frio;

fissura de retardo;

fissura sob o cordão;

fissura na borda da solda;

Existe um grande consenso que sua ocorrência seja influenciada pelos seguintes fatores:

Teor de hidrogênio;

Microestrutura do metal de solda e ZTA;

Nível de tensão Imposta á solda;

Temperatura. OBS: Todos estes fatores apresentam a mesma

importância, porém dependendo da situação, um deles pode ser dominante.

Microestrutura; Estruturas martensíticas.

No caso de Aços alta resistência, quanto mais frágil a microestrutura do MS e da ZTA, maior a susceptibilidade às trincas a frio.

Ressalta;A ferrita acicular dificulta a nucleação e propagação

de trincas.

A temperatura:

alteração da taxa de suprimento de hidrogênio aos pontos de nucleação das trincas.

difusão e transporte de hidrogênio por deslocação.

suscetibilidade ao hidrogênio é máxima a temperatura ambiente.

As trinca ocorre em temperatura entre -100°C e 200 °C.

Concentração de tensões:

As trincas iniciam-se quando a tensão e deformação atingem valores críticos de tolerância

A falta de fusão ou a falta de penetração são defeitos que concentram muita tensão nas extremidades.

O erro na montagem de uma solda em ângulo, com uma abertura de raiz, causa também uma concentração de tensão.

.

As principais teorias que tenta explicar o fenômeno de trincas induzidas pelo hidrogênio são:

Teoria da pressão; a pressão causada pelo hidrogênio gasoso em uma cavidade preexistente no interior do material, onde o gás se acumularia, assistiria à tensão aplicada, facilitando a iniciação e a propagação de uma trinca.

Teoria da absorção de Petch e Stable ; − propõe que o hidrogênio adsorvido nas superfícies de trinca de GRIFFTH reduz a energia de superfície. De modo que as trincas podem crescer através de pequenas tensões aplicadas.

Trincas Induzidas pelo Hidrogênio -Mecanismo e Teorias

Teoria de Troiano; agora o ente fragilizante passou a ser o átomo de hidrogênio e não mais o gás

o hidrogênio diminui as forças de coesão entre átomos, e conseguintemente, a energia para formar planos de clivagem.

Teoria de trincas assistidas por hidrogênio;Sugere que o hidrogênio na frente da ponta da

trinca assiste o processo de deformação microscópica da microestrutura.

podem operar os modos de fratura intergranular, quase- clivagem ou coalescência de microvazios.

OBS:

Dentre essas teorias que têm sido propostas para as trincas induzidas pelo hidrogênio, a mais aceita é a do “Modelo da Pressão do Hidrogênio”.

a umidade absorvida no revestimento de eletrodos (ER) ou no fluxo (AS).

óleo, graxa e sujeira, compostos orgânicos, tinta, ferrugem sejam na superfície da peça de trabalho ou na superfície dos eletrodos.

Fontes de Hidrogênio nos processos de Soldagem

Durante um procedimento de soldagem, o hidrogênio tem uma solubilidade que depende da temperatura e composição química.

alta temperatura do arco voltaico, o hidrogênio penetra na poça fundida no estado atômico.

Solubilidade, Distribuição e Difusão do Hidrogênio na Junta soldada

A maior parte do hidrogênio absorvido tende a se difundir rapidamente através da solda e do metal de base.

A solubilidade do hidrogênio no metal de solda diminui com a queda da temperatura.

modelo para a difusão do hidrogênio do metal de solda para a ZTA:

hidrogênio difusível − quantidade de hidrogênio que escapa durante um período determinado de tempo.

hidrogênio residual − Parte do hidrogênio que permanece presa no material por longos períodos de tempo.

classificadas de acordo com os diferentes fatores:

Trincas no MS ou na ZTA; macrotrincas ou microtrincas; trincas longitudinais ou transversais; trincas de raiz , trincas na interface sólido liquido de juntas

com chanfros, trinca de raiz em solda de filete, ou trincas sob o cordão;

trincas de restrição ou trincas de distorção; trincas retardadas, devido a que ocorrem geralmente em

um período compreendidos entre alguns minutos até 48horas após a soldagem.

Tipos e morfologia de trincas induzidas pelo hidrogênio

Trinca no Metal de solda

Trinca na ZTA

Trinca na ZTA e na Raiz

Quando a morfologia:

intergranular (IG);

Clivagem

quase-clivagem (QC);

fratura alveolar ou dimples –CMV;

Exposto a um ambiente carregado de hidrogênio atômico a junta soldada passa por um processo de adsorção, difusão e absorção capaz de reduzir drasticamente suas propriedades mecânicas.

BALLESTEROS (2010) ; estudou a susceptibilidade à corrosão sob tensão (CST), em presença de sulfetos, e à fragilização por hidrogênio, em soldas circunferenciais. Foi verificado uma queda significativa no limite de resistência, alongamento e tempo de ruptura, quando comparado aos ensaio ao ar.

Estudo sobre fragilização de junta soldada em ambiente assistido pelo hidrogênio

GITTOS (2008) comparando ensaios ao ar e em ambiente assistido, a baixa taxa de deslocamento. Encontrou para este tipo de junta uma fragilização de 11%

Franco (2013) estudou os efeitos de fragilização causados pelo hidrogênio na junta soldada do aço 2,25Cr-1Mo-0,25V quando este está submetido a ambientes ricos.Verificou a redução da ductilidade.

Seleção adequada do material de base ; O metal de menor temperabilidade é melhor para

prevenir a trinca induzida pelo hidrogênio. Quanto à presença do hidrogênio. Eletrodos de

baixo hidrogênio foram desenvolvidos com esse propósito

Quanto às tensões residuais ; A soldagem com o menor grau de restrição possível é uma medida útil.

Quanto à microestrutura susceptível ; o pré-aquecimento, o aumento da energia de soldagem,

Quanto à baixa temperatura ; Manter a solda a uma temperatura suficiente para permitir a difusão do hidrogênio,

Critérios para prevenção de trincas a frio

Sua ocorrência esta condicionada a quatro fatores principais: Teor de hidrogênio; Microestrutura do metal de solda e ZTA; Nível de tensão Imposta á solda e Temperatura.

Não existe uma única teoria que descreva ou unifique o fenômeno.

Existe varias medidas preventiva para minimizar a formação de trincas provocada pelo hidrogênio na junta soldada.

Exposto a um ambiente carregado de hidrogênio atômico a junta soldada passa reduz drasticamente suas propriedades mecânicas, principalmente a tenacidade à fratura, na presença do hidrogênio

CONCLUSÃO