A soldagem é uma tecnologia de processamento que consegue a ligação atômica entre as superfícies de duas ou mais peças separadas por aquecimento, aplicação de pressão ou uma combinação de ambos, complementada por materiais de enchimento. Como componente chave das máquinas de construção pesada, a qualidade das barras de soldagem está diretamente relacionada ao desempenho de segurança de toda a máquina. Ao contrário das conexões mecânicas, a soldagem forma uma ligação metalúrgica, cujas condições principais incluem condições de energia, condições ambientais e condições de ligação. De acordo com a fonte de energia, a soldagem pode ser dividida em três categorias: soldagem por fusão, soldagem por pressão e brasagem. Entre eles, a soldagem por fusão é a mais utilizada emfabricação de lança de soldagem, representando mais de 90% das aplicações industriais.
I. Princípios de Metalurgia de Soldagem e Seleção de Materiais para Barras de Soldagem
A metalurgia da soldagem é uma teoria chave que estuda as leis de formação de poça fundida, solidificação, transformação de fase e mudanças na composição química durante o processo de soldagem, e desempenha um papel decisivo no desempenho das barras de soldagem. A poça fundida das barras de soldagem é caracterizada por pequeno volume, alta temperatura, curto tempo de existência e rápida taxa de resfriamento, levando a um rápido processo de cristalização. A solidificação do metal de solda é baseada nos grãos do metal base não fundido na zona de fusão e cresce ao longo da direção de dissipação de calor, formando várias morfologias de cristalização, desde grãos planares até grãos colunares. A zona-afetada pelo calor (ZTA) é a área do metal base afetada pelo calor da soldagem, mas não fundida. Suas alterações microestruturais são determinadas conjuntamente pela temperatura de aquecimento e taxa de resfriamento, resultando em diferentes regiões, como zona de fusão, zona superaquecida e zona de normalização.
As barras de soldagem são feitas principalmente de aço de baixa-liga e alta{1}}resistência, como a placa de alta-resistência BS700MCK2, que tem um limite de escoamento maior ou igual a 700MPa e excelente soldabilidade, conformabilidade a frio e resistência ao impacto em baixas-temperaturas. Este tipo de material é um aço estrutural de baixo-carbono e baixa{9}}liga, que obtém excelente desempenho de soldagem reduzindo o equivalente de carbono e o índice de sensibilidade à trinca de solda. Durante o processo de soldagem delanças de soldagem, uma série de reações químicas, como oxidação, redução e nitretação, ocorrem entre o metal da poça fundida e o meio circundante. É necessário garantir a composição química razoável da solda e evitar defeitos por meio de consumíveis de soldagem adequados e controle de processo.
II. Influência da Lei do Processo Térmico de Soldagem na Qualidade da Barra de Soldagem
O processo térmico de soldagem é a fonte de reações metalúrgicas de soldagem, transformações microestruturais e deformação por tensão. O-estudo aprofundado das leis de geração, transferência e dissipação de calor é crucial para melhorar a qualidade das barras de soldagem. Diferentes métodos de soldagem apresentam diferenças significativas nas características da fonte de calor: a soldagem a arco de metal blindado tem densidade de energia relativamente baixa, calor disperso e uma grande zona-afetada pelo calor; enquanto a soldagem a laser e a soldagem a arco de plasma têm energia concentrada e uma pequena zona-afetada pelo calor.
O aporte térmico de soldagem refere-se ao calor obtido por unidade de comprimento da solda, calculado pela fórmula E=60IU/(vη), onde I é a corrente de soldagem, U é a tensão de soldagem, v é a velocidade de soldagem e η é a eficiência térmica. Durante o processo de soldagem das barras de soldagem, a entrada excessiva de calor aumentará a temperatura de pico, diminuirá a taxa de resfriamento, expandirá a zona-afetada pelo calor e tornará os grãos mais grossos, reduzindo assim a tenacidade; a entrada insuficiente de calor acelerará a taxa de resfriamento, levando facilmente à formação de estruturas endurecidas e rachaduras a frio.
Na fabricação desoldagem booms, é necessário controlar com precisão a temperatura entre passes e adotar processos apropriados de pré-aquecimento e pós{0}}aquecimento. Para chapas de aço espessas, o pré-aquecimento deve ser realizado para compensar o aumento da taxa de perda de calor e evitar trincas a frio. O ambiente de soldagem também necessita de controle rigoroso, incluindo requisitos como intensidade de iluminação na área de trabalho, velocidade do vento abaixo de 2m/s e umidade abaixo de 60%.
III. Estratégias de controle de defeitos de soldagem e garantia de desempenho da lança de soldagem
Os defeitos de soldagem são essencialmente manifestações de processos metalúrgicos-fora-de controle ou processos térmicos desequilibrados. Os defeitos comuns das barras de soldagem incluem porosidade, inclusão de escória, rachaduras e cortes inferiores. A porosidade são buracos formados quando gases dissolvidos na poça fundida não conseguem escapar durante o resfriamento e a solidificação, enquanto a inclusão de escória se origina de óxidos e sulfetos gerados por reações metalúrgicas que não conseguem flutuar na superfície da poça fundida em tempo hábil.
As fissuras são divididas em duas categorias: fissuras quentes e fissuras frias. As trincas a quente são causadas pela formação de filmes líquidos devido ao enriquecimento de elementos de baixo ponto de-ponto de fusão-nos limites dos grãos e trincas sob tensão de soldagem; trincas a frio são geradas devido à formação de estruturas endurecidas causadas pela taxa excessiva de resfriamento e pelo acúmulo de hidrogênio difusível. Para garantir a confiabilidade do desempenho delanças de soldagem, é necessário avaliar sistematicamente as propriedades mecânicas das juntas, incluindo resistência, tenacidade, plasticidade e dureza.
Uma junta soldada consiste em três partes: metal de solda, zona de fusão e zona{0}afetada pelo calor, e seu desempenho geral é um reflexo abrangente das três. A zona de fusão é o elo mais fraco da junta, que tem tendência a se tornar um local de iniciação de fissuras devido à estrutura irregular e aos grãos grossos. Ao adotar sequências de soldagem e parâmetros de processo razoáveis, como o processo otimizado de uso de soldagem backstep de cinco{3}}seções para soldagem de raiz e soldagem de simetria central de duas-seções para soldagem de nivelamento, a tensão residual e a deformação da soldagem podem ser efetivamente reduzidas. Com o progresso tecnológico, a eficiência da produção e a estabilidade da qualidade do produto das barras de soldagem serão bastante melhoradas.
