Características Metalúrgicas e Controle de Qualidade de Solda na Soldagem a Fio Submerso em Lixo (ESW)

1. Princípios Metalúrgicos da Soldagem a Fio Submerso em Lixo
O comportamento metalúrgico da soldagem a fio submerso em lixo (ESW) determina fundamentalmente a qualidade da solda, influenciando diretamente a composição química, microestrutura e propriedades mecânicas.

1.1 Interação Entre Escória e Metal
A poça de escória condutora (por exemplo, fluxo baseado em CaF2-Al2O3) gera temperaturas estáveis de 1.700-2.000℃, desempenhando duas funções:
Purificação: A escória absorve óxidos (por exemplo, SiO2, MnO) e sulfetos (por exemplo, FeS), reduzindo impurezas.
Ajuste de Liga: Componentes como CaO e TiO2 regulam o teor de silício/manganês, melhorando a tenacidade.
Estudo de Caso: O fluxo HJ360, com 8-12% de MnO, aumenta a resistência ao impacto Charpy dos soldas de aço de baixo carbono para ≥80J à temperatura ambiente.

1.2 Transferência e Distribuição de Elementos
Eletrodos (fios ou chapas) fornecem elementos de liga. Devido à residência prolongada na poça fundida (até minutos), a eficiência de transição para elementos como Ni/Cr excede 95%. Considerações-chave:
Perda de Carbono: Compensada pela adição de carbono aos fios (por exemplo, H08Mn2SiA com 0,10-0,15% de C).
Controle de Hidrogênio: Fluoretos (CaF2) na escória ligam hidrogênio ao gás HF, minimizando riscos de trincas.

1.3 Evolução Microestrutural
Cristais Colunares: O crescimento grosseiro de grãos verticais requer normalização pós-soldagem.
Zona Térmica Afectada (ZTA): Uma zona de 10-20mm de largura dominada pelo bainita requer resfriamento controlado para evitar embrittlement.

2. Fatores Críticos para Controle de Qualidade da Solda
Garantia de qualidade depende de otimização de parâmetros, compatibilidade de materiais e confiabilidade do equipamento.

2.1 Otimização de Parâmetros
Corrente (400-1.000A): Controla a taxa de deposição; valores excessivos induzem turbulência e porosidade.
Voltagem (35-55V): Afeta a largura da solda; um aumento de 5V expande a largura em 2-3mm.
Velocidade de Deslocamento (0,5-1,5m/h): Velocidades lentas causam superaquecimento; velocidades altas correm o risco de fusão incompleta.
Exemplo de Otimização: Para aço de 300mm de espessura no Projeto Três Gargantas, 800A/45V/0,8m/h equilibrou penetração e largura.

2.2 Compatibilidade de Fluxo e Eletrodo
Seleção de Fluxo:
HJ170: Alta condutividade, mas pobre desprendimento, ideal para iniciar escória.
HJ431: Versátil para aços de baixo carbono/baixa liga com excelente remoção de escória.
Materiais de Eletrodo:
Fio H10Mn2: 1,5-1,8% Mn para soldas de aço Q345.
Placas de Bocal Q295: Correspondem à composição do metal base para minimizar o estresse interfacial.

2.3 Equipamentos e Padrões Operacionais
Manutenção do Sapato Refrigorado: Garantir fluxo de resfriante ≥10L/min para evitar vazamentos.
Reciclagem de Fluxo: Alcançar >95% de reutilização para evitar acúmulo de impurezas.

3. Análise de Defeitos e Estratégias de Mitigação

3.1 Porosidade e Inclusão de Escória
Causas: Cobertura incompleta de escória ou fluxo contaminado com umidade (>0,1% H2O).
Soluções:
Secagem prévia do fluxo (300℃×2h).
Aumente a profundidade da piscina de escória para 40-60mm para escape de gás.

3.2 Riscos (Quente/Frio)
Riscos Quentes: Causados por eutetoides de baixo ponto de fusão (ex., FeS); suprima via razão Mn/S >40.
Riscos Frios: Induzidos por hidrogênio; controle a umidade do fluxo (<0,05%) e aplique resfriamento lento.

3.3 Falta de Fusão e Sobrecorte
Falta de Fusão: Corrente insuficiente ou lacunas estreitas (<28mm); ajuste os parâmetros ou alargue as lacunas.
Sobrecorte: Pobre fluidez; utilize oscilação do fio (2-3Hz).

4. Práticas de Controle de Qualidade Industrial

4.1 Fabricação da Torre de Turbina Eólica
Desafio: placas de 60-150mm que atendem aos padrões EN 1011-2.
Solução:
ESW de fio duplo (IK-ESW5000) aumenta a eficiência de deposição em 50%.
Normalização pós-solda (920℃×2h) refina os grãos da ZAC para ASTM 5-6.

4.2 Vessels de Pressão de Reator Nuclear
Padrão: ASME Seção III exige taxa de aprovação UT >99,5%.
Medidas:
Fluxo ultra-puro (S/P <0,015%).
Monitoramento em tempo real do leito de escória (precisão de ±10℃) para evitar segregação.

5. Tendências Emergentes

Monitoramento Inteligente: sensores IoT para análise química e térmica em tempo real.
Fluxos Ecológicos: formulações com baixo teor de flúor (F <5%) para reduzir o impacto ambiental.

Conclusão

Dominar os princípios metalúrgicos e estratégias de controle de qualidade do ESW permite soldas consistentes e de alto desempenho em várias indústrias. Através de ajuste preciso de parâmetros, sinergia de materiais e equipamentos avançados, este processo conecta a precisão do laboratório com a confiabilidade em escala industrial.