Como a sobreposição de solda é aplicada para criar tubos revestidos de aço inoxidável?

Os fundamentos do revestimento de sobreposição de solda

A sobreposição de solda, também conhecida como revestimento ou revestimento de solda, é um processo de fabricação usado para criar tubo revestido de aço inoxidável depositando uma camada de liga resistente à corrosão na superfície interna de um tubo de suporte de carbono ou aço de baixa liga mais barato. Ao contrário dos métodos de colagem por rolo ou por explosão, a sobreposição de solda constrói a camada revestida metalurgicamente por meio de soldagem por fusão. O processo envolve a utilização de um sistema de soldagem automatizado para aplicar cordões de solda sucessivos e sobrepostos ao longo de todo o comprimento do interior do tubo. Isto cria uma camada de aço inoxidável totalmente densa e homogênea que é integralmente ligada ao material de base. A intenção principal é combinar a resistência mecânica e a economia do aço carbono com a resistência específica à corrosão, erosão ou alta temperatura de uma liga de aço inoxidável, resultando em uma solução econômica para ambientes de serviço exigentes.

Processos primários de soldagem para aplicação de sobreposição

A aplicação da camada clade é realizada através de técnicas automatizadas de soldagem de precisão que garantem consistência e qualidade. A escolha do processo depende de fatores como tamanho do tubo, espessura desejada do revestimento, taxa de produção e composição da liga.

Soldagem por Arco Submerso (SAW)

A soldagem por arco submerso é um método predominante para revestimento de soldagem em tubos de grande diâmetro. O arco é formado sob uma manta de fluxo fusível granular, que evita contaminação atmosférica, respingos e radiação UV. SAW oferece altas taxas de deposição e penetração profunda, tornando-o eficiente para aplicação de camadas espessas de revestimento. É normalmente usado com eletrodos de tira (por exemplo, 60 mm de largura) para produtividade máxima e uma superfície de sobreposição lisa e diluída.

Soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW/TIG)

A soldagem a arco de gás tungstênio emprega um eletrodo de tungstênio não consumível e um gás de proteção inerte. Conhecido por sua precisão e excelente controle sobre a entrada de calor, o GTAW produz depósitos de solda de alta pureza e baixa diluição. Isto é fundamental no revestimento com ligas de alto desempenho como Inconel ou Hastelloy, onde minimizar a mistura de aço carbono do tubo base é essencial para manter a resistência à corrosão do revestimento. É frequentemente usado para diâmetros menores ou para o passe de raiz crítico.

Soldagem a arco metálico a gás (GMAW/MIG)

A soldagem a arco de metal a gás usa um eletrodo de arame consumível alimentado continuamente e gás de proteção. Os modernos processos automatizados de GMAW, como Cold Metal Transfer (CMT), são altamente eficazes para revestimentos. O CMT reduz drasticamente a entrada de calor, minimizando a diluição e a distorção, ao mesmo tempo que permite a deposição em alta velocidade. Isto o torna adequado para uma ampla variedade de tamanhos de tubos e tipos de ligas, oferecendo um bom equilíbrio entre qualidade e produtividade.

Principais parâmetros e controle do processo

Uma sobreposição de solda bem-sucedida exige um controle rigoroso sobre vários parâmetros para garantir a integridade e o desempenho da camada revestida. O desvio pode levar a defeitos que comprometem o produto final.

• Entrada de calor: O controle preciso de amperagem, tensão e velocidade de deslocamento é fundamental. A entrada excessiva de calor aumenta a diluição (a porcentagem do metal base misturado na solda), o que pode diminuir o teor de cromo e níquel no revestimento, degradando sua resistência à corrosão. Também pode causar distorção excessiva e tensões residuais.
• Controle de diluição: A meta normalmente é atingir níveis de diluição abaixo de 10-15%. Técnicas como o uso de uma camada de "manteiga", otimização dos parâmetros de soldagem e emprego de cabeçotes de soldagem oscilantes ajudam a minimizar a mistura do metal base e garantem que a química do revestimento atenda às especificações.
• Temperatura entre passes: Gerenciar a temperatura entre passes de solda sucessivos é crucial para evitar trincas, especialmente com aços inoxidáveis austeníticos que são suscetíveis à sensibilização (precipitação de carboneto de cromo).
• Colocação e sobreposição do cordão: Os sistemas automatizados planejam meticulosamente o caminho da tocha para garantir uma geometria consistente do cordão e sobreposição suficiente (geralmente 30-50%) entre os cordões adjacentes. Isto elimina defeitos de falta de fusão e cria uma camada revestida uniformemente espessa.

Seleção de materiais: consumíveis e tubos de base

A seleção dos consumíveis de soldagem define diretamente as propriedades da camada de revestimento. O metal de adição deve ser escolhido com base na resistência à corrosão exigida em serviço, não apenas correspondendo à liga nominal.

O tubo base, ou aço de suporte, é normalmente aço carbono (por exemplo, ASTM A106 Gr. B) ou aço de baixa liga. Sua principal função é fornecer resistência estrutural e contenção de pressão. A superfície deve ser completamente limpa (por retificação ou usinagem) e inspecionada antes do revestimento para remover quaisquer óxidos, incrustações ou contaminantes que possam causar defeitos de colagem.

Processamento e inspeção pós-inscrição

Uma vez aplicada a camada de solda, o tubo revestido passa por diversas etapas críticas de acabamento e verificação. A superfície interna revestida é frequentemente usinada ou retificada para obter uma tolerância dimensional final suave e para remover quaisquer irregularidades da superfície que possam reter contaminantes ou impedir o fluxo. O tubo é então submetido a uma rigorosa bateria de exames não destrutivos (NDE). O teste de penetração de corante (PT) ou teste de partículas magnéticas (MT) verifica se há rachaduras na superfície. O teste ultrassônico (UT) é amplamente utilizado para medir a espessura final do revestimento uniformemente ao longo do tubo e para detectar qualquer falta de ligação entre o revestimento e o metal base. Finalmente, o tubo é tratado termicamente se exigido pela especificação (normalmente tratamento térmico pós-soldagem para alívio de tensão) e passa por testes hidrostáticos para validar sua integridade de pressão como uma estrutura composta.

Vantagens e limitações do método de sobreposição de solda

Compreender os prós e os contras deste método é vital para a seleção adequada de materiais na concepção do projeto.

• Vantagens: Oferece excepcional flexibilidade de projeto para revestimento de geometrias complexas, como conexões, válvulas e curvas de tubos. Ele permite a aplicação de uma ampla gama de tipos de ligas, incluindo superligas à base de níquel e cobalto. O processo pode reparar componentes danificados e formar superfícies desgastadas. Permite a criação de “juntas de transição” entre metais diferentes.
• Limitações: Geralmente é um processo mais lento e mais trabalhoso em comparação com a colagem por rolo para seções de tubos longos e retos. O aquecimento e resfriamento cíclicos podem introduzir tensões residuais significativas. Alcançar uma diluição extremamente baixa requer controle avançado do processo. Existe o risco de defeitos como porosidade, fissuras ou fusão incompleta se os parâmetros não forem perfeitamente controlados.

Concluindo, a criação de tubos revestidos de aço inoxidável por meio de sobreposição de solda é um processo sofisticado e projetado que transforma um tubo de aço carbono em um produto bimetálico. Através do controle meticuloso da soldagem automatizada, dos parâmetros e da ciência dos materiais, ele oferece uma solução robusta e econômica onde a resistência à corrosão e a resistência estrutural são fundamentais.