Como controlar a qualidade da soldagem para peças forjadas de superligas?

As superligas forjadas apresentam excelentes propriedades mecânicas em altas temperaturas e servem como componentes principais de suporte de carga para equipamentos de energia. No entanto, contendo elementos como alumínio, titânio, nióbio e molibdênio, são propensos a trincas na zona afetada pelo calor da soldagem e são classificados como materiais de difícil soldagem. Turbinas a gás aeronáuticas impõem altos requisitos de confiabilidade aos componentes.

 

 

1. GTAW/TIG

Sendo o método mais comumente usado, ele fornece arcos elétricos estáveis ​​e entrada de calor controlável. Aplica-se à soldagem de passe de raiz, soldagem multipasse de seções espessas e trabalhos de reparo para peças forjadas à base de níquel, incluindo GH4169 e GH536. São adotados eletrodos de corrente contínua positiva e blindagem de argônio em ambos os lados frontal e traseiro. Sua eficiência de soldagem é relativamente baixa e rachaduras de liquidação tendem a ocorrer na zona afetada pelo calor.

 

2.PATA

Possui energia concentrada e grande profundidade de penetração, com menor queima da liga em comparação com a soldagem TIG. Pode atingir penetração total em uma passagem para peças de espessura média. Porém, exige alta precisão de montagem e possui uma janela de processo estreita. A entrada inadequada de calor pode desencadear rachaduras de liquidação nos limites dos grãos. É adequado para produção em massa.

 

3. Soldagem por feixe de laser / elétrons

Caracterizado por alta densidade de energia e baixa distorção de soldagem, pode inibir rachaduras de liquidação e se adequar a componentes precisos de paredes finas. A soldagem por feixe de elétrons realiza uma soldagem livre de oxidação sob condições de vácuo, enquanto a soldagem a laser facilita a operação automática. As desvantagens incluem alto custo do equipamento e requisitos rígidos para lacunas de montagem; a porosidade emerge facilmente nas costuras de solda. É necessária uma limpeza completa da superfície antes da soldagem.

 

4. Soldagem de estado sólido

Para soldagem por fricção por inércia, o metal base permanece não fundido, evitando defeitos como trincas de solidificação e fase Laves. É o processo preferido para forjamentos de disco de turbina e eixo rotativo. A soldagem por difusão é aplicável a ligas diferentes e componentes finos de precisão sem soldas de metal de adição, mas apresenta longos ciclos de processamento e requisitos extremamente elevados para qualidade de usinagem de superfície.

 

5. Soldagem por arco metálico com proteção a gás e soldagem manual por arco metálico

A soldagem a arco metálico com proteção a gás oferece alta eficiência e é usada em áreas não críticas. A soldagem manual por arco metálico permite reparos convenientes no local, mas sofre um fraco efeito de proteção e altos riscos de defeitos. Sua aplicação é restrita a peças forjadas primárias de turbinas a gás aeronáuticas, sendo priorizada a soldagem TIG.

 

 

1. Rachaduras de liquidação

Nos ciclos térmicos de soldagem, as fases de baixo ponto de fusão nos limites dos grãos dentro da zona afetada pelo calor fundem-se em filmes líquidos. Submetido a tensões de soldagem, ocorre fissuração intergranular. É um defeito comum em superligas à base de níquel reforçadas por precipitação.

 

2. Reaquecer rachaduras

Durante o tratamento térmico pós-soldagem ou serviço em alta temperatura, as fases de reforço precipitam-se no interior dos grãos e geram tensão. A resistência insuficiente do limite de grão dá origem a fissuras intergranulares.

 

3. Porosidade e inclusões de escória

A porosidade se forma à medida que o hidrogênio e o nitrogênio são absorvidos pelas poças de fusão, causadas pela remoção inadequada de manchas de óleo, incrustações de óxido e umidade nas superfícies das ranhuras, gás de proteção impuro ou falha na proteção traseira. As inclusões de escória de óxido surgem da remoção incompleta de escória entre passagens.

 

4. Precipitação de Fase Frágil

Por exemplo, a segregação do nióbio gera a fase Laves durante a soldagem GH4169, que degrada a ductilidade, a tenacidade e o desempenho à fadiga das juntas soldadas. Isto é induzido principalmente pela entrada excessiva de calor e taxas de resfriamento lentas.

 

5. Engrossamento de grãos

Os grãos de metal base forjado refinados por forjamento tornam-se grosseiros na zona afetada pelo calor sob exposição prolongada a altas temperaturas durante a soldagem, o que prejudica as propriedades mecânicas das juntas soldadas.

 

 

1. Pré-soldagem

Verifique as especificações do material e os defeitos inerentes às peças forjadas. Selecione metais de adição correspondentes e resistentes a rachaduras e mantenha-os à prova de umidade. Usine ranhuras soldadas e remova contaminantes, como manchas de óleo e camadas de óxido, em pelo menos 20 mm em ambos os lados das ranhuras. Conclua a qualificação do procedimento de soldagem e garanta que os soldadores possuam certificados válidos.

 

2. Processo de soldagem

Realizar soldagem de cordão estreito com leve oscilação do eletrodo. Controle a entrada de calor e a temperatura entre passes para mitigar a segregação dos elementos e a liquidação dos limites dos grãos. Limpe os filmes de óxido e realize a inspeção visual após terminar cada passe de solda. Registre os parâmetros de soldagem para obter rastreabilidade.

 

3. Tratamento térmico pós-soldagem

Alivia o estresse residual da soldagem e restaura as propriedades mecânicas das juntas soldadas. Execute o tratamento de solução mais o tratamento de envelhecimento de acordo com as especificações da liga. Controle rigorosamente os parâmetros de aquecimento, resfriamento e retenção para evitar o engrossamento dos grãos ou o alívio insuficiente da tensão.

 

4. Inspeção pós-soldagem

Realize inspeção visual para formação de solda e defeitos superficiais. Combine testes de penetração (PT), testes de partículas magnéticas (MT), testes ultrassônicos (UT) e testes radiográficos (RT) para inspeção não destrutiva. Para componentes críticos, exames metalográficos adicionais, testes de tração e testes de ruptura por tensão devem ser realizados. Meça a distorção da soldagem e realize a correção quando necessário.

 

 

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