CORROSÃO INTERGRANULAR EM JUNTAS SOLDADAS - PARTE I.pdf

07/07/12 www.bohlersoldabrasil.com.br/janeiro_2011/maio1.html

1/4www.bohlersoldabrasil.com.br/janeiro_2011/maio1.html

CORROSÃO INTERGRANULAR EM JUNTAS SOLDADAS - PARTE I

Eng. Ricardo A. Fedele, MSc Engenheiro de Aplicação da Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda Prof. do Dep. de Eng. Mecânica eMetalúrgica da Escola de Engenharia Mauá [email protected]

(Artigo publicado na Revista Soldagem & Inspeção – Ano 6. Nº 3)

Imprimir Indique a um amigo Pdf

Parte I - Introdução ao estudo da corrosão em juntas soldadas

1.1. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA CORROSÃO

Para um leigo, a corrosão não passa do simples enferrujamento de uma peça ou estrutura de aço. Para combatê-la, ele sabe que deve lançarmão da pintura ou revestí-la com produtos oleosos. A corrosão, no entanto, além do enferrujamento do aço pela ação da atmosfera, englobaoutros tipos de deterioração de materiais. Verifica-se assim que, sendo um processo destrutivo, a corrosão causa danos a praticamente todosos setores da atividade humana. Mesmo em áreas como a medicina, na qual se emprega implantes metálicos, ou odontologia, na qual diversasligas metálicas são utilizadas na restauração dos dentes, os problemas de corrosão são sérios. A corrosão, portanto, é importante tanto do pontode vista econômico como social. Para exemplificar a importância econômica da corrosão, a Tabela 1 relaciona diversas estimativas dos custosda corrosão, feitas em vários países. Estes dados mostram que a corrosão custa anualmente aos países cerca de 3 a 4% do seu PNB e queaproximadamente 20% destes custos poderiam ser evitados.

Do ponto de vista técnico, o termo corrosão refere-se à destruição ou deterioração de uma liga metálica, sob a ação química ou fisico-química, nainterface metal-meio, associada ou não a fatores mecânicos. Este fenômeno resulta na passagem de componentes da liga para um estado decombinação com as substâncias agressivas do meio. Em geral, as formas mais comuns de corrosão das ligas metálicas são: corrosãogeneralizada, corrosão localizada, corrosão sob tensão e corrosão intergranular.

A corrosão generalizada é a degradação uniforme de toda a área da liga metálica exposta ao meio corrosivo. Neste caso, o material possui umacerta homogeneidade microestrutural e o meio corrosivo apresenta-se constante em todo o sistema. Essa forma de corrosão resulta daexposição do material à atmosfera (especialmente em ambientes industriais poluídos), à ambientes marinhos ou à ambientes comconcentrações aquosas característicos de indústrias químicas.

Tabela 1 - Estimativas de custo da corrosão em diversos países.



Já a corrosão localizada, como o próprio nome indica, refere-se à deterioração de certas regiões preferenciais da superfície do metal. Sabe-seque a espessura, a estabilidade e a eficiência da camada passiva protetora podem variar de acordo com a composição química e com ascondições superficiais do material, tanto em termos de acabamento (rugosidade, porosidade, etc.), como de utilização (diferença de aeração,agressividade do meio, etc.). Por este motivo, os metais apresentam regiões mais susceptíveis à corrosão do que outras. Como exemplo decorrosão localizada, podem ser citadas a corrosão por pites (pit corrosion) e a corrosão por fresta (crevice corrosion).

Em presença de tensões mecânicas pode-se ter um dos mais drásticos tipos de destruição de um metal, conhecido como corrosão sob tensão(stress corrosion cracking). Neste caso, apesar das tensões solicitantes estarem bem abaixo do limite de resistência, ocorre um trincamento dometal devido à degradação por ataque corrosivo, o qual pode conduzir à fratura e consequentemente ao colapso da estrutura ou equipamento.Um dos exemplos mais conhecidos deste tipo de falha no Brasil, refere-se a queda da ponte sobre o rio Guaíba, no Rio Grande do Sul, dez diasapós a sua conclusão.

Além disso, a corrosão também pode estar associada a fatores metalúrgicos. Um exemplo clássico deste tipo de degradação é a corrosãointergranular (intergranular corrosion), na qual as regiões dos contornos de grão do metal são preferencialmente atacadas pelo meio corrosivo.Como consequência, os grãos perdem a força de coesão entre si e o metal literalmente desintegra-se. As causas e os mecanismos desse tipode corrosão serão discutidos detalhadamente mais adiante.

No segmento de soldagem, a corrosão é responsável por grande parte dos problemas encontrados em campo. Isto se deve a maiorsusceptibilidade à corrosão das regiões soldadas em comparação ao restante da estrutura. Assim, a vida útil de vasos de pressão, caldeiras,tanques, tubulações, trocadores de calor, bombas, estruturas metálicas, dutos e muitos outros equipamentos soldados pode ser drasticamentereduzida devido à corrosão.

Entretanto, as especificações de consumíveis de soldagem e de metais de base raramente consideram aspectos de resistência à corrosão. Namaioria das vezes, as normas técnicas de qualificação referem-se somente às propriedades mecânicas e às características de soldabilidadedos materiais. Por outro lado, os profissionais da área de soldagem necessitam, ao menos, de um conhecimento básico sobre os tipos decorrosão que atuam em juntas soldadas. Somente desta meneira, atitudes eficazes poderão ser tomadas no sentido de evitá-los.

Todos os tipos de corrosão comentados até o momento podem atuar em juntas soldadas. Porém, apenas a corrosão intergranular evolui demaneira imperceptível até o colapso total do componente. Nestes casos, descobre-se que o equipamento estava submetido a um processocorrosivo somente após sua fratura e consequente inutilização. Portanto, o conhecimento dos mecanismos e das técnicas de prevenção dacorrosão intergranular é extremamente importante para a maximização da vida útil dos componentes soldados.

1.2. CORROSÃO EM JUNTAS SOLDADAS

A soldagem por fusão é indiscutivelmente a técnica de junção mais utilizada na fabricação de estruturas e equipamentos. A Figura 1 mostra,esquematicamente, a secção transversal de uma junta soldada, destacando a repartição térmica, ou seja, a máxima temperatura atingida emcada ponto, em função da distância deste ponto ao centro do cordão de solda.

No entanto, o processo de soldagem é responsável por promover aquecimentos e resfriamentos cíclicos e não homogêneos nas regiõespróximas à solda. Assim, tanto a zona fundida(ZF) como a zona afetada pelo calor(ZAC), podem apresentar diferenças microestruturaissignificativas após a soldagem. Em princípio, essas diferenças estão relacionadas à composição química, à microssegregação de elementosde liga, ao tamanho de grão, à transformação de fases e ao aparecimento de novos precipitados.

Além da diversidade microestrutural, a região da junta soldada também apresenta uma distribuição heterogênea de tensões residuais. Estastensões podem ter origem térmica ou mecânica. As tensões térmicas estão relacionadas ao efeito da variação de volume do metal (dilatação-contração) durante a soldagem. Também, podem resultar da formação de fases que promovem o aumento ou a redução de volume localizado namicroestrutura do material. Já as tensões mecânicas apresentam uma causa geométrica, sendo provenientes da restrição externa às distorçõesda junta soldada.

As heterogeneidades microestruturais e a distribuição não uniforme de tensões residuais explicam a elevada susceptibilidade à corrosão dasregiões soldadas. A diversidade microestrutural aumenta a probabilidade da existência de sítios ativos para a corrosão. Também, a diferença decomposição química entre fases primárias e secundárias, presentes na microestrutura do material, pode ativar a micro corrosão galvânica,através do conhecido "efeito pilha".

Já a concentração de tensões residuais contribui para o comportamento anódico das juntas soldadas em relação ao restante do equipamento.Isto porque as regiões tensionadas da microestrutura são basicamente constituídas por acúmulos não estáveis de defeitos cristalinos.Consequentemente, estes locais apresentam elevada energia interna, sendo mais reativos em comparação àqueles isentos de tensõesresiduais.

Além do estudo das heterogeneidades microestruturais, a análise das condições macroscópicas também é extremamente importante. Emjuntas dissimilares, a diferença de composição química entre as partes soldadas pode promover a macro corrosão galvânica. Assim, o materialmenos nobre empregado na junta tende a perder elétrons e dissolver-se no eletrólito, enquanto que o material mais nobre, comporta-se demaneira a absorver estes elétrons, contribuindo para o aumento da taxa de corrosão do material menos nobre.

A situação pode ficar ainda mais crítica caso seja utilizado um metal de adição que não apresente um comportamento eletroquimico compatível



com o do metal de base. Nestes casos, a taxa de corrosão do metal de solda ou do metal de base pode aumentar drasticamente. Portanto, deve-se sempre empregar um metal de adição que possua um potencial de redução próximo ao do metal de base. A correta escolha do consumívelde soldagem é imprescindível para a prevenção deste tipo de corrosão.

A Tabela 2 relaciona alguns materiais metálicos e não metálicos conforme seus potenciais de redução no estado dissolvido. Nota-se que osmateriais mais nobres apresentam elevados potenciais de redução em comparação aos materiais menos nobres. No entanto, é importanteressaltar que a Tabela 2 não representa uma sequência ordenada de materiais quanto a resistência à corrosão, pois não são considerados oeletrólito atuante, nem a quantidade de elementos de liga e tão pouco as características de formação das camadas de óxidos.

Tabela 2 - Série eletroquímica padrão.

Em resumo, foram discutidos diversos aspectos relacionados à corrosão em juntas soldadas. Esta abordagem introdutória teve o objetivo derelembrar certos conceitos importantes para o entendimento dos mecanismos de corrosão intergranular, os quais serão apresentados napróxima edição.

1.3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMERICAN SOCIETY FOR METALS Stainless Steels, ASM Specialty Handbook, ASM International, ed. J. R. Davis, p. 133-238, 1994.

EVANS, V.R. The Corrosion and Oxidation of Metals: Scientif ic Principles and Pratical Applications, ed. Edw ard Arnold Publisher, 1960.

FONTANA, G.M. Corrosion Engineering, McGraw Hill International Editions, 3rd. ed, 1987



Documents

CORROSÃO INTERGRANULAR EM JUNTAS SOLDADAS - PARTE I.pdf