Trincas de Solidificao

UFSC

ESTUDO DA ZONA FUNDIDATRINCAS DE SOLIDIFICAO

Referencias: Kou Cap. 11 Weld Metal Solidification Cracking Bailey Cap. 3 Solidification Cracking Folkhard cap. 5 Hot Cracking Resistance ...

TRINCAS DE SOLIDIFICAO Classificao dos defeitos de origem metalrgica (DIN 8524 parte 3)Nmero de ordem 100 Designao Trinca Explicao Separao limitada do material de extenso sobretudo bidimensional

Classificao por tamanho 100 1 Microtrinca 100 2 Macrotrinca

Identificada somente com ampliao > 6x Visvel a olho n ou sob ampliao at 6x.

Classificao pela morfologia 100 01 Trinca Intercristalina (contorno de gro) 100 02 Trinca transcristalina 100 03 Trinca inter- e transcristalina

Ao longo dos contornos de gro.

Percurso atravs dos gros. Percurso inter- e transcristalino

Classificao dos defeitos de origem metalrgica (DIN 8524 parte 3)Classificao pela origem da trinca 100 00 10 Trinca a quente Formada por fase de baixo ponto de fuso, enquanto essa estiver lquida. Formada durante a solidificao da poade-fuso.

100 00 11

Trinca de solidificao

100 00 12100 0020

Trinca de liquaoTrinca a frio

Somente a fase de baixo ponto de fuso, p.ex. no contorno de gro foi fundida.Forma-se no material no estado slido pela superao de sua capacidade de deformao. Ocorre quando o material passa por regio de tenacidade mnima a alta T Ocorre por restrio a contrao; microconstituintes de baixa dutilidade ou resistncia favorecem sua formao.

100 0021

Trinca frgil

100 0022

Trinca de contrao

TRINCAS DE SOLIDIFICAOClassificao pela origem da trinca 100 0023 Trinca por Hidrognio Ocorre por elevao da tenso residual pela presena de H, que devido mudana microestrutural no pode efundir do material. Causada por mudana microestrutural: tenses associadas a alterao de volume. Formada em locais de concentrao de tenses (entalhe geomtrico) com concomitante entalhe metalrgico. Ocorre devido a endurecimento por difuso de N. Ocorre por precipitao de fases frgeis durante a soldagem ou TT posterior. Ocorre pela decoeso em zonas de segregao paralelas, contendo incluses no-metlicas, pelo carregamento na direo da espessura.

100 0024

Trinca de endurecimento

100 0025

Fissura por entalhe

100 0026 100 0027

Trinca por envelhecimento Trinca induzida por precipitao

100 0028

Decoeso lamelar

TRINCAS DE SOLIDIFICAO

Morfologia ramificada intergranular

Solidification cracking in a TIG-weld of 6061 aluminum.

Solidification cracking in an autogenous bead-onplate weld of 7075 aluminum (140X). S Kou 2002


Morfologia ramificada intergranular

Trinca em cratera: vista de topo e detalhe

Solda de filete contendo: a) trincas tpicas de solidificao (aberta na linha central e subsuperficiais) e tb trinca a frio oriunda de gap na raz. b) fractografia ao MEV de trinca sub-superficial

N Bailey 1994


Trincas de solidificao sub-superficiais na linha central e inter-colunares em cordo (profundo e estreito) de SAW

Trincas de solidificao na regio da baa da ZAC em cordo SAW em forma de asa de gaivota

N Bailey 1994


Aspecto tpico da superfcie de fratura ao MEV

Detalhe de spikes

Incluses ricas em Pb

Incluses de MnS (setas)

N Bailey 1994

TRINCAS DE SOLIDIFICAOLIQUAO NA ZAC

Linha de fuso

Detalhe de SAW mostrando banda de segregao originando trincas de liquao e de solidificao

Trinca de liquao na baa da ZAC de SAW

N Bailey 1994


Corte em cunha (taper sectioning) para deteco metalogrfica de liquao. N Bailey 1994

TRINCAS DE SOLIDIFICAO Mecanismo de Formao

Efeito combinado de lquido euttico residual com tenses de contrao

Distribuio de tenses em torno de fonte de calor mvel na soldagem

Folkhard 1988

Mecanismo de Formao


Crescimento celular

dendritas colunares

Liquao na ZAC

Trincas a quente em metal de solda inox austentico devido fase lquida residual na solidificao

Folkhard 1988


Testes de susceptibilidade

Houldcroft test (espinha de peixe)(a) design

(b) cracking in an Al-alloy specimen.

S Kou 2002

TRINCAS DE SOLIDIFICAOTestes de susceptibilidade

cracking in a 444 Nb-stabilized ferritic stainless steel Varestraint specimen

Varestraint

transverse Varestraint

S Kou 2002


Testes Varestraint mostrando maior susceptibilidade de ligas de Ni frente a aos inox austenticos

S Kou 2002


(Lupa 40x)

Teste PVR : deformao linear programada (10 a 60 mm/min) Corpo de prova : 220 mm

Folkhard 1988


FATORES METALRGICOS1. Intervalo de Solidificao - Efeito de impurezas - Efeitos de reaes no final da solidificao 2. Quantidade e distribuio da fase lquida no final da solidificao 3. Ductilidade do metal de solda solidificando 4. Fase primria de solidificao 5. Tenso superficial do lquido no contorno de gro 6. Macroestrutura da zona fundida

FATORES MECNICOS1. Tenses de Contrao 2. Grau de Restrio

S Kou 2002


Intervalo de solidificao

FATORES METALRGICOS

Efeito de impurezas e elementos de liga no Ts de aos C e baixa-liga.

S Kou 2002


Efeito da composio no intervalo de solidificao

FATORES METALRGICOS

Diagrama Ferro - Boro

Diagrama Ferro - Carbono

Solubilidade de elementos influentes nas trincas a quente e formao de eutticos


Folkhard cap. 5


Efeito de impurezas do lquido residual no contorno de gro

FATORES METALRGICOS

Weld metal near pool

no liquid in pure Fe

some liquid with a small amount of Si

much more liquid with a small amount of sulfur.

S Kou 2002


Efeitos de Reaes no Final da Solidificao

FATORES METALRGICOS

Microestrutura ao MEV de superliga de Ni contendo Nb. Constituintes eutticos resultam de: L -NbC (1355,2 oC) L -Laves (1248,2 oC) Ts = 137,4 oC S Kou 2002 Mximo comprimento de trincas em funo de Ts para superligas contendo Nb e dois outros materiais.


Efeitos de Reaes no Final da Solidificao

FATORES METALRGICOS

20Cb-3

20Cb-3INCO 112 composite

Solidification paths (solid lines) of Nb-stabilized austenitic stainless steels:

S Kou 2002


Efeitos de Reaes no Final da SolidificaoFATORES METALRGICOS

Solidification paths (solid lines): a) a binary A-B system and b) a ternary A-B-C system Kou cap. 6


Quantidade e Distribuio de Fase Lquida no Final da Solidificao

FATORES METALRGICOS

Effect of composition on crack sensitivity of some aluminum alloys. S Kou 2002



FATORES METALRGICOS

Aluminum welds with three different levels of Cu

S Kou 2002



FATORES METALRGICOS

Effect of composition on crack susceptibility: (a) weld; (b) crack susceptibility curve; (c) pure metal; (d) low solute; (e) more solute; ( f) much more solute. S Kou 2002



FATORES METALRGICOS

Fraction liquid as a function of distance within the mushy zone of 20Cb-3 and 20Cb-3INCO 112 composite (a) and enlarged (b).

S Kou 2002

Distribuio da Fase Lquida


FATORES METALRGICOS

MEV mostrando morfologia distinta de -NbC and Laves (constituente em ilhas no afetando trinca de solidificao) em superliga de Ni contendo Nb

S Kou 2002

FATORES METALRGICOS


Dutilidade do Metal de Solda Solidificando(a) temperature distribution (T increases from right to left); (b) ductility curve; (c) ductility curves with different crack susceptibility; (d) effect of CST on cracking.

S Kou 2002


Fase Primria de SolidificaoFATORES METALRGICOS

S Kou 2002


Fase Primria de SolidificaoFATORES METALRGICOSSolidification crack susceptibility of austenitic stainless steels: arc welds

laser welds.

S Kou 2002


Fase Primria de SolidificaoFATORES METALRGICOS

Influncia do comprimento do arco em SMAW no teor de N, teor de ferrita delta e trincas a quente em ao inox austentico.(Ensaio PVR / Folkhard)

Folkhard 1988

Tenso Superficial do Lquido no Contorno de Gro

TRINCAS DE SOLIDIFICAOFATORES METALRGICOS

Grain boundary liquid: (a) dihedral angle; (b) distribution of liquid at grain boundary; (c) effect of dihedral angle on solidification cracking. S Kou 2002

Tenso Superficial do Lquido no Contorno de Gro

TRINCAS DE SOLIDIFICAOFATORES METALRGICOS

Effect of grain boundary liquid morphology on crack susceptibility: (a) weld; (b) continuous; (c) isolated.

S Kou 2002


Efeito da Macroestrutura da Zona Fundida

FATORES METALRGICOS

Effect of grain structure on solidification cracking: (a) aluminum alloys; (b) centerline cracking in a coarse-grain 310 stainless steel weld.

S Kou 2002

FATORES MECNICOS


1. Tenses de Contrao- origem trmica - solidificao Susceptveis: ligas Al e aos inox austenticos

2. Grau de Restrio

Trinca de solidificao devido ao aumento da restrio em junta em T aps soldagem do 1o passe.

S Kou 2002


EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO

Contrle da Composio do Metal de Solda . Ligas de Alumnio . Aos Carbono e Baixa-Ligas . Aos inox contendo Nb e Superaligas . Aos inox austeniticos Controle da Microestrutura de Solidificao . Refino de gros . Oscilao Magntica do Arco Uso de condies favorveis de soldagem . Reduzindo deformaes . Melhorando a geometria da solda

S Kou 2002


Contrle da Composio do Metal de SoldaEfeito da Diluio LIGAS DE ALUMNIO

Seleo do metal de adio

Efeito da composio no trincamento de liga Al-Cu

p.ex. Liga Al 3% Cu Soldada com 2319 (6,3% Cu)Approximate dilution of three weld joints by base metal in aluminum weldingS Kou 2002


p.ex. Liga de Al mais soldada a 2219 ... 6,3% Cu Metal de adio 2319 .............. 6,3% CuS Kou 2002


Contrle da Composio do Metal de SoldaLIGAS DE ALUMNIO

Susceptibilidade de

diferentes ligas de Al :(a) AlMgSi; (b) AlCuSi (c) AlMgCu.

S Kou 2002


Contrle da Composio do Metal de Solda

AOS CARBONO

Para aos com teores de C elevados o aumento da relao Mn-S deixa de ser eficaz!

Efeito da relao Mn-S e do teor de C na susceptibilidade a trincas de solidificao em metal de solda de ao carbono. S Kou 2002


Contrle da Composio do Metal de Solda

AOS CARBONODesenho esquemtico de solda multipasses. Notar que o passe de raiz tem a mxima diluio.

Para aos com teores de C mais elevados o aumento da relao Mn-S deixa de ser eficaz! Medidas alternativas: 1) 2) Uso de metal de adio de baixo C Amanteigamento com inox austentico ou liga de Ni

Amanteigamento das faces da junta de ao alto carbono com arame de inox austenitico 309 (ou 310).

S Kou 2002


Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEIS

S Kou 2002


Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEISDesenho esquemtico mostrando transformaes na solidificao e possolididificao em soldas no sistema FeCrNi: (a) Ferrita interdendritica; (b) Ferrita vermicular; (c) Ferrite em placas (lathy); (d) Seo vertical do diagrama ternrio (pseudo-binrio) para 70% Fe.

S Kou 2002



Schaeffler diagram for predicting weld ferrite content and solidification mode.

S Kou 2002



DeLong diagram for predicting weld ferrite content and solidification mode.

Folkhard 1988



Folkhard 1988



Folkhard 1988

EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO Controle da Macroestrutura de Solidificao. Refino de gros . Oscilao Magntica do Arco

Schematic sketches showing effect of arc oscillation on solidification cracking. Effect of transverse arc oscillation (1 Hz) on solidification cracking in TIG welds of 2014 aluminum.

S Kou 2002


Effect of oscillation frequency on solidification cracking in gastungsten arc welds of 2014 aluminum. Effect of arc oscillation frequency on the solidification cracking in gastungsten arc welds of 5052 aluminum.

Grain structure of gastungsten arc welds of 5052 aluminum: (a) no arc oscillation; (b) 20 Hz transverse arc oscillation. S Kou 2002


Uso de condies favorveis de soldagem. Reduzindo deformaes . Melhorando a geometria da solda

Effect of weld bead shape on solidification in multipass weld: (a) and (b) concave; (c) convex.

Effect of weld bead shape on state of stress at center of outer surface: (a) concave fillet weld; (b) convex fillet weld.

S Kou 2002

EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO Uso de condies favorveis de soldagem. Melhorando a geometria da solda

Effect of weld depthwidth ratio on centerline cracking: (a) ratio too high; (b) ratio correct.

S Kou 2002

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Trincas de Solidificao