Trinca induzida pelo hidrogenio seminario
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Universidade Federal da ParaíbaCentro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Mestrado - Doutorado
Fragilização de juntas Soldadas em Ambiente Assistido pelo Hidrogênio
Mestrando: Roneles de Santana Silva
Prof° Orientador : José Hilton Ferreira da Silva
Introdução
As trinca induzida pelo hidrogênio,são descontinuidade provocada pela presença do hidrogênio, que ocorrem algum
tempo após a soldagem.
As trincas a frio, normalmente aparecem na ZTA , podendo também ocorrer no metal de solda de aços de maior resistência
Há, entre os diversos fatores agravantes, o efeito do meio sobre a junta soldada.
Teor de hidrogênioMicroestrutura do metal de
solda e ZTA
Nível de tensão Imposta á solda Temperatura
Mencionar uma série de fenômenos de degradação dos metais associados á presença do hidrogênio.
cinética do hidrogênio na microestrutura.
mecanismo de degradação envolvido.
estado tensional da estrutura.
condicionado pelo ambiente de trabalho e pela liga metálica envolvida
2-DANOS POR HIDROGÊNIO
Cinco tipos específicos de danos provocados pelo hidrogênio de maior relevância:
Fragilização por Hidrogênio.
Fragilização por Sulfetos.
Trincamento Induzido pelo Hidrogênio.
Trincamento por Precipitação de Hidrogênio Interno.
Trincamento pela Formação de Hidretos.
fragilização por hidrogênio - É o dano provocado pela presença de hidrogênio atômico no reticulado dos metais e ligas metálicas sob o efeito de tensões residuais ou aplicadas.
reduz as propriedades mecânicas, particularmente a tenacidade à fratura.
enfraquecer as ligações atômicas, diminuir a capacidade de deformação do material e causar falhas prematuras, podendo conduzir o Colapso de uma estrutura.
diminuição na ductilidade. A presença de hidrogênio no aço pode mudar o tipo de fratura
de morfologia tipicamente dúctil para frágil;
2.1-Fragilização do aços pelo hidrogênio
A fragilização por hidrogênio dos aços pode ser classificada em três tipos principais:
Fragilização por reação de hidrogênio - que ocorre por causa da geração de hidrogênio na superfície devido a uma reação química.
Fragilização por hidrogênio ambiental - que ocorre em ambientes que contém hidrogênio, através da adsorção de hidrogênio molecular na superfície
Fragilização por hidrogênio interno (IHE).- é causada pelo hidrogênio que entra no reticulado durante o processamento ou fabricação do aço.
OBS: O termo fragilização por hidrogênio, sugere a existência
de uma transição dúctil-frágil provocada pela interação de um material com o hidrogênio.
Trincas Induzidas pelo Hidrogênio na Soldagem
A trinca induzida pela presença do hidrogênio é um dano ocasionado pelo hidrogênio atômico que se recombina ao estado gasoso em áreas especificas da microestrutura; como vazios; interface entre inclusões e a matriz metálica.
Na literatura técnica:
fissura a frio;
fissura de retardo;
fissura sob o cordão;
fissura na borda da solda;
Existe um grande consenso que sua ocorrência seja influenciada pelos seguintes fatores:
Teor de hidrogênio;
Microestrutura do metal de solda e ZTA;
Nível de tensão Imposta á solda;
Temperatura. OBS: Todos estes fatores apresentam a mesma
importância, porém dependendo da situação, um deles pode ser dominante.
Microestrutura; Estruturas martensíticas.
No caso de Aços alta resistência, quanto mais frágil a microestrutura do MS e da ZTA, maior a susceptibilidade às trincas a frio.
Ressalta;A ferrita acicular dificulta a nucleação e propagação
de trincas.
A temperatura:
alteração da taxa de suprimento de hidrogênio aos pontos de nucleação das trincas.
difusão e transporte de hidrogênio por deslocação.
suscetibilidade ao hidrogênio é máxima a temperatura ambiente.
As trinca ocorre em temperatura entre -100°C e 200 °C.
Concentração de tensões:
As trincas iniciam-se quando a tensão e deformação atingem valores críticos de tolerância
A falta de fusão ou a falta de penetração são defeitos que concentram muita tensão nas extremidades.
O erro na montagem de uma solda em ângulo, com uma abertura de raiz, causa também uma concentração de tensão.
.
As principais teorias que tenta explicar o fenômeno de trincas induzidas pelo hidrogênio são:
Teoria da pressão; a pressão causada pelo hidrogênio gasoso em uma cavidade preexistente no interior do material, onde o gás se acumularia, assistiria à tensão aplicada, facilitando a iniciação e a propagação de uma trinca.
Teoria da absorção de Petch e Stable ; − propõe que o hidrogênio adsorvido nas superfícies de trinca de GRIFFTH reduz a energia de superfície. De modo que as trincas podem crescer através de pequenas tensões aplicadas.
Trincas Induzidas pelo Hidrogênio -Mecanismo e Teorias
Teoria de Troiano; agora o ente fragilizante passou a ser o átomo de hidrogênio e não mais o gás
o hidrogênio diminui as forças de coesão entre átomos, e conseguintemente, a energia para formar planos de clivagem.
Teoria de trincas assistidas por hidrogênio;Sugere que o hidrogênio na frente da ponta da
trinca assiste o processo de deformação microscópica da microestrutura.
podem operar os modos de fratura intergranular, quase- clivagem ou coalescência de microvazios.
OBS:
Dentre essas teorias que têm sido propostas para as trincas induzidas pelo hidrogênio, a mais aceita é a do “Modelo da Pressão do Hidrogênio”.
a umidade absorvida no revestimento de eletrodos (ER) ou no fluxo (AS).
óleo, graxa e sujeira, compostos orgânicos, tinta, ferrugem sejam na superfície da peça de trabalho ou na superfície dos eletrodos.
Fontes de Hidrogênio nos processos de Soldagem
Durante um procedimento de soldagem, o hidrogênio tem uma solubilidade que depende da temperatura e composição química.
alta temperatura do arco voltaico, o hidrogênio penetra na poça fundida no estado atômico.
Solubilidade, Distribuição e Difusão do Hidrogênio na Junta soldada
A maior parte do hidrogênio absorvido tende a se difundir rapidamente através da solda e do metal de base.
A solubilidade do hidrogênio no metal de solda diminui com a queda da temperatura.
modelo para a difusão do hidrogênio do metal de solda para a ZTA:
hidrogênio difusível − quantidade de hidrogênio que escapa durante um período determinado de tempo.
hidrogênio residual − Parte do hidrogênio que permanece presa no material por longos períodos de tempo.
classificadas de acordo com os diferentes fatores:
Trincas no MS ou na ZTA; macrotrincas ou microtrincas; trincas longitudinais ou transversais; trincas de raiz , trincas na interface sólido liquido de juntas
com chanfros, trinca de raiz em solda de filete, ou trincas sob o cordão;
trincas de restrição ou trincas de distorção; trincas retardadas, devido a que ocorrem geralmente em
um período compreendidos entre alguns minutos até 48horas após a soldagem.
Tipos e morfologia de trincas induzidas pelo hidrogênio
Trinca no Metal de solda
Trinca na ZTA
Trinca na ZTA e na Raiz
Quando a morfologia:
intergranular (IG);
Clivagem
quase-clivagem (QC);
fratura alveolar ou dimples –CMV;
Exposto a um ambiente carregado de hidrogênio atômico a junta soldada passa por um processo de adsorção, difusão e absorção capaz de reduzir drasticamente suas propriedades mecânicas.
BALLESTEROS (2010) ; estudou a susceptibilidade à corrosão sob tensão (CST), em presença de sulfetos, e à fragilização por hidrogênio, em soldas circunferenciais. Foi verificado uma queda significativa no limite de resistência, alongamento e tempo de ruptura, quando comparado aos ensaio ao ar.
Estudo sobre fragilização de junta soldada em ambiente assistido pelo hidrogênio
GITTOS (2008) comparando ensaios ao ar e em ambiente assistido, a baixa taxa de deslocamento. Encontrou para este tipo de junta uma fragilização de 11%
Franco (2013) estudou os efeitos de fragilização causados pelo hidrogênio na junta soldada do aço 2,25Cr-1Mo-0,25V quando este está submetido a ambientes ricos.Verificou a redução da ductilidade.
Seleção adequada do material de base ; O metal de menor temperabilidade é melhor para
prevenir a trinca induzida pelo hidrogênio. Quanto à presença do hidrogênio. Eletrodos de
baixo hidrogênio foram desenvolvidos com esse propósito
Quanto às tensões residuais ; A soldagem com o menor grau de restrição possível é uma medida útil.
Quanto à microestrutura susceptível ; o pré-aquecimento, o aumento da energia de soldagem,
Quanto à baixa temperatura ; Manter a solda a uma temperatura suficiente para permitir a difusão do hidrogênio,
Critérios para prevenção de trincas a frio
Sua ocorrência esta condicionada a quatro fatores principais: Teor de hidrogênio; Microestrutura do metal de solda e ZTA; Nível de tensão Imposta á solda e Temperatura.
Não existe uma única teoria que descreva ou unifique o fenômeno.
Existe varias medidas preventiva para minimizar a formação de trincas provocada pelo hidrogênio na junta soldada.
Exposto a um ambiente carregado de hidrogênio atômico a junta soldada passa reduz drasticamente suas propriedades mecânicas, principalmente a tenacidade à fratura, na presença do hidrogênio
CONCLUSÃO