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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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Crescimento celular
dendritas colunares
Liquao na ZAC
Trincas a quente em metal de solda inox austentico devido fase lquida residual na solidificao
Folkhard 1988
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAOTestes de susceptibilidade
Testes Varestraint mostrando maior susceptibilidade de ligas de Ni frente a aos inox austenticos
S Kou 2002
TRINCAS DE SOLIDIFICAOTestes de susceptibilidade
(Lupa 40x)
Teste PVR : deformao linear programada (10 a 60 mm/min) Corpo de prova : 220 mm
Folkhard 1988
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Intervalo de solidificao
FATORES METALRGICOS
Efeito de impurezas e elementos de liga no Ts de aos C e baixa-liga.
S Kou 2002
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Folkhard cap. 5
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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.
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Quantidade e Distribuio de Fase Lquida no Final da Solidificao
FATORES METALRGICOS
Aluminum welds with three different levels of Cu
S Kou 2002
Quantidade e Distribuio de Fase Lquida no Final da Solidificao
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Quantidade e Distribuio de Fase Lquida no Final da Solidificao
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Fase Primria de SolidificaoFATORES METALRGICOS
S Kou 2002
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Fase Primria de SolidificaoFATORES METALRGICOSSolidification crack susceptibility of austenitic stainless steels: arc welds
laser welds.
S Kou 2002
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
p.ex. Liga de Al mais soldada a 2219 ... 6,3% Cu Metal de adio 2319 .............. 6,3% CuS Kou 2002
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Contrle da Composio do Metal de SoldaLIGAS DE ALUMNIO
Susceptibilidade de
diferentes ligas de Al :(a) AlMgSi; (b) AlCuSi (c) AlMgCu.
S Kou 2002
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEIS
S Kou 2002
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEIS
Schaeffler diagram for predicting weld ferrite content and solidification mode.
S Kou 2002
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEIS
DeLong diagram for predicting weld ferrite content and solidification mode.
Folkhard 1988
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEIS
Folkhard 1988
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
Contrle da Composio do Metal de Solda AOS INOXIDVEIS
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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
EVITAR TRINCAS DE SOLIDIFICAO
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