samuelamoraalves tp

7/29/2019 SamuelAmoraAlves TP

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Centro de tecnologia e cincias

Faculdade de engenharia

Samuel Amora Alves Neto

Caracterizao metalrgica de juntas de ao inoxidvel superduplex

soldadas por processo TIG autgeno

Rio de Janeiro

2011


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Dissertao apresentada, como requisitoparcial para obteno do ttulo deMestre, ao programa de Ps-Graduaoem Engenharia Mecnica, daUniversidade do Estado do Rio deJaneiro. rea de concentrao:Mecnica dos Slidos

Orientadora: Prof. Dr. Marlia Garcia Diniz

Rio de Janeiro

2011


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CATALOGAO NA FONTE

UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC/B

Autorizo, apenas para fins acadmicos e cientficos, a reproduo total ou parcial

desta tese, desde que citada a fonte.

_____________________________________ ____________________________

Assinatura Data

A474 Alves Neto, Samuel Amora.Caracterizao metalrgica de juntas de ao inoxidvel

superduplex soldadas por processo TIG autgeno /Samuel Amora Alves Neto. - 2011.

108 f.

Orientadora: Marlia Garcia DinizDissertao (Mestrado) Universidade do Estado do

Rio de Janeiro, Faculdade de Engenharia.

1. Ao inoxidvel Teses. 2. Juntas (Engenharia) Teses. 3. Engenharia Mecnica. I. Diniz, Marlia Garcia. II.Universidade do Estado do Rio de Janeiro. III. Ttulo.

CDU 621.791.052-034.14


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Dissertao apresentada, como requisitoparcial para obteno do ttulo de Mestre,ao programa de Ps-Graduao emEngenharia Mecnica, da Universidade doEstado do Rio de Janeiro. rea deconcentrao: Mecnica dos Slidos

Aprovado em: 28 de maro de 2011.Banca Examinadora:

____________________________________________________________Prof. Dr. Marlia Garcia Diniz (Orientadora)Faculdade de Engenharia UERJ

____________________________________________________________Prof. Dr. Francisco Jos da Cunha Pires SoeiroFaculdade de Engenharia UERJ

____________________________________________________________Prof. Dr. Andr Luiz PintoInstituto Militar de Engenharia IMECentro Brasileiro de Pesquisas Fsicas CBPF

____________________________________________________________Prof. Dr. Ivan Guillermo Solorzano NaranjoPontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro PUC-RIODepartamento de Cincia dos Materiais e Metalurgia

Rio de Janeiro

2011


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DEDICATRIA

Dedico este trabalho aos meus pais que em todos os momentos, mesmoapesar das dificuldades, acreditaram no meu sucesso. Em especial a minha me,que tanto no vestibular quanto no fechamento desde trabalho no mediu esforospara garantir o meu sucesso.


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AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, pois sem ele nada seria possvel e novamente a Deuspor colocar em meu caminho pessoas como a professora Marlia Diniz, que em todomomento me incentivou e cobrou, sem ela este trabalho no seria possvel.

Transcontrol em especial a sres Luiz Csar Souto e Geraldo Pfaltzgraff, professora Annelise Zeemann e ao amigo Rodrigo Fernandes que me auxiliaramcedendo desde conhecimento a materiais e/ou mo de obra.

A minha esposa Jse, que nos momentos de correria me deu todo apoionecessrio, mesmo sentindo a minha ausncia e a falta de pacincia.


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Ser capito desse mundo, poder rodar sem fronteirasViver um ano em segundos, no achar sonhos besteira

Me encantar com um livro que fale sobre vaidadeQuando mentir for preciso poder falar a verdade

Maria Gad


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RESUMO

ALVES NETO, Samuel Amora. Caracterizao metalrgica de juntas de ao

inoxidvel superduplex soldadas por processo TIG autgeno. 2011. 108f.Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica) - Faculdade de Engenharia,Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011.

Os aos inoxidveis do tipo duplex possuem grande importncia na indstria,principalmente na do petrleo e gs natural, por apresentarem elevada resistnciamecnica e excelente resistncia corroso. Caracterizam-se por apresentarestrutura bifsica, constituda de propores praticamente iguais de ferrita eaustenita. O presente trabalho caracterizou juntas soldadas por TIG autgeno deao inoxidvel duplex UNS S32760. Foram confeccionados quatro grupos deamostras, provenientes da variao da corrente de soldagem e consequentementedo aporte trmico (corrente de pico: 25A e 40A - aporte trmico: 0,12KJ/mm e

0,19KJ/mm) e da composio do gs de proteo (argnio puro ou argnio contendo2,5% nitrognio). Foram utilizadas tcnicas de caracterizao por metalografiacolorida, anlise e processamento digital de imagens, ensaios de microdurezaVickers. Para avaliar a resistncia corroso foram realizados ensaios de potencialem circuito aberto com soluo de cloreto frrico (FeCl3) e eletrodo de referncia decalomelano saturado. A anlise quantitativa das fases ferrita e austenita presentesnas juntas soldadas mostrou que a adio de nitrognio no gs de proteofavoreceu a formao da fase austenita, variando de 11% (sem nitrognio) para 26%(com nitrognio) a quantidade desta fase. Em uma anlise qualitativa a variao doaporte trmico: 0,12KJ/mm para 0,19KJ/mm resultou no aumento do tamanho degros da fase ferrita.

Palavras-chave: Soldagem TIG Autgena. Superduplex. Corroso. Anlise e

processamento digital de imagem.


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ABSTRACT

The duplex stainless steels are of great importance in industry, mainly in oil

and natural gas due to their high mechanical strength and excellent corrosionresistance. They are characterized by having biphasic structure, consisting of nearlyequal proportions of ferrite and austenite. The present work characterized weldedjoints by autogenous TIG process of duplex stainless UNS S32760. Four groups ofsamples were prepared, from the variation of welding current and consequently ofheat input (20A and 40A - heat input: 0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) and thecomposition of shielding gas (pure argon or argon containing 2.5%nitrogen). Techniques of characterization by colored metallography, analysis anddigital image processing and Vickers microhardness tests techniques were used. Toevaluate the corrosion resistance, tests were performed at open circuit potential witha solution of ferric chloride (FeCl3) and reference electrode of saturated calomel. Thequantitative analysis of ferrite and austenite phases present in the welded joints

showed that the addition of nitrogen in shielding gas favored the formation ofaustenite phase, ranging from 11% (without nitrogen) to 26% (with nitrogen) theamount of this phase In a qualitative analysis the variation of heat input (0.12KJ/mmand 0.19KJ/mm) resulted in an increase of the ferrite phases grain size.

Keywords: Autogenous TIG welding. Superduplex. Corrosion. Analysis and digital

image processing.


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LISTA DE EQUAES

Equao1 ................................................................................................................23

Equao2 ................................................................................................................26Equao3 ................................................................................................................26Equao4 ................................................................................................................37Equao5 ................................................................................................................44Equao6 ................................................................................................................44Equao7 ................................................................................................................46Equao8 ................................................................................................................46Equao9 ................................................................................................................46


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LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 Grfico: Percentual de cromo x Taxa de corroso [1]. ............................20

Figura 2 Diagrama pseudo-binrio Fe-Cr-Ni para um teor de ferro de 70% [20]. ..27

Figura 3 Princpio da soldagem manual utilizando o mtodo TIG [26]...................34

Figura 4 Diagrama esquemtico que define as diferentes zonas da junta

soldada de acordo com a distribuio de temperatura devido ao

aporte trmico para um ao duplex [28]...................................................41

Figura 5 Diagrama de Pourbaix para o sistema Ferro gua a 25C [ 29].............48

Figura 6 Curva ideal de polarizao andica para o sistema ferro-gua

apresentando passividade [29]. ...............................................................50

Figura 7 Curva de sobretenso andica para um metal ativo-passivo em um

ambiente causando a corroso por pites. Ep = potencial de pite,

Epass = potencial de passivao, icr = densidade de corrente crtica,

ep = densidade de corrente passiva. [42]. ...............................................53

Figura 8 Pea macho usada para confeco da junta soldada. ...........................63

Figura 9 Pea fmea usada para confeco da junta soldada. ............................63

Figura 10 Montagem das peas para a solda.........................................................63

Figura 11 Sistema usado na confeco dos corpos de prova. ...............................64

Figura 12 Solda radial dos corpos de prova. ..........................................................65

Figura 13 Maquina solda Fronius (modelo Transtig 1600) utilizada para a

soldagem dos corpos de prova...............................................................65

Figura 14 Canivete de medio de folgas. .............................................................66

Figura 15 Ajuste da distncia do eletrodo com auxilio do canivete de folgas. ........66

Figura 16 esquerda, a representao do corte longitudinal do cilindro soldado

e, direita, um corpo de prova formado.................................................68

Figura 17 Macro da junta soldada do Grupo 1 Aumento 20x Sem ataque

qumico...................................................................................................68


qumico...................................................................................................69


qumico...................................................................................................69


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qumico...................................................................................................70

Figura 21 Amostras embutidas em resina acrlica de cura a frio. ...........................71

Figura 22 Microscpio ptico modelo AxioImager M1m da marca Zeiss,

laboratrio de microscopia ptica e caracterizao de materiais -

LabMat - do Laboratrio de Engenharia Mecnica da UERJ..................72

Figura 23 Macro da junta soldada do Grupo 1 Aumento 20x Ataque

qumico: Behara. ....................................................................................72


qumico: Behara. ....................................................................................73


qumico: Behara. ....................................................................................73Figura 26 Macro da junta soldada do Grupo 4 Aumento 20x Ataque

qumico: Behara. ....................................................................................74

Figura 27 Imagem obtida por MO aps ataque Behara. Aumento de 100x............75

Figura 28 Imagem da Figura 27 (Figura exemplo) convertida para a escala de

tons de cinzas.........................................................................................76

Figura 29 Imagem da Figura 28 aps a aplicao do filtro Gaussian. ....................77

Figura 30 Histograma obtido para a imagem da Figura 29 aps aplicao do

filtro Gaussian. O histograma, neste caso, apresenta-se tipicamentebimodal...................................................................................................77

Figura 31 Resultado da etapa de segmentao da imagem. As regies ou

objetos claros nesta imagem representam a fase austenita do

material. Os objetos claros foram os considerados para a etapa

subseqente de quantificao................................................................78

Figura 32 Imagem gerada aps operao de eliminao de rudos ou pequenos

objetos. Em tom de cinza, apenas para realar, uma das regies

onde era verificada a presena dos pequenos objetos provenientesde rudos na imagem............................................................................79

Figura 33 Imagem gerada aps o processo de tratamento da imagem e

contagem dos objetos brancos que eram coloridos de modo

individual.................................................................................................80

Figura 34 Aspecto microgrfico do metal de base. Ataque qumico Behara,

aumento de 100X. ..................................................................................83


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aumento de 100X. ..................................................................................83


aumento de 100X. ..................................................................................84


aumento de 100X. ..................................................................................84

Figura 38 - Aspecto microgrfico do metal de base. Ataque qumico Behara,

aumento de 500X. ..................................................................................85

Figura 39 Imagem obtida aps a etapa de segmentao do processamento

digital da imagem apresentada pela Figura 35.......................................86

Figura 40 Imagem obtida aps a etapa de segmentao do processamento

digital da imagem apresentada pela 37..................................................86Figura 41 Aspecto microgrfico da zona de transio de uma amostra do grupo

1, cujos parmetros de soldagem so argnio puro e corrente de 25

A Aumento de 100X. A regio esquerda e abaixo o metal de

base, a regio direita e acima, a zona de fuso. .................................88

Figura 42 Aspecto obtido da junta soldada.............................................................89

Figura 43 Imagem da solda do grupo 1 apresentando tanto a ZF quanto o MB.

Parmetros de soldagem: corrente 25A, Heat input 0,12KJ/mm; Gs

de proteo argnio puro Aumento de 100x, ataque reagenteBehara....................................................................................................90

Figura 44 Imagem da solda do grupo 1 apresentando a ZF. Parmetros de

soldagem: corrente 25 A, Heat input 0,12KJ/mm; Gs de proteo

argnio puro Aumento de 500x, ataque reagente Behara...................91


soldagem corrente 40 A, Heat input 0,19KJ/mm; Gs de proteo

argnio puro Aumento de 100X, ataque reagente Behara. .................91

Figura 46 Imagem da solda do grupo 2 apresentando a ZF. Parmetros desoldagem corrente 40 A, Heat input 0,19KJ/mm; Gs de proteo

argnio puro Aumento de 500X, ataque reagente Behara. .................92

Figura 47 Imagem da solda do grupo 3 apresentando tanto a ZF quanto o MB.

Parmetros de soldagem: corrente 25A, Heat input 0,12KJ/mm; Gs

de proteo, argnio com adio de 2,5% de N2 Aumento de 100X,

ataque reagente Behara.........................................................................93


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soldagem: corrente 25A, Heat input 0,12KJ/mm; Gs de proteo,

argnio com adio de 2,5% de N2 Aumento de 500X, ataque

reagente Behara.....................................................................................94


soldagem: corrente 40 A, Heat input 0,19KJ/mm; Gs de proteo,

argnio com adio de 2,5% de N2 Aumento de 100X, reagente

Behara....................................................................................................94


soldagem: corrente 40 A, Heat input 0,19KJ/mm; Gs de proteo,

argnio com adio de 2,5% de N2 Aumento de 500X, reagente

Behara....................................................................................................95 Figura 51 Imagem obtida do processamento digital para a imagem da Figura 44

(grupo 1). Esta imagem apresentou 89% de ferrita e 11% de

austenita.................................................................................................96

Figura 52 Imagem obtida do processamento digital para a imagem da 46 (grupo

2). Esta imagem apresentou 92% de ferrita e 8% de austenita..............97


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Alguns aos inoxidveis e suas propriedades....................................... 24Tabela 2 Principais aos inoxidveis duplex comerciais ...................................... 25

Tabela 3 Principais fases tercirias (precipitados) do ao duplex [11] ..................28

Tabela 4 Parmetros utilizados nas juntas soldadas pela Transcontrol

Indstria e Comrcio de Produtos Eletrnicos.......................................58

Tabela 5 Composio qumica do ao UNS S32760 usado nos corpos de

prova. Conforme ANEXO A - Certificado de matria prima da barra

forjada....................................................................................................62

Tabela 6 Composio qumica da liga UNS S32760 segundo ASTM A276.........62

Tabela 7 Grupos de solda com seus respectivos parmetros.............................. 67

Tabela 8 Parmetros comuns s quatro amostras...............................................67

Tabela 9 Percentual das fases presentes no MB. Foram processadas 15

imagens com aumentos de 100X, obtidas de regies aleatrias do

MB.........................................................................................................87

Tabela 10 Percentual das fases encontradas na ZF para os grupos de

amostras estudadas..............................................................................96


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ASME American society mechanical engineers

ASTM American society for testing and materials

CA Corrente alternada

CCC Cbica de corpo centrado

CCEN Corrente contnua com eletrodo no negativo

CCEP Corrente contnua com eletrodo no positivo

CFC Cbica de face centrada

Creq Cromo equivalente

DAO Descarburizao argnio-oxignio

EDAX Anlise de energia dispersiva de raios-x

E Potencial de eletrodo do metal

EECS Potencial em relao ao eletrodo de calomelano saturado

Ep Potencial de passivao

EEPH Potencial em relao ao eletrodo padro de hidrognio

EPH Eletrodo padro de hidrognio

Epit Potencial crtico de pite

GTAW Gas tungsten arc weld

Ianodo Corrente andica

Icatodo Corrente catdica

Icorr Corrente de corroso

MB Metal de base

MET Microscopia eletrnica de transmisso

MEV Microscopia eletrnica de varreduraMIG Metal inert gas

MO Microscopia ptica

MP Matria prima

Nieq Nquel equivalente

NPP Normal probability plot


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PRE Pitting resistance equivalent

PREn Pitting resistance equivalent number

RGB Red green blue

SMAW Shielded metal arc weldingTIG Tungsten inert gas

TTDF Temperatura de transio dctil - frgil

ZACTB Zona afetada pelo calor de temperatura baixa

ZACTE Zona afetada pelo calor de temperatura elevada

ZF Zona de fuso

ZTA Zona termicamente afetada

R Resistncia eltricaV Diferena de potencial

Potencial de eletrodo do metal


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SUMRIO

INTRODUO ............................................................................................18

1 AOS INOXDAVEIS ..................................................................................20

1.1 Principais empregos e aplicaes ...........................................................21

1.2 Tipos de aos inoxidveis ........................................................................21

2 AOS INOXIDVEIS DUPLEX ...................................................................22

2.1 Caracterizao dos aos inoxidveis duplex ..........................................25

2.1.1 Composio qumica do duplex...................................................................25

2.2 Microestrutura do ao inoxidvel duplex ................................................26

2.2.1 Fases tercirias do ao inoxidvel duplex ...................................................272.2.2 Precipitao da Fase Ferrita Secundria ()...............................................28

2.2.3 Precipitao da Fase Sigma () ..................................................................29

2.2.4 Precipitao de nitreto de cromo (Cr2N) ......................................................29

2.2.5 Precipitao da Fase Chi ()........................................................................29

2.2.6 Precipitao do Carboneto de cromo (Cr23C6)...........................................30

2.3 Propriedades mecnicas dos aos inoxidveis duplex .........................30

2.3.1 A Microdureza das fases do duplex.............................................................30

3 PROCESSOS DE SOLDA PARA OS AOS INOXDAVEIS DUPLEX.......313.1 Solda tig (tungten inert gas) .....................................................................32

3.1.1 Instrumental da TIG .....................................................................................34

3.1.1.1 A Tocha .......................................................................................................34

3.1.1.2 O eletrodo no consumvel..........................................................................34

3.1.1.3 O Metal de adio no TIG............................................................................35

3.1.1.4 O gs de proteo .......................................................................................35

3.1.1.5 Tcnicas e parmetros ................................................................................37

3.1.2 Solda TIG autgena.....................................................................................393.2 Efeito da Solda na Microestrutura............................................................40

4 CORROSO NOS AOS............................................................................42

4.1 Termodinmica da corroso .....................................................................42

4.2 Cintica da corroso .................................................................................43

4.2.1 Potencial de eletrodo...................................................................................45

4.2.2 Diagrama de Pourbaix .................................................................................47


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17

4.2.3 Passivao ..................................................................................................49

4.3 Tipos de corroso......................................................................................52

4.3.1 Corroso por Pites.......................................................................................52

4.4 Corroso por pites nos aos duplex........................................................53

5 ESTADO DO CONHECIMENTO .................................................................55

6 MATERIAIS E MTODOS...........................................................................61

6.1 Os corpos de prova ...................................................................................61

6.1.1 Matria prima usada na confeco dos corpos de prova.............................61

6.1.2 Confeco dos corpos de prova ..................................................................62

6.1.3 Os experimentos de soldagem ....................................................................64

6.1.4 Os grupos de amostras................................................................................66

6.2 Caracterizao microestrutural ................................................................70 6.2.1 Preparao metalogrfica............................................................................70

6.2.2 Microscopia ptica .......................................................................................71

6.2.3 Anlise e processamento digital de imagens...............................................74

6.2.3.1 Descrio do processamento de imagens...................................................74

6.2.4 Anlise estatstica........................................................................................80

6.2.5 Ensaios de Microdureza Vickers..................................................................81

7 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................82

7.1 Caracterizao metalogrfica ...................................................................82 7.1.1 Caracterizao do metal de base ................................................................82

7.1.2 O ataque qumico ........................................................................................82

7.2 Os experimentos de soldagem .................................................................88

7.2.1 Caracterizao da junta soldada .................................................................88

7.2.2 Resultados do Grupos 1 e 2 ........................................................................89

7.2.3 Comparao entre os resultados do Grupos 2 e 3 ......................................92

7.2.4 Anlise quantitativa das fases .....................................................................95

8 CONCLUSES ...........................................................................................99 REFERNCIAS..........................................................................................101

APNDICE A Desenho da pea macho da junta soldada ..................... 105

APNDICE B Desenho da pea fmea da junta soldada ...................... 106

ANEXO A Certificados de matria prima do ao UNS S32760 .............. 107


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INTRODUO

A indstria de petrleo e gs natural tem grande importncia econmica e

tecnolgica para o Brasil e em especial, para o estado do Rio de Janeiro. A explorao

do petrleo exige, cada vez mais, materiais resistentes a esforos mecnicos elevados

associados a uma elevada resistncia a corroso. Tcnicas de soldagem tambm so

muito usadas em equipamentos para explorao e especialmente em aos

inoxidveis. O ao inoxidvel da famlia duplex bastante utilizado em equipamentos

de indstrias deste ramo, por apresentar, se comparado a outros aos inoxidveis,

boas propriedades mecnicas e de resistncia corroso, principalmente em se

tratando de resistncia corroso pela gua do mar. Porm, quando este material

submetido ao processo de solda, as suas propriedades podem ser alteradas,comprometendo assim a sua resistncia mecnica e oxidao. Dentre os mtodos

de soldagem conhecidos, o mtodo denominado TIG (TungstenInert Gas) se destaca

por apresentar bom aspecto do cordo de solda (acabamento suave e liso), pela

ausncia de respingos e escrias (o que evita trabalhos posteriores de limpeza) e por

sua aplicabilidade em espessuras mais finas (a partir de 0,3 mm). A soldagem TIG

pode ser utilizada com ou sem material de adio. Quando o solda TIG realizada

sem material de adio esta denominada autgena. Soldas autgenas so

geralmente usadas quando se quer diminuir oaporte de calor(heat input) utilizado noprocesso e com intuito de se evitar transformaes de fase no metal, diminuir ou

impedir a deformao de um componente, garantir a integridade de um componente

eletrnico ou de medio. Todavia, sem a presena do metal de adio na solda para

a reposio de elementos que so perdidos durante o processo, a solda autgena

pode causar um empobrecimento de elementos qumicos ou at mesmo alteraes

significativas da junta soldada em relao ao metal de base.

Neste contexto, geralmente utilizado misturado ao gs inerte de proteo no

processo TIG, outro gs, com o intuito de repor elementos perdidos no processo.Devido ao surgimento nas ultimas dcadas de uma grande quantidade de novos

materiais e mtodos de soldagem, o estudo da variao das variveis do processo de

solda tem relevante importncia na diminuio de custos e aumento da produtividade

e qualidade, por caracterizar os resultados das juntas soldadas em funo destas

variveis. Dentre as variveis fundamentais do processo de solda TIG autgena,

podemos destacar: a corrente de soldagem (ou amperagem), a tenso (ou voltagem),


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a velocidade de soldagem, o aporte trmico, o comprimento e dimetro do eletrodo, a

inclinao da tocha de soldagem, e a proteo gasosa.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar metalurgicamente e mecanicamente, o

metal de base e juntas soldadas pelo processo TIG autgena para o ao superduplex

UNS S32760 atravs de tcnicas de anlise e processamento digital de imagens e

medidas de microdureza. Foram analisadas amostras obtidas atravs das variaes

de parmetros de soldagem segundo dois grupos distintos: Um utilizou como gs de

proteo o argnio puro, com a variao do parmetro da corrente de soldagem (25 e

40 A) e consequentemente heat inputs de 0,12 KJ/mm e 0,19 KJ/mm. O outro grupo

utilizou gs de proteo argnio com adio de 2,5% de nitrognio, tambm com a

variao do parmetro da corrente de soldagem e do heat input (25 e 40 A - 0,12

KJ/mm e 0,19 KJ/mm).A caracterizao de juntas soldadas contribui na adequao do mtodo de

soldagem TIG para aos inoxidveis do tipo superduplex, onde se busca parmetros

de soldagem que permitam a obteno de juntas soldadas com caractersticas

mecnicas e metalrgicas com propriedades as mais prximas possveis ao metal de

base.


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1 AOS INOXDAVEIS

Os aos inoxidveis so assim denominados por possurem uma pelcula

superficial aderente, chamada de pelcula ou filme passivo, que reduz a corrente de

corroso (responsvel pela corroso) a nveis insignificantes, protegendo-os de aes

de agentes corrosivos, tais como: atmosfera, meios aquosos ou orgnicos, entre

outros. A formao deste filme passivo deve-se ao cromo que ao entrar em contato

com o oxignio, presente no ar, forma uma fina pelcula de Cr2O3. Todavia,

dependendo do pH e temperatura reinantes no meio, a resistncia corroso pode

cair, sujeitado o ao a corroso que pode ocorrer geralmente sob a forma de corroso

localizada por pites, corroso associada a esforos mecnicos ou corroso sob tenso

[

1

].A Figura 1 mostra a taxa de corroso dos aos em funo do percentual de cromo

presente.1

Figura 1 Grfico: Percentual de cromo x Taxa de corroso [1].

Outros elementos de liga podem ser adicionados para melhorar sua estrutura e

propriedades, como a conformabilidade e deformabilidade. Dentre os elementos

metlicos pode-se citar o nquel, molibdnio, titnio e cobre. Dentre os no metais, o

carbono e nitrognio.


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21

As principais propriedades do ao inoxidvel so [2,3]:

Resistncia corroso, manchas e pites; Resistncia oxidao at 700oC e, em alguns casos, acima de 1000 oC;

Limites elsticos variando de 200 N/mm2 at acima de 1.500 N/mm2;

Resistncia ao impacto e tenacidade em temperaturas criognicas;

Pode ser fundido, forjado, usinado, polido e unido atravs de tcnicas de

soldagem;

Longa durao (dependendo do meio) e aparncia atraente.

1.1 Principais empregos e aplicaes

Devido s suas excelentes propriedades, os aos inoxidveis possuem vasta

aplicao, como na industria pesada, de petrleo, qumica e na contruo civil [4].

1.2 Tipos de aos inoxidveis

Os aos inoxidveis so usualmente divididos em cinco grupos principais: Ferrticos;

Martensticos;

Austenticos;

Duplex;

E endurecveis por precipitao.


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22

2 AOS INOXIDVEIS DUPLEX

Os aos inoxidveis duplex, doravante tratados apenas por aos duplex, j

existem a mais de 70 anos e so ligas baseadas no sistema ferro-cromo-nquel e

apresentam uma estrutura mista de ferrita (estrutura cristalina, cbica de corpo

centrado) e austenita (estrutura cristalina, cbica de face centrada). Sua origem

ocorreu na Frana por volta de 1933 quando um erro de adio de elementos de liga,

durante a fuso de um ao inoxidvel do tipo 18%Cr 9%Ni 2,5%Mo, na Companhia

Jacob Holtzer, resultou numa composio qumica contendo 20%Cr 8%Ni

2,5%Mo, que promoveu uma alta frao volumtrica de ferrita (fase ) numa matriz de

austenita (fase ). Esta liga bifsica foi estudada no laboratrio de pesquisas Unieux,

na Frana, onde se concluiu que qualquer tipo de tratamento trmico empregado nomaterial no o tornava sensvel ao ataque intergranular em vrios meios corrosivos,

pois a formao de carbonetos na sua superfcie era descontnua [5].

Em 1937, os duplex contendo cobre como elemento de liga comearam a ser

usados e suas aplicaes apresentavam melhor resistncia corroso em relao as

ligas usadas na poca. Esses materiais foram denominados "Novas Ligas

Inoxidveis". Durante o mesmo perodo (1930 1940), as pesquisas e as produes

industriais de aos inoxidveis duplex foram realizadas paralelamente na Sucia e nos

Estados Unidos [1

]. Em 1940, a patente referente adio dos elementos de liga cobree molibdnio possibilitou o tratamento trmico da liga na faixa de 400 e 500C,

proporcionando o endurecimento do material, sem afetar a resistncia corroso ou

causar fragilidade [5,6].

Naquela poca, era difcil controlar os nveis de oxignio, enxofre e carbono

principalmente para valores muito baixos e tambm era desconhecido o efeito da

adio do nitrognio na estabilidade estrutural do ao. Desta forma os aos

inoxidveis duplex, principalmente na forma de produtos planos, apresentavam

quantidades elevadas de trincas [7].Em sua primeira gerao, o duplex apresentou limitaes no seu uso. O ao s

era empregado em operaes onde no era necessrio o processo de soldagem, j

que, na regio da zona termicamente afetada (ZTA), ele apresentava uma dureza

menor, devido formao excessiva de fase ferrita e uma reduo da resistncia

corroso significativa em relao ao metal de base.


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23

Com a adio de nitrognio liga, houve uma melhora das propriedades

mecnicas do ao, dando origem segunda gerao do ao inoxidvel duplex. A

adio deste elemento de liga foi possvel devido ao processo de Descarburizao

Argnio-Oxignio (DAO) para a obteno do ao. A zona termicamente afetada obtida

aps a soldagem do ao duplex da segunda gerao fornecia dureza e resistncia

corroso bem prximas a do metal de base [7].

Atualmente, existem trs grupos de aos inoxidveis duplex: O primeiro deles,

agrupa as ligas praticamente isentas de nitrognio ou com adies discretas, da

ordem de 0,15% em peso, os aos pertencentes a este grupo so chamados

simplesmente duplex; O segundo grupo, englobando as ligas com teores de cromo

maiores (at 25% em peso) e com considerveis adies de nitrognio (at 0,30% em

peso), so conhecidos como superduplex [

8

]; E o terceiro, com adies ainda maioresde nitrognio se comparados a segundo grupo (0,4% em peso) e com teores de cromo

na ordem de at 28% em peso [9]. O terceiro grupo de aos duplex, denominados

hiperduplex pertencem a uma patente relativamente nova, com relatos de surgimento

em 2003 [10]. A utilizao destes aos deve-se a uma combinao de boa resistncia

corroso aliada com boa resistncia mecnica, facilidade de fabricao e, levando-se

em conta a relao custo-benefcio, o ao inoxidvel duplex mais barato do que

outros materiais utilizados em ambientes corrosivos, como por exemplo, ligas de

nquel. Alm disso, possuem o dobro em resistncia mecnica, quando comparadosaos aos ferrticos ou austenticos, portanto, precisa-se de espessuras menores para

realizar o mesmo trabalho.

Os aos inoxidveis duplex tambm podem ser caracterizados devido a sua

resistncia corroso por pites (tipo especial de corroso que ser melhor explicado

na sequncia). Os elementos de liga Cr, Mo e N conferem elevada resistncia

corroso por pites, e por isso, foram agrupados na Equao 1, que traduz

empiricamente a resistncia corroso por pites (do termo ingls pitting resistance

equivalent - PRE ou pitting resistance equivalent number - PREn) [11,12]:

( ) ( )NMoCrPREn %16%3,3% ++= ( 1 )

Devido ao elevado teor de cromo e de outros elementos de liga e de sua

microestrutura, os aos da famlia duplex apresentam uma resistncia corroso


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superior aos outros aos inoxidveis em vrios meios, conforme dito anteriormente. Os

aos inoxidveis duplex apresentam tambm uma resistncia mecnica muito superior

aos aos austenticos e/ou ferrticos, apresentando uma tenso de escoamento da

ordem de 2 2,5 vezes maior e uma tenso de ruptura da ordem de 2 vezes maior se

comparados com aos austenticos e/ou ferrticos. A apresenta alguns tipo de aos

austenticos, ferrticos, duplex e suas propriedades.

Tabela 1 Alguns aos inoxidveis e suas propriedades

Aoclassificao

(ASTM)Tipo

Tenso deescoamento

MPa [Ksi]

Tenso deultima MPa

[Ksi]

PREn Alongamento(%)

UNS S30400 Austentico 215 [31] 505 [73] 18-20 70%UNS S31600 Austentico 240 [34,5] 450 [65] 23-28 50%UNS S40900 Ferrtico 250 [35] 450 [65] - 25%

UNS S43000 Ferrtico 390 [56,6] 460 [66,6] - 25%UNS S31803 Duplex 448 [65] 621 [90] 31-38 25%UNS S32760 Super duplex 552 [80] 752 [109] 32-44 25%UNS S32760 Super duplex 552 [80] 759 [110] 40-46 25%

UNS S32707[10] Hiper duplex 800 [116] 1000 [145] 49 30%(ISO 15156 Petroleum and natural gas industries Materials for use in H2S-Containingenvironments in oil gas production outubro de 2009 section 3)


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2.1 Caracterizao dos aos inoxidveis duplex

2.1.1 Composio qumica do duplex

Os principais elementos de liga, alm do ferro, formadores do ao inoxidvel

duplex so [13]:

O cromo: o elemento responsvel pela formao da pelcula passiva, sua

concentrao em peso nos duplex de no mnimo 22%. O Cr estabiliza tambm

a estrutura cbica de corpo centrado, ou seja, ele estabilizador da estrutura

ferrtica. Contudo, importante salientar que se deve controlar a concentrao

deste elemento de liga, pois, em altas concentraes, ele promove a formao de

compostos intermetlicos O Molibdnio: atua conjuntamente com o Cr para formar a fase ferrtica. Em altas

concentraes, assim como o Cr, contribui para gerao de compostos

intermetlicos prejudiciais liga

O Nquel: atua na formao da estrutura austentica por provocar a mudana da

estrutura bsica do ao para cbica de face centrada, alm de atrasar a formao

de fases intermetlicas

O Nitrognio: o grande formador da estrutura austentica, cerca de 30 vezes

mais eficiente que o nquel. Alm disso, o nitrognio garante a elevadaresistncia mecnica (pela formao de uma soluo slida com a base

metlica). Este elemento retarda a precipitao de carbonetos de cromo em

temperaturas de tratamento entre 675 e 900C, devido formao preferencial de

nitretos, evitando-se um empobrecimento acentuado de cromo em regies

intergranulares nessas condies [14,15].

A mostra os valores percentuais dos elementos de liga, presente em alguns aos

duplex:Tabela 2 Principais aos inoxidveis duplex comerciais

Ao classificao (ASTM) Cr (%) Ni (%) Mo (%) N (%) Cu (%) W (%)UNS S31803 22,0 5,5 3,0 0,16 - -UNS S32550 25,0-26,0 5,5-7,0 3,0-3,3 0,16-0,17 1,5-2,0 -UNS S32750 25,0 7,0 4,0 0,28 - -UNS S32760 25,0 6,5-7,0 3,5-3,7 0,25 0,7 0,7

UNS S32707[10] 27 6,5 5 0,4 - -(ISO 15156 Petroleum and natural gas industries Materials for use in H2S-Containing environmentsin oil gas production outubro de 2009 section 3)


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2.2 Microestrutura do ao inoxidvel duplex

A microestrutura para os aos inoxidveis duplex deve ser aquela contendo

propores iguais ou prximas de ferrita e austenita e ausncia de fases tercirias, tais

como as fases Sigma (), Chi (), Pi (), alm de carbonetos e nitretos.

Na prtica, feito um balanceamento dos elementos qumicos estabilizadores da

ferrita (cromo, molibdnio, titnio, nibio, silcio e alumnio) e dos elementos

estabilizadores da austenita (nquel, mangans, carbono e nitrognio), bem como um

tratamento trmico de solubilizao, em temperatura adequada, para se obter

combinaes prximas da proporo igualitria entre as fases. Os duplex tm, em sua

composio, teores maiores de cromo (18% e 28%) e menores de nquel (3,5% - 8%)

do que os usualmente encontrados nos aos inoxidveis austenticos. Os elementosde liga cromo e nquel so, junto ao ferro, os elementos com maiores teor no sistema

bsico dos aos inoxidveis [16]. O cromo, que tem a estrutura cbica de corpo

centrado (CCC), a mesma da ferrita (Fe-), tende a estabilizar essa fase e junto ao Mo

(CCC) auxilia na melhoria da resistncia corroso uniforme e localizada. J o nquel,

tem estrutura cbica de face centrada (CFC), a mesma da austenita (Fe-), e tende,

por sua vez, a estabilizar esta fase [16]. J o nitrognio favorece e acelera a formao

da austenita e atua no endurecimento do material.

Desta forma, a efetividade relativa dos elementos estabilizadores de ferrita comparada ao cromo e expressa em termos de cromo equivalente (Creq), enquanto

elementos que estabilizam a austenita so similarmente expressos em termos de

nquel equivalente (Nieq), como mostrado nas equaes seguintes [17]:

( ) ( ) ( ) 99,4%%4,1%5,1% +++= NbMoSiCrCreq ( 2 )

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]NNbMnCNiNieq

%02,026%%5,0%0,3% ++++= ( 3 )

Os duplex so mais propensos precipitao de fases, causando fragilizao e

reduo da resistncia corroso que os aos austenticos. Os aos Superduplex, por

terem teores maiores de Cr e Mo, e em alguns casos terem W, so mais susceptveis

precipitao de fases que os duplex. Os duplex que possuem baixos teores de


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carbono solidificam-se com estrutura ferrtica e a austenita forma-se j no estado

slido, isto , a fase austenita formada a partir da fase ferrita inicial. Os que possuem

maior teor de carbono, tambm solidificam primeiramente a ferrita e o carbono

enriquece o lquido remanescente, o que condiciona a solidificao posterior da

austenita e carbonetos de cromo. A austenita pode ainda, formar-se durante o

resfriamento nos gros de ferrita [18,19]. Mesmo apresentando um PREn elevado, se

comparados aos aos austenticos ou ferrticos, a resistncia corroso por pites dos

duplex pode se tornar extremamente baixa quando fases tercirias (fases alm da

ferrita e austenita) estiverem presentes na microestrutura. Assim, fases tercirias

provocam efeitos deletrios em aos inoxidveis duplex.

De acordo com o diagrama apresentado na Figura 2, os aos duplex solidificam-

se como ferrita, durante o resfriamento parte da ferrita se transforma em austenita,mas, devido a baixa velocidade desta reao, um elevado teor de ferrita mantido. 20

Figura 2 Diagrama pseudo-binrio Fe-Cr-Ni paraum teor de ferro de 70% [20].

2.2.1 Fases tercirias do ao inoxidvel duplex


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Os aos inoxidveis duplex, quando expostos temperaturas entre 550C e

950C por um perodo de tempo especfico, podem alterar o seu equilbrio

termodinmico levando o sistema a alcanar uma situao de menor energia,

precipitando fases diferentes das originais do sistema duplex e indesejveis por

comprometer as propriedades do material. Dentre estas fases tercirias, podemos

destacar a Ferrita secundria (), Sigma (), Chi () e Pi (), alm de nitretos e

carbonetos. Todavia, entre elas, os carbonetos, nitretos e a fase so os que mais afetam

negativamente as propriedades mecnicas e a resistncia corroso dos aos duplex,

pois aparecem mais facilmente devido sua rpida formao [21]. importante ressaltar

que a fase mesmo em pequena quantidade, causa considerveis redues na

plasticidade e na resistncia corroso do material. A Tabela 3 apresenta algumas

caractersticas de fases tercirias de aos duplex.

Tabela 3 Principais fases tercirias(precipitados) do ao duplex [11]

2.2.2 Precipitao da Fase Ferrita Secundria ()

A fase surge nos aos inoxidveis duplex na faixa de 350oC a 750oC, como

resultado de uma reao de decomposio da ferrita (). Este processo de

precipitao se caracteriza pelo surgimento de ondulaes de composio qumicagerando regies ricas em cromo () em uma matriz ferrtica pobre em cromo. A

precipitao de produz efeitos de endurecimento, aumento no limite de escoamento,

fragilizao, aumento na temperatura de transio ductil-frgil e perda de resistncia


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corroso. Por ser mais rpida e intensa a 475oC, este tipo de precipitao

freqentemente referido como fragilizao ou endurecimento a 475oC.

2.2.3 Precipitao da Fase Sigma ()

A fase Sigma () uma fase rica em cromo e molibdnio, que confere dureza e

fragilidade aos aos inoxidveis. Alm disso, a fase Sigma provoca diminuio da

tenacidade e do alongamento para aos duplex submetidos a tratamentos trmicos

entre 650 1000C. Porm, ocorre um aumento na resistncia mecnica que,

dependendo da aplicao, pode ser considerado um efeito positivo [21].

2.2.4 Precipitao de nitreto de cromo (Cr2N)

O nitreto de cromo pode surgir nos aos duplex, principalmente para

aquecimentos acima de 1300oC e resfriamento rpido por processo de soldagem, o

que em geral ir resultar em um elevado teor de ferrita no metal de solda ou ZTA

(>60%), ou quando o aumento do teor de nitrognio no elemento de liga causa a

precipitao de Cr2N entre 700 e 900 C. A precipitao de Cr2N ocorre na ferrita

supersaturada em nitrognio, mesmo quando a velocidade de resfriamento alta, pois

a solubilidade do nitrognio nesta fase muito baixa. As partculas de Cr2N fragilizam

e so pontos preferenciais de nucleao de pites de corroso. Com uma porcentagemde austenita prxima do ideal (entre 40% e 60%) o problema da formao do Cr 2N

minimizado [11].

2.2.5 Precipitao da Fase Chi ()

A fase Chi () uma fase frgil e rica em cromo e molibdnio. Assemelha-se

muito fase Sigma, tanto no aspecto cristalogrfico, como nos efeitos que provoca

nos aos duplex. A fase se distingue de por ser mais rica em Mo e por ser

metaestvel, ou seja, ser substituda por para longos tempos de exposio. Outro

fator que difere essas duas fases que o intervalo de formao de fase parece ser

mais estreito, entre 700oC e 900oC. O aumento dos percentuais de Cr, Mo, W e Si


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tornam a precipitao de fase e mais rpida, assim como o aumento do teor de

Mo, Si e W tambm estende o intervalo de formao de fase para temperaturas mais

altas [4].

2.2.6 Precipitao do Carboneto de cromo (Cr23C6)

A formao de carbonetos de cromo (Cr23C6) ocorreabaixo de 950C apesar do

baixo teor de carbono das ligas duplex. O Cr23C6 se precipita a partir dos contornos

/, devido partio dos elementos cromo e nquel entre e em embora tambm

possam se precipitar em / e / [11].

2.3 Propriedades mecnicas dos aos inoxidveis duplex

2.3.1 A Microdureza das fases do duplex

Segundo Santos, Kuri e Gheno [22], os valores de microdureza Vickers das fases:

ferrita e austenita no ao duplex, no apresentam variaes circunstanciais ou

significativas para uma barra solubilizada. Ainda segundo Santos, Kuri e Gheno, os

valores da microdureza das fases depende da composio qumica, devido ao

endurecimento por soluo slida substitucional ou intersticial. Para o mesmo nvel de

elementos intersticiais, a ferrita usualmente mais dura que a austenita. Entretanto, apartio de N para a austenita eleva o valor de dureza dessa fase, tornando-o prximo

ao da ferrita. Desta forma o ensaio de microdureza pode detectar a presena da fase

, onde quanto maior for a dureza, maior ser a quantidade de fase sigma [22].


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3 PROCESSOS DE SOLDA PARA OS AOS INOXDAVEIS DUPLEX

Os aos inoxidveis duplex podem ser soldados pela maioria dos processos de

soldagem, tais como TIG (Tungsten Inert Gas), , plasma, eletrodo revestido, arco

submerso, resistncia eltrica, feixe de eltrons entre outros. A soldabilidade dos aos

duplex boa e muito parecida dos aos austenticos. Porm, deve-se tomar

cuidados especiais com alguns tipos de fragilizaes que podem ocorrer,

principalmente em relao precipitao das fases deletrias apresentadas

anteriormente. Estas precipitaes esto diretamente relacionadas histria trmica

do material soldado e energia de soldagem utilizada [23].

Nos aos duplex, a energia de soldagem est diretamente associada s

transformaes microestruturais e ao desempenho da junta soldada. Assim, umaenergia de soldagem elevada provoca, geralmente, um tempo maior para o

resfriamento, favorecendo a precipitao de austenita e o equilbrio microestrutural

desejado, todavia um resfriamento mais lento entre 550C e 1000C, pode favorecer a

precipitao das fases deletrias. Por outro lado, uma baixa energia de soldagem,

resulta na diminuio no tempo de resfriamento, retardando a precipitao de

austenita e favorecendo o desequilbrio das fases na microestrutura.

Alm da busca de uma energia de soldagem tima, deve-se ainda considerar o

fato de que, na soldagem multipasse, a junta submetida a vrios ciclos trmicos. Istosignifica que a regio soldada passa por aquecimentos e resfriamentos consecutivos,

comumente pouco controlados. Tais variaes de temperatura podem modificar a

microestrutura original e, consequentemente afetar o desempenho da junta.

Outro fator bastante relevante para a soldagem dos aos inoxidveis duplex

refere-se aos metais de adio. Os consumveis de soldagem atualmente utilizados

podem ser de dois tipos: as ligas de nquel e os de mesma composio do metal de

base. A utilizao dos consumveis base de ligas de nquel, evita toda a

preocupao referente ao balano de fases e controle microestrutural da zona fundida,pois alm do nquel ser gamagnico (estabilizador da fase austenita), ele atua no

atraso da formao de fases intermetlicas. Porm, a falta de nitrognio e a presena

frequente de nibio nestas ligas contribuem para a ocorrncia de reaes metalrgicas

desfavorveis como a formao de precipitados e regies com elevado teor de ferrita

na zona afetada pelo calor [23].


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J os consumveis de mesma composio do metal de base so empregados

somente quando a aplicao de um tratamento trmico ps-soldagem na faixa de

1050C for possvel. Este tratamento visa balancear a microestrutura, fornecendo

energia e tempo necessrios para a precipitao da quantidade ideal de austenita do

ao duplex. Uma variao destes consumveis refere-se queles de mesma

composio do metal de base, porm, enriquecidos em nquel. O aumento de nquel

feito para melhorar o balano de fases na condio como soldado, aumentando a

quantidade de austenita no metal de solda. Desse modo, as soldas realizadas com

estes consumveis no necessitam de tratamento trmico ps-soldagem, nem

apresentam os problemas derivados da utilizao dos metais de adio ligados ao

nquel [23].

Portanto, nota-se que a soldagem dos aos inoxidveis duplex envolve muitosdetalhes e particularidades. Como exemplo, pode-se citar a necessidade de controle

do aporte de calor, risco de precipitao de fases fragilizantes, escolha do metal de

adio correto, possibilidade de crescimento exagerado de gro na zona afetada pelo

calor, etc. Alm disso, informaes sobre tipos de chanfro, pr-aquecimentos,

tratamentos trmicos ps-soldagem, temperaturas interpasse e velocidades de

resfriamento tambm so necessrios e de vital importncia para a qualidade da junta

soldada.

3.1 Solda tig (tungten inert gas)

O processo de soldagem Tungsten Inert Gas TIG, tambm conhecido como Gas

Tungsten Arc Weld (GTAW), foi desenvolvido no incio dos anos 40 para atender a

exigente demanda da indstria aeroespacial, em pleno avano e desenvolvimento na

poca, precisando, portanto, ser um processo da alta confiabilidade [24].

No processo de soldagem TIG um arco eltrico formado entre um eletrodo de

tungstnio no consumvel (alojado na tocha) e o metal de base (MB), atravessandopara isso um gs ionizado. O calor gerado neste processo funde o MB gerando a

chamada poa de fuso. Com a movimentao da tocha o arco funde

progressivamente a superfcie da junta. Pode-se usar a adio de metal por intermdio

de vareta ou bobina. A Figura 3 esquematiza aparato usado no processo de soldagem

TIG e algumas de suas caractersticas [26].


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Devido s elevadas temperaturas atingidas no processo, a poa de fuso

necessita de uma proteo para evitar a oxidao e a contaminao. A proteo da

poa de fuso realizada por um gs inerte ou uma mistura de gases (geralmente

usado argnio, como gs principal e He, N2 e CO2 para a mistura). O arco eltrico

bastante suave produzindo soldas de boa aparncia, exigindo pouca ou nenhuma

limpeza aps a operao. A capacidade de controlar a quantidade de calor cedido

pea faz com que este processo seja ideal para soldagem de peas pequenas e que

exijam alta preciso e controle [24].

Este mtodo pode ser utilizado tanto na soldagem manual, quanto com processos

automatizados, em pequenas e grandes espessuras. O processo automtico

preferencialmente utilizado em peas de geometria no complexa, e o soldador

considerado apenas um operador com conhecimentos tcnicos suficientes paradetectar possveis problemas e operar o equipamento. As principais vantagens na

escolha do mtodo TIG na soldagem de aos inoxidveis so [26]:

Uma fonte de calor concentrada, o que permite controlar o aporte trmico,

levando a uma zona de fuso estreita e controlada;

Um arco muito estvel e uma soldadura uniforme, com uma zona de fuso (ZF)

pequena;

O grau de limpeza do processo considerado elevado, isto , no deixa manchas

e, como nenhum fluxo slido ou pastoso necessrio no processo, no sogerados quaisquer resduos de oxidao (escria), alm de permitir boa

visibilidade do arco durante a execuo da soldagem;

Excelente qualidade metalrgica, com controle de penetrao preciso e formas

de solda em todas as posies.


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Figura 3 Princpio da soldagem manual utilizandoo mtodo TIG [26].

3.1.1 Instrumental da TIG

Para determinao do tipo de equipamento a ser utilizado necessrio levar em

considerao qual a faixa de corrente e tenso necessrias para um determinado tipo

de trabalho, se a soldagem ser feita manualmente ou de forma automatizada, e qual

o tipo de material a ser soldado.

3.1.1.1 A Tocha

As tochas (Figura 4) so as ferramentas que comportam o eletrodo, o sistema de

insero de gs, o bocal e o sistema arrefecedor, caso o sistema no seja resfriado

pelo prprio gs de proteo. Elas so classificadas de acordo com o tipo de

refrigerao usado, podendo ser refrigeradas pelo prprio gs utilizado no processo,

quando em servio contnuo com correntes de at 200 A, ou resfriadas com gua,

quando utilizadas com correntes acima deste valor. Para soldagens que utilizam

bobinas com alimentador de arame, com execuo de soldagens mais longas e de

forma contnua, onde ocorre a permanncia de arco aberto por maior tempo,

prefervel o uso de tochas com refrigerao a gua [24].

3.1.1.2 O eletrodo no consumvel

No processo TIG os eletrodos no so consumveis, pois no se fundem e nem

incorporam a solda, mas tem o papel de servir como um dos terminais do arco que ir

gerar o calor para o processo e fonte de ons ao gs, pois o tungstnio ao aproximar-


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se da sua temperatura de fuso (3410C), torna-se termoinico, da a ionizao do

gs, citada anteriormente. A mudana na geometria do eletrodo influencia nas

caractersticas de arco, penetrao, tamanho e forma do cordo, e, portanto, a

configurao da ponta uma varivel que deve ser analisada durante o

estabelecimento do procedimento de soldagem [24].

3.1.1.3 O Metal de adio no TIG

Conforme j mensionado, a soldagem TIG pode ser utilizada para realizar soldas

com ou sem metal de adio. Quando se utiliza metal de adio este chamado de

arame e pode ser na forma de bobina (para soldagem automtica) ou vareta (para a

soldagem manual). Quando a solda realizada sem a utilizao do metal de adio,esta denominada solda autgena.

O metal de adio fornecido em arames slidos de comprimento normalizado

para soldas manuais ou em bobinas para soldas automticas ou semi-automticas.

Eles devem estar secos e limpos, alm de armazenados em local fechado at

momento de seu uso [7, 24 e 27].

3.1.1.4 O gs de proteo

essencial tanto no TIG, como em todos os processos de soldagem que utilizam

gs de proteo, que a regio de poa fundida fique totalmente protegida de uma

atmosfera contaminante e oxidante. Para isso, o gs inerte utilizado deve ser

quimicamente limpo e livre de umidade (seco) [7].

O gs de proteo alimentado pela prpria tocha e, em alguns casos especiais,

utiliza-se um fluxo de gs de proteo no outro lado da poa de fuso, ou seja, no lado

detrs ou de baixo, tambm chamado de gs de apoio, de forma a assegurar a

uniformidade de contorno do cordo, eliminar mordeduras e, em alguns casos,reduzindo o surgimento de trincas e porosidade na raiz. Os gases de apoio mais

utilizados so: o argnio, o hlio (ou mistura de ambos), ou ainda misturas de argnio

e hidrognio. Neste ltimo, alguns cuidados especiais devem ser tomados, devido

presena do hidrognio, j que quando em excesso, causa porosidades. Embora a

funo principal do gs seja a proteo da regio de solda, sua escolha pode

influenciar no comportamento do arco e no resultado da soldadura. Sendo assim,


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importante considerar a densidade desse gs ao medir a eficcia da proteo. Por

exemplo, ao utilizar o argnio, cujo peso atmico de 40 aproximadamente 1,5 vezes

mais pesado que o ar e 10 vezes mais pesado que o hlio deve-se saber que quando

o argnio sai da tocha tender a formar uma cobertura sobre a poa, enquanto o hlio

tender rapidamente a sair dessa rea. Para se obter a mesma proteo, o fluxo de

hlio dever ser de duas ou trs vezes o do argnio [24].

O fluxo gasoso deve ser iniciado alguns segundos antes de dar incio ao arco

(pr-vazo) e deve permanecer alguns segundos depois que o arco for extinto (ps

vazo), devendo ser mantido por tempo suficiente para garantir que no s o cordo

resfrie at valores abaixo da temperatura de transformaes metalrgicas, mas

tambm o eletrodo [7].

A utilizao da mistura Ar e H2 como gs de proteo, pode ser, dependendo dometal de base, vantajosa na soldagem de chapas grossas, devido maior penetrao,

pois possvel obter um acrscimo na voltagem do arco, e, ainda, aumentar a

velocidade de soldagem em funo da quantidade de H2 na mistura. Porm, o excesso

de hidrognio pode causar porosidades, dependendo do metal de base. No caso dos

aos duplex, o hidrognio deve ser evitado, tanto no gs de proteo quanto no gs de

apoio, j que o seu excesso causa porosidades, devido possibilidade desse gs se

misturar na junta soldada quando esta estiver ainda lquida e, aps o resfriamento,

com a sada do H2 da estrutura, gerar trincas na fase ferrita do duplex (fase de menorpermeabilidade ao hidrognio).

A escolha do gs de proteo tem influncia significativa nos seguintes aspectos [26]:

No grau de eficincia da proteo;

Nas propriedades metalrgicas e propriedades mecnicas na junta gerada (perda

ou enriquecimento de elementos de liga, captao de gases atmosfricos);

Na resistncia corroso (perda ou enriquecimento de elementos de liga e

captao de gases atmosfricos, superfcie oxidante);

Na geometria da solda (penetrao);

Na aparncia da superfcie (oxidaes, manchas);

Na ignio e estabilidade do arco;

No controle de resduos ambiental (emisso de gases e fumaa).


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3.1.1.5 Tcnicas e parmetros

Na soldagem do ao inoxidvel duplex especialmente importante estabelecer

parmetros consistentes de preparao e alinhamento da regio a ser soldada.

Enquanto os aos inoxidveis austenticos aceitam vrias tcnicas de soldagem que

superam as deficincias na determinao desses parmetros, no caso do ao

inoxidvel duplex arriscado usar uma tcnica que exponha a junta soldada por

tempo prolongado ao calor, j que isso pode levar ao desbalanceamento das fases

originais e a formao de fases deletrias.

Dentre os principais aspectos sobre a soldagem do duplex pelo processo TIG,

pode-se citar [7]:

A velocidade de resfriamento

A pea soldada deve ser resfriada de acordo com o material soldado aps cada

passe, para assegurar o resfriamento da zona trmicamente afetada (ZTA), evitando-

se assim, a formao das fases deletrias citadas anteriormente;

A posio de soldagem

Os melhores resultados so obtidos quando a soldadura realizada em posio

plana. A tocha deve ser mantida o mais prximo da vertical possvel para evitar

entrada de ar dentro da regio de solda protegida pelo gs inerte.

O aporte de calor (Heat input)

Consiste na quantidade de calor absorvido pela pea (em Joules) por unidade

linear de comprimento de solda, pode ser calculado atravs da Equao ( 4.

vViA = ( 4 )

Onde: V a DDP em volts, i a corrente em nperes e v a velocidade m/s

A proteo da regio de solda


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Quando a proteo da soldagem TIG feita com boa qualidade, assim como o

controle adequado do tempo e da temperatura, consegue-se uma regio soldada com

maior probabilidade de manter as caractersticas desejadas de ser resistente

corroso.

Dentre as principais variveis que devem ser levadas em conta na soldagem TIG,

esto [24]:

A tenso do arco

A tenso do arco a voltagem medida entre o eletrodo de tungstnio e a pea,geralmente proporcional ao comprimento do arco, e depende da corrente de

soldagem, do tipo de gs de proteo e da forma da ponta do eletrodo. O comprimento

do arco uma varivel importante e um parmetro altamente dependente de outros,

como a tenso e a corrente, pois afeta a largura da poa de fuso e, com menos

intensidade, a penetrao e a proteo gasosa.

A corrente de soldagem

A penetrao da soldadura est relacionada com a corrente de soldagem, onde

esta, por sua vez, influencia a tenso a qual proporcional a corrente, ou seja, um

aumento de corrente, para um determinado comprimento de arco, aumenta a

voltagem, sendo assim, necessrio um ajuste nesta, ao se ajustar a corrente. O

processo permite utilizao de corrente contnua ou alternada e a escolha depender

do metal a ser soldado.

Pode-se soldar de trs formas distintas:

Corrente contnua com eletrodo no negativo (CCEN), que utilizada para

praticamente todos os metais. Quando o arco estabelecido, os eltrons vo do

eletrodo para a pea. Nesse caso, cerca de 70% do calor ficar concentrado no lado

positivo do arco, ou seja, na pea, o que oferece maior penetrao;

Corrente contnua com eletrodo no positivo (CCEP), agora, o eletrodo se aquece

mais. E, desta forma, obtida uma penetrao menor. Na soldagem de no ferrosos


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como o alumnio e o magnsio, onde h a formao de xidos quando expostos ao ar

atmosfrico, o emprego da CCEP se faz necessrio, pois exerce um processo de

limpeza desses xidos;

Corrente alternada (CA), onde os ons se movimentam em dois sentidos,

dependendo da fase do ciclo. fundamental o uso de alta freqncia, que permite a

reignio do arco e responsvel pela ionizao do gs de proteo, tornando-o mais

condutivo a passagem dos eltrons. Essa situao ajuda na estabilizao do arco.

A velocidade de soldagem

A velocidade com que se realiza a solda influencia na penetrao e na largura do

cordo, sendo assim, a velocidade selecionada de modo a obter-se a qualidade euniformidade de soldagem desejada sob as melhores condies possveis.

A velocidade de alimentao do arame

O ajuste da velocidade de alimentao do arame feito para evitar que haja

fuso incompleta do arame, o que influencia no nmero de passes necessrios e na

aparncia da solda. A utilizao de uma velocidade muito baixa pode acarretar em

cordes mais cncavos causando defeitos conhecidos como mordedurasII

e em umenchimento incompleto da junta, o que potencializa o aparecimento de fissuras na

linha do centro.

3.1.2 Solda TIG autgena

Na solda TIG autgena, devido a ausncia do metal de adio que, como visto

anteriormente, geralmente enriquecido em nquel, a frao volumtrica de austenita

pode sofrer srias redues. Desta forma misturado o N2 ao gs de proteo, estamistura visa aumentar o teor de N2 na poa de solda e manter seu valor nas regies

vizinhas. Como o Nitrognio um elemento gamagnico, o seu aumento, induz uma

frao maior de austenita na poa de solda, diminuindo ou eliminando o

II Termo usado para descrever reentrncias agudas formada pela ao da fonte de calor do arco entreum passe de solda e o metal de base ou outro passe adjacente.


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desbalanceamento entre as fases. A relao das fases / , na solda autgena,

parece ser ainda favorecida pelo baixo aporte trmico [24].

3.2 Efeito da Solda na Microestrutura

Uma junta soldada pode ser caracterizada por trs regies distintas, so elas: a

zona de fuso (ZF), a zona termicamente afetada (ZTA) e o metal de base (MB),

regio esta, que apresenta a mesma microestrutura antes e aps a solda.

A zona de fuso corresponde a regio onde outrora estava a poa que

posteriormente solidificou.

A ZTA a regio do metal de base adjacente zona de fuso. Apresenta um ou

mais (dependendo do nmero de passes) ciclos trmicos de rpido aquecimento,seguido de rpido resfriamento, causado pela fonte de energia utilizada na soldagem.

Devido a este(s) ciclo(s) esta regio pode apresentar alteraes na microestrutura. A

extenso da ZTA funo do gradiente trmico na regio, que por sua vez depende

da temperatura inicial da junta (pr-aquecimento), da espessura e geometria da pea,

das caractersticas trmicas do metal de base e do processo de soldagem. Processos

de alta energia (grande aporte trmico), como por exemplo o arco submerso,

conduzem a uma ZTA mais extensa do que os processos como o da solda TIG.

Geralmente, na ZTA onde a propriedades do material podem ser maiscomprometidas, uma vez que como citado anteriormente, em relao ZF so usados

diversos artifcios com a finalidade de preservar ou restituir suas propriedades.

A Figura 4 mostra uma junta soldada com as ZF, ZTA e o MB e suas estruturas

cristalinas em funo da temperatura atingida durante a solda. Um diagrama binrio

para um sistema contendo F (70% em peso)-Cr-Ni apresenta as fases estveis para

as respectivas faixas de temperaturas reinantes na ZF, ZTA e MB.


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Figura 4 Diagrama esquemtico que define as diferentes zonas da juntasoldada de acordo com a distribuio de temperatura devido ao aporte trmicopara um ao duplex [28].


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4 CORROSO NOS AOS

A corroso pode ser definida como a deteriorao de um material, por ao

qumica ou eletroqumica do meio ambiente aliada ou no a esforos mecnicos [29, 30].

Duas grandes reas so normalmente identificadas na corroso de metais e

ligas metlicas. A primeira rea onde o metal ou liga exposto a um lquido

eletrlito, normalmente gua ou um meio aquoso, essa tipicamente chamada de

corroso aquosa. A segunda onde a reao se realiza em um ambiente gasoso,

muitas vezes chamada de oxidao, oxidao de altas temperaturas, corroso de altas

temperaturas, ou corroso gasosa [29].

Os metais so geralmente encontrados na natureza sob a forma combinada,

como xidos, hidrxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. A extrao de um metal apartir destes minrios requer uma considervel quantidade de energia. Por isso se

pode considerar um metal isolado como estando num estado de energia muito mais

elevado do que no minrio correspondente, logo o metal tende a retornar

espontaneamente ao seu estado de menor energia que o estado combinado no qual

ele reage com o meio ambiente, sofrendo corroso [31]. Assim, pode-se admitir a

corroso como o inverso do processo metalrgico, cujo objetivo principal a extrao do

metal a partir de seus compostos, ao passo que a corroso tende a oxidar o metal

devolvendo-o a sua forma original de composto [31, 32

].

4.1 Termodinmica da corroso

A termodinmica estuda o mecanismo de corroso com o objetivo de verificar

se existe ou no a possibilidade do desenvolvimento do processo corrosivo. A fora

motriz da corroso a diminuio da energia associada oxidao do metal. Ela

examina e qualifica essa fora com o objetivo de avaliar se o material sofrer corroso

ou se permanecer estvel, alm de prever as direes nas quais as mudanas nosistema podem ocorrer. As nicas reaes que ocorrero espontaneamente so as

que diminuiro a energia do sistema. Logo, se os clculos termodinmicos indicarem

que uma determinada reao no pode ocorrer, a reao certamente no ocorrer.

Todavia quando as condies de que estas reaes ocorram for favorvel, a

termodinmica no dar nenhuma informao sobre a taxa no qual a reao

acontecer, essa a rea descrita pela cintica dos processos.


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A corroso de metais e ligas em ambientes aquosos ou em outros lquidos

ionicamente condutores quase sempre de natureza eletroqumica, isso ocorre

quando duas ou mais reaes eletroqumicas acontecem na superfcie metlica. Uma

dessas reaes resulta na mudana do metal ou de algum elemento da liga metlica

do estado metlico para o estado no metlico.

Existe uma separao de cargas entre os eltrons do metal (eletrodo) e os ons

do lquido ou gs inico condutor (eletrlito) formando uma dupla camada

eletricamente carregada, os ons da soluo interagem com as molculas do eletrlito.

Tambm pode ocorrer absoro de ons pela superfcie do eletrodo. O transporte

das espcies qumicas acontece atravs da dupla camada (existe uma camada de

xido formada entre a camada de metal ou liga metlica e a camada de eletrlitos,

assim, o transporte dever acontecer entre a camada de metal / liga e a camada deeletrlitos dupla camada) e no eletrlito por difuso. O potencial de eletrodo precisa

ser medido para avaliar o comportamento da corroso no metal e o procedimento de

medio do potencial necessita do uso dos chamados eletrodos de referncia.

O processo que governa a corroso envolve reaes de oxidao e reduo,

reaes andicas e catdicas, respectivamente. O sistema corrosivo no produz

nenhuma carga lquida, portanto, os eltrons produzidos pela reao eletroqumica de

oxidao do metal (reao andica) devem ser consumidos pela reao eletroqumica

de reduo (reao catdica) [29

].

4.2 Cintica da corroso

Para a cintica passa a valer a energia de ativao das reaes, isto , a

energia mnima necessria para que o processo de corroso ocorra dependendo do

sistema considerado. O conceito de potenciais mistos , nestes casos, essencial, pois

a corroso ocorre se ambas as reaes andica e catdica so realizadas, isto , se

as reaes de cesso de eltrons e ganho de eltrons so realizadas. Neste caso,cada reao envolve espcies qumicas que correspondem a diferentes sistemas de

oxi-reduo, por esse motivo o potencial de corroso no ser um equilbrio de

potencial, mas considerado um potencial misto [29].

O estudo cintico das reaes de corroso de grande significado, pois com

base nestes estudos pode-se concluir que um dado metal pode ser usado num certo


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meio, desde que a sua velocidade de corroso seja considerada razoavelmente baixa

nesse meio.

A velocidade de corroso pode ser expressa ou medida de vrias maneiras,

sendo a mais comum, a da perda de peso. Para isto, uma pea limpa, medida,

pesada e exposta a um definido meio ou ambiente corrosivo durante um tempo

medido. removida, faz-se a limpeza dos produtos de corroso e a pea repesada

[30].

Para manter o equilbrio, a quantidade de reagente catdico consumida deve

ser igual quantidade de produto de corroso formado. Como os eltrons so

liberados pela reao andica e consumidos pela reao catdica, a corroso pode

ser expressa em termos de uma corrente eletroqumica (I ). Alm disso, a exigncia

para balano de massa que a corrente que flui na reao catdica deve ser igual corrente saindo da reao andica. Claramente estas correntes so opostas em sinal.

Por definio, em circuito aberto ou em condies de livre corroso, tem-se que:

corrcatodoanodoIII == ( 5 )

Onde, anodoI a corrente andica, catodoI a corrente catdica, e corrI a corrente

de corroso.

Em geral o processo de corroso ocorre em curto-circuito, que significa quecorr

I

no poder ser diretamente medido em circuito aberto. O valor decorr

I uma medida

da taxa de corroso e, portanto, da taxa de degradao do material. A corrente e a

quantidade de material esto relacionados na Equao ( 6 (Lei de Faraday) [29]:

Mt

nFwIcorr

= (6 )

Onde,corr

I expresso em Amperes; t o tempo de exposio ao ambiente

corrosivo (segundos); n o nmero de eltrons transferidos ou liberados na reao de

oxidao; F a constante de Faraday (96,480 C/mol); M o peso molecular do

material em gramas e w a massa de material corrodo (g).A corrente de corroso depende fundamentalmente de dois fatores:

Diferena de potencial ( V ) das pilhas (diferena de potencial entre reas

andicas e catdicas)

Resistncia eltrica (R ) de contato dos eletrodos das pilhas (resistncia de

contato das reas andicas e catdicas).


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A diferena de potencial ( V ) pode ser influenciada pelos fenmenos de

polarizao e passivao, bem como a resistncia eltrica de contato ( R ) pode ser

influenciada pela resistividade do eletrlito, pela superfcie de contato das reas

andicas e catdicas e tambm pelos fenmenos de polarizao e passivao.

A polarizao a modificao do potencial de um eletrodo devido a variaes

de concentrao, sobrevoltagem de um gs ou variao de resistncia eltrica. Os

fenmenos de polarizao promovem a aproximao dos potenciais das reas

andicas e catdicas e produzem aumento na resistncia eltrica do circuito, tornando

o processo corrosivo muito menos ativo [33].

Dada a grande importncia do fenmeno de passivao no presente trabalho

este ser discutido separadamente na sequncia no item 4.2.3.

Os tomos da superfcie apresentam ligaes qumicas insatisfeitas e emvirtude disto, esto em um estado de energia mais elevado que os tomos do ncleo.

As ligaes insatisfeitas dos tomos da superfcie do origem a uma energia de

superfcie ou energia interfacial, deste modo haver uma diferena na fora de fixao

das superfcies, e por consequncia, na cintica do processo de oxidao. Os tomos

sero removidos preferencialmente na seguinte ordem: quinas, bordas e, finalmente,

partes planas. Assim defeitos superficiais representam potenciais andicos locais [34,35].

4.2.1 Potencial de eletrodo

Conforme dito anteriormente, o processo corrosivo consiste na ocorrncia

simultnea de pelo menos uma reao andica (oxidao) e de pelo menos uma

reao catdica (reduo), a carga eltrica produzida pela reao andica toda

absorvida pela reao catdica.

Metais diferentes possuem diferentes tendncias oxidao que dependero

alm do material, do agente corrosivo, do meio em que atua e do produto da corroso.A melhor medida da tendncia de um material sofrer corroso, segundo a

termodinmica, a variao de energia livre entre o estado inicial e o estado final do

sistema. Essa variao possibilita prever se a corroso pode ocorrer ou no, sob

certas condies definidas.


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O potencial de eletrodo um parmetro que indica numericamente a tendncia

do metal de reagir e perder eltrons, ou seja, oxidar e, conseqentemente, sofrer

corroso.

Quando uma lmina ou fio metlico feito, por exemplo, de zinco mergulhado

em uma soluo de seus ons, estabelece-se um equilbrio na interface zinco

metlico/soluo de seus ons, que constitui um sistema que denominamos de

eletrodo (neste caso, eletrodo de zinco). A Equao ( 7 ) estabelece a equao de

equilbrio:

( ) ( )sZneaqZn ++ + 22 ( 7 )

Este equilbrio indica que as reaes direta (Equao (8)) e inversa (Equao (

9 )) acontecem com a mesma velocidade e envolvem a transferncia de eltrons entre

o metal e os seus ons em soluo

Desta forma, quando o equilbrio atingido, o metal, assim como a soluo,

estaro eletricamente carregados. Portanto, existir uma separao de cargas nainterface metal-soluo e, como conseqncia, tem-se uma diferena de potencial

entre o metal e a soluo, a qual chamamos de potencial de eletrodo do metal, ou

E [36, 37]. Todavia, para que possamos medir o potencial de eletrodo do metal (eletrodo

A), necessria a utilizao de um segundo eletrodo (eletrodo B), chamado eletrodo

de referncia. importante ressaltar que s possvel medir a diferena de potencial

(E) entre os eletrodos A e B utilizados. O objetivo da introduo do segundo eletrodo

que ele atue como um eletrodo de referncia, isto , um sistema que possua um

potencial fixo. Desta forma, possvel observar que todas as medidas de potenciaisde eletrodo so, por natureza, medidas relativas e, ao mesmo tempo, arbitrrias, pois

sempre necessrio um eletrodo de referncia, um sistema que tenha um potencial

constante. O eletrodo de referncia mais citado nas tabelas que contm a srie das

tenses eletroqumicas o eletrodo padro de ''hidrognio (EPH), ao qual se atribui,

arbitrariamente, o valor igual a zero volt de potencial de eletrodo. O EPH consiste de

uma chapa de platina, recoberta com um depsito de negro de platina, mergulhada em

( ) ( )sZneaqZn ++ + 22 (8)

( ) ( ) + ++ eaqZnsZn 22 ( 9 )


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soluo aquosa de cido clordrico, na qual borbulha-se gs hidrognio a presso de 1

atm a 298 K [38].

4.2.2 Diagrama de Pourbaix

O Diagrama de Pourbaix um diagrama de fases isotrmico que relaciona o

potencial de eletrodo de um dado material e o pH da soluo no qual ele est imerso

ou em contato. Numa situao de equilbrio, ele nos permite prever se o material

apresenta tendncia a se corroer ou no nesse meio, bem como indica o composto

termodinamicamente estvel em cada campo [39].

O diagrama de Pourbaix apresenta curvas que representam os vrios

equilbrios qumicos e eletroqumicos que podem existir entre o metal e o eletrlitoliquido; podem ser divididos em trs zonas: zona de corroso, zona de passivao e

zona de imunidade. Uma combinao entre o potencial de eletrodo e o meio poder

levar o sistema a cair numa das seguintes situaes [31, 39]

Zona de imunidade:

Regio onde as reaes nunca sero termodinamicamente possveis, o material

possui comportamento inerte;

Zona de corroso:

Regies onde as reaes so possveis e as formas metlicas mais estveis so

as inicas resultando em degradao do material;

Zona de passivao:

Regio onde as reaes so possveis e conduzem formao de xidos ou

hidrxidos metlicos estveis e protetores. A corroso praticamente nula.

Apesar de apresentarem bases muito firmes sob o ponto de vista

termodinmico, sob o ponto de vista da corroso, deve-se tomar certo cuidado, pois o


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diagrama de Pourbaix apresenta as mesmas limitaes de qualquer reao

termodinmica, dentre elas:

Consideram todas as reaes como reversveis e lentas

No indicam a velocidade ou cintica da reao, s indicam se ela possvel ou

no;

Aplicam o termo passivao para as zonas de estabilidade dos xidos ou

hidrxidos independentemente das suas propriedades protetoras. Entretanto, a

proteo s efetiva se o filme de xido formado sobre o metal for aderente e no

poroso;

Apenas so aplicveis a metais puros (no existem para ligas) e em solues sem

espcies complexantes ou que formem sais insolveis.

A Figura 5 apresenta o Diagrama de Pourbaix para o sistema ferro gua. O

ferro o principal elemento presente nos aos.

Figura 5 Diagrama de Pourbaix para o sistema Ferro gua a

25C [ 29].


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4.2.3 Passivao

A Passivao a modificao do potencial de um eletrodo no sentido de menor

atividade (mais catdico ou mais nobre) devido formao de uma pelcula de produto

de corroso, que pode ser um xido ou hidrxido metlico estvel e protetor. Esta

pelcula denominada pelcula passivante e aps a sua formao pode-se considerar

que a continuidade da oxidao praticamente nula, por isso chamada pelcula

protetora, pois impede que o material abaixo dessa camada se degrade por oxidao.

Isso s possvel se esta camada tambm estvel eletroquimicamente [40]. Se essa

pelcula no existisse em materiais metlicos expostos ao ambiente, eles voltariam

condio termodinamicamente estvel da sua origem, os minrios usados para

produzi-los [

29

].A passividade pode ser simplesmente definida como a perda de reatividade

qumica sob certas condies do meio. Existem dois tipos de passivao possveis:

Tipo 1 - Um metal est passivo quando se torna mais nobre por formao de uma

pelcula com poder oxidante. Os metais que possuem este comportamento tm

orbitais d vazios, de valncia, podendo formar ligaes covalentes dativas (baixa taxa

de corroso, potencial nobre).

Tipo 2 - Um metal ou liga passivo se resiste substancialmente, apresenta baixa

taxa de corroso, corroso num meio onde termodinamicamente h uma grande

tendncia corroso, ou seja, se encontra em um ambiente de potencial ativo.

Um metal ativo-passivo corri no estado ativo a uma determinada velocidade de

corroso. Para que se d a formao de uma pelcula passiva, ser necessrio

fornecer uma intensidade de corrente, designada intensidade crtica.

O potencial no qual se forma a pelcula passiva denomina-se potencial Flade, e

ser tanto mais nobre quanto mais alto for o pH do meio [29]. Alguns exemplos podemser citados:

Cromo, nquel, titnio, ao inoxidvel, monel, que se passivam na grande maioria

dos meios corrosivos, especialmente na atmosfera (classificados como tipo 1);

Chumbo, que se passiva na presena de cido sulfrico (classificado como tipo 2);


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Ferro, que se passiva na presena de cido ntrico concentrado e no se passiva

na presena de cido ntrico diludo;

A maioria dos metais puros e ligas metlicas passivam-se na presena de meios

bsicos, com exceo dos metais anfteros (Al, Zn, Pb, Sn e Sb) [40].

A principal caracterstica do sistema passivo tipo 1 a existncia de uma curva

de polarizao ( i , densidade de corrente, ou taxa de oxidao versusE, potencial ou

fora motriz do sistema), como esquematizado na Figura 6. Ela ilustra bem a

reafirmao da definio do tipo 1 de passividade como inicialmente proposto por

Wagner [41]. Ele sugeriu que o metal se torna passivo quando, ao aumentar o seu

potencial na direo positiva ou andica (oxidao), um potencia

samuelamoraalves tp

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