2.19 - Niquel.V14_actualizada

7/17/2019 2.19 - Niquel.V14_actualizada

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Módulo: 2.19– Níquel e suas ligas

Formador: Guilherme Santos

Pós Graduação em Engenharia da Soldadura2015



Guilherme Santos 2

Objectivos Pedagógicos

Compreender em detalhe a metalurgia, campos de aplicação e soldabilidade do Níquel e suasligas.



Guilherme Santos 3

Classificação do Níquel e suas ligas (ISO/TR 15608) Soldabilidade do Níquel e das ligas de Níquel

Processos aplicáveis e materiais de adição

Gases de protecção Problemas na soldadura (fissuração a quente) e sua prevenção

Controle de qualidade da junta soldada

Aplicações e problemas especiais Normas

Temas a abordar



Guilherme Santos 4

Resultados esperados

Explicar a metalurgia do Níquel e suas ligas.

Explicar a soldabilidade do Níquel e suas ligas.

Explicar os processos de soldadura aplicáveis e tipos de consumíveis usados no Níquel e suas ligas.

Dar exemplos de aplicações do Níquel e suas ligas.



Guilherme Santos 5

Propriedades físicas do Ni

Símbolo químico: Ni

Número atómico: 28

Peso atómico: 58,71

Densidade (20ºC): 8,9

Ponto de fusão: 1453ºC; (Óxido de Ni: 2090ºC)

Ponto de ebulição: 2910ºC

Estrutura cristalina: CFC Condutividade térmica: 0,089 (W/mm2)/(ºC/mm )



Guilherme Santos 6

Características do NÍQUEL



Guilherme Santos 7

Características gerais do NÍQUEL

O níquel aparece na natureza sob a forma de silicatos complexos, sulfuretos,

óxidos e carbonetos. Tem uma estrutura cúbica de faces centradas (CFC) Tem uma condutibilidade eléctrica e térmica elevada É um metal branco, duro, maquinável e dúctil e um pouco mais denso que o

ferro; apresenta propriedades mecânicas e magnéticas similares que aquele na fase austenítica; Funde mais lentamente que o aço e torna-se vermelho antes de fundir; a superfície bruta é lisa, cinzenta escura e torna-se branca quando maquinada; A camada de óxido forma uma espuma cinzenta; o metal fundido é muito fluido sob o óxido; É resistente à corrosão e oxidação;



Guilherme Santos 8

Classificação do Niquel



Guilherme Santos 9

Classificação do Níquel e Ligas (sistema UNS)

GRUPO Série UNS Elementosprincipais

Designação Comercial

Níquel Puro N02200 Ni NIQUEL PURO

Ligas Solução Sólida N04400

N06000

N08000

N10000

Ni-Cu

Ni-Cr

Ni-Fe-Cr

Ni-Mo

MONEL 400INCONEL 600INCOLOY 800HASTELLOY (B2; C-276; C4)

Ligas Precipitação N03300

N05500

N07000

N09000

Ni

Ni-Cu

Ni-Cr

Ni-Fe-Cr

DURANIQUEL 301

MONEL K-500INCONEL 718Ni-Span C 902, 901

Ligas Dispersão N03260

N07754

Ni-Th

Ni-Cr-Th

TD NÍQUELTD NICR



Guilherme Santos 10

Níquel e suas Ligas

Teoricamente as ligas endurecidas por solução sólida não sofremqualquer TT para obterem aquelas características;

Pelo contrário, as ligas de endurecimento por precipitação obtém essas

características pelo TT a que são sujeitas; na prática actual, algumasligas classificadas como de solução sólida, têm na sua composição Al, Tie Nb, que causam endurecimento quando estas ligas sofrem algum TT;

As ligas endurecidas por dispersão de oxidos obtém elevada dureza por disseminação de partículas refractárias na sua matriz;



Grupo Tipo de liga

41 Níquel puro

42 Ligas Níquel-Cobre (Ni-Cu) Ni>=45%; Cu>=10%

43 Ligas Níquel-Crómio (Ni-Cr-Fe-Mo); Ni>=45%

44 Ligas Níquel-Molibdénio (Ni-Mo); Ni>=45%; Mo<=32%45 Ligas Níquel-Ferro-Crómio (Ni-Fe-Cr); Ni>=31%

46 Ligas Níquel-Crómio-Cobalto (Ni-Cr-Co); Ni>=45% Co>=10%

47 Ligas Níquel-Ferro-Crómio-Cobre (Ni-Fe-Cr-Cu); Ni>=45%48 Ligas Níquel-Ferro-Cobalto (Ni-Fe-Co-Cr-Mo-Cu); 31%<=Ni<=45%; Fe>=20%

Classificação do Níquel e suas ligas (ISO/TR 15608)



Guilherme Santos 12

Grupo 41 Ni comercialmente puro

Solução sólida: Endurecido por precipitação:

Níquel 200 Duraníquel 301 Níquel 201

Níquel 205

Níquel 270



Guilherme Santos 13

•O Ni 200 e a versão Ni 201 e baixo carbono, são as mais usadas em soldadura

• O Ni 201 é preferí vel para peç as expostas a temperaturas de serviç o acima de 300º C, devido à sua maior resistência à grafitizaç ão a essas temperaturas;

•

A maior aplicaç

ão destas ligasé

na ind ú

stria alimentar, componentes para aind ú stria el é ctrica e electró nica, equipamento para soda cáustica, etc;

• O Ni 205 (composição próxima do Ni 200) é especialmente indicado para aplicações em contactos de circuitos electrónicos, terminais fios de ligação;

• O Ni 270 é preferí vel ao 205 sempre que haja emissão electrónica,lâmpadas fluorescentes etc.;

Grupo 41 Ni comercialmente puro



Guilherme Santos 14

Grupo 42 Ligas Ni-Cu

Solução sólida: Endurecido por precipitação:

Monel 400 K-500

Monel 401

Monel 404

Monel R-405



Guilherme Santos 15

Ligas Ni-Cu

Trade Name UNS %Cu %Al %Ti %Fe %Mn %Si %Ni

Monel 400 N04400 28-342.5

max

2.0

max

63

min

Monel 401 N04401 28-342.5

max

2.0

max

63

min

Monel 404 N04404 28-342.5

max

2.0

max

63

min

Monel K-

500N05500 27-33 2.3-3.15 0.35-0.85

2.0

max

1.5

max

63

min

Monel R-

405N04405 28-34

2.5

max

2.0

max

0.5

max

63

min



O Ni e o Cu formam uma família de ligas endurecidas em solução sólida, conhecidas como “Monel” , sendo a 400 a mais usada;

• Têm boa resistência mecânica, mas a sua principal característica é a sua

excelente resistência à corrosão, nomeadamente da água do mar;• Têm igualmente boa resistência à corrosão de muitos ácidos correntes, solventes clorados, etc.

É muito menos magnética que o Níquel

Ligas Ni-Cu



Guilherme Santos 17

Liga Ni-Cu (Monel)

• As ligas Ni-Cu podem ter pequenas inclusões de Fe, Al e Ti; a presença do Fe melhora bastante a resistência à cavitação e erosão.• Comparativamente com o Ni 200 e 201 apresenta maior resistência

mecânica e dureza e no geral a mesma resistência à corrosão.

• É mais resistente ao ataque do ácido sulfúrico e fluorídico e à salmoura;• Boa resistência à corrosão sob tensão;• É usada no fabrico de equipamentos para trabalhar em água salgada e

água salobra (válvulas, bombas), refinação e produção de petróleo,

tanques de decapagem;



Grupo 43 Ligas Ni-Cr-(Fe)

Guilherme Santos 18

• São ligas monofásicas de estrutura CFC com Ni> 45%; por vezes é adicionado Fe (7 a 14%) para redução do custo da liga;

• As ligas do grupo Ni-Cr-Fe são austeníticas, não fragilizam na presençaC, têm boa resistência à corrosão, mas não resistem aos ambientes com S;

• As ligas mais importantes deste grupo são as INCONEL 600 e 601;

Dada a sua excelente resistência à oxidação e à temperatura, não fragilizam após sobreaquecimento;

Ligas típicas: NiCr20 (NINOMIC):caldeiras de fundição; NiCr50(INCONEL):Refinarias



Guilherme Santos 19

Inconel: Propriedades e Composição

LR LE A DUREZA

(MPa) (Mpa) (%) Rockwell

552 207 35

690 345 55

552 207 40

793 414 70

827 414 30

1034 655 60

718 N07718 B 670 INCONEL®

718Rest 19 18 3 0,8 0,3 Nb =5,0 1351 1179 17 C44

600 N06600 B 163INCONEL®

600Rest 16 8 . . 0,5 . B88

601 N06601 B 516INCONEL®

60160 23 Rest . . 1 Al =1,3 B93

625 N06625 B 443INCONEL®

625

C2958 21 5 9

Especificação Composição Química Propriedades M ecânicas

Liga UNS ASTM Similar Ni Cr Fe Mo Ti Cu Outros

0,4 . Nb =3,5



Guilherme Santos 20

Inconel: Propriedades e Aplicações

Coef.

Dilataçã

o

Cond.

Térmica

W/m2K

Resist.

Elétrica

Densid.

G/cm3

600 3!3 "!# !03 $!"

Com%onentes! e&'i%amentos crio(énicos!

e&'i%amentos a tem%erat'ras ele)adas *00

+C,! t'-'laçes! %rocessos &'micos!

com%onentes eletrnicos. 1de&'ado %ara

am-ientes corrosi)os a tem%erat'ras

ele)adas.

60 3! !2 !# $!Trocadores de calor! t'-os radiantes! t'-os%ara termo%ares! cmaras de com-'stão!

%eças %ara motores de a)ião.

624 2!$ #!$ !2# $!"

E&'i%amentos %ara %rod'tos &'micos!

reatores n'cleares! e&'i%amentos marin5os!

inectores de com-'st)el! e&'i%amentos

%ara controle de %ol'ição! )7l)'las e ei8os.

$ 3 !" !24 $!2

Com%onentes %ara t'r-inas a (7s! cor%o e%arte de -om-as! facas %ara corte a &'ente!

matri9es %ara e8tr'são! e&'i%amentos %ara

%ros%ecção de %etrleo.

:i(a

;ro%riedades <sicas

1 % l i c a ç ã o



Grupo 44 Ligas Ni-Mo

Guilherme Santos 21

- A família mais conhecida designa-se “ Hastelloy” , e devido á s suas caracterí sticas são usadas no fabrico de câmaras de combustão dos reactores;

- Estas ligas são susceptí veis de endurecimento estrutural, o que lhes confere

excelente resistência à corrosão química, mesmo a elevadas temperaturas;- Contrariamente á s outras ligas monof á sicas, quando o teor de Mo>20%este forma com o Ni uma segunda fase, embora a liga continue sold ável;

- A adiç ão de Fe d á origem a ligas complexas de excepcional resistênciaà corrosão a elevadas temperaturas e resistência mecânica e aos á cidos;

-



Grupo 44 Liga Ni-Mo

Guilherme Santos 22

• As ligas Ni-Mo mais importantes são as B-2, B-3 e N

• As ligas Ni-Mo-Cr: C-22, C-276, C-4, G-30 e X.

• As ligas com maior % de Mo (B-2) resistem melhor à corrosão em meios húmidos (excepção dos meios oxidantes).

• As ligas com maior % de Cr têm a mesma resistência à corrosão quer em meios húmidos que secos.

• Também possuem elevada resistência mecânica em atmosferas de gasesinertes em temperaturas elevadas;



HASTELLOY

Guilherme Santos 23

LR LE A DUREZA

(MPa) (Mpa) (%) Rockwell

B2 N10665 B 333 HASTELLOY®

B2 Rest 1,0(*) 2,0(*) 28 . . . 805 310 60 B 95

C 276 N10276 B 434 HASTELLOY®

C276Rest 15 6 16 . 6 W = 4,0 785 365 59 B 87

C 4 N06455 B 573 HASTELLOY®C4Rest 16 2,0(*) 15,5 0,70(*) . . 785 345 60 B 91

Especificação Composição Quí mica P ropriedades M ecânicas

Liga UNS ASTM Similar Ni Cr Fe Mo Ti Cu Outros



HASTELLOY

Guilherme Santos 24

Coef.Dilatação

Cond.TérmicaW/m2K

Resist.Elétrica

Densid.G/cm3

B2 10 10 1,35 9,2

Equipamentos em contacto com gás ou ácidoclorídrico, sulfúrico, acético e fosfórico. Adequadopara aplicações a altas temperaturas quando é

requerido baixo coeficiente de expansão térmica.

C 276 11,3 8,8 1,3 8,9

Equipamentos para Ind. Química, Petroquímica e dePetróleo sujeitos à corrosão sob tensão ematmosferas oxidantes, até 1040 ºC. Excelenteresistência aos cloretos a base de ferro e cobre,soluções salinas etc.

C 4 11,3 8,8 1,3 8,9Recomendado para aplicações em condições queexigem estabilidade química e mecânica a altastemperaturas.

Liga

Propriedades Físicas

A p l i c a ç ã o



HASTELLOY B-2

Guilherme Santos 25

• Esta liga à base de Ni-Mo tem uma boa resistência a ambientes redutores, tais como os de ácidos clorídico, sulfúrico, acético e fosfórico.

• Não deve ser usado em ambientes oxidantes (% Cr baixa) nem com a presença de ferro e cobre pois pode ocorrer uma falha prematura.

• Usada na construção de equipamentos que requerem baixo

coeficiente de expansão térmica.



HASTELLOY C-276

Guilherme Santos 26

• Esta liga de Ni-Cr-Mo é considerada a liga resistente à corrosão mais versátil.

• É adequada para a maioria das aplicações químicas.

• Tem também uma excelente resistência à corrosão por picada e a atmosferas oxidantes acima de 639 ºC.• Uma das poucas ligas resistente a gases e soluções clorídricas.• Excepcional resistência a soluções de sais oxidantes.• Usada no processamento de resíduos industriais, tubagem de

evaporadores, etc.



HASTELLOY C-4

Guilherme Santos 27

• Liga Ni-Cr-Mo muito estável a altas temperaturas (649 a 1038ºC ) com boa ductilidade.

• Excelente resistência à corrosão e a ambientes oxidantes, bem como a diversos ambientes químicos como ácidos minerais, solventes, águas do mar.



Grupo 45 Ligas Ni-Fe-Cr

Guilherme Santos 28

Liga Ni-Fe-Cr com teor de Ni >= 31% e conhecidas como INCOLOY

A mais conhecida desta série é a 825 ( Incoloy825 ), com composição do tipo Ni-Fe-Cr-Mo-Cu, endurecida por solução sólida e estabilizada com Ti;

Têm boa resistência ao ataque de certos meios ácidos oxidantes e quentes;

Possui uma excelente resistência à oxidação e à corrosão sob tensão;

Resiste ao ácido fosfórico à temperatura de ebulição;



Guilherme Santos 29

• É uma liga Ni-Fe-Cr com adição de Mo, Cu e Ti;• Resistente à corrosão sob tensão (o teor em Ni é suficiente para a resistência

a iões cloreto e resistência à ruptura).

• Resistente à corrosão por picadas devido à presença do Mo.• Resistente à corrosão por substâncias oxidantes devido ao teor em Cr• Resistente à corrosão intergranular devido à estabilização do Ti.• O Ni em conjunto com o Mo e Cu confere uma alta resistência em

ambientes redutores e ambientes que contenham ácido sulfúrico e fosfórico.

Incoloy 825



Guilherme Santos 30

Incoloy Propriedades e composição

(M Pa)

(M pa)

(%) Rock

well

517 207 30

690 414 60

800HT N08811 B 163INCOLOY ®

800HT32 20 Rest . 0,4 0,75 Al + Ti =0,4 560 250 45 B 86

586 241 30

724 448 50

DUREZA

Outros

LR LE A

Fe M

o Ti Cu

ASTM

Similar N i Cr

Especificação

0,8 2 . B 92

Liga UNS

42 21 Rest 3825 N08825 B 163 INCOLOY ®825

0,4 0,75 Al =0,40 B 89

PropriedadesM ecânicas

Composição Química

800 N08800 B 163INCOLOY ®

80032 20 Rest .



Coef.Dilatação

Cond.TérmicaW/m2K

Resist.Elétrica

Densid.G/cm3

800 14,4 11,5 0,99 7,9Equipamentos de tratamento térmico, tubulações para piróliseem petroquímica, revestimento para aquecedores elétricos,

componentes de gerador nuclear de vapor, indústria alimentícia.

800HT 14,4 11,5 0,99 7,9 Equipamentos para a indúst. Petroquímica, tubos de conexão.

825 14 11,1 1,13 8,1Equipamentos para controle de poluição, aquecedores detanques de decapagem, ganchos, tanques químicos, válvulas,bombas, produção de ácido fluorídrico.

Propriedades Físicas

A p l i c a ç ã oLiga

Incoloy Propriedades e aplicações



Grupo 46

Ligas Ni-Cr-Co (Mo) Ni>=45% Co>=10%

Guilherme Santos 32

• A liga INCONEL 617 é endurecida em solução sólida, com uma excepcional combinação de resistência a alta temperatura e à oxidação, até 980ºC; a presença do alumínio conjuntamente com o crómio confere-lhe uma

excelente resistência à oxidação a altas temperaturas.• Tem igualmente uma boa resistência a uma ampla gama de ambientes

corrosivos; É uma liga muito utilizada em turbinas de gás em aviação, produção de acido nítrico, componentes para centrais térmicas e nucleares;

• Tem uma boa soldabilidade pelos processos TIG e MIG (metal de adição INCONEL 617) e eléctrodos revestidos (INCONEL 117)



Grupo 47 Ligas Ni-Fe-Cr-Cu

Guilherme Santos 33

• São ligas Ni-Fe-Cr complexas, com Ni>45% e com adição de Cu (1,5-3%), bastante resistentes à corrosão alvéolar, à corrosão intergranular e à corrosão sob tensão em meios clorados;

• São igualmente resistentes à corrosão uniforme em meios oxidantes e redutores;

• Muito usadas em aplicações envolvendo ácidos sulfúrico e fosfórico;

Principais ligas deste grupo: Inconel alloy G; Incoloy 825, Hastelloy G-30 ;



Ligas Ni-Fe-Co

Guilherme Santos 34

• Ligas complexas contendo 31%<Ni<45%, 13%<Co<17% e Fe>20%;

• A principal característica é o baixo coeficiente de expansão térmica e modulo

de elasticidade (ambos constantes); resistência elevada.

• São usadas em parafusos para turbinas de vapor, calibres, molas,etc.

• Principal liga deste grupo: Incoloy 903

Grupo 48



• Estas ligas têm propriedades semelhantes às das soluções sólidas, possuindo

no entanto características mecânicas e dureza superiores;• A resistência destas ligas é obtida por reacção do Al-Ti ou Al-Ti-Nb,

aumentando directamente com o teor destes elementos;• A sua soldabilidade é bastante afectada pelo teor destes elementos, podendo mesmo torná-las insoldáveis;• A utilização do Nb melhora a soldabilidade da liga;

• Por vezes usa-se o Mo e o Co para obter o endurecimento, sem causar

problemas de soldabilidade;• A formação de óxidos refractários produzidos durante a soldadura impõeum controlo mais apertado das condições operatórias;

Ligas endurecidas por precipitação



Guilherme Santos 36

Liga Duraníquel 301

• É uma liga com cerca de 94% de Ni endurecida por precipitação;

O endurecimento é conseguido por T.T., levando a que as partículas de Ni3AlTi se precipitem na matriz aumentando a resistência mecânica da ligae a sua dureza;

• Apresenta idêntica resistência à corrosão que as ligas Níquel 200 e 201 eexcelentes propriedades elásticas a 300ºC; tem boa condutibilidade eléctricae térmica e resiste melhor aos fluoretos que emanam dos moldes de vidro.;

• É utilizada no fabrico de molas, diafragmas, presilhas, componentes de moldes para produção de peças de plástico ou vidro;



Ligas endurecidas por precipitação Ni-Cu

• A principal liga deste grupo é a K-500 que contém 2.7%Al e 0.6% de Ti; a

sua resistência à corrosão é idêntica à da liga 400 (Monel);• Possui uma resistência mecânica e dureza bastante elevada e não é magnétic• É utilizada em componentes de bombas, peças para a industria química e do petróleo, apetrechos para navios, sensores electrónicos, etc;

• É necessário ter em atenção os tratamentos térmicos para evitar fissurações;• Esta liga é normalmente soldada pelo processo TIG;• O metal de adição deve ter uma composição idêntica à liga para garantir

uma junta perfeita; em alternativa pode usar-se o metal de adição ERNiFeCr-2 após um estudo cuidado e consulta ao fabricante da liga;



Guilherme Santos 38

Ligas endurecidas por precipitação Ni-Cr

• São ligas Ni-Cr com adição de ferro (~19- 0%) endurecidas por intermédio de reacções de Al-Ti ou Al-Ti-Nb; o teor de Cr, que varia entre 13 e 20%, garante uma boa resistência à oxidação a alta temperatura;

• As principais ligas baseadas no grupo Al-Ti são 713C (fundição), X-750,

U-500, R-41 e Waspalloy, as quais são difíceis de soldar; a liga X-750 é usada nas alhetas dos rotores de turbinas de gás, peças para aplicações criogénicas;

• As ligas do grupo Al-Ti-Nb são designadas por 718 e 706 e são soldáveis,

essencialmente por a reacção ser mais lenta; a liga 718 é usada no fabrico de componentes para a industria aeroespacial e aeronáutica, turbinas de gás, etc.



Guilherme Santos 39

Ligas endurecidas por precipitação Ni-Fe-Cr

• A principal liga deste grupo é a 901; a sua soldabilidade é idêntica à liga Inconel X-750 ( soldabilidade difícil) e a Ni-Span C 902,

• A maior utilização desta liga é em peças forjadas, que não requerem operações de soldadura em larga escala;

• Contudo devem ser tomadas as mesmas precauções na sua soldadura que as

recomendadas para as ligas endurecidas pelo Al-Ti;



Guilherme Santos 40

Ligas endurecidas por dispersão sólida

• As ligas de Ni e Ni-Cr são obtidas dispersando uniformemente as partículas muito finas de ThO2 (2%), que é refractário, totalmente na matriz; esteendurecimento é feito durante a produção da liga;

• Estas ligas foram desenvolvidas para uso em componentes de sistemas de combustão de turbinas de gás, equipamento especializado para fornos e aquecedores, acessórios para altas temperaturas, etc;



Guilherme Santos 41

Ligas de fundição

A fabricação de produtos de ligas de Ni por fundição tem aumentado devido a:• Ser possível aumentar a resistência mecânica da liga por adição de Al e Tiem causar os problemas que ocorrem nos produtos laminados

( a temperatura de enformação é quase igual à temperatura de fusão da liga);

• A estrutura do metal fundido resiste melhor à fluência;

• É possível produzir peças por fundição com teores de Al e Ti superiores a

4 e 6% respectivamente.



Classificação do Níquel e

suas ligas

Ligas Soluções solidas Ligas Precipitação Ligas Dispersão de oxidos

Resistentes ao calor e à corrosão Resistência à fluência a altatemperatura (até 1000ºC) Elevada resistência à fluência atemperaturas max. (até 1180ºC)

Estrutura CFC Estrutura CFC c/ precipitaçõesde Ni3(Al,Ti,Nb)

Cristais em solução solida cominclusões de oxidos

Resistência mecânica moderada Elevada resistência àfluência

resistência à fluência muitoelevada

Facilmente soldáveis por todos osprocessos

Soldadura por fusão limitada(por resistência possível)

Não são soldáveis

Disponíveis em todos produtoslaminados, extrudidos e fundição

Principalmente produtosforjadas e fundição

Principalmente produtosforjadas



Soldabilidade do Ni e suas ligas



Soldabilidade do Niquel

• A identificação do material a soldar e da sua condição é extremamenteimportante para escolher o processo de soldadura e o metal de adição.

• O Níquel e suas ligas são soldáveis pelos mesmos processos que os aços;

• As ligas de solução sólida soldam-se bem em todas as espessuras e não

necessitam, regra geral, de T.T. após soldadura.• A maior dificuldade na soldadura das ligas de endurecimento por

precipitação é a formação de óxidos refractários;

Guilherme Santos 44



Guilherme Santos 45


• As ligas de Ni não molham e espalham tão bem quanto as ligas Fe-C e SS,

razão pela qual as juntas devem ser mais abertas , para permitir o acesso das tochas, eléctrodos, fios ou varetas, ás faces da junta;

• Dado o Ni ser mais viscoso , o que impede uma boa molhagem, o operador

tem de dirigir o arco para o ponto de soldadura e espalhar o material;• Os cordões devem ficar ligeiramente convexos , nomeadamente no 1º ; ângulos e folgas da raiz apertadas induzem fissuras no centro do cordão;

• Penetração mais baixa , exigindo um passe de raiz mais pequeno;

• Distorsão mais acentuada; Pingagem mais curta; Passes alternados



Montagens e suportes

Guilherme Santos 46

• O emprego de montagens bem concebidas melhora bastante as condições da

soldadura e podem reduzir as deformações;• A utilização de suportes em cobre no reverso permite manter a junta bem

alinhada e facilita uma boa penetração, em particular nas baixas espessuras;

• Estas cobre-juntas devem produzir uma eficiente protecção gasosa,

impedindo a formação de óxidos refractários;

• O Cu é o melhor material para cobre-juntas por permitir um rápido

escoamento do calor; Estas cobre-juntas devem ter uma ranhura bastante

larga (5-6 mm), arredondada e pouco profunda (0.4-0.8 mm);

• Para manter as peças em posição devem pingar-se com pontos de 3 a 6 mm,

espaçados cerca de 20X a espessura;



Guilherme Santos 47


A soldabilidade do Ni e das suas ligas é influenciada por:

• As impurezas ou elementos de adição existentes no metal ou susceptíveis delhe serem introduzidos durante a soldadura ou dos tratamentos térmicos;

• Os tratamentos térmicos anteriores ou posteriores à soldadura;

• A natureza dos materiais de base quando são diferentes;



Guilherme Santos 48

Soldabilidade do Niquel Impurezas:

O principal elemento nefasto é o S , sobretudo para o Ni puro e para os Ni-Cu;

A solubilidade do S no Ni é muito baixa (~0,005%) pelo que teores de S superiores são precipitados como Ni3S2;

O Ni, quando aquecido a temperaturas da ordem dos 400-800ºC, se existir S, forma o sulfureto, que penetra na massa do metal, fixando-se nos limites do grão, tornando-se frágil; O Ni e o S formam um eutético a 645ºC

O Pb é tão perigoso como o S mas menos frequente na utilização; Podem serintroduzido através das cintas de aperto de tubos, marcadores, lápis de

temperaturas, óleos das operações de corte;O P origina igualmente uma precipitação nos limites dos grãos, aumentando o risco de fissuração a quente (P<0,015% - o Fe é uma fonte);



Guilherme Santos 49

• O controlo do S pode ser feito pela inclusão de Mn ou Mg nos materiais de base e nos metais de adição (TIG)

• No entanto, no processo MIG, a perda destes elementos é bastante elevada;

utilizam-se antes Al, Ti e Nb .• A soldadura sem material de adição no Ni, Ni-Co e Ni-Mo, pode originar porosidades, por efeito de contaminação através do O2, CO e N2.

• Deve usar-se MA contendo pequena % de Ti, que fixa estes contaminantes.





• A limpeza das juntas e a sua geometria são o passo mais importante

para o sucesso da operação de soldadura do Ni e suas ligas;• Às elevadas temperaturas, estas ligas são muito sensíveis à presença de

elementos com temperaturas de fusão baixas, como o Pb, Zn e Sn , eque lhes causam fragilização;

• Estes elementos poderão estar presentes directamente nos materiais de base e de adição , mas também indirectamente nas ferramentas de trabalho e noutros utensilios usuais como tintas, óleos, marcadores,

poeiras e outros; dado ser difícil evitar a sua presença é fundamentaluma boa limpeza da zona de soldadura com um solvente adequado eum pano limpo.

Guilherme Santos 50



Os tratamentos térmicos anteriores ou posteriores à soldadura:• Os tratamentos térmicos efectuados antes ou depois da soldadura têm um papel muito importante no comportamento da peça em serviço, nomeadamente a resistência à corrosão e à fissuração;

• O Ni e suas ligas não susceptíveis de envelhecimento por precipitação são porvezes recozidas antes da soldadura e posteriormente sujeitos a um tratamento de relaxação;

• As ligas de endurecimento por envelhecimento devem ser soldadas após

tratamento de colocação em solução, mas antes do envelhecimento;• O arrefecimento da soldadura deve ser rápido, assim como a subida da temperatura para provocar o envelhecimento após soldadura;





A natureza dos materiais de base quando são diferentes:

• É importante não soldar entre si ligas que sejam incompatíveis, paraevitar a diluição dos metais de base na soldadura;

• O Ni e as suas ligas Ni-Cu soldam-se entre si sem qualquer problema,qualquer que seja o teor de Cu;

• Algumas ligas no entanto não admitem grandes variações na composição do cordão de soldadura, pelo que a composição doseléctrodos deve ser fixada;

• Por outro lado a preparação dos chanfros e o modo operatório devem ser escolhidos por forma a minimizarem a diluição;

Guilherme Santos 52



Pré-aquecimento:

• Na soldadura do Ni, Ni-Cu e Ni-Cr não é necessário qualquer pré- aquecimento, nem mesmo recomendável;• No entanto, deve evitar-se soldar sobre o material demasiado frio, sendo recomendável aquecê-lo até 20ºC e numa largura de 150mm à volta da junta;

• As peças vazadas de formas maciças ou complexas devem ser aquecidas até100-150ºC;




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Ligas endurecidas por precipitação

• As ligas de endurecimento por precipitação, apresentam uma soldabilidade difícil e algumas não são soldáveis pelos processos correntes;

• O processo TIG é no entanto o mais usado, embora a soldadura por feixe de electrões, resistência, plasma e MIG-MAG com transferência por curto-circuito possam ser igualmente utilizados;

• O processo SER é o menos usado por conduzir a uma perda de elementosendurecedores na coluna do arco;

• Sempre que possível estas ligas devem ser soldadas após recozimento ;



Guilherme Santos 55

Ligas endurecidas por dispersão de oxidos

• Quando estas ligas são fundidas durante a soldadura, as partículas de óxido aglomeram-se durante a solidificação, sendo destruído o mecanismo resistente por dispersão dentro da matriz; o metal depositado terá significativamente menor resistência que o material de base;

• É portanto recomendável a utilização de processos que não envolvam a fusão dos materiais, como forma de manter as suas características.



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Processos soldadura aplicáveis



Processos soldadura

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• SER

• TIG

• MIG, MAG e FCAW

• PLASMA

• LASER

• SAW

• EBW

• Resistência

• SOA



Processo SER• O processo SER é utilizado principalmente na soldadura das ligas de

solução sólida, com a mesma facilidade que nos aços correntes e produzindo cordões com a mesma alta qualidade que a obtida nos açosinoxidáveis.

• Alguns eléctrodos introduzem elementos de liga através do revestimento;

• É o que melhor permite a limitação do fenómeno da diluição;• Permite soldar com baixas intensidades;

• Passes curtos; dirigir o arco para o metal de base;

• O equipamento deve ser idêntico ao usado para soldadura dos açosinoxidáveis; A polaridade é normalmente DC+;

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Processo SER

• Nas ligas de endurecimento por precipitação este processo é poucousado em virtude de ser difícil transferir os elementos que contribuem para o endurecimento da liga através da coluna do arco .

• São preferíveis os processos com protecção gasosa.• Nestas ligas é muito importante a limpeza dos cordões entre passes para eliminação dos óxidos produzidos por aqueles elementos.



• É um processo largamente utilizado na soldaduras destas ligas, paraespessuras até 3 mm, passes de raiz de espessuras grandes e soldadura de tubos; Originalmente foi criado para soldadura das ligas de Ni;O eléctrodo deve ser de tungsténio, preferencialmente com 2% de Th, e

polaridade DC-;• O gás de protecção é normalmente o Argon, mas podem ser usadas misturas Argon-Hélio, Argon-H2;• É necessário ter em atenção o estado das tochas, usar bocais adequados, etc,

para evitar a entrada de ar na protecção gasosa e a sua contaminação;

Processo TIG



Processo MIG-MAG

• Este processo pode ser usado para soldar todas as ligas de Ni com os fios disponíveis; exceptuam-se as ligas de fundição de alto Si;

• Os resultados obtidos são inferiores na soldadura das ligas deendurecimento por precipitação ;

• Os gases de protecção são igualmente o Argon, Argon- Hélio, Argon- Hélio- CO2 (até 3%, para melhorar a molhagem); a utilização de Argon+H2 (<5%) evita o aparecimento da camada de oxido na superfície

do cordão e consequentemente a rebarbagem e/ou escovagem do cordão.

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Processo FCAW

• Este processo tem vindo a ser usado com mais frequência na soldadura do Ni e ligas, usando os fios disponíveis no mercado.

• O equipamento de soldadura é o mesmo que se utiliza no processo com

fios sólidos.• Os gases de soldadura mais usados são a mistura M21 (argon+20%CO2) ou o C1 (100%CO2), com caudais entre 15 e 20 l/m.

• Os fios trabalham normalmente com polaridade DC+.

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Processo Plasma

• O Ni e suas ligas podem ser facilmente soldados por Plasma;

• Os procedimentos de soldadura são idênticos ao processo TIG;

• Pode ser usada a técnica do “Keyhole” para espessuras maiores, até 8mm, com bordos direitos; Argon ou mistura Argon com 5-8% de H2 produzem bons resultados neste processo;

• A variante Microplasma é usada para soldar chapas muito finas, com

correntes da ordem de 1-20A, sem metal de adição.

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Processo LASER

• Processo que tem aumentado consideravelmente a sua utilização, em particular de finas espessuras, como soldadura longitudinal de tubos,em substituição do TIG automático;

• Os gases de soldadura são os mesmos do processo TIG;

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Processo Arco submerso:

• As ligas de Ni endurecidas em solução sólida podem ser soldadas poreste processo, existindo fios, fitas e fluxos comercialmente disponíveis para algumas destas ligas;

• Este processo também é usado em recobrimentos (cladding);• Os fluxos e fios devem ser escolhidos seguindo as recomendações do fabricante da liga;

• As ligas Ni-Mo não devem ser soldadas por arco submerso, devido à

sua elevada entrega térmica;

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Feixe de electrões e resistência

• A maior parte das ligas de Ni pode ser soldada por estes processos, noentanto, são mais usados nas ligas endurecidas por precipitação.

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Processo SOA

• É um processo que pode ser usado na soldadura do Ni, embora actualmente pouco usado e com muitas limitações (pouco recomendável);

• O Acetileno deve ser fornecido apenas por garrafas (> pureza);

• O Ni puro pode ser soldado sem fluxo desoxidante (como o aço);

• As ligas Ni-Cu, Ni-Cr e Ni-Cr-Fe necessitam dum desoxidante à base de fluoretos de Ca, Ba, Na, devido ao facto do óxido de Ni ter um ponto de fusão mais elevado que o Ni;

• Os fluxos desoxidantes devem ser aplicados nas paredes da junta e navareta

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Metais de adição

Metais de adição:



ç

Eléctrodos (AWS: SFA-5.11)

• ENi-1

• ENiCu-7

• ENiCrFe (ENiCrFe-1; ENiCrFe-2;ENiCrFe-3; ENiCrFe-4; ENiCrFe-7)

• ENiMo (ENiMo-1;ENiMo-3;ENiMo-7; ENiCrCoMo-1)

• ENiCrMo (ENiCrMo-1;ENiCrMo-2; ENiCrMo-3; ENiCrMo-4; ENiCrMo-5; ENiCrMo-6; ENiCrMo-7; ENiCrMo-9; ENiCrMo-10; ENiCrMo-11;ENiCrMo-12; ENiCrMo-13

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Metais de adição TIG e MIG(AWS:SFA-5.14)

• ERNi-1

• ERNiCu-7

• ERNiCr-3

• ERNiCrFe (ERNiCrFe-5; ERNiCrFe-6)

• ERNiFeCr (ERNiFeCr-1; ERNiFeCr-2)• ERNiMo (ERNiMo-1; ERNiMo-2; ERNiMo-3; ERNiMo-7)

• ERNiCrMo (ERNiCrMo-1;ERNiCrMo-2;ERNiCrMo-3; ERNiCrMo-4;

ERNiCrMo-7; ERNiCrMo-8; ERNiCrMo-9; ERNiCrMo-10; ERNiCrMo-11)• ERNiCrCoMo-1

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Metais de adição FCAW

• ENiCrFe3 (AWS:SFA 5.11); ENiCrFe3 T0-4 (AWS:SFA-5.34)

• ENiCrMo3 T0-4 (AWS:SFA-5.34)

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Metais de adição SAW(AWS:SFA-5.14)

• ERNi-1

• ERNiCu-7

• ERNiCr-3

• ERNiCrMo-3;• ERNiCrCoMo-1

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Guilherme Santos 75

Gases de soldadura



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• Argon, Hélio e misturas de ambos são usados como gases de protecção nos processos TIG,

MIG e Plasma;• O Argon é usado em soldadura manual de espessuras finas, ou em ligas com baixa

condutibilidade térmica, com pureza elevada (99,998%);

• Hélio ou uma mistura 75% Ar+25% He é adequada para soldadura automática de

espessuras finas, soldadura manual de espessuras maiores, ou soldadura de materiais deelevada condutibilidade térmica;

• Pequenas adições de H2 (<5%) ao Argon podem ser usadas em soldaduras monopasse, dado que o H2 produz um arco mais quente e uma superfície do cordão mais homogénea.

• Na soldadura com fios fluxados podem ser usados a mistura M21 (Ar+20%CO2) ou simplesmente 100% CO2 (C1)

Gases de soldadura



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Problemas na soldadura do Ni e suas ligas

Problemas na soldadura do



Ni e suas ligas

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• Porosidades

• Fissuração a quente, devida à presença de S e de outros contaminantes• Susceptibilidade à corrosão intergranular

• Inclusões de óxido e falta de fusão entre passes

• Fissuração no cordão de soldadura por elevada ET • Corrosão sob tensão

• Microfissuras

• Baixa penetração• Distorsão



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Porosidades

• O Níquel absorve os gases O2, CO, N2, H2, em particular o azoto a quente , tornando-se por isso poroso;

• As porosidades podem ser minimizadas usando metais de adição contendo Al, Cd, Co, Nb ou Ti, que possuem elevada afinidade para o O2 e N2;

• Usar apenas gases inertes, Argon e Hélio de pureza muito elevada (99.998%)e valores máximos de O2 de 5 ppm e de 10 ppm para outras impurezas;

• Garantir uma boa protecção de ambos os lados da soldadura , caso contrário a formação de óxidos refractários no reverso poderão concentrar as tensões , produzindo Fissuração após soldadura ;



Guilherme Santos 80

Fissuração a quente

• Provocada pela contaminação do Ni pelo S, P, ou metais de baixo ponto de fusão , dando origem a compostos intermetálicos que a altas temperaturas formam filmes intergranulares, originando a fragilização da junta.

• Penetração intergranular de contaminantes provenientes da superficie do metal de base;

• Elevada entrega térmica



Medidas preventivas:1. Limpeza da junta e zonas adjacentes;

2. Esmerilamento com discos de SiO2; 3. Escovamento com escovas de inox austenítico; 4. Desengorduramento com solventes; 5. Empregar M.B. com baixas % daqueles elementos (se possível);6. Utilização de ligas contendo 2.5 a 7% de Mn, ou de Mg;

Fissuração a quente

Susceptibilidade à



Guilherme Santos 82

• A presença do C origina a formação de carbonetos com os elementos de liga que apresentam afinidade para ele, como o Cr, reduzindo a sua resistência à corrosão..

• Em ligas complexas pode haver igualmente precipitação de compostos intermetálicos;

• Estes problemas podem ser minimizados usando ligas com baixo C e maior % de Ni;

p corrosão intergranular




1. Protecção gasosa muito eficaz dos dois lados da soldadura; 2. Pureza dos gases muito elevada;

3. Os metais de adição devem conter pequenos teores de Al ou Ti;

4. Decapagem muito cuidada das faces da junta;

5. Metais de adição de composição semelhante;

6. Limpeza da escória entre passes, nomeadamente óxidos, alguns dos quais podem ter temperaturas de fusão elevadas, causando defeitos como inclusões e faltas de fusão;

7. Evitar usar ferramentas que trabalhem ou tenham trabalhado outros metais;

8. Usar exclusivamente escovas em aço inox;

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q

Resumo das medidas a tomar



Defeitos na soldadura: Fissuração no cordão

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• Os factores que controlam a solidificação do cordão são: Tipo de liga, processo de soldadura e as condições de soldadura.

• Para evitar este tipo Fissuração devem respeitar-se as indicações do fabricante da liga, e têm geralmente a ver com a forma do cordão,velocidade de soldadura e técnica operatória.



Defeitos na soldadura: Microfissuras

Guilherme Santos 85

• Este tipo fissuração, semelhante ao que ocorre nos aços inoxidáveis austeníticos, é devido ao fenómeno de liquação, relacionado com o tamanho do grão e a eventuais impurezas existentes no metal de base, dependendo

bastante da liga.• As ligas Ni-Cr com teor de 30%<Ni<40% são muito sensíveis ao aparecimento de microfissuras no cordão de soldadura e na ZTA, como por

exemplo a liga INCOLOY 800; Neste caso deve usar-se um metal de adição preferencialmente com Ni>50%



Defeitos na soldadura: Fissuração

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Após a soldadura poderão ocorrer defeitos como:

- Fissuração devida ao tratamento térmico;

- Fissuração devido a corrosão sob tensão;




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A fissuração devida ao tratamento térmico é também conhecida como fissuração de reaquecimento .

Ocorre principalmente nas ligas endurecidas por precipitação e pode ser reduzida por tratamento térmico antes da soldadura




Guilherme Santos 88

A fissuração devida ao fenómeno de corrosão sob tensão normalmente não ocorre na soldadura das ligas de Ni a não ser quando a liga estiver em contacto com soda caustica, fluor-silicatos, acido hidrofluoridrico.

Este problema, a existir, pode ser resolvido fazendo um tratamento de relaxação de tensões na zona da soldadura.

J t ld d d Ni



Juntas para soldadura do Ni

Normas



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Anexos



Conclusões• O Níquel é um metal (caro) com excelentes características físicas e

metalúrgicas;• É usado como metal puro ou participando em inúmeras ligas, quer

como elemento principal, quer como elemento secundário;

• Quer no estado puro quer no ligado presta-se a inúmeras aplicaçõesindustriais, em particular onde se pretende bom comportamento à oxidação e corrosão associadas com temperaturas elevadas

• Do ponto de vista da soldadura é um metal , bem com as suas ligas,

soldável sem grandes dificuldades desde que se respeitem algumas regras básicas;

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Bibliografia



• Metalurgia da soldadura (E.M. Dias Lopes e R.M.

Miranda- Instituto de Soldadura e Qualidade)• Welding Book- 8ª Edição

• Welding- Lincoln Electric• Special Metals

• Artigos varios

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2.19 - Niquel.V14_actualizada

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