O zona afetada pelo calor da soldagem é a área onde o metal base sólido em ambos os lados da solda sofre mudanças evidentes em sua estrutura e propriedades sob a ação do ciclo térmico de soldagem, sendo chamada de zona termicamente afetada pela soldagem. Uma junta soldada é um processo de soldagem que consiste em três partes: a costura de solda, a zona de fusão e a zona termicamente afetada.

1. Definição

Sob a ação de um zona afetada pelo calor da soldagem soldagem por fusão, a área onde a estrutura e as propriedades mudam dentro de uma certa faixa perto de ambos os lados da solda é chamada de “zona afetada pelo calor da soldagem“, ou a “Zona Próxima à Solda” (Near Weld Zone). ). A junta soldada é composta principalmente de duas partes, a costura de solda e a zona de sombra quente, e há uma zona de transição entre elas, que é chamada de zona de fusão. Portanto, para garantir a qualidade das juntas soldadas, é necessário fazer com que a estrutura e as propriedades da solda e da zona afetada pelo calor atendam aos requisitos ao mesmo tempo. Com o uso contínuo de vários aços de alta resistência, aços inoxidáveis, aços resistentes ao calor e alguns materiais especiais na produção, os problemas existentes na zona afetada pelo calor da soldagem tornam-se mais complicados e se tornaram a área fraca das juntas soldadas. Portanto, pesquisadores em muitos países têm prestado grande atenção à zona afetada pelo calor da soldagem.

A extensão da ZAC varia dependendo do aporte térmico do processo de soldagem, da condutividade térmica do material e da taxa de resfriamento. Maior aporte térmico ou taxas de resfriamento mais lentas normalmente resultam em uma ZAC maior.

2. Distribuição de tecidos

De acordo com o zona afetada pelo calor da soldagem Em relação ao aço, o aço para soldagem é dividido em duas categorias: aço com baixa tendência à têmpera, como aços de baixo carbono e alguns aços de baixa liga, chamados de aços de têmpera dura; a outra é a tendência à têmpera. Aços de maior qualidade, como aços de médio carbono, aços de liga temperados e revenidos de baixo e médio carbono, etc., são chamados de aços de têmpera fácil. Devido à diferente tendência à têmpera, a estrutura da zona afetada pelo calor de soldagem dos dois tipos de aço também é diferente.

3. Desempenho

A distribuição da microestrutura da zona termicamente afetada pela soldagem não é uniforme, o que resulta em desempenho também não uniforme. A zona termicamente afetada pela soldagem é diferente da costura de soldagem, e a costura de soldagem pode atender aos requisitos de desempenho ajustando a composição química e combinando com o processo de soldagem apropriado. O desempenho da zona termicamente afetada não pode ser ajustado em composição, sendo um problema de não uniformidade que ocorre sob a ação dos ciclos térmicos de soldagem. Para estruturas soldadas em geral, são considerados principalmente o endurecimento, a fragilização, a tenacidade e o amolecimento da zona termicamente afetada, bem como propriedades mecânicas abrangentes, resistência à corrosão e propriedades de fadiga, que são determinadas de acordo com os requisitos de uso específicos da estrutura soldada.

Endurecimento

A dureza da zona afetada pelo calor durante a soldagem depende principalmente da composição química e das condições de resfriamento do aço a ser soldado, e sua essência é refletir o desempenho de diferentes estruturas metalográficas. Como o teste de dureza é mais conveniente, o HMAX de maior dureza da zona afetada pelo calor é frequentemente usado para avaliar o desempenho da zona afetada pelo calor, o que pode prever indiretamente a tenacidade, a fragilidade e a resistência à trinca da zona afetada pelo calor. No projeto, o HMAX da zona afetada pelo calor foi usado como um índice importante para avaliar a soldabilidade. Deve-se ressaltar que mesmo a mesma estrutura tem durezas diferentes, o que está relacionado ao teor de carbono do aço e à composição da liga. Por exemplo, a dureza da martensita de alto carbono pode chegar a 600HV, enquanto a dureza da martensita de baixo carbono é de apenas 350-390HV.

Fragilização

A fragilização da zona afetada pelo calor soldada é frequentemente a principal causa de trincas e falhas frágeis em juntas soldadas. A fragilidade e a tenacidade medem a capacidade de um material de resistir à fratura sob cargas de impacto e são um reflexo abrangente da resistência e plasticidade do material. Quanto maior a fragilidade do material, menor a tenacidade do material e pior a capacidade de resistir a cargas de choque. Como a distribuição da microestrutura na zona afetada pelo calor não é uniforme, e mesmo em algumas partes, a resistência é muito menor do que a do metal base, ou seja, ocorre uma fragilização grave, de modo que a zona afetada pelo calor da soldagem se torna um ponto fraco de toda a junta. Portanto, a fragilização da zona afetada pelo calor da soldagem é estudada, e o fenômeno da fragilização envolve principalmente os mecanismos de fragilização, como fragilização de grãos grossos, fragilização da microestrutura e fragilização por envelhecimento por deformação térmica, de modo a melhorar sua tenacidade e melhorar as propriedades mecânicas de toda a junta. 

Endurecido

A zona afetada pelo calor da soldagem, especialmente a zona de fusão e a zona de granulação grossa, são as áreas mais fracas de toda a junta soldada. Portanto, medidas devem ser tomadas para melhorar a tenacidade da zona afetada pelo calor da soldagem. No entanto, a tenacidade da zona afetada pelo calor da soldagem não pode ser ajustada e melhorada pela adição de elementos de liga traço, como a solda. É inerente ao próprio material, portanto, só pode ser melhorada dentro de uma determinada faixa, por meio do aprimoramento da tenacidade do próprio material e de algumas medidas tecnológicas. De acordo com a pesquisa, a tenacidade da zona afetada pelo calor da soldagem pode ser adotada pelas duas medidas a seguir.

Suavizar

Metais ou ligas reforçados por trabalho a frio ou tratamento térmico geralmente apresentam diferentes graus de perda de resistência na zona de soldagem afetada pelo calor. Amolecimento ou perda de resistência na zona de soldagem afetada pelo calor. O amolecimento de metais ou ligas reforçados por trabalho a frio é causado pela recristalização. O amolecimento ou perda de resistência na zona de soldagem afetada pelo calor tem relativamente pouco efeito nas propriedades mecânicas das juntas soldadas, mas não é fácil de controlar.

4. Efeitos nas propriedades dos materiais

● Resistência e Dureza: A ZAC pode apresentar níveis variados de dureza e resistência em comparação ao metal base. Normalmente, as áreas mais próximas da solda sofrem temperaturas mais altas e podem se tornar mais duras e quebradiças, especialmente em aços de alto carbono.

● Tenacidade: A tenacidade da ZTA pode ser reduzida devido à formação de microestruturas mais duras e quebradiças. Isso é particularmente crítico em aplicações onde a resistência ao impacto é importante.

●Resistência à corrosão: Em alguns materiais, como certos aços inoxidáveis, o calor pode causar alterações que afetam a resistência à corrosão, como a precipitação de carbonetos nos contornos dos grãos.

5. Importância e Controle

Integridade Estrutural: 

Compreendendo e controlando o zona afetada pelo calor da soldagem é crucial para garantir a integridade estrutural de componentes soldados, especialmente em aplicações críticas, como aeroespacial, automotiva e engenharia estrutural.

Otimizando Parâmetros de soldagem: 

①Aporte de Calor: Reduzir o aporte de calor ajustando a tensão, a corrente e a velocidade de soldagem pode ajudar a reduzir o tamanho da ZAC. Um menor aporte de calor resulta em taxas de resfriamento mais rápidas e menos tempo para alterações microestruturais adversas.

②Temperatura de interpasse: controlar a temperatura de interpasse (a temperatura entre cada passagem de solda) pode influenciar a microestrutura da ZTA, melhorando propriedades como tenacidade.

Pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT):

①Pré-aquecimento: A aplicação de calor ao material antes da soldagem pode reduzir a taxa de resfriamento, minimizando o risco de formação de microestruturas indesejáveis, como a martensita, em aços. Também ajuda a reduzir tensões residuais.

②PWHT: A aplicação de calor após a soldagem pode ajudar a temperar microestruturas duras formadas na ZTA, melhorando assim a tenacidade e reduzindo tensões residuais.

Demonstração em vídeo