Vareta de solda de liga à base de níquel Monel K500

O Monel K500 pode ser soldado, e a junta não será tão forte quanto a liga que une. Isso não é um defeito no procedimento. É uma propriedade do único metal de enchimento recomendado para o trabalho, e é a primeira coisa que um fabricante precisa saber antes que o desenho seja fixado.

A razão está em uma única frase publicada. Metal de enchimento depositado pelo grau usado para esta liga não é endurecível por envelhecimento, e quando é usado para unir Monel K500, tem menor resistência do que o metal base. O Monel K500 obtém sua resistência de um tratamento térmico que precipita partículas através do material. O metal de enchimento correspondente tem uma química semelhante, mas nenhuma resposta de envelhecimento utilizável, de modo que um tratamento térmico pós-soldagem endurece o metal base ao redor da solda e deixa o metal de solda onde estava.

Um metal de enchimento é recomendado para unir esta liga, e ele é designado em todos os sistemas de classificação que um comprador provavelmente consultará. O mesmo fio atende a todos eles, é por isso que uma consulta citando um sistema e um certificado de usina citando outro podem descrever o mesmo produto.

Dois desses números são fáceis de transpor e valem a pena separar uma vez. O enchimento é 2.4377. O metal base é 2.4375. Eles diferem no último dígito, e são materiais diferentes.

Os dois números abaixo vêm de dois documentos diferentes, e colocá-los lado a lado é toda a razão pela qual esta página existe. Um é o mínimo que o metal de enchimento tem que entregar. O outro é o mínimo que o metal base tem que entregar na condição em que a maioria das peças é comprada.

O depósito é garantido em metade da resistência à tração da barra endurecida por envelhecimento que ele une, e a lacuna não é fechada por nada feito após a soldagem. A descrição publicada do depósito é que suas propriedades são semelhantes às da liga Monel 400, que é a maneira correta de pensar sobre isso: um metal soldado K500 contém uma região de material de nível de liga 400 correndo através dele.

Duas consequências seguem para o desenho. Uma junta soldada em K500 deve ser colocada onde o projeto permite uma região de menor resistência, o que geralmente significa longe da seção de maior estresse. E onde a resistência total envelhecida tem que cruzar uma junta, a junta deve ser feita por um método que não dependa do enchimento, ou a peça deve ser redesenhada para evitar a junta.

A orientação publicada da liga fica ao lado disso e não a contradiz, embora as duas pareçam que poderiam. O boletim da liga afirma que soldas podem ser produzidas com a resistência do metal base endurecido por envelhecimento se o tratamento de envelhecimento for aplicado após a soldagem, o que é uma declaração sobre a montagem. A folha de dados do enchimento afirma que o metal de solda não é endurecível por envelhecimento, o que é uma declaração sobre o depósito. Ambos se aplicam ao mesmo tempo: o metal base ao redor de uma solda recupera sua resistência envelhecida quando a montagem soldada é envelhecida, e o depósito não.

Esta é a parte do procedimento que é mais frequentemente comprimida, e comprimi-la produz uma peça que falha na inspeção ou falha precocemente em serviço. A sequência publicada para um componente K500 soldado tem um recozimento entre a soldagem e o envelhecimento, o que significa três operações térmicas no total.

O passo de recozimento tem uma segunda consequência que vai além da solda. Todas as partes da montagem passam por 850 a 900 °C e depois pelo ciclo de envelhecimento, de modo que qualquer outra coisa unida à mesma fabricação tenha que sobreviver a ambos. Uma junta, um selo, um acessório aparafusado ou um inserto que não pode suportar essas temperaturas deve ser instalado após o tratamento térmico, o que é uma decisão de roteamento e não de soldagem e vale a pena resolver no estágio de desenho.

A orientação publicada também adverte sobre a outra direção. Material superenvelhecido não pode ser recuperado por um tratamento de envelhecimento adicional: a peça deve ser recozida em solução a 1.800 a 1.900 °F para redissolver o precipitado e depois envelhecida novamente, e o benefício de qualquer trabalho a frio é perdido nesse recozimento. Uma montagem soldada que vê muito tempo em temperatura, portanto, não tem rota de volta à sua condição projetada.

Os eletrodos revestidos são a outra metade da gama, e são designados com o prefixo EN e não ER. Os dois prefixos não são intercambiáveis e não são para o mesmo processo: os graus ER são fios e varetas nuas para trabalho com proteção a gás, e os graus EN são eletrodos revestidos para arco metálico manual. A tabela abaixo emparelha cada eletrodo revestido com o material base para o qual ele se destina.

Três correções valem a pena serem levadas adiante dessa tabela, porque as páginas publicadas erram cada uma delas. Monel 400 é N04400; N02200 é Níquel 200, que é uma liga diferente e uma família diferente. A liga 825 é Incoloy 825 e não Inconel, pois os graus Incoloy são a família níquel-ferro-cromo. E o eletrodo revestido para 254SMO é ENiCrMo-3, que é a mesma designação usada para Inconel 625, porque o enchimento é escolhido pela química da junta e não pelo nome do metal base.

Uma das razões pelas quais o Monel K500 é especificado é que ele é não magnético, e um componente soldado pode perder essa propriedade na costura. A descrição publicada da liga é que ela é não magnética até -100 °C na condição endurecida por envelhecimento, com uma permeabilidade magnética relativa à temperatura ambiente de 1,0015 ou menos. O metal de solda tem uma qualidade inferior a essa nesse aspecto, e a razão é a frase já citada: o depósito tem propriedades semelhantes às da liga Monel 400.

A liga 400 é o único grau de níquel-cobre cuja temperatura Curie cai dentro da faixa ambiente. Sua faixa publicada é de 21 a 49 °C, com a nota de que o valor é afetado pela composição e que alguns lotes, portanto, serão magnéticos à temperatura ambiente, enquanto outros não. Seguindo a declaração publicada de que o depósito se comporta como a liga 400, uma solda K500 feita com este enchimento carrega uma região cujo comportamento magnético à temperatura ambiente é menos certo do que o do metal base ao redor.

Para um componente cujo propósito inteiro é evitar perturbar um sensor magnético, isso deve ser tratado deliberadamente e não assumido. As opções práticas são manter a costura longe do sensor, especificar uma verificação de permeabilidade magnética no componente acabado e não apenas no metal base, ou evitar soldar na região sensível. Um pedido de compra que especifica o metal base e permanece em silêncio sobre a costura não especificou a propriedade que importa.

A orientação de fabricação publicada para esta família é incomumente prescritiva sobre a oficina, e a razão é que as ligas de níquel são intolerantes à contaminação que o aço carbono tolera sem consequências.

ERNiCu-7 para trabalho com arco de tungstênio a gás, arco de metal a gás e arco submerso, também designado AWS A5.14 ERNiCu-7 e UNS N04060, com o nome comercial Monel Filler Metal 60. O equivalente em eletrodo revestido para arco metálico manual é ENiCu-7. A designação alemã é SG-NiCu30MnTi com o número de material 2.4377, e a designação internacional é SNi4060, ou NiCu30Mn3Ti.

Não. A declaração publicada é que o metal de solda não é endurecível por envelhecimento e tem menor resistência do que o metal base quando usado para unir K500. Os números concretizam o tamanho da lacuna: o enchimento é especificado com uma resistência à tração mínima de 70.000 psi, ou 483 MPa, enquanto a barra K500 endurecida por envelhecimento é especificada com um mínimo de 140 ksi, ou 965 MPa. O depósito é garantido com metade da resistência da barra que ele une, e nenhum tratamento pós-soldagem fecha essa lacuna.

Fortalece o metal base ao redor da solda e não o metal de solda. A orientação da liga de que soldas podem ser produzidas com a resistência do metal base endurecido por envelhecimento se o envelhecimento for aplicado após a soldagem descreve a montagem. A declaração da folha de dados do enchimento de que o metal de solda não é endurecível por envelhecimento descreve o depósito. Ambos estão corretos, e ler o primeiro como uma declaração sobre o metal de solda é o erro que essa distinção existe para prevenir.

Soldar a peça com o metal base na condição recozida em solução, depois recozer o componente soldado entre 850 e 900 °C com resfriamento o mais rápido possível, depois endurecê-lo por envelhecimento. A faixa de envelhecimento publicada é de 580 a 610 °C, com 4 a 16 horas para vareta e forjados, resfriamento em forno a aproximadamente 12 °C por hora até 480 °C, e depois resfriamento ao ar. O recozimento entre a soldagem e o envelhecimento é o passo mais frequentemente omitido.

Não deveria. A orientação publicada é evitar soldar material endurecido por envelhecimento devido à ductilidade muito reduzida. A sequência que funciona é soldar na condição recozida e aplicar o tratamento de envelhecimento depois. Onde uma peça foi envelhecida e depois precisa ser unida, as opções são remover o envelhecimento recozendo em solução primeiro, ou mudar o projeto da junta.

ENiCu-7, que é o eletrodo revestido para a família níquel-cobre e compartilha o número de designação com o fio nu usado para K500. Uma página publicada sobre este assunto dá Monel 400 como N02200; o número UNS correto é N04400. N02200 é Níquel 200, um níquel comercialmente puro e um material diferente.

O Monel K500 é soldado com um enchimento de níquel-cobre, designado ERNiCu-7 como fio nu e ENiCu-7 como eletrodo revestido, com o número de material 2.4377 contra 2.4375 para o metal base. Esse enchimento não é endurecível por envelhecimento, de modo que o depósito é garantido em 70.000 psi, ou 483 MPa, contra os 140 ksi, ou 965 MPa, mínimos da barra endurecida por envelhecimento que ele une. A junta é, portanto, a região mais fraca no componente por projeto e não por erro, e deve ser colocada de acordo. A sequência correta são três passos térmicos e não dois: soldar na condição recozida com a temperatura entre passes mantida abaixo de 120 °C, recozer entre 850 e 900 °C, depois envelhecer a 580 a 610 °C. A área de trabalho, as ferramentas e o regime de limpeza importam mais do que importariam no aço carbono, porque a liga é menos tolerante à contaminação.

Consumíveis de soldagem de níquel-cobre e o metal base correspondente são fornecidos de Changzhou, Jiangsu, nas formas de fio nu e eletrodo revestido descritas acima, de uma planta que possui certificação ISO 9001 e é auditada pela SGS. Envie os materiais base, o processo e se a junta tem que carregar a resistência envelhecida, e o enchimento e a sequência seguirão dessas três respostas.

1. Folha de dados do produto Special Metals para MONEL Filler Metal 60. Fonte para os enchimentos e metais base para os quais se destina, a declaração de que o metal de solda não é endurecível por envelhecimento e tem menor resistência do que K500 quando usado para uni-lo, a semelhança do metal depositado com a liga 400, a resistência à tração mínima de 70.000 psi e alongamento de 30%, a composição química limitante, a lista de designações em AWS, ASME, BS, DIN e ISO, a camada de barreira recomendada para certas condições de arco de metal a gás, o fluxo de arco submerso e os diâmetros e comprimentos retos disponíveis.
2. Folha de dados da VDM Metals para Alloy K-500, Nicorros Al. Fonte para a seção de soldagem: o requisito de que o material esteja na condição recozida em solução para soldagem, a temperatura máxima entre passes de 120 °C, a recomendação de recozer entre 850 e 900 °C após a soldagem e antes do endurecimento por envelhecimento, a faixa e os tempos de endurecimento por envelhecimento, o requisito de proteção da raiz, a técnica de impulso, os requisitos de limpeza e local de trabalho, as restrições de ferramentas e máquinas, a remoção de tinta de calor e a sequência de decapagem, e a declaração de que a liga é não magnética até menos 100 °C na condição endurecida por envelhecimento.
3. A mesma folha de dados, sobre o tratamento de endurecimento por envelhecimento e seus limites. Fonte para a faixa de 580 a 610 °C, a retenção de 4 a 16 horas para vareta e forjados, a taxa de resfriamento em forno de aproximadamente 12 °C por hora até 480 °C, e o ciclo encurtado a 640 °C.
4. ASTM B865, barra, vareta, fio e forjados de liga de níquel-cobre-alumínio endurecível por precipitação. Fonte para os valores mínimos de tração, escoamento e alongamento para barra e vareta endurecidas por envelhecimento usadas na comparação do depósito contra o metal base.
5. Boletim técnico Special Metals SMC-062, liga MONEL K-500. Fonte para a orientação de que a soldagem de material endurecido por envelhecimento deve ser evitada devido à ductilidade muito reduzida, que soldas podem ser produzidas com a resistência do metal base endurecido por envelhecimento se o envelhecimento for aplicado após a soldagem, que material superenvelhecido deve ser recozido em solução antes de poder ser reenvelhecido, e a faixa de temperatura Curie citada para a liga 400.
6. Boletim técnico Special Metals SMC-053, liga MONEL 400. Fonte para a faixa de temperatura Curie de 21 a 49 °C, a nota de que ela está dentro da faixa ambiente, de modo que alguns lotes são magnéticos à temperatura ambiente, e o número UNS N04400 para essa liga.
7. Registros de entrega mantidos para DLX Alloy cobrindo consumíveis de soldagem de níquel-cobre e metal base. Fonte para as formas fornecidas.

Tudo acima é um valor publicado para o grau nomeado, e nenhum deles é um critério de aceitação para uma fabricação específica. O que uma junta atinge depende da condição do material base, do projeto da junta, da entrada de calor e da sequência de tratamento térmico juntas, razão pela qual um procedimento é qualificado na montagem e não no fio. Na temperatura Curie do material base, duas fontes publicadas diferem por uma pequena margem; os números acima são atribuídos à fonte de onde cada um vem.