Defeito na soldagem de metais é desvendado em laboratório brasileiro

Alex Sander Alcântara - Agência Fapesp - 19/12/2008

Estudo realizado na Unicamp e no Laboratório Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) ajuda a entender o fenômeno da fratura por queda de ductilidade, que causa ruptura em ligas metálicas durante a soldagem.
[Imagem: Edwar Andrés Torres López]

Um problema há muito desafiava pesquisadores que tentavam entender um fenômeno conhecido como fratura por queda de ductilidade (FQD), que ocorre durante a soldagem.

Durante o processo, a junta soldada apresenta uma fratura em estado sólido, que resulta da redução da capacidade do material de suportar a deformação em temperaturas elevadas.

Fundamentos metalúrgicos

Uma pesquisa feita por Edwar Andrés Torres López, na Unicamp e no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), acaba de lançar novas luzes sobre o fenômeno da FQD.

De acordo com Ramirez, o fenômeno não acontece só nas ligas de níquel, mas também em diversos materiais, como ligas de alumínio e aços inoxidáveis, por exemplo.

"É um problema generalizado entre todos que trabalham com esses materiais. Mas o que se fez até agora foi atacar o problema. Nós optamos por tentar entender o fundamento do fenômeno, investigando a metalurgia por trás dele para tentar modificar a composição química do material, impedindo que ocorra a FQD", disse Antonio José Ramirez, que também participou da pesquisa, à Agência FAPESP.

Ligas de níquel

A pesquisa avaliou o comportamento das microestruturas de ligas de níquel a temperaturas elevadas por meio de observações detalhadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). O objetivo, segundo Ramirez, era acompanhar, em tempo real, o processo de deformação e fratura desses materiais estruturais quando submetidos a altas temperaturas e, assim, identificar os mecanismos envolvidos.

O tipo de experimento em que uma condição externa é aplicada ao material de interesse e a resposta é acompanhada em tempo real é conhecido como in situ. No ensaio termomecânico, foram utilizadas três ligas de níquel empregadas como metal de aporte para a soldagem em uma faixa de temperatura de 700 a mil graus Celsius.

Ineditismo

De acordo com Ramirez, o ineditismo da pesquisa se deve às altas taxas de temperatura empregadas, uma vez que na literatura apenas há testes com temperaturas de até 600 graus. Além disso, afirmou, os ensaios no microscópio eletrônico de varredura também foram inovadores.

"Mais do que encontrar uma receita para um tipo de material, que nesses casos são as ligas de níquel, queremos entender o fenômeno. Muitas pessoas deram receitas para resolver o problema prático, mas ninguém explicou o fenômeno, mostrando o que acontece dentro do material na escala atômica para que ocorra essa FQD tão severa", diz Ramirez.

A grande vantagem, segundo ele, é que, além de conseguir reproduzir o resultado de outras técnicas, o método usado permitiu visualizar a fratura durante o ensaio. "Antes tínhamos uma informação incompleta do problema porque as trincas já tinham acontecido. Nosso procedimento vai além. Hoje já temos muita informação sobre o processo", afirma.

Aplicações na indústria química e nuclear

Um dos grandes desafios foi desenvolver toda uma metodologia do ensaio e alterações na instrumentação. Mas, além da temperatura, o nível de vácuo e a estabilidade mecânica foram barreiras a serem superadas.

Segundo Ramirez, com o experimento, tornou-se possível quantificar a suscetibilidade à FQD, obter os valores de deformação local nas regiões onde se iniciam as trincas e propor e quantificar, de forma inédita, o processo de escorregamento de contornos de grãos envolvidos no processo de FQD. "Ficou claro qual a liga mais suscetível à fratura por queda de ductilidade e por quê", afirmou.

O estudo tem aplicações na indústria química e nuclear, segundo o pesquisador, mas não se limita a isso. "O procedimento é aplicado para fazer reatores nucleares ou reatores de indústria química que utilizam vasos de pressão com paredes muito grossas dentro dos quais, sob alta temperatura, ocorre uma reação química. O estudo ajuda a resolver um problema real da indústria química e nuclear, além de contribuir para o avanço do conhecimento", explicou.

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