Aços Inoxidáveis na Soldadura

1. Classificação e Composição

---

2. Diagrama de Schaeffler e Previsão de Microestrutura

O diagrama de Schaeffler permite prever a microestrutura do metal depositado em função dos equivalentes de crómio (Creq) e níquel (Nieq):

$$Cr_{eq} = Cr + Mo + 1{,}5 Si + 0{,}5 Nb$$

$$Ni_{eq} = Ni + 30C + 0{,}5 Mn$$

A posição no diagrama indica se o metal depositado será austenítico, ferrítico, martensítico ou duplex. Para aços austeníticos, recomenda-se um teor de ferrite delta (δ) entre 3 e 8 FN (Ferrite Number) no metal depositado, para evitar fendilhamento a quente (hot cracking) sem comprometer a resistência à corrosão.

O teor de ferrite é medido com ferritoscópio (método magnético, calibrado segundo EN ISO 8249) ou determinado pelo diagrama de WRC-1992, mais preciso que o de Schaeffler para aços duplex e austeníticos com alto azoto.

---

3. Sensibilização — O Principal Risco nos Austeníticos

A sensibilização (ou sensitização) ocorre quando o aço austenítico é exposto à gama de temperaturas 425–850 °C, intervalo em que o crómio precipita sob a forma de carbonetos de crómio (Cr₂₃C₆) nos contornos de grão:

$$Cr_{23}C_6 \rightarrow \text{empobrecimento em Cr nas zonas adjacentes ao contorno de grão}$$

A zona empobrecida (< 10,5 % Cr) perde a passivação e fica susceptível à corrosão intergranular. Na ZAC, esta precipitação ocorre tipicamente a 5–15 mm da linha de fusão.

Medidas preventivas:

1. Aços de baixo carbono — Utilizar graus L (ex. 304L, 316L; C ≤ 0,03 %). Com menos carbono disponível, a precipitação de Cr₂₃C₆ é suprimida.
2. Aços estabilizados — Utilizar graus com Ti (321) ou Nb (347): estes elementos têm maior afinidade para o carbono do que o Cr, formando TiC ou NbC em vez de Cr₂₃C₆.
3. Controlo do aporte térmico — Minimizar o tempo na gama de sensibilização. Aportes térmicos baixos e temperatura entre passes ≤ 150 °C para austeníticos.
4. Recozimento de solubilização pós-soldadura — Aquecimento a 1050–1100 °C seguido de arrefecimento rápido em água redissolve os carbonetos e restaura a passivação.

---

4. Aços Ferríticos — Fragilização e Crescimento de Grão

Os aços ferríticos não sofrem sensibilização da mesma forma que os austeníticos, mas apresentam dois riscos específicos:

• Crescimento de grão irreversível na ZAC junto à linha de fusão (T > 1100 °C): o grão ferrítico cresce rapidamente e não refina por transformação de fase no arrefecimento, reduzindo significativamente a tenacidade.
• Fragilização a 475 °C: exposição prolongada nesta temperatura provoca precipitação de uma fase rica em Cr que fragiliza o aço. Relevante em TTPS.

Recomendações: minimizar o aporte térmico; usar consumíveis com adições de Ti ou Nb para estabilização; considerar TTPS a 750–800 °C (recozimento) para alívio de tensões sem fragilização.

---

5. Aços Martensíticos — Pré-aquecimento Obrigatório

Os aços martensíticos têm elevado CE e transformam austeníte em martensite durante o arrefecimento. Sem pré-aquecimento, o gradiente térmico acentuado na ZAC produz martensite frágil e tensões residuais elevadas, com risco elevado de fendilhamento a frio.

Protocolo típico (EN 1011-3):

• Pré-aquecimento: 200–300 °C (dependente do teor de carbono)
• Temperatura entre passes: manter acima do pré-aquecimento
• TTPS: revenido a 650–750 °C imediatamente após soldadura, antes do arrefecimento total, para temperar a martensite e reduzir tensões residuais

---

6. Aços Duplex — Equilíbrio de Fases

Os aços duplex (austenítico-ferrítico) têm microestrutura bifásica com proporções aproximadas de 50 % austenite / 50 % ferrite. A soldadura altera este equilíbrio:

• Na ZAC de alta temperatura (> 1200 °C), o aço torna-se totalmente ferrítico; durante o arrefecimento, a austenite reprecipita nos contornos de grão ferrítico.
• Se o arrefecimento for demasiado rápido, a proporção de austenite é insuficiente, comprometendo a resistência à corrosão por picadura (pitting).
• Se o aporte térmico for excessivo, precipitam fases intermetálicas (fase sigma σ, fase chi χ) a 700–950 °C, que fragilizam o aço.

Parâmetros críticos (EN ISO 15614-1 para duplex):

• Aporte térmico: 0,5–2,5 kJ/mm (conforme o grau)
• Temperatura entre passes: ≤ 150 °C
• Consumível: com 2–4 % Ni em excesso relativamente ao metal de base, para promover a reprecipitação de austenite
• Gás de purga: Árgon puro (sem O₂ nem CO₂) na raiz para evitar oxidação e perda de Cr

---

7. Contaminação e Ferroxil Test

A contaminação por partículas de ferro (ferramentas, projecções de aço carbono) depositadas na superfície do inoxidável provoca corrosão galvânica localizada. Para verificar a ausência de contaminação após soldadura ou maquinagem, aplica-se o ferroxil test (solução de ferricianeto de potássio + ácido nítrico): a presença de ferro livre manifesta-se por coloração azul intensa.

Usar exclusivamente ferramentas dedicadas (mós, escovas de aço inoxidável) e proteger as superfícies durante as operações adjacentes.

---

8. Consumíveis — Selecção Segundo EN ISO 3581 e EN ISO 14343

Para juntas dissimilares entre aço inoxidável e aço carbono, usa-se frequentemente consumível ER309L, com maior teor de Cr e Ni para acomodar a diluição e manter a estrutura austenítica no metal depositado.

---

Referências

1. EN 1011-3:2000 — *Welding. Recommendations for welding of metallic materials. Part 3: Arc welding of stainless steels.* CEN, Brussels.
2. EN ISO 3581:2003 — *Welding consumables. Covered electrodes for manual metal arc welding of stainless and heat resisting steels.* ISO/CEN.
3. EN ISO 14343:2009 — *Welding consumables. Wire electrodes, strip electrodes, wires and rods for arc welding of stainless and heat resisting steels.* ISO/CEN.
4. Lancaster, J.F. — *Metallurgy of Welding.* 6th ed. Abington Publishing, Cambridge, 1999.
5. Chiaverini, V. — *Aços e Ferros Fundidos.* 7ª ed. ABM, São Paulo, 2002.