Cladeamento
Processo
Processo de Soldagem por Explosão para Obtenção de Chapas Cladeadas
Introdução
A MULTICLAD produz chapas bimetálicas também conhecidas como clad ou revestidas obtidas pela aplicação do Processo de Soldagem por Explosivos. Este trabalho demonstra a viabilidade técnica das chapas obtidas pelo processo mencionado e em constante desenvolvimento na empresa, visando-se a economia de divisas na fabricação de equipamentos em que um dos principais usuários finais é a PETROBRÁS e suas contratadas dentro do esforço de nacionalização tanto de matérias primas como no de fabricação destes equipamentos aplicados a refinarias como em plataformas fixas ou móveis de prospecção de petróleo.
O processo de cladeamento por explosão
A Soldagem de metais por explosivos é um processo de soldagem no estado sólido e esta união conseguida entre duas chapas metálicas difere da soldagem por fusão (SMAW ou FCAW) por não haver mudança de fase da interface. A ligação produzida é decorrente da ação de forças inter-atômicas de atração entre os átomos das duas superfícies. A Soldagem por Explosivos é um processo de união de chapas metálicas em que a detonação de uma carga explosiva com velocidade controlada transforma a energia de detonação em energia cinética aplicada a uma chapa chamada de revestimento ou clad. Esta chapa de revestimento ou clad adquire uma velocidade tal que ao atingir a chapa base transforma sua energia cinética em impacto, gerando pressões de tal ordem que, em consequência das elevadas tensões de cisalhamento produzidas, a resistência ao cisalhamento dos materiais passa a ser desprezível, comportando-se os metais como um fluido de baixa viscosidade que remove as camadas de óxidos que inibiriam a soldagem. Nesta condição de impacto, há a formação e ação de um jato metálico entre as chapas, sendo esta a condição primordial para que ocorra a solda entre os dois materiais que se desejam unir, como pode ser visto na Figura 1.
Fig. 1. Dinâmica da Soldagem por Explosivos
Quando todos os parâmetros de soldagem são adequadamente controlados, a interface da solda tem a aparência de uma onda regular. A ondulação, além de ser característica, origina propriedades únicas que distinguem os materiais obtidos por explosão de outros processos industriais, os quais não apresentam a qualidade proporcionada pelaSoldagem por Explosivos. A ondulação característica de uma solda com qualidade assegurada pode ser vista na Figura 2.
Fig. 2. Ondas características do Processo de Soldagem por Explosivos
Aplicações de Chapas Clad obtidas por Soldagem por Explosivos
Com a utilização da Soldagem por Explosivos consegue-se revestir desde pequenas áreas até áreas de grandes dimensões com grande economia de materiais nobres, não raro muito caros e resistentes à corrosão, ao se revestir em geral aços ao carbono, os quais dão a resistência estrutural mecânica aos equipamentos. Em princípio, o processo de Soldagem por Explosivos proporciona viabilidade econômica e técnica pela aplicação de chapas clad assim obtidas à construção de equipamentos que teriam sua fabricação inviável por outros processos industriais quando analisados sob o binômio Custo X Benefício. A aplicação mais importante é a produção de chapas clad em aços ao carbono revestidos com aços inoxidáveis das séries 300 e 400, cobre e ligas de cobre (ex.: Latão Naval), níquel e ligas de níquel (ex.: Inconel, Hastelloy e Monel), titânios Grau I e II e alumínio que são produzidas pelo processo de Soldagem por Explosivos no Brasil há mais de 30 anos.
Interface intermetálica entre metais cladeados por explosão.
Projeção de um perfil colaminado.
Assista o video Cladeamento de Aço carbono com latão naval para produção de equipamento para refinaria da Petrobrás
Qualidade de Chapas Bimetálicas Cladeadas por Explosivos
Apresentamos a seguir, os resultados obtidos em dois testes levados a efeito pela MULTICLAD para qualificação da solda em que os materiais foram o aço inoxidável ASTM A240 Tp 316L nas espessuras de 3,0 e 12,7 mm em aço carbono estrutural ASTM A516 Grau 70. Estas espessuras de revestimento foram escolhidas, pois qualificam o processo tanto para chapas de costado (3,0 mm) como para espelhos de trocadores de calor (12,7 mm). A norma aplicada para qualificação da solda é a ASTM A264/2003 e os ensaios destrutivos foram realizados pela PROAQT &lowbar Empreendimentos Tecnológicos Ltda.
ASTM A240 Tp 316L, 3,0 mm + aço carbono ASTM A516 Grau 70
De acordo com a ASTM A264, foram realizados ensaios de tração, dobramento e cisalhamento nas chapas soldadas nas dimensões de 500 x 500 x (3,0 + 25,4) mm.
1 - Ensaio de Tração
2 - Ensaio de Dobramento
3 - Ensaio de Cisalhamento
ASTM A240 Tp 316L, 12,7 mm + aço carbono ASTM A516 Grau 70
De acordo com a ASTM A264, foram realizados ensaios de tração e cisalhamento nas chapas soldadas nas dimensões de 500 x 500 x (12,7 + 37,5) mm.
1 - Ensaio de Tração
Ao se analisar os resultados dos ensaios, concluímos o seguinte:
1- O processo de soldagem por explosivos produz chapas cladeadas de qualidade satisfatória em relação aos requisitos da especificação ASTM A264;
2- O processo de soldagem por explosivos está qualificado tanto para a fabricação de chapas de costado como para espelhos de trocadores de calor para vasos de pressão;
3- O processo de soldagem por explosivos está qualificado para chapa clad com espessuras totais inferiores a 19 mm (< 3,2 + 15,6 mm):
3.1- Nestes casos, aconselha-se utilizar aços inoxidáveis 304L/316L, que é uma condição de projeto dos vasos de pressão.
3.2- Havendo necessidade de se realizar TTAT conforme ASME Seção VIII, Div I, este tratamento térmico deve ser feito com resfriamento controlado ao passar pela temperatura de 450 °C para evitar eventual sensitização. O tratamento térmico visa reduzir as tensões introduzidas pela soldagem por explosão, restituindo a ductilidade do aço carbono, possibilitando a resistência necessária do material ao ensaio de dobramento como prescrito na ASTM A264.
Considerações finais
A MULTICLAD como fabricante nacional de chapas clad soldadas por explosivos é atualmente a empresa que detém a tecnologia deste processo industrial em sua totalidade no Brasil com experiência nas mais variadas ligações metálicas. Além das ligações metálicas mencionadas no Item III, a MULTICLAD possui experiência comprovada na Soldagem por Explosivos de aços Duplex e Super Duplex em Aço carbono entre outras ligações. Assim, A MULTICLAD se coloca inteiramente à disposição dos seus clientes para eventuais aprofundamentos que venham contribuir para o enriquecimento dos fundamentos da atrativa tecnologia de Soldagem por Explosivos, implantada e usada industrialmente em nosso País, com qualidade assegurada.
