Soldadura por brasagem de carboneto por indução
Soldadura por braseamento de carboneto bem-sucedida com indução
A brasagem é um método eficaz e fiável para unir carbonetos ao aço. Os carbonetos de tungsténio (WC) são utilizados em diversas aplicações, incluindo ferramentas de corte, punções, matrizes e inúmeras outras aplicações. Os carbonetos proporcionam uma resistência ao desgaste superior e prolongam a vida útil destas diversas ferramentas de corte e de desgaste.
Neste artigo, iremos abordar:
Quais são os fatores que influenciam o sucesso da soldadura por brasagem de carbonetos?
Quais são algumas das ligas de brasagem mais comuns utilizadas na brasagem de carbonetos?
O carboneto de tungsténio (WC), também conhecido como carboneto cimentado, é um material compósito fabricado através de um processo denominado metalurgia dos pós. O pó de carboneto de tungsténio é misturado com um metal aglutinante, geralmente cobalto ou níquel, compactado numa matriz e, em seguida, sinterizado num forno. O termo «cementado» refere-se ao facto de as partículas de carboneto de tungsténio serem capturadas no material aglutinante metálico e «cementadas» entre si, formando uma ligação metalúrgica entre as partículas de carboneto de tungsténio e o aglutinante (WC – Co), durante o processo de sinterização. A indústria do carboneto cimentado refere-se habitualmente a este material simplesmente como «carboneto», embora os termos carboneto de tungsténio e carboneto cimentado sejam utilizados de forma intercambiável. O carboneto apresenta elevada resistência à compressão, resiste à deformação e mantém os seus valores de dureza a altas temperaturas, uma propriedade física especialmente útil em aplicações de corte de metais. Proporciona uma longa vida útil em aplicações onde outros materiais não durariam ou falhariam prematuramente[I].
Considerações para uma soldadura forte bem-sucedida de carboneto de tungsténio
Duas questões principais a resolver na soldadura de carbonetos cimentados incluem a gestão das tensões causadas pelas taxas diferenciadas de expansão e contração dos materiais de base e a humedecimento do carboneto pela liga de soldadura.
Durante o aquecimento e o arrefecimento, o metal-base expande-se e contrai-se, normalmente, a um ritmo superior ao do carboneto. O carboneto de tungsténio tem uma taxa de expansão térmica de aproximadamente 1/3 a 1/2 da do aço. Quando o conjunto soldado por brasagem arrefece, podem formar-se tensões residuais no interior do carboneto. Recomenda-se sempre um arrefecimento lento e uniforme do carboneto para evitar tensões e possíveis fissuras. O têmpera não é recomendado, uma vez que pode causar fissuras nos carbonetos devido à rápida contração do metal base.
Seleção da liga de brasagem para a brasagem de carbonetos
O carboneto de tungsténio é difícil de molhar. Normalmente, utilizam-se ligas de brasagem à prata com pequenas adições de níquel (Ni) para soldar carbonetos ao aço. É claro que tanto o carboneto como o aço têm de estar limpos para que a liga de brasagem fundida possa molhar completamente as superfícies de contacto. Muitos utilizadores procedem ao esmerilamento da superfície do carboneto para criar uma superfície limpa para a brasagem. O esmerilamento tem também a vantagem de nivelar a topografia da superfície do carboneto, o que pode facilitar a umectação e a aderência da liga de brasagem. Da mesma forma, os componentes de aço terão de ser desengordurados e limpos para remover quaisquer resíduos de gordura, óleo, sujidade ou outros contaminantes da superfície. Para mais informações sobre as melhores práticas de brasagem, leia este artigo:«Os passos para o sucesso da brasagem».
As ligas de brasagem à prata disponíveis no mercado, com pequenas adições de níquel (Ni) e manganês (Mn), molham facilmente as superfícies de carboneto cimentado. Estas ligas de brasagem apresentam, normalmente, uma boa molhabilidade dos carbonetos de tungsténio. Recomenda-se selecionar um metal de adição para brasagem com a temperatura de brasagem mais baixa possível, a fim de diminuir as tensões residuais na junta. A Tabela 1 destaca as ligas de brasagem à prata mais comuns utilizadas para brasar carbonetos ao aço. Consulte o fabricante da sua liga de brasagem para obter assistência na seleção de uma liga adequada.
Para aplicações que envolvem a soldadura forte de carbonetos de grandes dimensões, é frequentemente utilizada uma liga de soldadura forte do tipo «sanduíche». Se não for possível utilizar carbonetos pequenos (1/2polegada²), uma liga do tipo «sanduíche» é vantajosa para evitar fissuras e deformações no carboneto. Estas ligas trimetálicas são revestidas com um material de adição de soldadura forte ligado a ambos os lados de um núcleo de cobre. Estas ligas são comercializadas sob nomes comerciais como Trimet®, trimetal, tri-foil, plymetal e ligas triply.
Embora grande parte da discussão tenha girado em torno da brasagem do carboneto de tungsténio (WC), seria uma omissão da nossa parte não mencionar o diamante policristalino, ou PCD. A temperatura de brasagem do PCD é geralmente mantida abaixo dos 1382 °F (750 °C) para evitar a degradação do diamante. Frequentemente, os fabricantes de pontas de PCD para corpos de aço utilizam um metal de adição para brasagem de baixa temperatura e elevado teor de prata, como a liga de brasagem BAg-24. Alguns fabricantes utilizam uma liga de brasagem sem níquel nem manganês, como a BAg-5, ou a liga de brasagem BAg-7, com temperaturas de fusão mais baixas e menores propriedades de humedecimento do carboneto e do aço.
Umfluxo de brasagemé utilizado para impedir a oxidação das superfícies a unir durante o aquecimento do conjunto. Tanto o fluxo «branco» como o «preto» são utilizados com as ligas comuns de prata para brasagem. O fluxo preto é normalmente recomendado pelos fabricantes de ligas de brasagem e de fluxos, uma vez que contém boro e é mais eficaz a temperaturas mais elevadas.
A soldadura por indução é um processo muito versátil para a união de pontas de carboneto, especialmente num ambiente de produção. A soldadura por indução apresenta muitas vantagens em relação a outros métodos de aquecimento comuns. As razões para considerar a utilização do aquecimento por indução incluem:
- Aquecimento rápido e imediato
- Controlo de calor preciso e regulado
- Calor seletivo (localizado)
- Adaptabilidade e integração das linhas de produção
- Maior durabilidade e simplicidade do dispositivo de fixação
- Juntas soldadas por brasagem repetíveis e fiáveis
- Maior segurança
A Radyne pode conceber e fabricar indutores (bobinas) com diferentes tamanhos e formas, de modo a aquecer as peças de forma eficiente. A forma do indutor e a distância entre este e a peça determinam a forma como o campo eletromagnético se acopla à peça. A forma e o tamanho corretos da bobina do indutor são de importância crucial para a soldadura por brasagem eficaz e eficiente de carboneto a aço.
Os passos habituais para a soldadura por indução de carboneto são os seguintes:
- O fluxo adequado é aplicado às superfícies de aço devidamente limpas
- O metal de adição para soldadura forte, normalmente uma folha metálica, é colocado na posição correta
- Colocação da ponta de carboneto no seu lugar e, opcionalmente, aplicação de fluxo e revestimento do carboneto com fluxo
- Insira o conjunto no interior da bobina de indução
- Aquecer e soldar o conjunto
- Deixe a liga de brasagem solidificar.
- Deixe o carboneto arrefecer lentamente para minimizar a formação de fissuras no carboneto
Alguns fabricantes fixam o carboneto no lugar com uma haste não condutora, para garantir que este permaneça em contacto com o aço. É importante que a área a soldar seja aquecida de forma uniforme. Algumas técnicas utilizadas pelos operadores incluem o aquecimento do aço a uma temperatura inferior ao ponto de fusão da liga de soldadura, ajustando o nível de potência, o que permite que o aço e o carboneto sejam aquecidos uniformemente.
As fontes de alimentaçãoRadyne têm a capacidade de armazenar uma «receita» para uma peça. Assim que o perfil de uma peça é criado, os sistemas de indução Radyne podem armazenar um perfil de «receita», de modo a que a mesma potência e o mesmo tempo sejam mantidos de forma uniforme sempre que um componente for soldado por brasagem. Uma receita pode ser, em geral, considerada como um processo de aquecimento por indução com várias etapas. A maioria dos resultados do aquecimento por indução requer aumentos de potência muito específicos, saturações de potência em intervalos de tempo específicos, arrefecimentos intermitentes, etc. A fim de proporcionar toda a versatilidade à sua aplicação de aquecimento por indução, a fonte de alimentação de indução VersaPower® Xtreme™ foi concebida para permitir uma sincronização e potências de saída precisas. Estas «receitas» podem ser protegidas por palavra-passe assim que for estabelecido um perfil de soldadura.
Opcionalmente, um sistema de brasagem por indução pode ser configurado com umpacote de controlo térmico. O Pacote de Controlo Térmico permite que as fontes de alimentação Radyne se liguem diretamente a um pirómetro para recolher dados de temperatura. A fonte de alimentação pode então utilizar esses dados em tempo real para ajustar a sua potência de saída e atingir a temperatura e o tempo de aquecimento desejados, especificados pelo operador ou por uma receita pré-programada.
Os sistemas de soldadura por indução até agora abordados têm sido sistemas destinados à soldadura de carbonetos ao ar livre. A Radyne também pode fornecer sistemas para soldar carbonetos numa atmosfera controlada. Umsistema de soldadura por brasagem em atmosfera controladautiliza um gás inerte, como o azoto ou o árgon, reduzindo a quantidade de fluxo necessária e, potencialmente, eliminando a necessidade de aplicar fluxo nos componentes. O gás inerte é introduzido numa câmara fechada e um fluxo contínuo de gás desloca o oxigénio e minimiza a oxidação das peças.
Conclusão
A soldadura forte de carbonetos difere da soldadura forte de metais semelhantes e diferentes. Ao prestar especial atenção aos princípios da soldadura forte, ao coeficiente de expansão térmica, à seleção adequada da liga de soldadura e ao aquecimento correto, é possível obter juntas de soldadura fortes e repetíveis através da indução. Nem todas as aplicações de brasagem são candidatas ideais para o aquecimento por indução. Em situações de baixo volume, grande variedade de produtos ou formas irregulares, em que a fixação ou o desenho da bobina seriam extremamente complexos, a brasagem em forno ou com maçarico, realizada por operadores experientes, pode ser uma opção mais económica. No entanto, a brasagem por indução permite obter juntas de brasagem rápidas, controláveis, precisas, energeticamente eficientes e repetíveis para empresas que adotam a produção enxuta.
Enquanto líder no setor do aquecimento por indução, a Radyne pode ajudá-lo a superar os desafios e a tirar partido das vantagens da soldadura por indução. Para mais informações sobre soluções de aquecimento por indução e processos relacionados,contacte-nos.
Esta sinopse sobre ligas de soldadura com carboneto tem como objetivo fornecer uma visão geral das práticas comuns atualmente em vigor na indústria. Não se destina a ser uma recomendação, uma vez que cada aplicação é única e a responsabilidade final recai sobre cada fabricante na determinação do processo e da adequação aos seus produtos.
[i]O Guia do Projetista sobre o Carboneto de Tungsténio[Crítica a«O Guia do Projetista sobre o Carboneto de Tungsténio»]. https://Generalcarbide.com/; General Carbide Corp. https://www.generalcarbide.com/wp-content/uploads/2019/04/GeneralCarbide-Designers_Guide_TungstenCarbide.pdf
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