Fissuração Induzida por Hidrogênio

Os aços temperáveis não podem ser soldados da mesma maneira e com os mesmos eletrodos comumente empregados na soldagem dos aços carbono de baixa resistência porque o hidrogênio gerado na soldagem pode ficar aprisionado e gerar defeitos de solda causando o que chamamos de Fragilização pelo Hidrogênio.

Tipos de defeitos que ocorrem: blister (empolamento), delaminação e
 stepwise crak - SWC (escalonamento de trinca).

Quando compostos que contém hidrogênio como água, minerais, ou produtos químicos estão presentes no revestimento do eletrodo, o hidrogênio quimicamente ligado se dissocia em hidrogênio atômico sob a ação do calor do arco.

O metal de solda fundido tem a capacidade de dissolver o hidrogênio atômico. No entanto, logo que o metal de solda se solidifica, perde sua capacidade de manter o hidrogênio em solução, e este é expelido para a atmosfera ou se difunde através da região de soldagem pelos vazios existentes na estrutura cristalina.

Exemplo de trincas induzidas por hidrogênio (TIH). 
À esquerda, blister, à direita SWC.

Os átomos de hidrogênio podem se mover para fora da região que fundiu, atingindo a zona termicamente afetada (ZTA), que é uma região mais crítica, especialmente nos aços de alta resistência. A ZTA é a região que não se fundiu durante a soldagem, mas sofreu mudanças microestruturais resultantes do calor induzido pela soldagem. Essa região pode ser um elo fraco em uma junta soldada que, em condições normais, seria suficientemente resistente.

A estrutura granular da (ZTA) não é tão refinada e, portanto, é mais fraca que o metal de base ou que o metal de solda com estrutura bruta de fusão.

Se a ZTA se resfriar muito rapidamente em determinados aços, forma-se uma estrutura cristalina frágil e dura conhecida como martensita. Quando dois átomos de hidrogênio se encontram há uma união imediata entre eles para formar o hidrogênio molecular (H₂, estado gasoso).

As moléculas de hidrogênio resultantes são maiores que os interstícios existentes na estrutura cristalina do metal e podem ficar impedidas de migrarem livremente. A medida que mais átomos de hidrogênio se encontram e formam moléculas que permanecem aprisionadas, desenvolvem-se enormes pressões internas.

Os aços carbono e os de mais baixa resistência possuem plasticidade suficiente para acomodar as tensões internas resultantes da pressão do hidrogênio de forma que não causem trincas no aço.

Por outro lado, aços que possuam alta dureza e alta resistência não apresentam plasticidade suficiente para acomodar a pressão, e se houver muito hidrogênio pode ocorrer fissuração.

As trincas a frio podem ser longitudinais, transversais, superficiais ou sub-superficiais, se originando, frequentemente, a partir de concentradores de tensão, como a margem ou a raiz da solda.

Ocorrem principalmente na ZTA, na região de crescimento de grão, mas pode também ocorrer na zona fundida.

A fissuração pelo hidrogênio é causada quando ocorrem simultaneamente 3 fatores:

• presença de hidrogênio na região da solda;
• formação de microestrutura de elevada dureza, capaz de ser fortemente fragilizada
• pelo hidrogênio;
• solicitação de tensões de tração (residuais e externas).

Para minimizar a chance de fissuração, deve-se atuar nos fatores acima, por exemplo:

• seleção de um material menos sensível;
• redução no nível de tensões;
• seleção do processo de soldagem;
• controle da velocidade de resfriamento.

O defeito causado, conhecido como fissuração a frio inicia-se principalmente na ZTA, tornando-se particularmente perigoso porque a trinca não fica imediatamente aparente a olho nu.

Ela ocorre depois que o metal resfriou de 200 °C até a temperatura ambiente, e é muitas vezes chamada de trinca a frio.

Esse defeito pode ocorrer logo após o resfriamento até a temperatura ambiente ou pode levar muitas horas antes que aconteça (até 48 h).

VEJA ABAIXO ESSE SURPREENDENTE VÍDEO QUE MOSTRA CLARAMENTE O DESPRENDIMENTO DO HIDROGÊNIO DEPOIS DE UMA  SOLDAGEM COM ELETRODO CELULÓSICO. 

REPAREM NA MICROGRAFIA O SURGIMENTO RÁPIDO DAS TRINCAS.

Fontes:

Equipe de Formação de Inspetores - EFI por Maurício de Oliveira.

Avaliação do Fenômeno de União das Trincas Induzidas pelo Hidrogênio e  

sua Influência na Integridade Estrutural de um Vasos de Pressão por André Schwarz Franceschini.