BRPI0616709B1 - Junta soldada compreendendo chapas de aço revestidas com uma liga à base de zinco e uma porção soldada unindo as referidas chapas - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "JUNTA SOL- DADA COMPREENDENDO CHAPAS DE AÇO REVESTIDAS COM UMA LIGA À BASE DE ZINCO E UMA PORÇÃO SOLDADA UNINDO AS RE- FERIDAS CHAPAS".

Este pedido reivindica prioridade para os Pedidos Japaneses nos JP 2005-282712 e JP 2006-136897, registrados no Japão em 28 de setem- bro de 2005 e 16 de maio de 2006, respectivamente. Os teores completos desses pedidos estão aqui incorporados como referência.

Campo da Invenção Um aspecto da presente invenção refere-se a uma junta de sol- da para chapas de aço revestidas com liga à base de zinco. A junta de solda é formada com um metal de solda á base de aço inoxidável e pode ser usa- da em materiais de construção ou materiais para automóveis. A junta de sol- da é excelente em resistência à corrosão e resistência à fratura por fragiliza- ção do metal líquido (LME) na porção soldada.

Fundamentos da Invenção Chapas de aço revestidas com ligas de zinco são amplamente usadas como materiais de construção e materiais para automóveis devido à sua boa resistência à corrosão como membros estruturais. Para melhorar a resistência à corrosão, após os membros não revestidos serem soldados, os membros soldados são mergulhados em um banho de liga à base de zinco.

Isto aplica a liga à base de zinco ao membro de aço e a superfície da porção soldada, o que garante a resistência à corrosão a toda a estrutura soldada.

Esse método, entretanto, fornece baixa produtividade uma vez que o reves- timento tem que ser conduzido após o processo de soldagem. Isto provoca um aumento nos custos de produção uma vez que equipamentos adicionais, tal como um banho de revestimento, são necessários. Em vista disso, para se produzir um membro estrutural com boa resistência à corrosão e com alta produtividade, foi empregado um método onde chapas de aço revestidas de zinco são soldadas para formar a estrutura soldada. A JP2000-64061 descreve uma chapa de aço revestida com liga à base de zinco na qual é revestida a liga à base de zinco, tal como uma liga à base de Zn-AI-Mg-Si. 0 revestimento de liga à base de Zn-AI-Mg-Si tem melhorado a resistência à corrosão comparado às chapas de aço conven- cionais revestidas com zinco.

Entretanto, no caso de produção de uma estrutura por soldagem de uma chapa de aço revestido com liga à base de zinco, a resistência à corrosão é deteriorada porque a parte revestida da porção metálica soldada é evaporada. Em vista disso, convencionalmente as chapas de aço revesti- das com ligas à base de zinco são primeiramente soldadas usando-se um material de soldagem de aço carbono e então a porção soldada é revestida com pinceladas ou por pulverização. Esse processo de revestimento adicio- nal diminui a produtividade na produção do membro estrutural.

Quanto à soldagem de estruturas de aço inoxidável onde uma boa resistência à corrosão é necessária, um material de soldagem de aço inoxidável é usado para formar um metal soldado com boa resistência à cor- rosão na junção entre os aços inoxidáveis ou entre o aço inoxidável e o aço carbono. Entretanto, se um material de soldagem de aço inoxidável for usa- do para soldagem de chapas de aço revestidas com liga à base de zinco, ocorrem fraturas devido à fragilização do metal líquido. Isto ocorre porque quando o aço revestido com liga à base de zinco é soldado, as fraturas pela fragilização do metal líquido se formam na porção soldada dos componentes de aço inoxidável devido ao revestimento fundido.

Imagina-se que a principal causa para a fragilização do metal líquido seja que os componentes de revestimento da liga à base de zinco permanecem fundidos na chapa de aço. Estes podem se quebrar nos limites dos grãos de cristal quando a porção do metal fundido é submetida à tração provocada pela contração pelo calor. Esta é a causa da fragilidade. Portanto, foi o senso comum de que o revestimento à base de zinco pode ser removi- do antecipadamente quando as chapas de aço revestidas de zinco são sol- dadas usando-se um material de soldagem de aço inoxidável, Um fenômeno similar às fraturas por fragilização do metal líquido ocorre quando diferentes materiais, tais como uma chapa de aço inoxidável e uma chapa de aço revestida de zinco, são soldados. Portanto, houve pou- cas tentativas na soldagem de chapas de aço revestidas com zinco ou na soldagem de aços revestidos de zinco e aços inoxidáveis usando-se um ma- terial de soldagem â base de aço inoxidável. A JP09-267177A descreve um método de produção de uma por- ta de aço com boa resistência à corrosão. Nesse método, uma chapa de aço inoxidável e uma chapa de aço revestida de zinco, ambas as quais têm cer- ca de 2 mm de espessura, são soldadas de topo usando-se um arame en- chedor com um teor de Ni relativamente alto. O teor de Ni é tal que mantém o Ni equivalente do metal de solda dos componentes à base de aços inoxi- dáveis maior que o valor predeterminado para dispersar a austenita e inibir a formação de martensita de ductilidade pobre. Isto leva à prevenção de fratu- ras provocadas pelo dobramento após a soldagem.

Na descrição, da JP09-267177A, não há descrição de fraturas por fragilização do metal líquido (fraturas por fragilização do zinco) que ge- ralmente ocorrem imediatamente após a chapa de aço inoxidável e a chapa de aço revestida de zinco serem soldadas de topo. Na descrição da JP09- 267177A, uma chapa de aço revestida de zinco por imersão a quente, na qual o ponto de fusão do revestimento de zinco é alto, é soldada na condi- ção que a espessura da chapa de aço é de 2 mm, e a força de aglutinação na porção soldada é fraca. Esta parece ser a razão porque as fraturas de fragilização do metal líquido (fraturas de fragilização do zinco) não ocorrem quando a chapa de aço inoxidável e a chapa de aço revestida com zinco são soldadas de topo.

Entretanto, se uma chapa de aço revestida de uma liga à base de zinco sem tratamento de ligação é soldada de topo usando-se o método descrito na JP09-267177A na condição que a espessura da chapa é de 3 mm ou mais e a força de aglutinação da porção soldada é alta como em uma solda em filete, é suposto haver um fenômeno similar às fraturas por fragili- zação do metal líquido. A razão porque o fenômeno similar às fraturas por fragilização do metal líquido ocorre mais facilmente quando a espessura da chapa a ser soldada é de 3 mm ou mais e a força de aglutinação é mais alta, é que como a espessura da chapa aumenta e/ou a força de aglutinação aumenta, a ten- são, provocada pela contração de calor do metal da solda, também aumen- ta. Isto faz com que os componentes do revestimento de liga à base de zinco que permanecem fundidos na superfície se fraturem facilmente nos limites dos grãos de cristal do metal da solda.

Quando as chapas de aço inoxidável são soldadas de topo, fra- turas retardadas podem ocorrer após a soldagem. A JP2001-9589A descre- ve um método para evitar fraturas retardadas após a soldagem quando um aço inoxidável de alto teor de Cr é soldado.

Em vista do acima, é entendido que um método para produção de uma estrutura soldada, tendo uma excelente resistência à corrosão na porção soldada, é muito difícil quando uma chapa de aço revestida de liga à base de zinco é soldada usando-se um material de soldagem à base de aço inoxidável.

Sumário da Invenção Um objetivo da invenção é fornecer uma junta soldada formada usando-se um material de soldagem à base de aço inoxidável. Esse material de soldagem à base de aço inoxidável é particularmente adequado para sol- dagem de uma chapa de aço revestida com liga à base de zinco e resulta em excelente resistência à corrosão e resistência à fratura por fragilização do metal líquido na porção soidada. Isto é realizado inibindo-se as fraturas pela fragilização do meta! líquido da solda à base de aço inoxidável quando uma chapa de aço revestida com liga à base de zinco é soldada.

Os inventores pesquisaram diligentemente a melhoria da resis- tência à corrosão das porções soldadas usando-se um material de soldagem à base de aço inoxidável para soldagem de chapas de aço revestidas com ligas à base de zinco. Os inventores também pesquisaram diligentemente a melhoria na inibição das fraturas por fragilização do metal líquido provoca- das pela soldagem de componentes à base de aço inoxidável e revestimen- tos de liga à base de zinco.

Como resultado dessa pesquisa, foi descoberto que a ocorrência de fraturas por fragilização do metal líquido de metais de soldagem à base de aço inoxidável depende dos mecanismos de solidificação e da estrutura.

Fraturas por fragilização do metal líquido podem ser inibidas ajustando-se as composições do componente com base no Ni equivalente e no Cr equivalen- te para inibir a formação de martensita no metal da solda e acelerar a forma- ção de ferrita. A presente invenção é feita com base no conhecimento obtido acima e a essência da invenção está descrita abaixo.

Um aspecto da presente invenção refere-se à composição do material de soldagem à base de aço inoxidável e a uma junta de solda feita desse material. A junta de solda é para uma chapa de aço revestida de liga à base de zinco excelente em resistência à corrosão e resistência à fratura por fragilização do metal líquido na porção soldada. A junta de solda compreen- de uma porção soldada de metal de solda feita de componentes à base de aço inoxidável, o metal de solda compreendendo, em% em massa (%): C: 0,01 -0,1;

Si; 0,1-1;

Mn: 0,5-2,5;

Ni: 5- 11; e Cr: 17-25 e o saldo sendo ferro e as inevitáveis impurezas, onde as expressões (1), (2) e (3) a seguir são atingidas: -0,81 xCr equivalente+23,2 < Ni equivalente < Cr equivalente - 8,1 (1) Ni equivalente = Ni + 30xC + 0,5xMn + 30xN (2) Cr equivalente = Cr + Mo +1,5xSi (3) onde cada um entre Ni, C, Μη, N, Cr. Mo e Si representa o teor (% em mas- sa) de cada elemento componente contido no metal de solda à base de aço inoxidável.

Em um outro aspecto da presente invenção, o metal de solda à base de aço inoxidável descrito acima também compreende, em% em massa: Mo: 0,5-2, e N: 0,05 = 0,15.

Em outro aspecto da presente invenção, a composição do metal de solda à base de aço inoxidável é ajustada por um fio sólido ou por um fio com alma fundente, onde o fio sólido ou o fio com alma fundente compreen- de os seguintes componentes metálicos em% em massa (%) por massa total do fio: C: 0,01 -0,05;

Si: 0,1 -1;

Mn: 0,5-3;

Ni: 7-12;

Cr: 24 - 30; e Pelo menos um sendo ferro e as impurezas residuais.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o fio com alma fundente contém o seguinte como componentes de escória em% em massa (%} pela massa total do fio: Ti02: 0,5 - 2,5;

Si02:1,5 -3,5; e Zr02: 0,5 - 2,5 , onde a quantidade total de componentes da escória varia de 6,5 a 9,5.

Em outro aspecto da presente invenção, o revestimento de liga Pa base de zinco compreende o seguinte, em% em massa (%), com o saldo sendo zinco e as impurezas residuais: Al: 2-19;

Mg: 1 -10; e Si: 0,01-2.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, no caso de sol- dagem de chapas de aço revestidas com liga à base de zinco usando-se materiais de solda à base de aço inoxidável, é possível inibir-se as fraturas por fragilização do metal líquido do metal da solda dos componentes á base de aço inoxidável. Isto fornece uma junta de solda excelente em resistência à corrosão tendo um metal soldado sem defeitos de fratura. Portanto, a de- cadência da durabilidade e/ou da segurança de um edifício ou de um auto- móvel pode ser melhorada pela aplicação da presente junta de solda para chapas de aço revestidas de liga à base de zinco ao membro soldado nas indústrias de construção e/ou automotiva.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é uma ilustração de um exemplo de um corpo de pro- va de soldagem de cordão de solda. A figura 2 é uma ilustração da configuração de uma fratura por fragilização do metal líquido. A figura 3 é um gráfico mostrando uma avaliação das fraturas por fragilização do metal líquido com base no Cr equivalente e no Ni equiva- lente usando-se um teste de soldagem por cordão de solda. A figura 4 mostra uma amostra de teste de junta de solda em filete.

Descrição Detalhada da Invenção Os detalhes da presente invenção estão descritos abaixo.

De acordo com o conhecimento convencional, se uma chapa de aço revestida com liga à base de zinco é soldada, usando-se um fio de solda à base de aço inoxidável, a sensibilidade das fraturas por fragilização au- menta uma vez que o metal da solda tem uma composição de componente à base de aço inoxidável. Portanto, é esperado que as fraturas por fragilização do metal líquido do metal da solda provocado pelo revestimento de liga à base de zinco por imersão a quente tornem-se notáveis. Conseqüentemente, a soldagem a arco de chapas de aço usando-se revestimento de liga à base de zinco usando-se um fio de soldagem à base de aço inoxidável não foi tentada.

Os inventores pesquisaram diligentemente a melhoria da resis- tência à corrosão das porções soldadas pelo uso de material de soldagem à base de aço inoxidável para soldar chapas de aço revestidas de liga à base de zinco. Os inventores também pesquisaram diligentemente a inibição das fraturas por fragilização do metal líquido pela soldagem do metal de compo- nentes à base de aço inoxidável e revestimentos de liga à base de zinco.

Como resultado dessa pesquisa, foi descoberto que a ocorrência de fraturas por fragilização do metal líquido do metal da solda dos componentes à base de aço inoxidável depende da morfologia e da estrutura da solidificação. O ajuste da composição de componente com base no Ni equivalente e no Cr equivalente pode inibir as fraturas por fragilização do metal líquido, Isto inibe a formação de martensita no metal da solda e acelera a formação de ferrita. "Chapa de aço revestida com liga à base de zinco" é um termo genérico incluindo chapas de aço revestidas de zinco e outras chapas de aço revestidas, tais como chapas de aço revestidas com liga à base de Zn- Al, chapas de aço revestidas com liga à base de Zn-AI-Mg e chapas de aço revestidas com liga à base de Zn-AI-Mg-Si, que são feitas adicionando-se Al, Mg e Si aos revestimentos de zinco para melhorar a resistência à corrosão.

Para investigar a causa das fraturas por fragilização do metal líquido em um metal de solda dos componentes à base de aço inoxidável, os inventores executaram a soldagem de chapas de aço revestidas com liga à base de zinco usando fios à base de aço inoxidável de diferentes composi- ções de componentes. Os inventores estudaram a relação entre a composi- ção dos componentes de material soldado formados na porção soldada e a configuração de fraturas de fragilização do metal líquido.

De acordo com a presente invenção, um material de soldagem à base de aço inoxidável compreende: C: 0,04%, Si: 0,2%, Mn: 2,1%, Ni: 5- 12%, Cr: 16-36%, Mo: 0-3%. Uma chapa de aço com revestimento de liga à base de zinco compreende uma chapa de aço base SS400 (6 mm de espes- sura) contendo C: 0,08%, Si: 0,02%, Mn: 1,2%, com um revestimento de liga de Zn: 85,8%, Al: 3%, Mg: 0,2%, Si. Para a soldagem é usada a soldagem a arco com dióxido de carbono, uma corrente de soldagem de 100-150 A, uma voltagem de arco de 18-20 V, e uma velocidade de soldagem de 40 cm/min de solda em filete conforme mostrado na figura 1. A solda em filete refere-se à colocação de um filete de solda 2 na superfície de uma chapa de aço 1, que é o método mais básico de avali- ação da capacidade de soldagem sem usar uma junta real. Como para jun- tas de solda comuns, a força de aglutinação que trabalha na porção soldada depende da forma da junta. Por exemplo, comparado a uma junta de solda de topo executada a uma penetração completa, uma junta de solda de filete executada a uma penetração parcial tem uma maior força de aglutinação na área em torno da porção soldada (parte não-fundida da chapa base). Portan- to, imagina-se que as fraturas ocorrem mais facilmente na soldagem em file- te. Para avaliar as fraturas em condições próximas a soldagem de filete com uma alta força de aglutinação, uma folha (chapa) base relativamente grossa (6 mm) é usada para soldagem em filete, Isto se dá porque uma chapa gros- sa fornece uma maior força de aglutinação devido ao estresse de aglutina- ção gerado na chapa base correspondente à contração pelo calor na direção ao longo da linha de soldagem. A figura 2 é uma ilustração da configuração de uma fratura por fragilização do metal líquido.

Conforme mostrado na figura 2, uma fratura por fragilização do metal líquido 3 da solda em filete 2 formada na superfície da chapa de aço 1 corre da borda da linha de solda por filete em uma direção quase perpendi- cular à linha da solda por filete. Há geralmente duas contrações direcionais por calor provocadas após a soldagem, isto é, a contração na direção ao longo da linha de soldagem (contração longitudinal) e a contração na direção perpendicular à linha de soldagem (contração transversal). Quanto às fratu- ras por fragilização do metal líquido no material soldado de componentes à base de aço inoxidável, a fratura parece ter sido causada como resultado da contração longitudinal e da força de aglutinação contra a contração a partir da área que circunda a porção soldada (parte não-fundida da chapa base). A avaliação da capacidade de soldagem é também checada u- sando-se um metal de solda do tipo 309 disponibilizado comercialmente.

Nessa avaliação, uma amostra de chapa de aço revestida com liga à base de zinco tem uma fratura, e a amostra de revestimento removido não tem uma fratura. Em vista disso, a avaliação é adequada para a avaliação das fraturas por fragilização do metal líquido, A figura 3 é um gráfico mostrando uma avaliação das fraturas por fragilização do metal líquido com base no Cr equivalente e no Ni equiva- lente usando um teste de soldagem por filete.

Uma fratura por fragilização do metal líquido do metal de solda é confirmada usando-se um método de verificação de cores (método de inspe- ção do líquido penetrante). X representa o caso onde uma fratura é visível no material soldado, e O representa o caso onde uma fratura não é visível no material soldado.

Quanto aos elementos de liga que controlam a estrutura do me- tal de solda à base de aço inoxidável, geralmente há dois grupos, isto é, e- lementos para a formação da fase ferrita, tais como Cr, Si, e Mo; e elemen- tos para a formação da fase austenita, tais como Ni, C, N e Mn.

Considerando-se a taxa de contribuição de cada elemento para a formação da fase ferrita ou da fase austenita, são calculados um Ni equi- valente definido pela expressão (2) a seguir e um Cr equivalente definido pela expressão (3) a seguir. Usando-se os dados equivalentes como um ín- dice, e com base no diagrama de equilíbrio de Delong, a relação entre o Ni equivalente e o Cr equivalente do metal soldado e a estrutura do metal sol- dado são estudadas, bem como a relação entre o Ni equivalente e o Cr e- quivalente e as fraturas por fragilização do metal líquido.

No caso de Ni equivalente < -0,81 xCr equivalente + 23,2 (região III na figura 3: baixo Ni equivalente, baixo Cr equivalente), uma porção de martensita é formada no metal da solda, a dureza é aumentada, e a ductili- dade é diminuída. Isto leva a fraturas no metal da solda.

No caso do Ni equivalente > 0,95xCr equivalente - 8,1 (região II na figura 3: alto Ni equivalente, baixo Cr equivalente), a formação de mar- tensita é inibida, e a ductilidade do metal soldado é mantida, Entretanto, a quantidade de ferrita no metal soldado é reduzida devido ao baixo Cr equiva- lente, e ainda por causa do alto Ni equivalente, os grãos de austenita cres- cem para formar um lote de austenita bruta. Portanto, revestimento de zinco fundido se fratura facilmente nos limites dos grãos de austenita bruta para formar fraturas por fragilização do metal líquido.

De acordo com a JP09-267177A, a região II na figura 3 é supos- ta ser a região para evitar fraturas na porção soldada normalmente formada quando uma junta de solda de topo de um aço inoxidável e se um aço reves- tido é submetida a dobramento. Entretanto, a avaliação dos inventores de uma peça de amostra que é feita pela soldagem de uma chapa de aço re- vestida com uma liga à base de zinco usando-se um fio de solda de aço ino- xidável mostra que as fraturas por fragilidade do metal líquido ocorreram no metal da solda à base de aço inoxidável. Esse fato sugere que o mecanismo de fraturamento devido ao dobramento de uma junta soldada de topo de um aço inoxidável e um aço revestido descrito na JP09-267177A é diferente do fraturamento por fragilização do metal líquido de um metal da solda à base de aço inoxidável, que é o assunto da presente invenção. Entretanto, no ca- so em que o Ni equivalente atende a expressão (1) abaixo, (isto é, a região I na figura 3: Cr equivalente alto, Ni equivalente médio) a formação de mar- tensita no metal da solda é inibida, a ductilidade do metal da solda é manti- da, e a fase ferrita é formada em 15% ou mais. Assim, é evitada a quebra do revestimento de zinco fundido no metal soldado, o que leva à inibição das fraturas por fragilização do metal líquido. -0,81 xCr equivalente + 23,2 < Ni equivalente < 0,95xCr equivalente-8,1 (1) Ni equivalente = Ni + 30xC + 0,5xMn + 30xN (2) Cr equivalente = Cr + Mo +1,5xSi (3) onde cada um entre Ni, C, Μη, N, Cr, Mo e Si representa o teor (% em mas- sa) de cada elemento componente contido no metal da solda à base de aço inoxidável.

Conforme mostrado acima, a presente invenção evita que o me- tal da solda de componentes à base de aço inoxidável forme fraturas com fragilização do metal líquido em relação à junta de solda para uma chapa de aço revestida de liga à base de zinco tendo uma porção soldada feita de um metal da solda de componentes à base de aço inoxidável. Na presente in- venção, as fraturas por fragilização do metal líquido do metal soldado podem ser evitadas pela preparação de um metal de solda que satisfaça a equação (1) acima e através da seleção da combinação adequada de chapa de aço revestida com liga à base de zinco, fio de soldagem e fluxo de soldagem, dependendo do método de soldagem.

Na presente invenção, a composição do componente do metal de solda é definida como segue. Isto é feito para formar um metal de solda com melhor qualidade através da garantia da resistência do metal de solda, fragilidade contida, e inibição de defeitos de soldagem, tais como fratura- mento a quente e bolhas de gás. Tudo isto em aditamento prevenção garan- tida das fraturas por fragilização do metal líquido do material soldado pela satisfação da expressão (1) acima. A porcentagem% usada aqui significa% em massa, a menos que definida de forma diferente. O Carbono (C) é um elemento para estabilizar a fase austenita do metal da solda. É preferível conter C em uma quantidade de 0,01% ou mais para tirar vantagem dessa função. Entretanto, se o teor de C exceder 0,1% ele pode provocar fraturas a quente e diminuir o teor da fase ferrita, o que pode provocar fraturas por fragilização do metal líquido. O Silício (Si) é um elemento para a formação da fase ferrita e para trabalhar como antioxidante para o metal da solda, É preferível conter Si em uma quantidade de 0,1% ou mais no metal da solda para tirar vanta- gem desta função. Entretanto, se o teor de Si exceder 1%, pode provocar compostos intermetálicos no metal da solda e assim deteriorar a dureza.

Portanto, o limite superior do teor de Si é preferivelmente 1 %. O Manganês (Mn) é um elemento que funciona como um antio- xidante para o metal da solda e torna o enxofre (S) inofensivo por se unir a ele. O enxofre é uma impureza inevitável que pode ser prejudicial e provocar a fratura a quente, É preferível conter Mn em uma quantidade de 0,5% ou mais no metal da solda para tirar vantagem desta função. Entretanto, se o teor de Mn exceder 2,5%, ele pode reduzir o teor da fase ferrita, o que pode levar a fraturas por fragilização do metal líquido. Portanto, o limite superior do teor de Mn é preferivelmente 2,5%. O Níquel (Ni) é um elemento importante para garantir a resistên- cia à corrosão do metal da solda, para estabilizar a fase austenita do metal da solda, e para ajustar o equilíbrio entre a fase austenita e a fase ferrita.

Isto mantém a dureza do metal da solda. É preferível conter Ni em uma quantidade de 5% ou mais no metal da solda para tirar vantagem dessas funções. Entretanto, se o teor de Ni exceder 11 %, ele reduz o teor da fase ferrita, o que leva a fraturas por fragilização do metal líquido. Portanto, o limi- te superior do teor de Ni é preferivelmente 11%. O Cromo (Cr) é um elemento para garantir a resistência à corro- são do metal da solda e para formar a fase ferrita e evitar as fraturas por fra- gilização do metal líquido. Em termos de garantir a resistência à corrosão, um teor de Cr de 13% ou mais é suficiente, mas 17% ou mais é preferível para evitar as fraturas por fragilização do metal líquido. Entretanto, se o teor de Cr exceder 25%, ele pode provocar compostos intermetálicos no metal da solda e assim deteriorar a dureza.

Além disso, para melhorar a resistência à corrosão do metal da solda, o Molibdênio (Mo) e/ou o Nitrogênio (Ni) podem ser adicionados em adição aos componentes básicos acima. O Molibdênio (Mo) é um elemento para a formação da fase ferri- ta e para garantir a resistência à corrosão sob ambiente de cloreto pelo uso com Cr. É preferível conter Mo em uma quantidade de 0,2% ou mais no me- tal da solda para tirar vantagem da função acima. Entretanto, uma quantida- de excessiva de Mo aumenta a resistência do metal da solda e pode provo- car fraturas por fragilização do metal líquido. Por exemplo, se o teor de Mo no metal da solda excede 2%, as fraturas por fragilização do metal líquido podem ser formadas. Portanto, o limite superior do teor de Mo é preferivel- mente 2%. O Nitrogênio (N) é um elemento inevitavelmente irado da atmos- fera em uma quantidade de 0,01 - 0,03% e é também capaz de estabilizar a austenita para melhorar a resistência à corrosão. É preferível conter N em uma quantidade de 0,05% ou mais no metal da solda para tirar vantagem da função acima. Entretanto, uma quantidade excessiva de N diminui o teor de ferrita para provocar fraturas por fragilização do metal líquido. Por exemplo, se o teor de N no metal da solda excede 0,15%, as fraturas por fragilização do metal líquido podem ser formadas. Portanto, o limite superior do teor de N é preferivelmente 0,15%.

Embora os elementos descritos acima sejam os principais com- ponentes a estarem contidos em um metal da solda da presente invenção, é desnecessário dizer que outros elementos podem estar contidos no metal da solda a menos que propriedades desejadas do presente metal da solda se- jam perturbadas por eles.

Por exemplo, quantidades pequenas de Nb, V, Ti e/ou Al podem ser adicionados para garantir a resistência do material base da chapa de aço revestido de liga à base de zinco. Esses componentes podem ser mistura- dos no metal da solda durante a soldagem. O limite superior de cada um desses elementos é preferivelmente 0,1% para evitar a formação de com- postos intermetálicos no metal da solda, o que deterioraria a dureza.

Como material básico para chapa de aço revestida com liga à base de zinco, um aço estrutural de baixa liga pode ser usado. O ajuste dos componentes do metal da solda é feito preferivelmente para incluir Ni, C, Mn, N, Cr, Mo e Si como componentes da liga, então o saldo pode ser ferro e as inevitáveis impurezas. Considerando-se uma razão de diluição do material básico, pelos materiais básicos fundidos da chapa de aço devido à solda- gem, de 10-40%, é preferível preparar os componentes do material de sol- dagem de forma que o Ni equivalente e o Cr equivalente possam ser ajusta- dos em valores mais altos.

Quando ao fio de soldagem à base de aço inoxidável, podem ser usados tanto fio sólido quanto fio com alma fundente.

O fio sólido é composto inteiramente de fio de aço inoxidável. O fio com alma fundente contém pó metálico para ajustar os componentes da liga e o material de escória para estabilizar o arco dentro da casca externa do fio de aço inoxidável. O fio com alma fundente é capaz de não apenas controlar a es- trutura e a propriedade do metal da solda, bem como o arame sólido, mas, devido ao material de escória, é também capaz de melhorar a operabilidade da soldagem e fornecer uma boa forma e aparência do filete da solda. O flu- xo também forma escória solidificada na soldagem para cobrir a superfície do metal soldado e evitar sua oxidação. Isto torna possível manter uma cor metálica na superfície do metal soldado similar aos revestimentos de liga à base de zinco, o que fornece uma junta soldada com boa aparência.

Entretanto, uma vez que o fio sólido não forma uma escória soli- dificada, ele pode ser aplicado a soldagem a arco TIG ou soldagem a arco de plasma como fio enchedor. O que se segue mostra as faixas preferidas de componentes/composição a serem contidos em um fio sólido e/ou em um fio de alma fundente. O Carbono (C) é um elemento para estabilizar a fase austenita.

Um teor de carbono de 0,01% ou mais no fio de soldagem é preferível para se alcançar essa função. Entretanto, se o teor de C exceder 0,05%, ele au- menta a resistência do metal da solda e pode provocar fraturas por fragiliza- ção do metal líquido na extremidade da porção soldada em uma chapa de aço revestida com zinco. Portanto, o teor de C no fio de soldagem é preferi- velmente 0,05% ou menos, O Silício (Si) é um elemento que trabalha como antioxidante pa- ra o metal da solda. É preferível conter Si em uma quantidade de 0,1% ou mais no fio de soldagem para tirar vantagem dessa função. Entretanto, se o teor de Si exceder 1%, pode fazer com que apareçam compostos intermetá- licos no metal da solda, o que pode deteriorar a dureza. Portanto, o limite superior do teor de Si é preferivelmente 1 %. O Manganês (Mn) é um elemento que trabalha como antioxidan- te para o metal da solda e torna o enxofre (S) inofensivo ao se fundir com ele. O enxofre é uma impureza inevitável que pode ser prejudicial com fratu- ras a quente. É preferível conter o Mn em uma quantidade de 0,5% ou mais no fio de soldagem para tirar vantagem dessas funções. Entretanto, se o teor de Mn exceder 3%, ele pode reduzir a resistência à corrosão do metal da solda. Portanto, o limite superior do teor de Mn é preferivelmente 3%. O Níquel (Ni) é um elemento importante para estabilizar a fase austenita do metal da solda e para ajustar o equilíbrio entre a fase austenita e a fase ferrita, É preferível conter Ni em uma quantidade de 7% ou mais no fio de soldagem para tirar vantagem dessas funções. Entretanto, se o teor de Ni exceder 12%, ele pode reduzir a dureza do metal da solda. Portanto, o limite superior do teor de N é preferivelmente 12%. 0 Cromo (Cr) é um elemento principal para a formação da fase ferrita e para evitar as fraturas por fragilização do metal líquido no metal da solda. É preferível conter Cr em uma quantidade de 24% ou mais no fio de soldagem para tirar vantagens completas das funções acima. Entretanto, se o teor de Cr no fio exceder 30%, ele pode formar compostos intermetálicos no metal da solda e deteriorar a dureza. Portanto, o limite superior do teor de Cr é preferivelmente 30%. O Molibdênio (Mo) é um elemento para melhorar a resistência à corrosão do meta! da solda. Entretanto, uma quantidade em excesso de Mo aumenta a resistência do metal da solda e pode provocar fraturas por fragili- zação do metal líquido. Por exemplo, se o teor de Mo no fio de soldagem exceder 2%, as fraturas por fragilização do metal líquido podem ser forma- das. Portanto, o limite superior do teor de Mo é preferivelmente 2%. O Nitrogênio (N) é um elemento capaz de estabilizar a austenita do metal da solda para melhorar a resistência à corrosão. Entretanto, au- mentar o teor de N aumenta a resistência do metal da solda, o que pode provocar fraturas por fragilização do metal líquido. Por exemplo, se o teor de N no fio de soldagem exceder 0,17%, podem ser formadas fraturas por fragi- lização do metal líquido. Portanto, o limite superior do teor de N é preferivel- mente 0,17%.

Quanto ao fio com alma fundente, as faixas de componentes da escória/composição devem ser definidas conforme abaixo. O dióxido de Titânio (Ti02) forma uma escória densa e facilmen- te descascável para estabilizar o arco. Entretanto, um teor de Ti02 de 0,5% ou menos não trabalha satisfatoriamente, e um teor de Ti02 de 2,5% ou mais provoca a diminuição da fluidez da escoria, o que forma uma superfície irregular da porção soldada com uma aparência pobre. Portanto, o limite do teor de Ti02 varia preferivelmente de 0,5 a 2,5%. Como matérias-primas, podem ser usados, sozinhos ou em combinação, os materiais a seguir: rútilo, escória de titânio, ilmenita e titanato, tais como titanato de potássio e titanato de sódio. O dióxido de Silício (Si02) é um componente necessário para formar uma escória encapsulada. Entretanto, se o teor de Si02 for menor que 1,5%, 0 encapsulamento não pode alcançar um nível suficiente, 0 que diminui a função de anti-oxidação para 0 metal da solda e não fornece uma boa aparência. Se 0 teor de Si02 exceder 3,5%, a escória tende a secar, a capacidade de descascamento piora e a escória da solda aumenta. Portan- to, 0 limite do teor de Si02 varia preferivelmente de 1,5 a 3,5%. Quanto a matérias-primas para Si02, podem ser usados areia de sílica, sílica, volasto- nita, areia de zircônio e feldspato de potássio. O dióxido de Zircônio (Zr02) abastece a escória com fluidez. En- tretanto, se 0 teor de Zr02 for menor que 0,5%, a fluidez torna-se insuficien- te. Se 0 teor de Zr02 for maior que 2,5%, a escória torna-se rígida, a capaci- dade de descascamento piora e a escória da solda aumenta. Portanto, 0 limite do teor de Si02 varia preferivelmente de 0,5 a 2,5%. Quanto às maté- rias-primas, óxido de zircônio, flor de zircônio, e Zircão podem ser usados.

Se 0 teor total dos componentes da escória no fluxo for menor que 6,5%, 0 encapsulamento não é suficiente. Se 0 teor total dos componen- tes da escória no fluxo for maior que 9,5%, a escória da solda aumenta e torna-se fácil ter inclusões na escória. Portanto, 0 total de componentes da escória no fluxo varia preferivelmente de 6,5 a 9,5%. A presente invenção é aplicável a chapas de aço revestidas tais como chapas de aço revestidas de zinco e chapas de aço revestidas com liga à base de Zn-AI-Mg-Si. A quantidade de revestimento é preferivelmente 50 g/m2 ou mais por superfície em termos de garantia de resistência à corro- são e 150 g/m2 ou menos por superfície em termos de capacidade de traba- lho de soldagem.

Para se produzir juntas de solda mais fortemente livres de corro- são, as chapas com maiores resistências à corrosão, por exemplo, chapas de aço revestidas com liga à base de Zn-AI-Mg-Si, devem ser usadas prefe- rivelmente. Em tais chapas, 0 teor de Al é de 2-19%, 0 teor de Mg é de 1- 10%, 0 teor de Si é de 0,01 -2% e 0 saldo é de zinco.

Na presente invenção, chapas de aço de baixa liga são usadas principalmente como material básico para chapas de aço revestidas com liga à base de zinco. Entretanto, não é necessário definir os componentes/a composição do material básico de tais chapas de aço revestidas com liga à base de zinco a menos que os componentes/a composição do material de soidagem seja diluído durante a soldagem para estar fora das faixas defini- das pela presente invenção. Nesse caso, a presente invenção pode ser apli- cada a uma junta de solda entre materiais diferentes, tais como soldagem de uma chapa de aço revestida à base de zinco e uma chapa de aço à base de aço inoxidável. A presente invenção pode ser aplicada a qualquer forma de jun- ta de solda, por exemplo, uma junta de filete, uma junta de filete sobreposta ou uma junta de topo. Conforme descrito acima, fraturas por fragilização do metal líquido ocorrem particularmente quando uma força de aglutinação é aplicada à porção soldada, Portanto, é mais significativo aplicar-se a presen- te invenção a uma junta de solda de filete feita por soldagem de filete de uma chapa de aço revestida com liga à base de zinco tendo uma espessura de 3 mm ou mais onde a força de aglutinação é muito forte.

Quanto ao método de soldagem, qualquer um entre a soldagem a arco MIG, a soldagem a arco MAG e a soldagem a arco de gás dióxido de carbono pode ser usado. Quanto às condições de soldagem, não há condi- ções limitadas específicas. Entretanto, a fusão do material básico da chapa de aço pode mudar os componentes/a composição do metal da solda. Por- tanto, é preferível evitar aumento desnecessário na diluição pelo material básico fundido de acordo com as seguintes condições: a entrada de calor é preferivelmente 10 kJ/cm ou menos, e a razão de diluição do material básico é preferivelmente 10-40%. A razão de diluição do material básico é definida como segue: Razão de diluição do material básico = (cada componente fundi- do do material básico)/(cada componente fundido do material básico + cada componente fundido do material de soldagem) x 100% (1). A entrada de ca- lor para a soldagem pode ser controlada para ser preferivelmente 10 kJ/cm ou menos, pelo ajuste da corrente de soldagem, da voltagem de soldagem e da velocidade de soldagem. A presente invenção pode ser aplicada a soldagem limpa, sob medida, ao invés de soldagem a arco, pelo uso de fio de soldagem à base de aço inoxidável como fio enchedor.

Exemplos O material de soldagem usado é fio sólido contendo componen- tes de liga sendo designado na Tabela 1 abaixo como(S1), (S2), S(11) e S(12) e o fio com alma fundente está designado como (F3) —(F10). O fio com alma fundente contém os seguintes componentes de escória: Ti02:1,7%, Si02:2,5% e Zr02:1,6% para o peso total do fio. (S12) é um fio de soldagem para aço comum. A Tabela 2 mostra os componentes/a composição de chapas de aço com ligas à base de zinco a serem usadas e os pesos de revestimento. A chapa de aço revestida A é uma chapa de aço revestida com liga de zinco, classe 590 MPa, 6 mm de espessura. A chapa de aço revestida B é uma chapa de aço revestida com liga de Zn-AI-Mg-Si, classe 400 MPa, 3 mm de espessura. A junta de solda em filete mostrada na figura 4 é preparada u- sando-se o material de soldagem e a chapa de aço revestida de liga à base de zinco descrita acima. A junta é avaliada quanto a fraturas por fragilização do metal líquido e quanto à resistência à corrosão do metal da solda à base de aço inoxidável. A amostra de teste mostrada na figura 4 é preparada como se- gue: Uma chapa de aço revestida com liga à base de zinco 4 é colocada ver- ticalmente em uma chapa de aço revestida de liga à base de zinco colocada horizontalmente. Então uma solda em filete 5 é transportado usando-se um fio à base de aço inoxidável. Após a porção soldada ser resfriada, é execu- tada uma solda em fifete 6 para completar a amostra de teste. As soldas em filete 5 e 6 têm forma de penetração similar, o que indica que as razões de diluição do material básico nas soldas em filete 5 e 6 são substancialmente similares.

As condições de soldagem da solda em filete 5 são: corrente de soldagem: 200-220 A, voltagem do arco: 25-28V, velocidade da soldagem: 40-50 cm/min, gás de proteção: no caso de usar-se fio sólido, é usado um gás misto de (argônio + 2% de oxigênio), no caso de usar-se fio com alma fundente, é usado um gás misto de (argônio + 20-50% de dióxido de carbo- no), ou no caso de usar-se um fio com alma fundente, é usado gás dióxido de carbono. Sob essas condições de soldagem, a razão de diluição do mate- rial básico durante a soldagem é determinada aproximadamente pelo tipo de gás de proteção. Quando se usa (argônio + 2% de oxigênio) como gás de proteção, a razão de diluição varia de 20 a 35% enquanto a razão do gás dióxido de carbono no gás misto varia de 20 a 50%. A avaliação das fraturas por fragilização do metal líquido dos metais de solda são executados com uma verificação de cor (método de ins- peção de penetração do líquido). Se uma fratura não é observada a olho nu, a avaliação é "boa". A avaliação da resistência à corrosão é executada com um teste de corrosão de ciclo misto definido JASO. Um ciclo do teste é como a seguir. (1) pulverização de água salgada (5% de NaCI), 35°C, 2 horas; (2) secagem (umidade 30%), 60°C, 4 horas, e (3) condição úmida (umidade 95%), 50°C, 2 horas. Um total de 120 ciclos são executados e a ferrugem vermelha é checada a cada 20 ciclos. Se a ferrugem vermelha não for observada nos primeiros 20 ciclos, a avaliação da corrosão é "boa". A Tabela 3 mostra os componentes/a composição, o Cr equiva- lente, a relação para a expressão (1), e avaliações das fraturas por fragiliza- ção do metal líquido e da resistência à corrosão de cada amostra de teste de metal de solda.

Em relação às amostras nos 1-8, essas atendem os limites supe- rior e inferior do Ni equivalente. Nenhuma fratura por fragilização do metal líquido foi observada e a resistência à corrosão é boa. As amostras nos 1-2 usando fio sólido têm respingos de solda, mas as amostras nos 3-8 que usam fio com alma fundente têm poucos respingos de solda e boa capacidade de soldagem.

A amostra n9 7 é a amostra à qual Mo e N foram adicionados. A ferrugem vermelha é observada na área em torno do metal soldado a 40 ci- closs mas nenhuma ferrugem vermelha é observada no próprio metal solda- do até mais de 120 ciclos. As amostras nQ 3 e nQ 8 são as amostras ás quais é aplicado o revestimento da liga Zn-AI-Mg-Si de alta resistência à corrosão.

Essas amostras mostram excelente resistência à corrosão incluindo tanto a porção soldada quanto a área na vizinhança da solda.

As amostras nos 9-15 são exemplos de comparação que estão fora da faixa definida pela presente invenção. Nenhuma das amostras 9-12 satisfaz o lado direito da expressão (1) (limite superior do Ni equivalente), e todas mostram fraturas por fragilização. A amostra ne 11 tem uma quantida- de em excesso de Mo e N, As amostras η05 9-12 satisfazem a condição: 0,7xCr equivalente + 20 < Ni equivalente (limite inferior de Ni) descrito na JP09-267177A, mas não satisfazem o limite superior do Ni definido pela presente invenção. Por- tanto, essas amostras não formam quantidade suficiente de fase ferrita no metal fundido e, portanto, formam fraturas por fragilização. A amostra ne 13 não satisfaz a parte esquerda da Expressão (1) (limite inferior do Ni), e a fratura por fragilização é observada. As amostras nos 4, 5 e 13 usam o mesmo fio de soldagem. Entretanto, a amostra ns 13, onde o dióxido de carbono é usado como gás de proteção, tem uma pene- tração aumentada na porção soldada, o que provoca um aumento na dilui- ção do material básico, e assim os componentes/a composição final do me- tal soldado caem fora da faixa definida pela presente invenção.

As amostras nos 14 e 15 usam um fio de soldagem para aço co- mum. Desnecessário dizer que o metal da solda tem falta de Cr e Ni. Portan- to, a resistência à corrosão é pobre, e a ferrugem vermelha se forma em uma das primeiras etapas. Esse metal da solda tem componentes de solda- gem ricos em ferrita de aço doce. Assim, embora as condições da presente invenção não sejam atendidas, as fraturas por fragilização não ocorrem.

As amostras nos 3-11 e a amostra n-13 usam fio com alma fun- dente como material de soldagem. Nessas amostras a escória solidificada cobre a superfície do metal soldado para inibir a oxidação, o que permite a manutenção de um brilho metálico.

Todas as patentes, publicações, pedidos pendentes e pedidos provisórios citados e referidos neste pedido estão aqui incorporados como referência. A invenção sendo assim descrita, será óbvio que a mesma pode ser variada de muitas formas. Tais variações não devem ser consideradas como fora do espírito e do escopo da presente invenção, e todas essas mo- dificações, como pode ser óbvio para as pessoas peritas na técnica, são pre- tendidas como sendo incluídas no escopo das reivindicações a seguir.

Claims (5)

1. Junta soldada compreendendo chapas de aço revestidas com uma liga à base de zinco (1, 4) e uma porção soldada (5, 6) unindo as cha- pas de aço revestidas com uma liga à base de zinco (1, 4), caracterizada pelo fato de que a porção soldada (5, 6) compreendendo, em porcentagem (%) em massa: C: 0,01 -0,1; Si: 0,1 - 1; Mn: 0,5 - 2,5; Ni: 5- 11; Cr: 19,7-25, opcionalmente Mo: 0,5 - 2; e N: 0,01 - 0,15, ainda opcionalmente, um ou mais selecionados de Nb, V, Ti e Al, os quais estavam contidos em um material básico das chapas de aço reves- tidas com uma liga à base de zinco com uma quantidade de até 0,1%; e um saldo de ferro e impurezas residuais; sendo que as expressões (i), (ii) e (iii) a seguir são satisfeitas; (i) -0,81 xCr equivalente + 23,2 < Ni equivalente < 0,95xCr equi- valente - 8,1 (ii) Ni equivalente = Ni + 30xC + 0,5xMn + 30xN (iii) Cr equivalente = Cr + Mo + 1,5xSi em que cada um de Ni, C, Μη, N, Cr, Mo e Si representa o teor (em % em massa) de cada elemento componente contido na porção soldada.

2. Junta de solda de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- da pelo fato de que a composição da porção soldada é ajustada por um fio metálico sólido ou um fio metálico de núcleo de fluxo, em que o fio metálico sólido ou o fio metálico de núcleo de fluxo compreende os seguintes compo- nentes metálicos em % em massa pela massa total do fio metálico: C: 0,01 -0,05; Si: 0,1 - 1; Mn: 0,5 - 3; Ni: 7- 12; Cr: 24 - 30; e pelo menos um entre Mo: não mais do que 2, ou N: não mais do que 0,17 e o saldo sendo ferro e impurezas residuais; sendo que cada um de Ni, C, Mn, Cr, Si, Mo e N representa o teor (% em massa) de cada elemento componente contido no fio metálico sólido ou no fio metálico de núcleo de fluxo.

3. Junta de solda de acordo com a reivindicação 2, caracteriza- da pelo fato de que o fio metálico de núcleo de fluxo compreende o seguinte, como componente da escória em % em massa pela massa total do fio: Ti02: 0,5 - 2,5; Si02: 1,5 - 3,5; e Zr02: 0,5-2,5, sendo que a quantidade total do componente da escória varia de 6,5 a 9,5.

4. Junta de solda de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- da pelo fato de que o revestimento de liga à base de zinco das chapas de aço revestidas com liga a base de zinco compreende o seguinte em % em massa, com o saldo sendo zinco e impurezas residuais. Al: 2-19; Mg: 1 - 10; e Si: 0,01-2.

5. Junta de solda de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- da que as chapas de aço revestidas com liga à base de zinco têm uma es- pessura de 3 mm ou mais, em que a forma da junta de solda é de uma junta de solda em filete.