A trinca a quente se forma durante a soldagem, em temperatura alta, enquanto ainda existe líquido entre os grãos. Ao contrário da trinca a frio, não depende de hidrogênio. O que decide são três coisas: a composição química (principalmente as impurezas), a forma como o metal solidifica e a tensão de contração no fim da solidificação.

Este artigo faz parte da série baseada nos capítulos 6 a 8 de Weldability of Steels, de R. D. Stout (Welding Research Council).

Os tipos de trinca a quente

Tipo Onde Quando Causa principal
Solidificação metal de solda, quase sempre na linha de centro no fim da solidificação filmes líquidos de baixo ponto de fusão (S, P, Nb) e restrição
Liquação ZTA junto à linha de fusão (zona parcialmente fundida) no aquecimento, logo abaixo do sólidus contornos que fundem localmente
Reaquecimento (relacionada) ZTA de grãos grosseiros no TTAT ou em passes seguintes precipitação dentro dos grãos e contornos fracos, em aços Cr-Mo-V

Trinca de solidificação

O metal de solda não solidifica de uma vez. Os grãos colunares crescem das bordas para o centro da poça, e as impurezas, como enxofre e fósforo, são empurradas para o líquido que sobra entre eles. Esse líquido final, mais rico em impurezas, solidifica numa temperatura bem menor que a do aço. Durante esse intervalo, os grãos estão quase sólidos, separados apenas por filmes líquidos finos, e a solda está se contraindo. Se a deformação é maior do que esses filmes aguentam, o contorno se abre.

Vista de topo de um cordão com poça de fusão, grãos colunares crescendo até o centro e trinca na linha de centro; ao lado, detalhe das dendritas com filmes líquidos ricos em S e P entre elas.
A trinca de solidificação nasce onde os grãos colunares se encontram e o último líquido fica preso entre eles.

O que aumenta o risco

  • Impurezas: enxofre e fósforo formam compostos de baixo ponto de fusão. Em ligas austeníticas, nióbio, silício e boro também contribuem.
  • Faixa de solidificação larga: quanto maior a diferença entre o início e o fim da solidificação, mais tempo a solda fica vulnerável.
  • Carbono alto em aços carbono: aumenta a faixa de solidificação e o efeito do enxofre.
  • Restrição e espessura: mais deformação de contração sobre a poça.
  • Forma do cordão e da poça: cordões estreitos e profundos e poças em forma de gota (velocidade alta) concentram o último líquido num plano no centro.
Dois cortes de cordão: estreito e profundo, com grãos se encontrando de frente no centro e trinca; e largo e raso, com grãos se encontrando em ângulo, sem trinca.
A relação entre profundidade e largura muda o encontro dos grãos colunares. É um problema clássico de passes de raiz estreitos e de soldagem por arco submerso com corrente alta.

Inox austenítico e ferrita delta

Nos aços inoxidáveis, o fator mais importante é o modo de solidificação, definido pela relação entre o cromo equivalente e o níquel equivalente do metal de solda (diagrama WRC-1992):

Faixa da relação Cr eq/Ni eq dividida nos modos A, AF, FA e F, com suscetibilidade alta no modo A e menor no modo FA.
Os limites são aproximados. O modo FA, com ferrita primária e austenita depois, é o mais resistente à trinca de solidificação.

Quando a solda solidifica primeiro como ferrita, o enxofre e o fósforo se dissolvem melhor nela e os contornos ficam tortuosos, o que dificulta a trinca. Por isso os metais de adição austeníticos comuns, como o 308L e o 316L, são formulados para deixar um pouco de ferrita delta no metal de solda. Já os inox totalmente austeníticos (como o 310) e muitas ligas de níquel solidificam como austenita e precisam de enxofre e fósforo muito baixos e de aporte controlado.

A diluição também conta. Ao soldar inox com aço carbono, ou com muita mistura do metal de base, o modo de solidificação real pode ser diferente do previsto para o metal de adição puro.

Trinca de liquação na ZTA

Junto à linha de fusão, uma faixa estreita da ZTA chega a uma temperatura entre o sólidus e o líquidus: é a zona parcialmente fundida. Contornos de grão com segregação de S, P ou B, ou com carbonetos que reagem com a matriz (como o NbC), fundem localmente. Se a contração da solda tensiona essa região enquanto o filme está líquido, o contorno se abre.

Microestrutura esquemática junto à linha de fusão, com metal de solda colunar, ZTA de grãos grosseiros com contornos cobertos por filme líquido e trinca seguindo os contornos liquados.
A trinca de liquação segue os contornos parcialmente fundidos da ZTA e pode continuar para dentro do metal de solda.

Os materiais mais sensíveis são os inox austeníticos estabilizados (com Nb ou Ti), as ligas de níquel e os aços com impurezas altas. Grão grosso e aporte alto aumentam o risco, porque deixam a faixa parcialmente fundida mais larga e com menos contornos para dividir o líquido.

Trinca de reaquecimento

A trinca de reaquecimento não é, a rigor, uma trinca a quente, mas aparece na mesma discussão. Ela ocorre na ZTA de grãos grosseiros quando a junta é reaquecida, no TTAT de alívio de tensões ou em passes seguintes. Em aços como os Cr-Mo-V, carbonetos finos precipitam dentro dos grãos e os deixam mais resistentes que os contornos. A tensão residual, ao relaxar, se concentra nos contornos, que trincam. Controla-se com composição adequada, menor crescimento de grão, eliminação de entalhes no pé da solda e ciclo de TTAT bem definido.

Como prevenir

Fator Medidas
Composição aço e consumível com S e P baixos; metal de adição com a ferrita delta adequada no inox; atenção à diluição
Forma do cordão cordão mais largo que profundo; evitar passes de raiz estreitos; ajustar a velocidade para evitar poça em gota
Restrição sequência de soldagem; folga e preparação corretas; evitar cordões côncavos em filetes de grande restrição
Aporte aporte controlado em inox austeníticos e ligas de níquel, para limitar o crescimento de grão e a zona parcialmente fundida
Cratera terminar o cordão sem cratera profunda (enchimento de cratera), onde a trinca de solidificação costuma começar

Para comparar materiais e consumíveis, usam-se ensaios como o Varestraint, o Transvarestraint e o de ductilidade a quente, descritos no artigo sobre ensaios de soldabilidade.

Perguntas frequentes

Como diferenciar trinca a quente de trinca a frio?

A trinca a quente aparece logo na soldagem, segue os contornos de grão (é intergranular) e fica no metal de solda, muitas vezes na linha de centro, ou na ZTA junto à linha de fusão. A superfície costuma ser oxidada, com cor de revenido, porque se formou em alta temperatura. A trinca a frio aparece depois que a peça esfriou, pode surgir horas mais tarde e fica principalmente na ZTA de grãos grosseiros.

Por que o inox austenítico precisa de um pouco de ferrita no metal de solda?

Quando o metal de solda solidifica primeiro como ferrita, enxofre e fósforo se dissolvem melhor nela e os contornos ficam mais tortuosos, o que dificulta a abertura de trincas. Por isso os metais de adição austeníticos comuns são formulados para solidificar no modo FA, com um pouco de ferrita delta. Inox totalmente austeníticos, como o 310, são mais suscetíveis e pedem impurezas muito baixas.

Reduzir a corrente sempre resolve a trinca de centro?

Nem sempre. O que importa é a forma do cordão e da poça. Cordão estreito e profundo, ou velocidade de soldagem muito alta, que deixa a poça em forma de gota, faz os grãos colunares se encontrarem de frente na linha de centro. Ajustar corrente, tensão e velocidade para obter um cordão mais largo e uma poça elíptica costuma resolver, junto com o controle da composição e da restrição.

Referências

  • STOUT, R. D. et al. Weldability of steels. 4. ed. New York: Welding Research Council, 1987.
  • KOU, S. Welding metallurgy. 2. ed. Hoboken: Wiley, 2003.
  • LIPPOLD, J. C.; KOTECKI, D. J. Welding metallurgy and weldability of stainless steels. Hoboken: Wiley, 2005.
  • LIPPOLD, J. C. Welding metallurgy and weldability. Hoboken: Wiley, 2015.
  • INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 17641: destructive tests on welds in metallic materials — hot cracking tests for weldments — arc welding processes. Geneva: ISO.