As juntas soldadas de alumínio podem sofrer corrosão geral, localizada, intergranular e assistida por tensão. Este guia explica por que a precipitação de segunda fase e as diferenças eletroquímicas promovem o ataque intergranular e como a tensão de tração e um meio corrosivo se combinam para causar fissuração por corrosão sob tensão. Ele define tensão crítica, KISCC, JISCC, KIC e a relação da/dt-K de três estágios, avaliando, em seguida, a composição da liga, a compatibilidade do material de adição, a microestrutura da zona de solda, a tensão residual e os defeitos. A prevenção abrange a seleção de materiais, consumíveis, redução da tensão residual, tratamento térmico e proteção de superfícies. O artigo mantém a notação da mecânica da fratura e as relações de limiar necessárias para a avaliação de engenharia.
A corrosão é o dano ou a destruição causada pela interação química ou eletroquímica entre um metal e seu ambiente. Ela é classificada como corrosão química ou eletroquímica, sendo que a forma mais comum de corrosão observada é a eletroquímica.
As juntas soldadas podem sofrer corrosão geral, corrosão localizada ou corrosão induzida por tensão. A corrosão geral afeta toda ou a maior parte da superfície; quando sua taxa é aproximadamente igual em todos os pontos, é chamada de corrosão uniforme. A corrosão localizada se desenvolve preferencialmente em locais específicos e de forma muito mais rápida do que em outros pontos, como na corrosão intergranular ou na corrosão por pite. A tensão intensifica o ataque e pode produzir corrosão sob tensão e fissuração por corrosão sob tensão.
A corrosão geral é previsível e, comparativamente, menos perigosa. O ataque localizado é difícil de prever e pode causar falhas repentinas sem um aviso claro.
O alumínio geralmente apresenta boa resistência à corrosão, mas seu comportamento depende do tipo de liga, da composição e do ambiente. As ligas de alumínio não tratáveis termicamente, bem como as ligas de Al-Mn e Al-Mg, apresentam melhor resistência à corrosão do que as ligas tratáveis termicamente de Al-Cu-Mg e Al-Zn-Mg. As ligas de Al-Cu-Mg e suas soldas apresentam tendência à corrosão intergranular, enquanto as ligas de Al-Zn-Mg e suas soldas apresentam tendência à corrosão sob tensão e à fissuração por corrosão sob tensão. As ligas de alumínio geralmente resistem à corrosão atmosférica, mas apresentam desempenho inferior em água do mar e em climas marinhos.
A corrosão intergranular se desenvolve ao longo dos limites dos grãos ou em regiões adjacentes e, frequentemente, antecede a corrosão sob tensão.
A superfície pode apresentar apenas um leve ataque, enquanto uma rede interna de trincas intergranulares reduz substancialmente a resistência. Uma das principais causas é a precipitação de uma segunda fase nos limites dos grãos, o que esgota um constituinte mais nobre nas proximidades. No duralumínio de Al-Cu-Mg, por exemplo, a precipitação de CuAl₂ cria uma zona empobrecida em cobre. Em um meio comum, um metal com potencial mais negativo torna-se o ânodo galvânico e sofre corrosão mais facilmente, enquanto um metal com potencial mais positivo tende a atuar como cátodo. A alteração microestrutural, portanto, impulsiona o ataque intergranular eletroquímico. A corrosão sob tensão é a consideração mais importante em relação à corrosão no controle de fraturas de estruturas soldadas de alumínio.
A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) é a fratura de uma junta sob tensão estática em um meio corrosivo. Ela resulta da ação combinada da tensão, geralmente de tração, e de um ambiente específico. Uma junta ou estrutura pode rachar espontaneamente sob tensões muito abaixo do limite de escoamento e mesmo em um ambiente levemente corrosivo. Trata-se, portanto, de uma forma particularmente perigosa de fratura frágil sob baixa tensão.
A tensão motriz é a soma das tensões residuais de fabricação e soldagem e da tensão de serviço. A SCC não ocorre quando a tensão aplicada, o fator de intensidade de tensão K ou a integral J estão abaixo do limiar correspondente — a tensão crítica σSCC, fator de intensidade de tensão limiar KISCC, ou integral de limiar JISCC. Uma fissura por corrosão sob tensão já existente não se propagará abaixo do limiar. Quando o fator de intensidade de tensão na ponta da fissura exceder KISCC, a fissura se inicia ou se expande; a fratura ocorre quando a expansão atinge a condição crítica do material.
O processo de fratura apresenta três estágios: início da fissura, crescimento subcrítico estável e crescimento instável. A corrosão por pite e o ataque intergranular costumam se tornar pontos de origem das fissuras e reduzem o tempo de início. Uma fissura iniciada se ramifica como a raiz de uma árvore; um ramo pode se tornar a fissura principal, de crescimento rápido, enquanto outros param ou crescem lentamente. Uma vez estabelecida, a fissura cresce a uma taxa quase constante até atingir a instabilidade mecânica.
A taxa de crescimento da fissura da/dt em função do fator de intensidade de tensão na ponta da fissura, K, geralmente apresenta três regiões. Na Região I, da/dt diminui acentuadamente à medida que K diminui, e não ocorre crescimento abaixo de KISCC. A Região II apresenta um crescimento estável em da/dtII. Quando K atinge a tenacidade à fratura KIC, a Região III se inicia e o crescimento instável continua a se fragmentar.
Do ponto de vista da engenharia, KISCC e da/dtII são índices de resistência úteis para materiais e juntas soldadas.
Macroscopicamente, a fratura costuma ser perpendicular à tensão principal, e a fissura se ramifica. O acúmulo de produtos de corrosão retira o brilho metálico da origem e da região de crescimento subcrítico. A origem pode apresentar corrosão por pite, corrosão intergranular ou um defeito de soldagem. A região final instável pode apresentar padrões radiais ou em zigue-zague. Microscopicamente, as fissuras podem ser intergranulares, transgranulares ou mistas, dependendo do ambiente e da tensão. As superfícies de fratura frequentemente apresentam traços de deformação plástica com padrões semelhantes a cristais de açúcar, conchas ou penas.
As ligas de alta resistência passíveis de tratamento térmico, especialmente as ligas de Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu de resistência ultra-alta, são altamente suscetíveis à corrosão sob tensão (SCC) nas soldas. Mesmo as ligas de Al-Mg resistentes à corrosão e não passíveis de tratamento térmico tornam-se suscetíveis quando apresentam alto teor de magnésio.
A seleção do material de adição geralmente leva em conta a soldabilidade, a composição, a resistência, a ductilidade e a tenacidade. Isso pode gerar grandes diferenças composicionais e microestruturais entre a solda e o metal-base, além de diferenças eletroquímicas correspondentes que podem aumentar a suscetibilidade à fissuração por tensão corrosiva (SCC).
A soldagem pode causar engrossamento do grão, fusão nos limites do grão e fragilização nos limites do grão na solda, na zona de fusão e na zona afetada pelo calor. Tais estruturas não uniformes ou fora de equilíbrio podem aumentar a suscetibilidade à SCC. Uma estrutura cristalina termodinamicamente equilibrada geralmente oferece a maior resistência, enquanto uma estrutura distante do equilíbrio é mais suscetível.
A tensão residual tem um efeito significativo. Mesmo sem carga externa, a tensão residual de tração pode ser suficiente para causar a corrosão sob tensão (SCC).
Defeitos planos, especialmente fissuras de solidificação ou de liquação, geram concentração de tensão severa. Sua interação com a tensão residual de tração facilita a ocorrência de SCC.
Como a composição, a microestrutura e as propriedades mecânicas variam ao longo de uma solda, sua resistência à corrosão sob tensão (SCC) costuma ser inferior à do metal-base, mesmo com a seleção correta do material e o controle adequado do processo. Em um meio líquido contendo 3% NaCl, por exemplo, σSCC/ReL é 0,6 para o metal-base de alumínio e 0,5 para a junta soldada.
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