Eletrodos Revestidos Impermeáveis do Tipo Baixo

Hidrogênio

Prof. Alexandre Queiroz Bracarense, PhDProfessor Titular do DEMEC – UFMG

Ivan FichelDiretor Presidente da Elbras

QUESTÃO:E se o polímero fosse colocado diretamente no

revestimento como impermeabilizante e aglomerante?

Condição Extrema onde o eletrodo (6013)

Tudo começou com Soldagem subaquática

molhada

Precisa ser envernizado

Poderiamos eliminar envernizamento e ....

Testou-se vários vernizes, inclusive um polímero a base de poliestireno - ISOPOR

Eletrodos produzidos em Laboratório

No laboratório

Na Fábrica

Avaliação da extrudabilidade

E6013

E6013

F W +

F W +

F P+

F P+

500x

500x

100x

Microestrutura de eletrodo E6013 impermeabilizado com verniz VINÍLICO em soldagem subaquática molhada

Surpresa maior e ainda inexplícavel!!

100x

500x

500x

Microestrutura de eletrodo E6013 aglomerado com POLIESTIRENO

Foi encontrada Ferrita acicular!!!!

E em quantidade razoável!!!!

Ferrita acicular é sinônimo de excelentes propriedades mecânicas.

A priori é muito difícil conseguir ferrita acicular em solda subaquática!!

Usando o polímero isto foi facilmente conseguido!!!

O projeto para soldagem subaquática continua

Soldagem convencionalfora d´água

E7018

Eliminando ressecagem,manutenção em estufa e

mais........

porem, usando o mesmo conceito, focou-se na

Na Fábrica

Metodologia 1

Primeira Etapa: fabricação em laboratório fazendo ajustes na formulação de eletrodos revestidos convencionais do tipo básico E7018, substituindo o silicato, comumente usado como aglomerante, por polímeros em solução.

Segunda Etapa: produção em escala industrial de lotes de eletrodos impermeáveis “básicos” 7018.

Testes de Validação da Produção: Soldagens sobre chapa1)avaliar a estabilidade do arco elétrico e a aparência do cordão de solda.2)Análise química do metal de solda visando validar as alterações de fórmula e criar subsídios para as novas alterações.3)Análise metalográfica, avaliação microestrutural,4)Teste de hidrogênio difusível e 5)Teste de dureza para complementar o desenvolvimento do consumível.

(B2) Impermeável Fábrica

(B1) ImpermeávelLaboratório

Ajustes na Formulação do Eletrodo Revestido Impermeável

Norma* Padrão B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9C 0,15 0,09 0,18 0,26 0,14 0,08 0,17 0,17 0,23 0,13Si 0,75 0,45 0,61 1,61 0,31 0,09 0,68 0,95 0,97 0,61

Mn 1,6 1,11 1,57 1,99 1,08 0,49 1,21 1,49 1,58 1,57P 0,035 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,02 0,02S 0,035 0,03 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01Cr 0,2 0,10 0,05 0,09 0,16 0,11 0,05 0,06 0,04 0,06Ni 0,3 0,05 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01

Mo 0,3 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01V 0,08 0,01 0,01 0,11 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,01

Análise Química do Metal de Solda

Resultados

Fórmula Alterações Objetivos

B3 Calcário Rutilo Fluorita Aumentar a estabilidade e reduzir a potência do arco.

B4 FeSi FeMn Ajustar a composiçãoB5 Hematita + Aumentar o volume de escória - oxidação B6 FeSi FeMn Ajustar a composiçãoB7 Hematita Reduzir a oxidaçãoB8 Calcário Rutilo Fluorita Hematita - Aumentar a potência do arcoB9 Calcário Fluorita Silicato em pó + Controlar a viscosidade

Metalografia do Metal de Solda em Diferentes Posições (Ataque Nital 2%, 200X)

E7018 Padrão

Impermeável B4

Impermeável B9

E7018 Padrão

Impermeável B4

Impermeável B9

Detalhe Microestrutura do Metal de Solda (1000X)

Porcentagem de Ferrita Acicular no Metal de Solda

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Linh

a de

fusã

o

Cent

ro d

o co

rdão

Topo

do

cord

ão

Linh

a de

fusã

o

Cent

ro d

o co

rdão

Topo

do

cord

ão

Linh

a de

fusã

o

Cent

ro d

o co

rdão

Topo

do

cord

ão

Ferr

ita

acic

ular

(%)

Posição

E7018 Padrão Impermeável B4 Impermeável B9

Dureza HV100

B4 254 264 268 254 254 254B9 264 245 245 236 206 228

Dureza Medida em Regiões com Ferrita Acicular

BABU, S.S., BHADESHIA, H.K.D.H. Transition from Bainite to Acicular Ferrite in Reheated Fe-Cr-C Weld Deposits.Materials Science and Techonology, v.6, p. 1005-1019, 1990.

BABU, S.S., BHADESHIA, H.K.D.H. Mechanism of the Transition from Bainite to Acicular Ferrite. MaterialsTransation, JIM, v.32, n. 8, p. 679-688, 1991.

~ 237 HV

• A fabricação em escala industrial de eletrodos revestidos impermeáveis aglomerados com polímeros é tecnologicamente viável;

• Ajustes nas quantidades de polímero em solução foram necessários para obtenção de uma massa úmida com consistência adequada a uma boa extrusão e resistência do revestimento;

• Eletrodos revestidos impermeáveis apresentaram microestrutura, no mínimo, similar a do eletrodo revestido padrão e composta fundamentalmente de ferrita acicular;

• Como ocorre com eletrodos convencionais, os eletrodos revestidos impermeáveis podem sofrer ajustes de formulação para adequação da operacionabilidade e da composição química do metal de solda.

Observações

Alteração na formulação com o objetivo de aumentar a quantidade de ferrita acicular, ajustar a dureza e ajustar a

composição química no metal de solda

Análise de Dureza da Ferrita Acicular (HV100)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Média

274 269 261 255 251 285 274 275 279 252 286 277 270

Metodologia 2

Análise Química do Metal de Solda

% C % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % VEspecificado E7018

(valores máximos) AWS 5.10,15 0,75 1,60 0,04 0,04 0,20 0,30 0,30 0,08

Eletrodo comercial 0,09 0,45 1,11 0,02 0,03 0,10 0,05 0,01 0,01

% C % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % VEletrodo IMPERMEÁVEL 0,08 0,47 0,84 0,02 0,01 0,02 0,01 0,006 0,01

Análise MetalográficaAm

plia

ção

1000

X

A

mpl

iaçã

o 50

0X

Ampl

iaçã

o 10

0X Topo do Cordão Centro do Cordão Base do cordão

Base do cordão – 1000X

Ensaio de Tração

Resistência a tração 677,9 MPa

Limite superior de escoamento 554,3 MPa

Alongamento percentual após ruptura 29,1 %

Eletrodo Convencional

Limite de resistência a tração 530 a 590 MpaAlongamento 27 a 32 %

Eletrodo Convencional

Limite de resistência a tração 530 a 590 MpaAlongamento 27 a 32 %

Ensaio de Impacto – Charpy V

(- 30oC)

(- 45oC)Energia absorvida a -30o C = 68 J

Energia absorvida a -45o C = 50 J

Eletrodo Convencional

Charpy -30oC 35 a 67JCharpy – 45oC 27 a 40J

Eletrodo Convencional

Charpy -30oC 35 a 67JCharpy – 45oC 27 a 40J

Difratometria de raio X da ESCORIAE7018 Padrão - convencional

Impermeável

A análise da escoria da solda usando eletrodo

convencional mostrou que os ingredientes não foram todos queimados através do arco e provavelmente

estão em excesso na formula

Por outro lado o resultado da escoria do eletrodo impermeável mostram

poucos picos (não usual na morfologia de escórias)

indicando que provavelmente todos ou quase todos ingredientes

são usados durante a soldagem.

Provavelmente o fenômeno

associado com todos os

benefícios observados no metal de solda.

Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa

Amostra Data da Fabricação

Lote Data dos testes

Hidrogênio Difusível(ml/100g metal depositado)

1 26/07/2010 1 12/08/2010 3,4

2 26/07/2010 1 12/08/2010 3,9

3 26/07/2010 1 12/08/2010 4,7

4 26/07/2010 1 30/09/2010 2,1

5 26/07/2010 1 30/09/2010 1,8

6 26/07/2010 1 30/09/2010 2,1

7 26/07/2010 1 30/09/2010 1,8

8 01/09/2010 2 30/09/2010 1,9

9 01/09/2010 2 30/09/2010 1,7

10 01/09/2010 2 30/09/2010 1,9

11 01/09/2010 2 30/09/2010 1,9

v

15 dias

60 dias

30 diasv

Lote 1 – misturador de páLote 2 – misturador de parafuso

Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa

Eletrodo convencional: 5 a 8 ml/100gr metal depositado

Observação importante: Parece que o eletrodo impermeável exposto não promove aumento do teor de hidrogênio e talvez até reduza…..

Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa

• Eletrodo com excelente soldabilidade – corrente 20% mais baixa que para um eletrodo convencional;

• Durabilidade indeterminada – revestimento hidrofugante;

• Dispensa cuidados especiais de manutenção e conservação;

• Excelente resistência mecânica do revestimento;

• Resultados metalúrgicos e mecânicos superiores aos convencionais;

• Eletrodo de baixíssimo hidrogênio – possibilidade de homologação como E7018-1H4R??? Ou H2 se a norma permitir…………………

Observações

Tem uma tendência que precisa ser mais bem entendida: Porque é possível obter uma microestutura com quantidade tão alta de ferrita acicular (acima de 75%) comparado com o eletrodo convencional? Será uma tese a ser defendia em 2 anos.

Produzir eletrodo celulósicos para verificar o que ocorre – já começamos!!

Produzir fluxo para soldagem com arco submerso

Produzir arame tubular recheando com o material. Na verdade tambem já começamos esta etapa.

Próximas etapas

Desenvolvimento do eletrodo celulósico

= 4 mmI = 120A

Desenvolvimento do arame tubular

Alexandre Queiroz Bracarense(bracarense@ufmg.br)

Ivan Fichel(ivan@elbras.com.br)