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ESTUDO DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM DO PROCESSO ELETRODO TUBULAR NA DUREZA DA ZTA DE UM AÇO CrMo.

Enis Gonçalves Lima, Graduandos do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais / Unileste-MG Fábio José Ferreira, Graduandos do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais / Unileste-MG Lúcio Perpétuo Silva Reis Graduandos do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais / Unileste-MG Ricardo Cobaxo Graduandos do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais / Unileste-MG Willian da Cunha Andrade Graduandos do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais / Unileste-MG Reginaldo Pinto Barbosa Professor do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais / Unileste-MG RESUMO

Este estudo teve por objetivo analisar o comportamento da dureza da ZTA de um aço CrMo através da variação dos parâmetros de soldagem do processo eletrodo tubular. Sua importância deve-se aos grandes problemas verificados dentro das empresas quanto à dureza da ZTA, pois, a mesma sofre bruscas variações de suas propriedades mecânicas e de sua microestrutura se soldado fora de parâmetros pré-estabelecidos, devido ao calor de soldagem, podendo provocar sérios problemas quando em serviço. A análise se restringiu à variação da corrente, da tensão e velocidade de soldagem, de forma a se obter diferentes valores de energia de soldagem. Os ensaios metalográficos e de dureza Vickers realizados nas amostras soldadas mostraram um comportamento bastante semelhante nos três filetes de solda analisados, mostrando que a princípio a variação na energia de soldagem não foi suficiente para provocar grandes alterações de natureza metalúrgica. Todas as amostras apresentaram precipitação de martensita na região da ZTA, devido a um resfriamento extremamente rápido proporcionado pela ausência de pré-aquecimento. O metal base e zona fundida apresentaram um estrutura composta por ferrita e perlita.

Palavras-chave: ZTA, aços CrMo, dureza, soldagem por eletrodo tubular.

ABSTRACT

The objective of this study is to analyze the HAZ (Heat Affected Zone) hardness performance of a Cr-Mo steel grade by the FCAW (Flux Cored Arc Welding) parameters variation. Nowadays the factories have great problems in respect to HAZ hardness due to mechanical properties and microstructure transformation when welded using incorrect parameters. The heat input appears as the main cause. The analysis has been restricted to current, voltage and weld speed variation in order to get different values for the heat input. Metallografic and Vickers hardness tests carried out in the welded samples showed a similar behaviour. All samples showed a martensitic precipitation in the HAZ region due to a high cooling rate because of the absence of pre heating. The weld and base metal showed a microstruture formed by ferrite and perlite.

Key-words: Heat Affected Zone, Cr-Mo steel grade, hardness performance, Flux Cored Arc Welding

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INTRODUÇÃO

A soldagem por arame tubular foi desenvolvida visando unir as vantagens do processo MIG/MAG (semi-automático) com as do processo Eletrodo Revestido. Deste modo, o arame eletrodo maciço foi substituído por outro, composto de um arame tubular com alma de fluxo fusível.

Este material, como qualquer outro consumível, quando utilizado nos processos de soldagem, une-se ao material de base sendo depositado no mesmo. O material de base, por sua vez, sofre alterações em suas características mecânicas e microestruturais ao redor da região soldada, formando o que chamamos ZTA. Estas alterações metalúrgicas podem provocar problemas diversos quando os componentes soldados são colocados em serviço, como por exemplo, o trincamento das partes soldadas.

Para se avaliar o efeito dos parâmetros de soldagem foram depositados três filetes sobre uma chapa plana de aço CrMo tipo A387 Gr. 11 classe 2 NMT de espessura aproximada de 22 mm, utilizando como metal de adição o eletrodo tubular E81T1-B2. Utilizou-se três níveis de energia de soldagem através da variação da corrente, tensão e velocidade de soldagem.

OBJETIVOS

Os principais objetivos do trabalho são:

1. Analisar a influência da variação da energia de soldagem na dureza da ZTA;

2. Verificar a soldabilidade das ligas de aço CrMo;

3. Verificar a estrutura da ZTA pós-soldagem, e a maneira mais acertiva de se realizar a soldagem deste material.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Processo de Soldagem Eletrodo Tubular

Processo de soldagem a arco que produz a coalescência de metais pelo aquecimento destes com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico tubular, contínuo, consumível e o metal de base. A proteção do arco e do cordão é feita por um fluxo de soldagem contido dentro do eletrodo, que pode ser suplementado por uma proteção gasosa adicional fornecida por uma fonte externa.

A soldagem com arame tubular foi desenvolvida visando unir as vantagens do processo MIG/MAG (semi-automático) com as do processo eletrodo revestido (revestimento fusível formador de gases protetores, escória, elementos de liga, etc.). Deste modo o arame eletrodo maciço foi substituído por outro, composto de um arame tubular com alma de fluxo fusível, semelhante ao utilizado no arco submerso.

As FIG.1 e 2 mostram esquematicamente o funcionamento do processo de soldagem com arame tubular.

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Figura. 1 - Soldagem a arco elétrico com Arame Tubular Autoprotegido

Figura 2 - Soldagem a arco elétrico com Arame Tubular com Proteção Gasosa

Equipamento de Soldagem

O equipamento de soldagem com arame tubular é bastante semelhante ao utilizado no processo MIG/MAG. Devem ser feitas, porém, as seguintes ressalvas:

a) A fonte tem capacidade de gerar maiores intensidades de corrente;

b) As pistolas, em casos onde a intensidade de corrente é elevada, são usualmente, refrigeradas com água ou ar;

c) No processo autoprotegido o sistema de gás de proteção é inexistente.

As FIG.3 e 4 mostram respectivamente: representação esquemática de um equipamento para soldagem com arame tubular e tochas para soldagem com proteção gasosa

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Figura 3 - Equipamento para soldagem com arame tubular

Figura 4 - Tocha para soldagem com proteção gasosa

Características e Aplicações de Soldagem

A soldagem com arame tubular tem como principal característica à elevada taxa de deposição, o que, aliado a uma solda de boa qualidade, tem tido uma vasta aplicação nas diversas áreas da indústria. A soldagem por eletrodo tubular é utilizada para soldar aços carbono, baixa liga e inoxidáveis usados na fabricação de vasos de pressão e tubulações para a indústria química, petrolífera e de geração de energia. Na indústria automotiva e de equipamentos pesados, vem sendo usado na fabricação de partes do chassi, eixo diferencial, cambagem de rodas, componentes de suspensão e outras partes. Arames tubulares com diâmetros menores vêm sendo utilizados no reparo de chassis de automóveis. Este processo é utilizado também na soldagem de algumas ligas de níquel.

O método a ser usado depende do tipo de eletrodo desenvolvido, das propriedades mecânicas exigidas, do tipo de junta, do tipo de adaptador e etc. Entre os metais base soldáveis pelo processo FCAW podemos citar:

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• Aços baixo carbono

• Aços estruturais resistentes à corrosão atmosférica

• Aços cromo-molibdênio resistentes a altas temperaturas

• Aços ligados ao níquel

• Aços temperados

• Aços médio carbono, tratados termicamente e baixa liga.

• Aços inoxidáveis

• Ligas de níquel

Técnicas de Soldagem

Solda de filetes

O processo é utilizado para solda de filetes em estruturas e equipamentos. Em função da sua grande faixa de utilização, diversas dimensões para os cordões de solda podem ser obtidas com um mesmo diâmetro de arame.

As dimensões desejadas para os filetes podem ser obtidas através de um ou mais passes, variando de acordo com os diâmetros dos arames, propriedades desejadas da junta e posição de soldagem.

Solda com penetração total

Nesta técnica, o processo de soldagem por Arame Tubular ganhou grande popularidade e credibilidade, pelas suas características de apresentar uma boa penetração e excelente controle da poça de fusão, permitindo a execução de uma junta soldada desde o passe de raiz até ao acabamento em pequenas e grandes espessuras, a possibilidade de soldagem em locais de difícil acesso e em todas as posições com uma alta taxa de deposição, a excelente qualidade do material depositado e um grande fator de utilização.

Este último é responsável pela grande utilização deste processo em estruturas "Off Shore", onde se exigem altas taxas de deposição com excelente qualidade da junta soldada. A soldagem de penetração total pode ser obtida por apenas um lado com ou sem abertura da raiz, por meio de passe único ou multipasse, consoante as espessuras envolvidas. A soldagem pode também ser executada por ambos os lados da junta caso haja acesso e seja economicamente viável.

Tipos de Transferência Metálica

As transferências metálicas no processo arame tubular, são função dos parâmetros de soldagem empregados e do gás ou mistura gasosa utilizada. Neste processo tem-se os seguintes tipos de transferências:

• Curto-circuito: caracterizada pelo constante processo de extinção e reacendimento do arco elétrico. Este tipo de transferência permite a soldagem em todas as posições, com o inconveniente de gerar uma grande quantidade de respingos.

• Globular: é a transferência metálica típica produzida pelos arames tubulares; ocorre com correntes mais baixas que na transferência por spray. Existe grande incidência de respingos de metal de solda.

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• Por spray ou pulverização: ocorre quando são estabelecidas altas intensidades de correntes e altas tensões do arco em relação a um determinado diâmetro de arame. Dentre os gases ou misturas gasosas utilizadas, apenas o argônio e as misturas gasosas de argônio com teor de CO2 variando entre 0 e 15%, permitem produzir este tipo de transferência metálica.

Por produzir uma elevada taxa de deposição, a transferência por spray restringe-se apenas à posição plana.

Um problema gerado por este tipo de transferência metálica é a possibilidade de ocorrência de falta de fusão, devido ao jato metálico ser dirigido para regiões que não tenham sido suficientemente aquecidas.

• Por arco pulsante: é uma transferência tipo spray sintético, obtida pela pulsação da corrente entre dois níveis pré-estabelecidos: uma corrente de base, baixa o suficiente para manter estável o arco elétrico e resfriar a poça de fusão e uma corrente de pico, superior a corrente de transição globular - spray. Por este motivo a energia de soldagem é baixa, facilitando a soldagem com arames de grandes diâmetros fora da posição plana.

Descontinuidades Induzidas pelo Processo

Falta de fusão - ligada à transferência por curto-circuito.

Falta de penetração - também ligada à transferência por curto-circuito, podendo ainda surgir por preparação inadequada do chanfro ou erro na configuração da junta escolhida pelo projeto.

Inclusão de escória - deficiência do soldador no processo de remoção da escória, alta velocidade de soldagem, projeto inadequado da junta.

Mordedura - inabilidade do soldador ou amperagem elevada.

Poros e porosidade - surgem quando a velocidade de soldagem é elevada, não permitindo a difusão dos gases pelo cordão. Na soldagem com proteção gasosa, podem ser causadas por uma vazão de gás inadequada ou por ventos no local de soldagem, o que impede urna proteção efetiva da poça de fusão. Podem ocorrer ainda quando são utilizadas misturas ricas em Ar em soldagem de chapas grossas. Tensões elevadas utilizadas na soldagem.

Sobreposição - ligada à transferência por curto-circuito ou inabilidade do soldador

Trincas - normalmente são oriundas de técnicas de soldagem e/ou preparação inadequadas. Há que se considerar a formação de fases pré fusíveis, resultantes das combinações de elementos desoxidantes com o oxigênio que podem ocasionar trincas à quente.

Tipos e Funções dos Consumíveis

Na soldagem com arame tubular os consumíveis utilizados são:

a) Eletrodos

São arames tubulares ocos com alma formada por um fluxo fusível de baixo teor de hidrogênio. Quando o gás protetor for de natureza ativa, devem estar presentes na composição química do eletrodo elementos desoxidantes, tais como o Mn, e o Si. No caso dos arames autoprotegidos, existe na composição química

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do fluxo a presença do Al.

As especificações AWS A5. 20 e A5.29 classificam arames tubulares para aços C-Mn e baixa liga respectivamente. Para aços inoxidáveis são utilizados arames classificados pela AWS A5.22.

Existem dois tipos de arames tubulares:

• Autoprotegido – onde a proteção do arco e da poça de fusão é feita unicamente pela queima do fluxo em pó, contido no núcleo do arame.

O arame tubular autoprotegido possui no seu interior uma quantidade maior de fluxo, o que proporciona durante a sua queima uma produção de gases e fumos suficiente para atuar tanto nas características de fusão, quanto na proteção global da poça de fusão durante a soldagem.

• Proteção adicional de gás – onde, além dos gases gerados pelo fluxo, é utilizado um gás adicional para a proteção, que flui pelo mesmo bocal de onde emerge o arame tubular.

Na soldagem por arame tubular com proteção gasosa, a queima e vaporização do revestimento proporcionam a estabilização do arco elétrico, bem como a melhoria das características do metal depositado. No entanto, sendo pouca a quantidade de revestimento, a sua queima não permite obter o volume necessário de gases para proteção global do banho de fusão, sendo necessário utilizar uma proteção adicional de gás. Os gases normalmente utilizados são: inertes, como argônio e hélio ou, então, ativos como dióxido de carbono ou mesmo podendo ocorrer a mistura destes.

A escória formada sobre o metal de solda possui as mesmas funções metalúrgicas dos processos de soldagem por eletrodo revestido e arco submerso; aliada a estas funções, a escória promove um ótimo acabamento.

Pela utilização de arames de maior diâmetro e faixas mais altas de corrente elétrica tem-se, em comparação com o processo MIG/MAG, elevadas taxas de deposição, juntamente com boa penetração e velocidades de soldagem altas.

Assim como os arames maciços, utilizados nos processos MIG/MAG, o arame tubular também é embalado numa forma contínua (bobinado); por esta razão, eles podem ser empregados tanto em processos semi-automáticos como em processos automáticos. Em ambos os processos, o arame tubular é alimentado automaticamente através de uma pistola. No processo semi-automático, o soldador controla a inclinação e a distância da pistola à peça, bem como a velocidade de deslocamento e a manipulação do arco.

b) Gases de proteção

São utilizados conforme requerido pela especificação do eletrodo.

Características e Classificação dos Arames Tubulares

A AWS (American Welding Society) possui três especificações destinadas aos consumíveis para soldagem pelo processo FCAW:

AWS A5.20 - Arames Tubulares de Aço Carbono;

AWS A5.29 - Arames Tubulares de Aço Baixa Liga;

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AWS A5.22 - Arames Tubulares Inoxidáveis

A maior parte dos eletrodos de aço carbono e baixa liga para o FCAW são classificados de acordo com os requisitos (exigências) da AWS A5.20 - Specification for Carbon Steel Electrodes for Flux Cored Arc Welding e da A5.29 - Specification for Low Alloy Steel Electrodes for flux Cored Arc Welding. O sistema de classificação usado nestas especificações segue basicamente a FIG.5.

Figura 5 - Sistema de classificação segundo a AWS para consumíveis de aço carbono e baixa liga

Para os eletrodos baixa liga é acrescentada a esta classificação, após a letra T, um número que indica a composição química do metal depositado. Conforme mostra a TAB.1.

Tabela 1 - Classificação dos eletrodos para aços de baixa liga

NE : Não especificado

MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais Empregados

Metal de Base

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O aço sofre grandes alterações quando são adicionados elementos de liga em sua estrutura, podendo modificar todas as suas propriedades físico-mecânicas. O cromo e o molibdênio possuem características, que quando adicionados a outro metal, formam ligas que são utilizadas para as mais diversas aplicações.

Segue abaixo mais detalhadamente as principais características e aplicações dos elementos de liga Cr e Mo.

a) Cromo:

A principal característica do cromo é a sua influência sobre o campo γ. Ligas com mais de 15% de cromo são ferríticas, não passam por uma fase γ durante o resfriamento. Diferenciamos nos aços liga ao cromo os tipos perlíticos-martensíticos, os semi-ferríticos e os ferríticos.

O cromo possui uma grande afinidade pelo carbono a qual resulta na formação de carbonetos mistos de ferro e cromo, quando o teor de cromo é baixo, e na formação de carbonetos de cromo puros quando o teor deste elemento é mais alto.

O cromo diminui também a velocidade crítica de resfriamento; este fenômeno junto com a tendência de formação de carbonetos é responsável pela alta sensibilidade a trincas na têmpera destes aços, motivo pelo qual o resfriamento é sempre feito em óleo ou corrente de ar.

O cromo também reduz a condutibilidade térmica dos aço, por isso o pré-aquecimento deve ser feito com chama macia ou no forno. Como regra geral, podemos constatar que quase todos os aços ao cromo quando submetidos ao processo de soldagem requerem um pré e pós-aquecimento.

b) Molibdênio:

Também o molibdênio tem uma grande afinidade pelo carbono, semelhante à do cromo e forma carbonetos mistos e puros, dependendo do teor de carbono. A velocidade de transformação perlítica dos aços ao molibdênio é baixa, enquanto que a de transformação bainítica é alta. Por este motivo os aços molibdênio tem uma forte tendência de formação de bainita quando são resfriados ao ar. O seu emprego principal consiste na fabricação de ferramentas a quente, pois os carbonetos de molibdênio aumentam a resistência dos aços e conferem ao aço elevada resistência até 500ºC. O molibdênio sempre é utilizado junto com outros elementos de liga, como cromo e níquel, pois a composição de suas características junto com as de cromo e níquel confere aos aços boa temperabilidade e resistência ao revenimento. Quando o teor de carbono é inferior a 0,3% os aços ao cromo-molibdênio e ao cromo-níquel-molibdênio são soldáveis por fusão. O seu endurecimento após um resfriamento ao ar não é tão pronunciado como o dos aços ao cromo-níquel. Entretanto, um pré e pós-aquecimento é sempre recomendável.

O metal de base que foi utilizado neste trabalho é o aço liga A387 Gr. 11 CL. 2 NMT de acordo com a norma ASME Seção II parte A edição de 2001. Apresenta-se na TAB.2, a composição química desta liga e na TAB.3, as suas propriedades mecânicas típicas.

Tabela 2 - Composição Química do Metal de Base (%)

C Si Mn P S N Al Cu Cr Ni Mo Nb V Sn

0,15 0,61 0,54 0,009 0,001 0,005 0,032 0,02 1,14 0,04 0,50 0,01 0,01 0,01

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Tabela 3 - Propriedades Mecânicas Típicas do Metal de Base

Tensão de Escoamento 354 Tensão de Ruptura (Mpa) 526 Alongamento em 8" (%) 28

Metal de Adição

Para realização das soldas nos corpos de prova do aço CrMo foi utilizado o arame tubular E81T1-B2 do fabricante ESAB. Este arame do tipo “flux cored” (fluxo coberto) rutílico contém 1,2% de Cr e 0,5% Mo, sendo designado para soldagem de aços Cr-Mo e aços similares. É recomendado para soldagem em passe único ou multipasse.

Apresenta-se na TAB. 4, a composição química típica do eletrodo E81T1-B2:

Tabela 4 - Composição Química do Metal de Adição (%)

C Si Mn Cr Mo

0,05 0,50 1,10 1,20 0,55

Este eletrodo é aplicado para soldagem em todas as posições. Seus constituintes e processo de fabricação garantem baixo nível de hidrogênio difusível. Desenvolvido especialmente para soldagem de aços baixa liga resistentes ao calor do tipo Cr-Mo. Designado para soldagem, fabricação e reparo de caldeiras, tubos e superaquecedores que trabalham entre 400-500°C.

Na TAB.5 estão relacionadas algumas propriedades mecânicas mais representativas do eletrodo E81T1-B2:

Tabela 5 - Propriedades Mecânicas do Eletrodo E81T1-B2

Limite de Escoamento 590 Limite de Resistência 650

Alongamento (%) 25

Procedimento de Soldagem

Preparação dos Corpos de Prova

Foi utilizada na preparação do corpo de prova, uma chapa de aço ASTM A387 de espessura de 22,22 mm. A chapa foi recortada nas dimensões de 300 X 300 mm, visando um melhor aproveitamento do material.

A etapa seguinte ao corte foi a realização a remoção de todo o óxido da superfície da peça. Este trabalho foi realizado com o auxílio de uma lixadeira manual com um disco de desbaste de 7” e uma escova de aço rotativa no mesmo diâmetro.

Logo após, foram abertos três guias de ± 1 mm de profundidade com utilização da lixadeira e disco de desbaste. Estes guias tem como finalidade guiar o soldador no momento em que o mesmo estiver

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realizando a soldagem , de modo que o cordão de solda permaneça o mais alinhado possível. Na FIG. 6 é apresentado um perfil da chapa de aço A387.

Figura 6 - Perfil da chapa de aço A387

Deposição dos Cordões de Solda

A operação de soldagem constou do preenchimento total de cada um dos guias na chapa pela técnica de soldagem com eletrodo tubular, utilizando corrente contínua. A operação foi realizada na posição plana pelo mesmo soldador.

Na soldagem foi utilizado uma fonte com controle tiristorizado juntamente com um alimentador de arame, os quais apresentam as seguintes características:

Fonte para solda semi-automática:

Fabricante: ESAB

Modelo: LAI 550 P

Classe ABNT: II

Faixa de corrente/tensão (A/V): 50/16 – 550/44

Faixa de tensão em vazio (V): 17 – 55

Cargas autorizadas

Fator de trabalho (%): 60 – 100

Corrente de soldagem (A): 550 – 400

Tensão em carga convencional (V): 44 – 34

Alimentação elétrica trifásica (V-Hz): 3Ø 220/380/440 60

Potência aparente nominal (KVA): 26,5

Dimensões (I x c x a – mm): 690 x 1220 x 840

Classe térmica: H (180°C)

Grau de proteção: IP22

Peso (kg): 210

Alimentador de arame:

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Alimentação elétrica (Vca – 50/60 Hz): 42

Moto-redutor: CC – imã permanente

Velocidade de avanço do arame (m/min): 1,5 – 22

Conexão da pistola ou tocha de soldar: Euro-conector

Diâmetro de arame (mm)

Sólido: 0,60 – 1,60

Alumínio ligado: 1,00 – 3,20

Tubular: 1,20 – 3,20

Peso sem arame (kg): 13,2

Dimensões sem arame (I x c x a) (mm): 240 x 500 x 315

Anteriormente à operação de soldagem, a chapa foi fixada em uma bancada com o objetivo de evitar a movimentação da peça.

A variável que se pretende investigar é a energia de soldagem. Face a isto, foram depositados três cordões de solda, observando diferentes energias de soldagem, variando-se a amperagem, voltagem e velocidade de deslocamento, mantendo-se constante todos os demais parâmetros. Segue, na TAB.6, os valores dos parâmetros utilizados na soldagem:

Tabela 6 - Parâmetros de Soldagem

Parâmetros 1º Filete 2º Filete 3º Filete

Tensão (V) 26 ~ 26,4 28 ~ 28,4 29 ~ 29,8 Corrente (A) 176 ~ 184 208 ~ 212 248 ~ 260

Velocidade de soldagem (mm/s) 6,666 7,317 7,895

Tempo de soldagem 45 41 38 Energia de Soldagem

(J/mm) 619,41 689,57 795,67

A fórmula abaixo foi utilizada para o cálculo da energia de soldagem:

E = f x V x I;

Vs

Onde:

E – Energia de soldagem (J/mm)

F – Rendimento Térmico (%)

V – Tensão (V)

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I – Corrente (A)

Vs – Velocidade de Soldagem (mm/s)

Preparação dos Corpos de Prova para o Ensaio de Dureza e Metalografia

Após a soldagem, a chapa foi enviada para o laboratório de ensaio mecânicos para teste de dureza. Foram retirados 9 corpos de prova (CP`s) de largura entre 25 a 30 mm, os quais foram cortados em uma serra circular. Foram eliminados as pontas iniciais e finais dos filetes de forma a evitar distorções nas análises.

Os CP`s foram identificados em relação ao filete e ä posição da amostra ao longo do comprimento do cordão de solda, conforme TAB. 7.

Tabela 7 – Identificação dos cp’s para ensaio de dureza

Filete Início do Meio do Cordão Final do Primeiro AM01-01 AM01-02 AM01-03 Segundo AM02-01 AM02-02 AM02-03 Terceiro AM03-01 AM03-02 AM03-03

Após este procedimento, os CP’s foram levados a uma lixa rotativa, onde o material foi lixado com uma lixa nº 80 até que uma de suas faces ficasse plana. Foi realizada uma preparação da superfície dos mesmos para análise macrográfica, utilizando uma seqüência de lixamento com lixas nº 120 e 400 visando a obtenção de uma superfície com a menor rugosidade possível. As superfícies preparadas foram submersas em uma solução de iodo, para tornar destacada a zona fundida e a ZTA em relação ao material de base. Após feito o ataque químico, as superfícies foram envernizadas para evitar a corrosão.

A superfície dos corpos de prova foram polidas e marcadas da seguinte forma, para que se pudesse realizar os ensaios de dureza do material:

• Foi feito uma reta na direção vertical ao corpo de prova e no centro da parte soldada;

• Marcou-se dois pontos no metal de base, dois pontos na ZTA e mais dois pontos na zona fundida.

Ensaio de Dureza Vickers

Os corpos de prova foram ensaiados em um durômetro de bancada e utilizado uma lente de ampliação de 140X. Foi utilizado método de dureza Vickers, com carga de 5kgf (HV5).

Após a macrografia realizada, os CP’s foram polidos para que pudessem ser feitos os ensaios de dureza. Os ensaios foram realizados na vertical (no centro da solda) do corpo de prova, compreendendo dois pontos em cada área do material, ou seja, 2 pontos na zona fundida, 2 pontos no metal de base e dois pontos na ZTA, conforme FIG.7. Este mesmo procedimento foi realizado em todos os 9 corpos de prova, sendo anotados todos os dados obtidos para posteriores análises.

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Figura 7 – Disposição dos pontos onde foram feitos testes de dureza no corpo de prova

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Após realizadas as metalografias e posteriormente os ensaios de dureza nos CP’s, foram realizadas as análises micrográficas no metal de base, ZTA e zona fundida com o objetivo de se conhecer as microestruturas de cada uma.

Pode-se observar que mesmo havendo variações na energia de soldagem, a ZTA (zona termicamente afetada) não sofreu grandes alterações em suas dimensões, o mesmo ocorrendo com relação à dureza, que é o foco principal do trabalho.

Após análise metalográfica dos corpos de prova, verificou-se que todo o metal de base do aço CrMo apresentou uma estrutura constituída de Ferrita e Perlita, vide FIG.8a. A ZTA, no entanto, apresentou uma precipitação de martensita FIG.8b. Esta precipitação de martensita deveu-se ao não pré-aquecimento da peça, fazendo com que o tempo de resfriamento da chapa diminuísse, não dando tempo do cordão de solda solidificar-se de forma ordenada, o que confere a esta região (ZTA) um nível elevado de tensão. Este tipo de estrutura torna o material mais frágil à esforços mecânicos, facilitando o surgimento de trincas em toda a região afetada termicamente e a possíveis quebras de juntas soldadas.

Na análise de dureza observou-se um comportamento bastante semelhante para os três filetes de solda. Praticamente em todos foi verificado que as variações de dureza encontradas são muito bruscas, principalmente da ZTA em relação ao metal de base e a zona fundida, porém de um corpo de prova para o outro não houve grandes alterações, implicando em um gráfico quase uniforme em suas variações.

(a) (b)

Figura 8 – (a) Estrutura do metal base (MB), apresentando ferrita (fase clara) e perlita (fase escura).

(b) Estrutura da ZTA, apresentando região com precipitação de martensita (fase escura).

23

22

21

18

20

15

ZFZTA

MB

ZF- Zona FundidaZTA- Zona Térmica AfetadaZF- Zona Fundida

15

AM 01

050

100150200250300350400450

15 18 20 21 22 23

Dis t. (m m )

Dur

eza

(HV5

)

AM 01.1 A M 01.2 A M 01.3

Na análise de dureza observou-se um comportamento bastante semelhante para os três filetes de solda. Praticamente em todos foi verificado que as variações de dureza encontradas são muito bruscas, principalmente da ZTA em relação ao metal de base e a zona fundida, porém de um corpo de prova para o outro não houve grandes alterações, implicando em um gráfico quase uniforme em suas variações.

Na ZTA, onde a dureza ficou em torno de 377 HV5 (valor médio retirado dos três cordões), foi verificado em sua estrutura uma precipitação de martensita. Isto ocorre devido à relação de temperatura e taxa de resfriamento, em função da inexistência de um pré-aquecimento do metal de base.

Nas demais áreas do corpo de prova, metal de base e zona fundida, a dureza dos materiais permaneceram as mesmas nos três corpos de prova do primeiro cordão.

Verificou-se um abaixamento da dureza média da ZTA entre o primeiro e segundo filetes, soldados com energia de 619,41 J/mm e de 689,57 J/mm, respectivamente. As suas respectivas durezas foram de 381 HV e 368 HV. O terceiro filete, soldado com energia de 795,67 J/mm apresentou um CP (AM03-02) com dureza média de 317 HV, no entanto os CP`s retirados no início e final do cordão apresentaram dureza média de 440 HV. É de esperar-se que com o aumento da energia de soldagem, a dureza média da ZTA decrescesse, uma vez que a velocidade de resfriamento é menor nestas condições.

Apresenta-se nas FIG. 9 a 11, os gráficos de dureza de cada um dos filetes soldados.

Com estes resultados, podemos afirmar que apenas variando a energia de soldagem é possível se conseguir uma variação relativamente diferente de dureza na ZTA, dependendo para isto uma maior diferença entre os valores de energia de soldagem adotados.

Fig. 9 – Gráfico de dureza do primeiro filete, soldado com energia de 619,41 J/mm

Fig. 10 – Gráfico de dureza do segundo filete, soldado com energia de 689,57 J/mm.

AM 02

050

100150200250300350400450

15 18 20 21 22 23

Dis t. (m m )

Dur

eza

(HV

5)

A M 02.1 A M 02.2 A M 02.3

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Fig. 11 – Gráfico de dureza do terceiro filete, soldado com energia de 795,67 J/mm

Verificou-se, também, que o procedimento utilizado para soldagem dos corpos de prova não está correto, pois se o material resfria muito rapidamente fica muito suscetível à trincas na zona termicamente afetada, o que é devido à presença da estrutura martensítica e ao crescimento grosseiro dos grãos.

O procedimento de soldagem adotado não foi definido corretamente para a liga CrMo em estudo, de forma que, através de estudos, pudemos verificar que seria mais correto a realização de um pré-aquecimento na peça a ser soldada, visto que a função do pré-aquecimento é diminuir a taxa de resfriamento do material pós-soldado, podendo este ter uma melhor organização de seus grãos e uma estrutura mais dúctil, melhorando assim as propriedades da ZTA.

CONCLUSÃO

Após as observações realizadas, pode-se concluir que:

• As ligas CrMo apresentam boa soldabilidade, não oferendo dificuldades quando da sua soldagem.

• Variações na energia de soldagem podem levar a diferentes valores de dureza na ZTA (zona termicamente afetada) devido às diferentes velocidades de resfriamento impostas pelas mesmas.

• O metal de base ASTM A387 apresenta uma estrutura de ferrita e perlita.

• A zona termicamente afetada das ligas CrMo apresentam tendências à precipitação de martensita, estrutura frágil e quebradiça, quando soldadas sem critérios previamente estabelecidos. Esta martensita é originada a partir de altas velocidades de resfriamento.

• O pré-aquecimento torna-se necessário na soldagem das ligas CrMo de forma a se evitar ou minimizar a precipitação de martensita na ZTA dessas ligas.

BIBLIOGRAFIA

ABS. Associação Brasileira de Soldagem. Site de soldagem Disponível em: <http://www.infosolda.com.br>

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AM 03

050

100150200250300350400450500

15 18 20 21 22 23

Dis t. (m m )

Dur

eza

(HV

5)

AM 03.1 AM 03.2 AM 03.3

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COUTINHO, C. B. Materiais metálicos para engenharia. Belo Horizonte: UFMG/Fundação Christiano Ottoni, 1992.