fundaÇÃo centro universitÁrio estadual da zona …

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FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DE MATERIAIS ESTUDO DA CARACTERIZAÇÃO DO CONSUMÍVEL NACIONAL NA SOLDAGEM DO AÇO 80 HLES PELO PROCESSO DE ELETRODO REVESTIDO NA CONSTRUÇÃO DE SUBMARINOS LUIZ ANTONIO DA SILVA DISSERTAÇÃO DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS MESTRADO PROFISSIONAL UEZO Rio de Janeiro, 28 de novembro de 2017.

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FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DE

MATERIAIS

ESTUDO DA CARACTERIZAÇÃO DO CONSUMÍVEL NACIONAL NA

SOLDAGEM DO AÇO 80 HLES PELO PROCESSO DE ELETRODO REVESTIDO

NA CONSTRUÇÃO DE SUBMARINOS

LUIZ ANTONIO DA SILVA

DISSERTAÇÃO DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS MESTRADO PROFISSIONAL UEZO

Rio de Janeiro, 28 de novembro de 2017.

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DE

MATERIAIS

ESTUDO DA CARACTERIZAÇÃO DE CONSUMÍVEL NACIONAL NA

SOLDAGEM DO AÇO 80 HLES PELO PROCESSO DE ELETRODO REVESTIDO

NA CONSTRUÇÃO DE SUBMARINOS

Orientador

Prof. Mauro Carlos Lopes Souza, DSc

Rio de Janeiro, 28 de novembro de 2017.

Dissertação de Mestrado apresentada

ao Programa de Pós-Graduação em Ciência

e Tecnologia de Materiais do Centro

Universitário da Zona Oeste – UEZO, como

parte integrante dos requisitos necessários

para obtenção do título de Mestre em

Ciência e Tecnologia de Materiais.

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ESTUDO DA CARACTERIZAÇÃO DE CONSUMÍVEL NACIONAL NA

SOLDAGEM DO AÇO 80 HLES PELO PROCESSO DE ELETRODO REVESTIDO

NA CONSTRUÇÃO DE SUBMARINOS

Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-Graduação em

Ciência e Tecnologia de Materiais do Centro Universitário da Zona Oeste – UEZO,

como parte integrante dos requisitos necessários para obtenção do título de Mestre

em Ciência e Tecnologia de Materiais.

LUIZ ANTONIO DA SILVA

Aprovado por:

_______________________________________________

Prof. Mauro Carlos Lopes Souza, DSc. (Orientador) Universidade Estadual da Zona Oeste – UEZO

_______________________________________________

Prof. Carlos Alberto Martins Ferreira, DSc. Universidade Estadual da Zona Oeste – UEZO

_______________________________________________

Prof. Joanes Silva Dias, DSc. CEFET-RJ

Rio de Janeiro, 28 de novembro de 2017.

Page 4: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

Aos meus pais, Manoel (In memoriam) e Antônia que sempre acreditaram em

mim, à minha esposa Cristiani, pela paciência e apoio incondicional, às minhas

filhas, Júlia e Laís, que estiveram sempre ao meu lado querendo saber sobre o que

eu estava escrevendo e quando iria terminar. “Obrigado pela torcida meninas”.

Direi do Senhor: Ele é o meu Deus, o meu refúgio, a minha fortaleza,

e nele confiarei

Salmos 91:2

Page 5: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar, à Deus, qυе me deu esta oportunidade, muita força, garra e

perseverança ao longo da minha vida e ao final de mais uma etapa, e em seguida

buscar ainda mais conhecimento para passar adiante.

À UEZO, sеυ corpo docente, direção, е administração que buscam manter o

ensino e incentivar novos alunos a seguir no rumo da pesquisa e desenvolvimento

do ensino brasileiro.

Aos meus amigos de classe da UEZO que nestes dois anos pudemos trocar

várias experiências e aos grandes momentos que estivemos juntos em sala de

aula, em especial aos amigos Eng. Marcelo Ferraz e ao Eng. Rogério Nunes, por

quem me ajudou tenho muita consideração.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Mauro Carlos Lopes Souza, muito obrigado pelo

apoio, que em todos os momentos que necessitei, lá estava ele para me auxiliar.

Agradeço aos professores, dos quais ao longo destes anos que estivemos

juntos, tive a honra em conhecê-los melhor, poder abstrair em suas aulas os seus

conhecimentos, partilhar sobre diversos assuntos sobre experiência profissional e

vida pessoal.

Aos amigos da ICN, Sr. Paulo Gualhano, que realizou as usinagens das

amostras em um tempo rápido e com muita perfeição, agradecimento em especial

ao amigo Eng. Ralf H. Kohl e seus técnicos de laboratório de análises

metalógraficas, Marcos Felipe, Marcos Vinícius e Vivian Kaline, que

acompanharam nas confecções dos corpos de prova e realizaram todos os

ensaios mecânicos e metalógraficos. Agradeço também ao soldador Anderson

Rodrigues pela dedicação e seu profissionalismo, ao esmerilhador e maçariqueiro

Wladimir e Valdir, ao pessoal do preaquecimento e ao grande mestre Sr. Antônio

Gonçalves de Souza à quem tenho carinho e grande admiração e ao amigo Eng.

Bruno C. Ferreira quem me ajudou nas correções.

Um muito obrigado especial ao Prof. Dr. Sérgio Souto Maior, que me auxiliou

na interpretação das amostras e esteve sempre prestativo em passar o seu

conhecimento.

Page 6: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

i

RESUMO

SILVA, Luiz Antônio Da. Estudo da caracterização do consumível nacional na

soldagem do aço 80 HLES pelo processo de eletrodo revestido na construção de

submarino. Dissertação (Mestrado Profissional). Programa de Pós-Graduação em

Ciência e Tecnologia de Materiais – Centro Universitário Estadual da Zona Oeste

2017.

Estudo visa analisar a microestrutura da junta soldada e propriedades mecânicas das

amostras, na soldagem do aço de fabricação Francesa 80 HLES, utilizado nos cascos dos

submarinos para a construção naval brasileira. Foram realizadas soldagens multipasse,

utilizando o processo de eletrodo revestido, de acordo com as normas AWS/ASME SFA

A5.5/A5.5M: 2006 e ISO EN4063, cuja classificação é E11018G Ø 3,2 mm, especificação

NCSW 110G. Utilizou-se a posição plana, em junta de topo, em “X”, formada por duas

chapas, de espessura 30 mm. Conforme a Norma ISO EN 6947:1990, foi utilizada uma

EPS. Os consumíveis são de procedência Francesa, fabricado pela Air Liquide. Foram

utilizadas resistências elétricas, para o pré e pós-aquecimento. Em seguida fez-se o

monitoramento eletrônico, que gerou um gráfico, necessário para controle de temperatura

de interpasse evitando trincas a frio, durante o processo. Cinco horas, após a soldagem, as

juntas foram inspecionadas, conforme os requisitos das normas Européias [EN 910

Destructive tests on welds in metallic materials — Bend tests, EN 970, Non-destructive

examination of fusion welds — Visual examination; EN 1320, Destructive tests on welds in

metallic materials — Fracture test; EN 1435, Non-destructive examination of welds —

Radiographic examination of welded joints]. As inspeções visuais mostraram perfeita

integridade do cordão e juntas. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram boa

continuidade da solda e a ausência de defeitos. Os resultados da macrografia, gamagrafia,

RX e US, mostraram que todos os cordões e passes das soldas foram distribuídos de

maneira homogênea. A microscopia óptica mostrou na ZTA boa distribuição da ferrita,

principalmente da ferrita colunar, com pequena formação de Bainita, durante o

resfriamento. Na MS foram observados ferrita acicular circundada por ferrita primária.

Conclui-se, assim, que o consumível nacional utilizado pode substituir o consumível

francês, de maneira satisfatória.

Palavras chave: Eletrodo Revestido; Soldagem; Ensaios Destrutivos; Macrografia e

Micrografia; Aço 80 HLES; Consumível Nacional; Controle de Temperatura.

Page 7: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

ABSTRACT

SILVA, Luiz Antônio Da. Study of the characterization of the national

consumable in the welding of the HLES 80 steel by the coated electrode process in

the construction of submarine. Dissertation (Professional Master's). Postgraduate

Program in Materials Science and Technology - Centro Universitário Estadual da

Zona Oeste 2017.

The aim of this study is to analyze the welded joint microstructure and mechanical

properties of the samples, in the welding of the steel of French manufacture 80 HLES, used

in the hulls of the submarines for the Brazilian naval construction. Multipass welds were

used, using the coated electrode process, according to the standards AWS / ASME SFA

A5.5 / A5.5M: 2006 and ISO EN4063, whose classification is E11018G Ø 3.2 mm,

specification NCSW 110G. The flat position was used as the Butt welding joint in "X",

formed by two plates, 30 mm thick. According to ISO Standard EN 6947: 1990, EPS was

used. The consumables are of French origin, manufactured by Air Liquide. Electrical

resistances were used for pre and post-heating. Then, the electronic monitoring was

performed, which generated a graph, necessary to control the temperature of the interpass,

avoiding cold cracks, during the process. Five hours after welding, the joints were

inspected, according to the requirements of the European standards [EN 910 Destructive

tests on welds in metallic materials - Bend tests, EN 970, Non-destructive examination of

fusion welds - Visual examination; EN 1320, Destructive tests on welds in metallic materials

- Fracture test; EN 1435, Non-destructive examination of welds - Radiographic examination

of welded joints]. Visual inspections showed perfect weld beads integrity and joints. The

results of the mechanical tests showed good continuity of the weld and absence of defects.

The results of the macrography, gammagraphy, RX and US, showed that all weld beads

and passes were homogeneously distributed. Optical microscopy showed in the ZTA good

ferrite distribution mainly of the columnar ferrite, with little formation of Bainite, during the

cooling. In the MS were observed acicular ferrite surrounded by primary ferrite. It is

concluded, therefore, that the domestic consumable used can satisfactorily replace French

consumables.

Keywords: Coated Electrode Welding; Welding Procedures; Destructive Testing;

macrography and micrography; Steel 80 HLES; National Consumable.

Page 8: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Diagrama de soldagem com eletrodo revestido ........................................... 7

Figura 2 – Solubilização do hidrogênio ......................................................................... 8

Figura 3 – Trincas causadas devidas o acumulo de hidrogênio .................................... 9

Figura 4 – Desprendimento do hidrogênio em banho de óleo mineral. ....................... 10

Figura 5 – Composição química do metal de base 80 HLES. ..................................... 16

Figura 6 – Tabela comparativa entre os aços HY, HLES e HSLA e DQ. .................... 16

Figura 7 – Posições de soldagem. .............................................................................. 17

Figura 8 – Variáveis essenciais. .................................................................................. 18

Figura 9 – Nomenclaturas do processo ER, segundo a ISO 4063. ............................. 18

Figura 10 - Geometria do chanfro duplo "V" ou “X” e o “GAP”. ................................... 20

Figura 11 – Croqui da chapa 80 HLES para a soldagem ............................................ 21

Figura 12 - Sistema de preaquecimento (resistências e termopares) montado. ......... 22

Figura 13 - Máquina de tratamento térmico e registrador gráfico. ............................... 22

Figura 14 – Layout das resistências instaladas nas chapas. ...................................... 23

Figura 15 - Detalhes da distribuição dos passes e camadas ...................................... 25

Figura 16 - Gráfico de temperatura de pré e pós-aquecimento. .................................. 26

Figura 17 - Suscetibilidade à ocorrência de trincas na ZTA. ....................................... 32

Figura 18 – Microestrutura do Metal de base da chapa 80HLES ................................ 36

Figura 19 – Denominação do grupo de material. ........................................................ 36

Figura 20 - Distribuição dos cordões e passes nas posições (PA/1G) e (PE/4G). ...... 38

Figura 21 – Distribuição das camadas posição PA e PE. ........................................... 41

Figura 22 - Macrografia da região do cordão de solda ................................................ 44

Figura 23 - Transições das Zonas MB-ZTA-MS-ZTA-MB ........................................... 45

Figura 24 – Layout das amostras para confecção dos corpos de prova. .................... 47

Figura 25 - Geometria do corpo de prova cilíndrico - tração longitudinal (MS). .......... 48

Figura 26 - Geometria retangular do corpo de prova - tração transversal. .................. 49

Figura 27 – Equipamento utilizado para a realização dos testes de dobramento. ...... 50

Figura 28 - Posicionamento do corpo de prova para dobramento. ............................. 51

Figura 29 - Corpos de provas para ensaio de dobramento. ........................................ 52

Figura 30 - Pontos para medição de micro dureza Vickers. ........................................ 53

Figura 31 – Localização dos corpos de provas MS e ZTA .......................................... 54

Page 9: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

Figura 32 - Máquina de ensaio de impacto. ................................................................ 55

Figura 33 - Resfriamento em banho de imersão (-20ºC) para ensaio de impacto. ..... 55

Figura 34 - Geometria do corpo de prova para ensaio de impacto Charpy. ................ 56

Figura 35 - Aspecto da região do corpo de prova após ensaio de impacto. ................ 57

Figura 36 - Fotos comparativas do aspecto da fratura dúctil / frágil. ........................... 57

Figura 37 - Foto do CP 1 consumível importado. ........................................................ 60

Figura 37 - Foto do CP 2 consumível Nacional ........................................................... 61

Figura 38 – Ensaio Visual, líquido penetrante, Partícula Magnética e RX, . ............... 62

Figura 39 - Micrografia da região MB aumento de 500x, Estrutura Ferrita primária .... 63

Figura 40 - Micrografia da região ZTA aumento de 500x, Estrutura de Ferrita ........... 64

Figura 40 - Micrografia da região MS - aumento de 500 X. ......................................... 65

Figura 41 – Corpo de provas com rompimento forma “taça e cone”. .......................... 67

Figura 42 – Resultados do ensaio de tração transversal – fratura Dúctil .................... 68

Figura 43 – Corpo de provas com rompimento forma taça-cone. ............................... 70

Figura 45 – Resultados do ensaio de tração transversal – fratura Dúctil .................... 71

Figura 45 - Fratura após ensaio de tração longitudinal no MS .................................... 72

Figura 46 - Fratura após ensaio de tração longitudinal no MS. ................................... 74

Figura 47 - Após ensaio de dobramento lateral. ......................................................... 74

Figura 48 - Após ensaio de dobramento lateral. ......................................................... 75

Figura 49 – Resultado do ensaio de dureza – Eletrodo Importado 1. ......................... 76

Figura 50 – Resultado do ensaio de dureza – Eletrodo Nacional 2. ........................... 77

Figura 51 - Resultado do teste de impacto e comparativo ZTA e MS. ........................ 80

Figura 52 – Resultado do teste de impacto e comparativo ZTA e MS. ....................... 81

Page 10: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 – teores usuais de Nitrogênio ......................................................................... 7

Tabela 2 – Teores usuais de Nitrogênio ...................................................................... 11

Tabela 3 – Composição química do eletrodo Importado versus Nacional................... 13

Tabela 4 – Temperaturas mínimas de preaquecimento e interpasses (IIW,1988). ..... 27

Tabela 5 – Temperaturas de pré-aquecimento para aço e ferro fundido .................... 30

Tabela 6 - Teor de hidrogênio difusível nos processos de soldagem ......................... 31

Tabela 7 – Relação entre CE e soldabilidade. ............................................................ 31

Tabela 8 – Sistema Microconstituinte dos metais de solda (IIW, 1988) ...................... 35

Tabela 9 – Comparativo do eletrodo E 11018G (% em peso) por fabricante .............. 39

Tabela 10 – Comparativo do eletrodo E 11018G (% em peso) por fabricante ............ 40

Tabela 11 - Especificações técnicas da máquina de solda. ........................................ 42

Tabela 12 - Parâmetros de soldagem junta de topo. .................................................. 43

Tabela 13- Preparação dos Corpos de prova. ........................................................... 47

Tabela 14- Análise química dos consumíveis Nacional e Importado. ........................ 58

Tabela 15- Resultados de tração transversal para o eletrodo Nacional. ..................... 66

Tabela 15 - Resultados de tração transversal para o eletrodo Importado. .................. 69

Tabela 16- Resultados de tração longitudinal para o eletrodo Importado. .................. 71

Tabela 17 - Resultados de tração longitudinal para o eletrodo Nacional. ................... 73

Tabela 18 - Resultado ensaio de dobramento eletrodo Nacional. ............................... 75

Tabela 19 - Resultado ensaio de dobramento eletrodo Importado. ............................ 76

Tabela 20 - Resultado do ensaio de dureza região Metal de Base. ............................ 77

Tabela 21 - Resultado do ensaio de dureza região ZTA. ............................................ 78

Tabela 22 - Resultado do ensaio de dureza região MS. ............................................. 79

Tabela 23 - Resultado do ensaio de impacto eletrodo Importado. .............................. 80

Tabela 24 - Resultado do ensaio de impacto eletrodo Nacional ................................. 81

Page 11: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Nacional ..................................... 66

Gráfico 2 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Importado ................................... 69

Gráfico 3 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Importado ................................... 72

Gráfico 4 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Nacional ..................................... 73

Page 12: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

LISTA DE ABREVIATURAS

ARBL Alta Resistência e Baixa Liga

AF Ferrita Acicular Al Alongamento ASM International American Society Materials International ASTM American Society Tests Materials ASME American Society of Mechanical Engineers AWS American Welding Society BA Bainita ASW Arc Submerge Welding C Carbono CE Carbono Equivalente CO/MO Óxido de carbono CP Corpo de prova Cr Cromo Cu Cobre DIN Deutsche Industrie Norm E Energia de soldagem EPS Especificação de Procedimento de Soldagem FP Ferrita Poligonal NF

Norma Francesa EN Euro Norm GAP Espaço ou distância entre chapas HEAT INPUT Aporte térmico HY High Yeld HLES Haute Limite Élastique Acier HLSA High Low Strength Steel HV Dureza Vickers IIW International Institute of Welding

I Amperè

ISO International Society Organization J/cm Joule por centímetro

kVA kilo Volt Amperè

LP Líquido penetrante

M Martensita MPa Mega Pascal

Mn Manganês

MMA Manual Metal Arc Welding

Mo Molibidênio MS Metal de Solda Nb Nióbio ŋ Rendimento do arco Ni Níquel PA Posição plana PM Partícula Magnética PF Ferrita contorno de grão RX Raio “X” ou gamagrafia S Enxofre

SAW Shielded Arc Welding SMAW Shielded Manual Arc Welding Si Silício

Page 13: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

Ti Titânio U Tensão US Ultrassom V Vanádio V Volts Vs Velocidade de soldagem

VK Vickers

Zn Zinco ZF Zona Fundida ZTA Zona Termicamente Afetada

Page 14: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

SUMÁRIO

RESUMO ............................................................................................................. i

ABSTRACT ......................................................................................................... ii

ÍNDICE DE TABELAS ......................................................................................... v

ÍNDICE DE GRÁFICOS ..................................................................................... vi

LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................. vii

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 1

2 OBJETIVOS ................................................................................................ 4

2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................. 4

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 5

3.1 O aparecimento do Eletrodo Revestido na soldagem ....................... 5

3.2 Influência do revestimento ................................................................ 7

3.3 Fontes de Hidrogênio ........................................................................ 9

3.4 Metalurgia do Metal Fundido ........................................................... 10

3.5 Composição química do eletrodo Importado versus Nacional. ....... 12

3.6 Influência dos elementos de liga na composição química. ............. 13

3.7 Influência da Composição Química na Região da solda. ................ 15

3.8 Nomenclatura para posições de solda conforme a Norma E287-1 . 17

3.9 Variáveis essenciais para soldagem em Aços HLES. ..................... 17

3.10 Processo de solda aliado ao número de referência ........................ 18

3.11 Descrições do Código da EPS conforme a NF EN 287-1. .............. 19

3.12 Procedimento de Soldagem ............................................................ 20

3.13 Pré-aquecimento antes da soldagem no aço 80HLES .................... 24

3.14 Pós-aquecimento ............................................................................ 27

3.15 Aporte térmico ................................................................................. 27

3.16 Análise química ............................................................................... 29

3.17 Carbono equivalente em função do metal de base ........................ 29

3.18 Classificação dos Constituintes do Metal de Solda ......................... 34

4 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................ 36

Page 15: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

4.1 Material de Base ............................................................................. 36

4.2 Soldagem ........................................................................................ 37

4.2.1 Solda com metal de adição – eletrodo importado ........................... 39

4.2.2 Solda com metal de adição – eletrodo Nacional ............................. 40

4.3 Macrografia ..................................................................................... 44

4.4 Micrografia ...................................................................................... 45

4.5 Ensaios Mecânicos ......................................................................... 46

4.5.1 Ensaios não destrutivos .................................................................. 46

4.5.2 Ensaios destrutivos ......................................................................... 46

4.5.3 Ensaio de tração ............................................................................. 48

4.5.4 Ensaio de dobramento .................................................................... 50

4.5.5 Ensaio de dureza ............................................................................ 53

4.5.6 Ensaio de Impacto Charpy .............................................................. 54

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 58

5.1 Análise química ............................................................................... 58

5.2 Macrografias CP 1( importado) e CP 2. (Nacional) ......................... 59

5.3 Ensaios Não Destrutivos dos CP1 Importado e CP2 Nacional. ...... 61

5.4 Gamagrafia, RX e US para os dois CP’s 1 e 2. .............................. 63

5.5 Micrografia ...................................................................................... 63

5.6 Ensaios de transversal de tração – Eletrodo Nacional .................... 65

5.7 Ensaios de tração Longitudinal – Importado ................................... 71

5.8 Ensaios de tração Longitudinal – Nacional ..................................... 73

5.9 Ensaios de dobramento lateral - Eletrodo Nacional ........................ 74

5.10 Ensaios de dobramento lateral - Eletrodo Importado ...................... 75

5.11 Ensaio de dureza ............................................................................ 76

5.12 Ensaio de Impacto Charpy .............................................................. 80

6 CONCLUSÃO ........................................................................................... 82

Page 16: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

7 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 83

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 84

Page 17: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

1

1 INTRODUÇÃO

Os aços de alta resistência e baixa liga, aplicados em construções navais e

marítimas, desde 1960, tem acelerado o desenvolvimento de novos consumíveis,

de forma a realizar depósitos mais tenazes e resistência mecânica compatível com

o metal de base.

Com o advento destas novas tecnologias e novos materiais, os processos de

fabricação foram se aprimorando e buscando melhores combinações de

elementos de ligas com a adição de elementos como o Manganês, Níquel, Cromo

e Cobre, e microligados com Nióbio, Vanádio e Titânio para empregar e encontrar

a melhor sinergia entre os consumíveis e os processos de soldagem, empregada a

estas características específicas, voltadas para a área da construção naval no

país.

Os aços aplicados em construções navais vêm sendo utilizados em situações

onde a corrosão aliada à resistência mecânica, tenacidades estáticas e dinâmicas

são exigidas, neste caso os aços convencionalmente utilizados na fabricação de

submarinos são das famílias HY80, HSLA 80, DQ80, HY 100, HSLA 100, DQ 100,

HY 130, HSLA 130, DQ 130 e DQ-RHA, HLES 60 e HLES 80 e por se tratar do

processo de transferência de tecnologia ser de procedência Francesa, neste

trabalho os testes serão realizados no aço HLES 80 que é similar ao aço HY 100.

Entre o final da década de 1980 e 1990, países como, Alemanha, Estados

Unidos, Inglaterra e Japão, já utilizavam na fabricação de submarinos os aços das

famílias descritas acima.

Contudo com as pesquisas de novas alternativas para novos materiais,

continuam promovendo o desenvolvimento de novos aços estruturais microligados

que atendam a requisitos de resistência mecânica e tenacidade cada vez mais

severa no caso de equipamentos submersos, embarcações militares e

submarinas, que trabalham em severas condições de operação e qualquer erro

pode ser fatal.

Page 18: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

2

Outros aspectos igualmente desejáveis, como a supressão de tratamentos

térmicos e melhor soldabilidade do produto, tornam essa evolução ainda mais

complexa. Como a melhoria da soldabilidade do produto, exige a minimização do

teor de carbono do material, esses novos aços precisam dispor de mecanismos de

endurecimento que dispensem a presença desse elemento com estudos voltados

a adição de outros elementos de liga como, por exemplo, Boro, titânio e etc.

Desta maneira, verificou-se a possibilidade de se buscar/desenvolver

consumíveis que mantivessem as mesmas características mecânicas, físicas e

metalúrgicas e que sejam similares ou iguais ao consumível importado, utilizados

hoje, na construção do submarino brasileiro, de modo a proporcionar uma boa

confiabilidade, produzindo soldas de boa qualidade.

Será apresentado o estudo sobre caracterização microestrutural e da

soldabilidade do consumível nacional, aplicado na soldagem do aço 80 HLES de

fabricação Francesa, que não possui uso aplicado exclusivamente à produção de

submarinos, também poderá ser encontrado como exemplo na construção de

Pontes, como a de maior vão livre do mundo, com 1.600 metros, localizada na

Dinamarca, chamada de Ponte Grande “Belt”, construída em 1987, ou em

quaisquer tipos de veículos militares, que são preferencialmente escolhidos devido

à sua facilidade em ser soldado por ser um aço estrutural.

A caracterização tem como objetivo verificar regiões de solda, Metal de solda

(MS) e zona termicamente afetada (ZTA) e metal de base (MB) quanto suas

análises, suas propriedades de acordo com os certificados dos fabricantes:

Metalógraficas: Análise microestrutural, por meio de metalográfia;

Macrografias: Análise das Zonas;

Analise química: Consumíveis e chapa (Certificados de materiais)

Mecânicas: Ensaios de tração, microdureza Vickers, ensaio de

dobramento lateral e de impacto Charpy.

Page 19: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

3

Tanto os aspectos metalúrgicos (soldagem e análise microestrutural) quanto os

das propriedades mecânicas (ensaios mecânicos), serão avaliados segundo os

procedimentos utilizados dentro de normas voltadas para a construção do submarino

brasileiro de acordo com especificações e diretrizes do fabricante.

A condução para a realização dos ensaios tem como premissa obedecer aos

procedimentos de tratamento térmicos aplicados durante a fase de soldagem.

De acordo com a recomendação do fabricante deve-se verificar na prática, o

controle da temperatura de aquecimento da chapa antes do início da soldagem, que

consiste no pré-aquecimento, por meio de resistências elétricas, observando os

parâmetros de temperatura mencionados, estão de acordo com a especificação do

procedimento de soldagem (EPS).

Verificar o ponto ideal de liberação da solda, bem como o controle de

temperatura, durante a realização dos passes/camadas, após o término da solda.

O pós-aquecimento, é monitorado através de controlador gráfico e o processo

tem a função de assegurar a total retirada do hidrogênio remanescente a fim de evitar

a trinca à frio.

O processo por eletrodo revestido foi utilizado para comparar o comportamento

entre o consumível nacional e o importado.

Com tudo deve gerar evidências experimentais que mostrem suas

características mecânicas, físicas e metalúrgicas e assim se tornar uma alternativa

econômica e tecnicamente interessante, com a utilização do consumível nacional na

soldagem da fabricação dos cascos dos submarinos brasileiros, utilizando o mesmo

aço 80 HLES, reduzindo o custo de fabricação.

Page 20: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

4

2 OBJETIVOS

Neste trabalho pretende-se caracterizar e comparar através de ensaios

mecânicos e metalúrgicos o comportamento da soldagem pelo processo eletrodo

revestido, em corpos de provas, utilizando o consumível nacional e importado.

Atualmente o consumível empregado é o importado, utilizado na construção de

submarinos aplicados na soldagem aço de construção 80 HLES também importado.

2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Estabelecer um estudo comparativo entre as características mecânicas e

metalúrgicas de cada um dos consumíveis separadamente, realizando as

soldagens em juntas de topo.

Seguir corretamente os parâmetros pré-estabelecidos em EPS, a preparação

da junta bem como as temperaturas de preaquecimento, interpasses e pós-

aquecimento do aço, durante a fase de soldagem;

Identificar as microestruturas formadas nas juntas soldadas nas regiões do

Metal de Base (MB), Metal de Solda (MS) e na Zona Termicamente Afetada

(ZTA);

Comparar através de ensaios destrutíveis as propriedades mecânicas e

metalúrgicas dos consumíveis soldados no aço 80 HLES e comprovar que se

o mesmo possui condições de ser utilizado na substituição do consumível

importado.

Verificar os valores obtidos, compará-los e gerar relatório.

Page 21: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

5

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Aços ARBL, HSLA, HY ou HLES – Alta Resistência e Baixa Liga, apresentam

maior resistência mecânica, aliada com uma elevada tenacidade, quando comparados

com os aços anteriores de composição similar. São basicamente aços baixo carbono

ou aços carbono-manganês com pequenas adições (em geral inferiores a 0,1%) de

alumínio, vanádio, titânio ou nióbio, podendo conter ainda adições de cobre,

molibdênio, níquel ou cromo [1,2].

Suas características mecânicas resultam principalmente de sua granulação fina e

os fenômenos de precipitação dependentes de sua composição química e de seu

processo de fabricação. Este envolve, em geral, um controle estrito da temperatura e

quantidade de deformação em seus passes, seguida por um resfriamento acelerado e

ao final por um tratamento térmico de normalização.

Por questões de segredos comerciais, cada fabricante muda na nomenclatura dos

aços produzidos por eles, no caso do aço classe HY, são cobertos, por exemplo,

pelas especificações ASTM A514 e A517, e por especificações da marinha americana

e o 80 HLES pela Marinha Francesa conforme norma LDA n° E0181/AQ Rev. 7.

Estes aços, por outro lado requerem eletrodos específicos e que atendam aos

requisitos físicos e mecânicos além dos procedimentos especiais de soldagem para

produzirem uma microestrutura compatível com o metal de base.

3.1 O aparecimento do Eletrodo Revestido na soldagem

O processo de soldagem a arco elétrico com o uso de eletrodo revestido é

considerado um dos mais importantes dos processos que utilizam a fusão, teve seu

desenvolvimento de forma bastante lenta, visto por possuir características complexas.

Após a descoberta do arco elétrico em 1800 por Humphry Davy, houve pouco

desenvolvimento em solda elétrica até 1880, quando os russos Nikolay Bernardos e

Stanislav Olszewsky desenvolveram um processo baseado em um arco elétrico,

estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada e em seguida

obtiveram suas patentes em 1885 (patente Britânica) e entre 1890 e 1900 a

Americana.

Page 22: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

6

Em 1888, houve o desenvolvimento da soldagem com eletrodo metálico nú.,

durante os anos seguintes, a soldagem por arco, passou a ser realizada com

eletrodos nus destituidos de revestimento, que eram consumidos na poça de fusão e

tornavam-se parte do metal de solda.

As soldas eram de baixa qualidade devido ao nitrogênio e ao oxigênio na

atmosfera formando óxidos e nitretos prejudiciais no metal de solda.

O passo seguinte foi a criação de um mecanismo que proporcionasse uma

proteção a fim de minimizar a quantidade de nitrogênio no deposito do metal sobre a

peça.

Em 1904, foi apresentada a solução de envolver em um arame nú, uma camada

de “cal” [3] e apartir deste momento, foi inventado o primeiro eletrodo revestido, cuja

função era facilitar a abertura do arco e aumentar sua estabilidade.

Logo após, Oscar Kjellberg fundou a ESAB e em 1907, patenteou o processo de

soldagem a arco com eletrodo revestido.

A partir deste desenvolvimento, até os dias atuais, a origem dos eletrodos no

campo da soldagem tiveram várias mudanças que resultaram em acrescentar

misturas de minerais, ferros-liga, e em aluguns casos com substâncias orgânicas,

ligadas com silicato de sódio ou de potássio.

Em 1927, o desenvolvimento de um processo de extrusão reduziu o custo do

revestimento de eletrodos, permitindo aos fabricantes produzirem misturas de

revestimento mais complexas concebida para aplicações específicas, melhorando

assim muito a qualidade do metal de solda e proporcionando aquilo que muitos

consideram o mais significativo avanço na soldagem por arco elétrico.

Na década de 1950 os fabricantes introduziram pó de ferro no revestimento,

tornando-se possível aumentar a velocidade de soldagem.

Page 23: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

7

Atualmente a Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido, a sigla vem do

Ingles Shielded Metal Arc Welding – SMAW, também conhecida como soldagem

Manual a Arco Elétrico (Manual Metal Arc MMA)[4].

.

Figura 1 – Diagrama de soldagem com eletrodo revestido

Fonte: ESAB BR 2005.

3.2 Influência do revestimento

As características de um eletrodo revestido e propriedades do metal

depositado, figura 1, podem ser alteradas pela forma de como o revestimento é

composto, portanto a sua preparação os direciona para seus fins específicos,

julgados pela qualidade do metal depositados por eles, composição química do

metal de solda, composição química do metal de base, o grau de diluição. Reação

físico-química na fase liquida tais como a absorção de hidrogênio, de nitrogênio,

oxigênio do ambiente, a oxidação de alguns elementos de liga e sobre tudo pela

facilidade com que ele pode ser usado pelo soldador, que exerce papel importante

no resultado final da solda [5].

Teores usuais de nitrogênio na zona fundida de aços baixo carbono para

diferentes processos de soldagem, mostrados na tabela 1.

Tabela 1 – teores usuais de Nitrogênio

Fonte: Paulo J. Modenesi –Soldabilidade dos Aços Temperados

Page 24: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

8

A presença de nitrogênio na ZF afeta marcadamente as propriedades

mecânicas do metal de solda com mostrado na figura 2.

De uma maneira geral, observa-se um aumento nos limites de resistência e de

escoamento e uma diminuição acentuada da ductilidade e da tenacidade da solda, à

medida que o teor de nitrogênio aumenta. Estes efeitos estão associados

principalmente com a precipitação de nitretos.

O oxigênio, nitrogênio, e o hidrogênio, quando presente na atmosfera do arco,

pode ser absorvido pelo metal fundido.

O hidrogênio se origina principalmente da quebra pelo calor do arco de

moléculas de água e de substâncias orgânicas. Essas podem ser originárias de várias

fontes como: graxas, gorduras, ferrugem e umidade na superfície das peças, fluxo ou

revestimento de eletrodos úmidos, de contaminações no gás de proteção e da própria

umidade do ar.

O hidrogênio dissolvido na poça de fusão pode causar respingos e porosidade

na solda, devido à sua evolução na parte posterior da poça e pode, no metal

solidificado, causar problemas de fragilização temporária e de fissuração.

Pode comprimir-se em espaços pequenos na rede de aço devido ao tamanho

muito pequeno, móvel e especialmente em temperaturas mais elevadas.

A solubilidade do hidrogênio no ferro (ou aço) é muito maior na fase gamma

(Ϫ), do que existe em temperaturas mais elevadas do que na fase alfa (α), que existe

na temperatura ambiente figura 2.[6]

Figura 2 – Solubilização do hidrogênio

Fonte: (Hobart Institut 2016)

Page 25: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

9

As altas temperaturas atingidas no arco elétrico de soldagem podem causar a

dissociação da molécula de hidrogênio, do vapor de água e dos compostos que

contêm hidrogênio. Este hidrogênio, então, pode ser introduzido no cordão de solda.

O hidrogênio se encontra presente no metal sólido como hidrogênio atômico só se

Transforma em hidrogênio molecular em temperaturas abaixo de 100°C.

Também conhecido como trinca atrasado ou trinca a frio, a medida que o gás

hidrogênio se acumula, os níveis de estresse aumentam até formarem rachaduras

(trincas) [9], como mostra na figura 3.

Figura 3 – Trincas causadas devidas o acumulo de hidrogênio

Fonte: (Hobart Institut 2016)

3.3 Fontes de Hidrogênio

Umidade no ar;

Óleo, graxa, tinta, revestimentos na chapa;

Consumíveis de soldagem;

Lubrificantes;

Umidade no revestimento (elétrodos);

Embalagem / armazenamento.

Page 26: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

10

Como reduzir as chances de contaminação por hidrogênio

Utilizar consumiveis de baixo hidrogênio;

Melhorar o préaquecimento e pós-aquecimento após solda;

Controle de temperaturas de interpasses;

Mudança do processo de soldagem;

Manuseio de materiais;

Metodo de armazenamento.

A figura 4 abaixo, mostra a quantidade de hidrogênio que sai da amostra, de tres

tipos de consumiveis, 10 minutos depois de mergulhado em óleo mineral.

Figura 4 – Desprendimento do hidrogênio em banho de óleo mineral.

Fonte: (Hobart Institut 2016)

3.4 Metalurgia do Metal Fundido

Os principais gases capazes de interagir com o metal líquido, na soldagem dos

aços, são o oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, vapor d'água, monóxido e dióxido

de carbono. Na soldagem a arco, o teor de oxigênio na ZF depende de vários de

fatores, destacando-se a quantidade deste gás na atmosfera do arco, disponibilidade

de desoxidantes, presença e tipo de escória em contato com o metal líquido e os

parâmetros de soldagem. O uso de eletrodos básicos pode-se obter teores inferiores

a 0,05%, desde que o eletrodo seja corretamente usado [7].

Page 27: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

11

A tabela 2 mostra a solubilidade do oxigênio no ferro líquido em função da

temperatura.

Tabela 2 – Teores usuais de Nitrogênio

Fonte: Paulo J. Modenesi –Soldabilidade dos Aços Temperados

O oxigênio dissolvido na poça de fusão pode reagir com o carbono, na parte

posterior da poça, causando a formação e evolução de monóxido de carbono

conforme a equação (1).

MO + C → M + CO↑ (1)

Como resultado desta reação, a porosidade pode ser formada na solda.

Este tipo de porosidade pode ser evitado com o uso de desoxidantes que

impeçam a reação entre oxigênio e carbono na poça de fusão.

Silício e o manganês são os desoxidantes mais comumente utilizados para

este fim na soldagem a arco do aço.

Estas mudanças microestruturais ocorrem principalmente na (ZTA) onde há

uma redução de dutibilidade e aumento da dureza que resultam num aumento da

sucetibilidade a fratura frágil e trincas por hidrogênio devido ao calor gerado naquela

região.

Contudo faz se necessário o controle de pré-aquecimento, sobre calor

fornecido pelo processo de soldagem e temperatura entre passes, que são fatores

importantes na soldagem destes aços [8].

Page 28: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

12

O conceito de pré-aquecimento em princípio, parece simples, mas na realidade a

questão é, principalmente quando surgem perguntas como:

Quando se deve pré-aquecer?;

Qual é a temperatura de pré-aquecimento?;

Qual o tipo de resistência.

Existem correlações entre o pré-aquecimento e a soldabilidade do aço. As

condições de pré-aquecimento não podem ser determinadas sem o conhecimento das

características gerais da soldabilidade englobadas na sua própria definição, sendo um

conceito que integra múltiplos aspectos diferentes, sendo eles, a saber, se a

soldabilidade do material, suas propriedades, tipo de junta, qual influencia na

estrutura a ser soldada, metal de base, consumíveis, processo de soldagem

empregado e etc. [9].

Dentre outros pontos importantes cabe citar:

Propriedades mecânicas;

Inicio de fissuras ou trincas a frio ou a quente;

Influência do hidrogênio e do nitrogênio

Influências das inclusões;

Influência das tensões, restrições e a deformação;

Efeitos dos ciclos térmicos e a sequência de passes durante a soldagem;

Transformações metalúrgicas devido ao aporte térmico;

Tipo de consumível empregado para o processo;

3.5 Composição química do eletrodo Importado versus Nacional.

Abaixo na tabela 3, apresenta a composição química do eletrodo nacional e o

eletrodo importado, onde os valores apresentados pelos fabricantes mostram

porcentagem abaixo de 0,10% C, valores >1,0%Ni, 0,35 a 0,46 Si, e Mo entre 0,3 e

0,6%, o teor de Vanádio é menor ≤ 0,05 (0,023%) e o Mn com valores entre 1,08 a

1,54 %. Os demais elementos são impurezas encontradas em pequenas quantidades

de elementos de desoxidação. Dentre os principais constituintes do revestimento de

Page 29: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

13

eletrodos para o aço carbono, alguns importantes são: Celulose, na forma de α-

celulose; óxido de titânio, na forma de rutilo, silicatos minerais, óxido de ferro,

carbonatos básicos tal como o calcário, fluoreto de cálcio, ferro-silício e silicato de

sódio. [10].

Os eletrodos básicos apresentam um maior volume de revestimento, sendo este

rico em compostos de cálcio, particularmente na forma de carbonato, que permitem a

formação de uma escória com características básicas.

Este revestimento contém, ainda, uma quantidade de pó de ferro para aumentar

a quantidade de metal depositado. Finalmente, uma carga metálica de ferro e

elementos de ligas é usada para fornecer desoxidantes e ajustar a composição

química do metal depositado [11].

A tabela 3 exibem os teores de elementos de liga dos consumíveis.

Tabela 3 – Composição química do eletrodo Importado versus Nacional.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

3.6 Influência dos elementos de liga na composição química.

Entre os elementos apresentados na tabela 3, acima convém destacar os

efeitos de sua presença no consumível [12]:

Carbono (C) - O teor desse elemento foi restrito a um máximo de

0,10%, com o objetivo de se eliminar a ocorrência de trincas a frio

durante a soldagem. Além disso, o material com menos teor de carbono

irá apresentar maior tenacidade [12].

Cobre (Cu) - Seu principal efeito é melhorar a resistência a corrosão do

aço, teores de Cu de 0,25% em peso é suficiente para aumentar a

resistência à corrosão atmosférica em duas vezes em relação ao aço-C,

Page 30: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

14

além de promover o aumento do limite de escoamento por sua

precipitação na matriz, sem o cobre, tal efeito é mais acentuado pelo

aumento simultâneo de fósforo [12].

Níquel (Ni) - É adicionado em teores acima de 0,7% com o objetivo de

se evitar os problemas de fragilidade a quente normalmente associado à

presença do cobre nos aços. A adição de 1 a 3% de níquel ao metal de

solda dá a este a capacidade de manter a tenacidade a temperaturas

consideravelmente mais baixas. O metal de solda torna-se frágil a

temperaturas abaixo de -30°C. A presença do níquel também torna o

metal de solda mais resistente à fissuração à temperatura ambiente,

melhora na resistência mecânica e contribui para refinar o grão.

Nióbio (Nb) - Aumenta o limite de resistência e o limite de escoamento

pela formação de carbonitretos [12].

Manganês (Mn) - Elemento de reforço em aços de alta resistência

quando presentes em quantidades superiores a 1%, seu principal efeito

é o formador de solução sólida na Ferrita. O Mn também pode provocar

uma redução na temperatura de austenitização, além de favorecer o

aumento de resistência por precipitação em aços-V e aços-Nb [12].

Silício (Si) - É considerado o mais importante desoxidante de metais de

solda Ferríticos, previne a ocorrência de porosidade e melhora a

soldabilidade. Sakaki ao estudar metais de solda com baixos teores de

Mn, verificou que, enquanto o Si está desempenhando seu papel

desoxidante, há uma elevação de energia no patamar superior e um

deslocamento da curva de transição para temperaturas mais baixa. Por

outro lado, quando a desoxidação estiver completa, um aumento do teor

de Si (.0,4%) será prejudicial à tenacidade[12].

Page 31: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

15

Cromo (Cr) - Quando o cromo é adicionado ao metal de solda,

aumentam a resistência à corrosão e à formação de carepa a

temperaturas altas. A combinação do cromo e do molibdênio dá ao metal

de solda a característica de manter os altos níveis de resistência a

temperaturas relativamente altas [12].

Molibdênio (Mo) - Quando o teor de 0,5% Mo é adicionado à solda,

ambos o limite de escoamento e o limite de resistência permanecem

constantes da condição como soldado até a condição com tratamento

térmico de alívio de tensões. A presença do molibdênio também

aumenta a resistência mecânica do metal de solda [12].

3.7 Influência da Composição Química na Região da solda.

Carbono é um dos mais importantes elementos na microestrutura da solda dos

aços. Teores elevados deste elemento não são usualmente usados para se evitar a

formação de martensita maclada.

Em geral, seu teor fica entre 0,05 e 0,15%, nesta faixa o carbono, controla a

principalmente a quantidade de carbonetos formados, como também favorece a

formação de Ferrita acicular em lugar da Ferrita primária de contorno de grão.

Os consumíveis empregados na soldagem do aço HY-80 HY-100 e HLES 80

devem ser especificados de tal maneira que, o teor de elementos de liga do metal de

solda seja menor que o teor de elementos de liga do metal de base, bem como o teor

de Carbono do metal de solda seja inferior a (<0,1%C), que a relação entre a

porcentagem de Manganês (Mn) e Enxofre (S) seja alta e que o teor de níquel seja

bem inferior ao do metal de base, como mostram as figuras 5 e 6 abaixo, [13].

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16

Dados extraídos do certificado do metal de base, aço 80 HLES com os dados de

espessura e da composição química, figura 5.

Figura 5 – Composição química do metal de base 80 HLES.

Fonte: Adaptado pelo autor o Certificado do fabricante Arcelor Mittal, 2017.

A figura 6 mostra as composições químicas comparativa dos aços HY, HLES,

HSLA E DQ.

Figura 6 – Tabela comparativa entre os aços HY, HLES e HSLA e DQ.

Fonte: S. LIU e, A.Q. BRACARENSE.

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17

3.8 Nomenclatura para posições de solda conforme a Norma E287-1

Através de um sistema de posições de soldagem especifico, a norma estabelece

uma nomenclatura, onde por meio de letras, indicam as posições de soldagem.

Para a preparação das juntas, foram utilizadas as posições PA/PE, conforme

destacado em colorido na figura 7 abaixo:

Figura 7 – Posições de soldagem.

Fonte: Norma AWS D1. 1.

3.9 Variáveis essenciais para soldagem em Aços HLES.

Na figura 8 há informações bem definidas para cada tipo de processo, tipo de junta,

grupo de material, metal de adição, posição de soldagem a ser seguida, dentre

outros, que fazem parte dos procedimentos e que também estão incluídos nas

(Especificações dos procedimentos de soldagens) EPS, que devem ser cumpridos

para a fabricação do produto.

Page 34: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

18

Variáveis essenciais para a soldagem de aços classe 80 HLES conforme requisitos do

fabricante.

Figura 8 – Variáveis essenciais.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

3.10 Processo de solda aliado ao número de referência

A Norma INTERNATIONAL STANDARD ISO 4063 - Welding and allied

processes Nomenclature of processes and reference numbers, é utilizada para

identificar cada processo de soldagem com as suas respectivas nomenclaturas.

Como exemplo foi retirado da própria norma, o parágrafo referente ao processo

Eletrodo Revestido SMAW 111, conforme pode ser visto na figura 9 abaixo.

Figura 9 – Nomenclaturas do processo ER, segundo a ISO 4063.

Fonte: Norma ISO 4063.

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19

3.11 Descrições do Código da EPS conforme a NF EN 287-1.

Para todas as Especificações do Procedimento de Soldagem (EPS), existem

códigos e simbologias, variáveis essenciais, criadas para facilitar a interpretação de

posições de soldagem, tipo de processo e se há necessidade de haver deposição de

material ou se é autógeno dentre outros.

As Normas AWS, ASME, DIN, trata de uma forma particular deste tipo de

assunto.

A Norma Francesa para o projeto de construção naval subdividiu o processo de

soldagem, de maneira a diferenciar e tornar-se de uma forma mais amigável, o tipo de

simbologia utilizado na área fabril, para evitar uma quantidade de listas, tabelas e

desenhos em vários locais e com isso prevenir a ocorrência de informações

desencontradas por parte de quem irá executar e interpretar seus documentos

durante a construção.

As Nomenclaturas extraídas da norma NF EN 287-1, para o eletrodo revestido.

NF EN 287-1 111 P BW 3 B t30 PE ss mb onde:

- NF EN 287-1: Qualificado de acordo com a regulamentação da Norma padrão;

- 111: Processo de solda: a arco, com eletrodo revestido;

- P: Chapa;

- BW: Junta de Topo;

- 3: Metal de base: 80HLES;

- B: Tipo do Metal de adição: Eletrodo revestido tipo Básico;

- t 30: Dimensões da junta qualificada: 30 mm espessura;

- PE: Posição de Soldagem: Junta de topo, posição sobre-cabeça;

- ss: Tipo de soldagem: Soldagem somente por um lado;

- mb: Modo de montagem da junta: com metal de suporte.

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20

3.12 Procedimento de Soldagem

As juntas foram preparadas conforme na figura 11, onde mostra em detalhes a

geometria da junta utilizada.

Durante a fase de montagem foram observados os detalhes tais como a

preparação do bisel, travamento com dispositivos para garantir o alinhamento entre

chapas.

Com um gabarito específico, verifica-se a tolerância entre os espaços da chapa

“GAP”, afim evitarem descontinuidades durante a soldagem tais como (falta de fusão,

porosidade, inclusão de escória, deposição insuficiente e etc.) Vide figura 10.

Em função do tipo de montagem, espessura da chapa o espaço entre chapas

“GAP”, é que se determina EPS específica para cada configuração e isso é o que

determina o tipo de distribuição dos cordões, bem como suas tolerâncias, parâmetros

de soldagem, temperatura de preaquecimento, interpasses e pós-aquecimento,

sequências dos passes a serem realizados para evitar o empenamento da junta a ser

soldada.

Figura 10 - Geometria do chanfro duplo "V" ou “X” e o “GAP”.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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21

Para a preparação deste ensaio foram utilizadas as quatro chapas nas

dimensões de 600 mm x 250 mm x 30 mm (cada), sendo duas juntas de topo BW

(Butt Welding norma NF EN 287-1) figura11, sendo uma junta para a aplicação na

soldagem com eletrodo Nacional e a outra junta, com as chapas das mesmas

dimensões, também de topo (BW), utilizadas na soldagem do eletrodo Importado.

O corte foi realizado com o auxílio de maçarico e em seguida seus (biseis)

chanfros foram usinados em forma de duplo “V” ou “X”, os corpos de provas foram

confeccionados conforme dimensões estabelecidas pela norma NF EN 287-1

“Qualification test of Welders – Fusion Welding”.

Figura 11 – Croqui da chapa 80 HLES para a soldagem

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Após a fase de usinagem, inicia-se a montagem das resistências, termopares,

regulagem dos sensores de controle de temperatura com seus valores iniciais para o

preaquecimento das amostras.

As mesmas são fixadas sobre bancadas, através de dispositivos para que não

sofra empenamento durante a fase de soldagem.

Page 38: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

22

O processo consiste em aquecer peça, até uma temperatura pré-determinada,

antes do início de sua soldagem como mostra esquematicamente na figura 12.

Figura 12 - Sistema de preaquecimento (resistências e termopares) montado.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Foi utilizado equipamento de 100 kVA, 80V, 6 vias (6 canais de saída ou 6)

Fonte de energia tanto para o pré-aquecimento e pós-aquecimento da solda, um

registrador gráfico como mostra a figura 13.

.

.

Figura 13 - Máquina de tratamento térmico e registrador gráfico.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 39: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

23

As resistências cerâmicas são ligadas em grupos de 1, 2 ou 3 por canal de

controle de saída, conforme a figura 14, cada canal de controle tem seu próprio

controlador de temperatura, que requer um transdutor de termopar para controlar

automaticamente a temperatura da peça dentro dos limites da temperatura de

trabalho de acordo com o procedimento de soldagem EPS vide tabela 4.

Disposição das resistências instaladas na chapa.

Figura 14 – Layout das resistências instaladas nas chapas.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 40: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

24

3.13 Pré-aquecimento antes da soldagem no aço 80HLES

Os principais parâmetros para especificar um pré-aquecimento são:

A espessura da peça;

A natureza da composição química;

Condições metalúrgicas do metal;

O nível de restrição a que a junta está sendo submetida;

Processo de soldagem;

Seu aporte de energia,

Número de termopares de controle,

Número de operadores por equipamento, custos e etc.

Durante a soldagem do Aço 80 HLES, que submetido à altas temperaturas

atingidas pelo arco elétrico, podem causar a dissociação da molécula de hidrogênio,

do vapor de água e dos compostos que contêm hidrogênio, pode ser introduzido no

cordão de solda. [14].

O pré-aquecimento consiste em introduzir uma fonte de calor, por meio de

eletricidade com o auxílio de resistências ou missangas de cerâmicas, na junta

soldada, sob temperaturas que variam entre 90°C a 200°C dependendo da espessura

durante um período estabelecido pelo procedimento de soldagem adicional na peça

quando se executa uma solda.

Pode-se aquecer uniformemente toda a peça ou, apenas a região da junta a ser

soldada, o tempo de pré-aquecimento leva em torno de aproximadamente de 2 a 3

horas dependendo da espessura da peça.

Page 41: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

25

Seu objetivo é elevar a temperatura à patamares de valores conforme

especificado e após o término do processo de soldagem, manter a junta ou toda a

peça aquecida.

Este procedimento diminui os gradientes térmicos, causando uma redução da

velocidade de resfriamento, possibilitando a formação de uma estrutura mais macia

na ZTA e propiciando um maior tempo para que o hidrogênio escape da peça antes

que se atinjam as temperaturas de fragilização [15, 16].

Este tipo de controle se dá para que não haja interferência da temperatura

ambiente provocando um resfriamento, e sim um monitoramento e controle por meios

de equipamento gráfico a fim de permitir o máximo à retirada do hidrogênio evitando

assim trincas a frio.

Ponto importante neste tipo de aço utilizado na construção do Submarino. Além

disso, este procedimento diminui a umidade superficial da peça, que pode ser uma

fonte de hidrogênio.

A distribuição dos passes evita o empenamento o calor gerado durante a

soldagem e contribui para o alivio de tensões, para a melhoria as propriedades

mecânicas do material de soldagem e ao final do processo, quando todos os cordões

e camadas foram finalizados, dá-se o início ao processo de pós-aquecimento de 5

horas, conforme mostra a figura 15.

Figura 15 - Detalhes da distribuição dos passes e camadas

Fonte: Adaptado pelo autor 2017.

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26

Se por algum motivo, houver de queda de energia ou pane no equipamento de

aquecimento, a soldagem deverá ser imediatamente interrompida.

O local será protegido com mantas térmicas para não deixar a temperatura cair,

caso não tiver o restabelecimento da energia e a temperatura continuar caindo,

dependendo da situação o (os) cordões deverá ser removido.

Assim que a energia retornar à junta será inspecionada, aplicando ensaios

específicos e em seguida a junta será novamente aquecida, prosseguindo a soldagem

do ponto em que foi interrompido.

Todo o processo é monitorado via controlador, que gera um gráfico informando

as temperaturas de cada passe executado.

Gráfico a seguir foi gerado pelo monitor onde é controlado o processo de

preaquecimento, indicando o pico onde houve a execução das soldagens e pós-

aquecimento conforme mostrado na figura 16 abaixo.

Figura 16 - Gráfico de temperatura de pré e pós-aquecimento.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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27

Como exemplo a Tabela 4 a seguir, apresenta temperaturas mínimas de pré-

aquecimento e interpasses recomendadas por especificação técnica para fabricação

de plataformas marítimas.

Tabela 4 – Temperaturas mínimas de preaquecimento e interpasses (IIW,1988).

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

3.14 Pós-aquecimento

Após a realização da soldagem, dá-se início a fase de pós-aquecimento, cuja

duração leva em torno de 5 horas, seu objetivo e controlar a velocidade de

resfriamento da junta soldada, tornando menores as tensões residuais, além de

favorecer a difusão do hidrogênio e reduzir a ocorrência altos níveis de dureza na

ZTA.

3.15 Aporte térmico

Durante o processo de soldagem, a junta soldada é submetida a temperaturas

que dependem, basicamente, da energia de soldagem e da temperatura de

preaquecimento.

O uso de um maior aporte térmico diminui as velocidades de resfriamento

durante a soldagem, podendo ser suficiente para reduzir a chance de formação de

trincas, além de, em geral, resultar em uma redução no tempo de soldagem.

Vários fatores, contudo, podem limitar a capacidade de se aumentar o aporte

térmico em uma dada aplicação como a posição de soldagem, velocidade do soldador

durante o processo de movimentação do eletrodo ao longo da junta, o tipo de

Page 44: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

28

processo e consumível de soldagem utilizado, a espessura da peça e as propriedades

requeridas para a junta.

Durante a fase de soldagem foi instalado um multímetro para aferir os

parâmetros de tensão e corrente no equipamento de solda, com o auxílio de um

cronômetro foi monitorado a velocidade e o tempo que o soldador levou para executar

um passe com um eletrodo.

A partir da equação 2 abaixo, foi calculado o aporte térmico e comparado com o

estabelecido na especificação do procedimento de soldagem EPS.

Caso os valores encontrados estejam acima dos valores especificados o cordão

ou passe, a soldagem interrompida e o mesmo deverá ser retirado, pois o aporte

térmico ficou acima do estabelecido em procedimento e com isso ira interferir no

tempo de pós-aquecimento da peça.

A energia de soldagem absorvida pela junta soldada, segundo Quites (2002), é

fornecida pela equação (2).

(2)

Onde:

E = Energia de soldagem [J/cm];

η = Rendimento do arco;

U = Tensão de soldagem [V];

I = Corrente de soldagem [A];

v = Velocidade de soldagem [cm/min].

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29

3.16 Análise química

A análise química dosa os elementos que intervêm na composição do material,

para aços comuns determinam-se as porcentagens de carbono, manganês, fósforo e

enxofre.

Nos produtos siderúrgicos comuns existem ainda outros elementos tais como o

oxigênio, nitrogênio que também influem nas propriedades do metal.

Os teores verificados nas análises dos elementos químicos estão conforme

certificados dos fabricantes do metal de base já visto na figura 5 e dos metais de

adição para ambos os consumíveis já visto na figura 6 acima.

As análises metalógraficas feitas em ambas às amostras (eletrodo nacional e

Importado) têm como objetivo verificar através do exame visual, com auxílio do

lixamento e o ataque químico, realizado com 5% de Nital sobre a superfície soldada,

se as distribuições dos cordões, estão conforme, se não há nenhuma descontinuidade

aparente, se há possíveis desalinhamentos, empenamentos, se houve completa fusão

nas bordas do chanfro, se há alguma impureza e etc.

3.17 Carbono equivalente em função do metal de base

O que determina a soldabilidade dos aços é o grau de imunidade na ZTA, logo a

escolha correta do eletrodo depende dos componentes químicos, cuja uma das

funções é evitar a trinca a frio naquela região.

Na soldagem com o processo SMAW, os eletrodos de baixo hidrogênio da

classe E11018-G ou E12018 devem ser utilizados para garantir uma resistência

mecânica adequada da solda [17].

O metal base é considerado soldável com o processo SMAW quando o Carbono

Equivalente for <0,40, acima deste nível, cuidados especiais são necessários.

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30

Processos de soldagem de baixo hidrogênio devem ser usados e devem ser

necessário utilizar o pré-aquecimento da junta, vide tabela 5.

Tabela 5 – Temperaturas de pré-aquecimento para aço e ferro fundido

Fonte: CHIAVERINI, Aços e ferros fundidos vol. 7.

Para a seleção do consumível, aplicado no aço de construção do submarino (80

HLES),[17] além das propriedades mecânicas, muitas vezes é necessário considerar

detalhes de sua composição química, fórmulas de carbono equivalente (CE) são

utilizadas para estimar a necessidade de cuidados especiais na sua soldagem.

Há literaturas, que possuem diversas expressões para o cálculo do carbono

equivalente, desenvolvidas para diferentes aplicações e faixas de composição

química dos aços.

Uma das mais utilizadas dessas expressões é a adotada pelo Instituto

Internacional de Soldagem (CEIIW) e é: dada pela equação (3).

(3)

Fonte: IIW International Institute of Welding.

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31

A Tabela 6 mostra a classificação dos principais processos de soldagem quanto

ao teor de hidrogênio difusível, segundo o Instituto Internacional de Soldagem, IIW.

Tabela 6 - Teor de hidrogênio difusível nos processos de soldagem

Fonte: IIW International Institute of Welding.

A soldabilidade de um aço carbono é determinada pelo teor seu carbono

equivalente.

Quanto menor for a relação do carbono equivalente, menor a probabilidade de

ser obtida uma microestrutura martensita (temperabilidade) e, consequentemente,

melhor será a soldabilidade do aço.

Na tabela 7 abaixo temos a relação entre Carbono equivalente e a soldabilidade

de um aço segundo o IIW.

Tabela 7 – Relação entre CE e soldabilidade.

CE < 0,40

Boa soldabilidade

0,40 ≤ CE ≤ 0.60

Média soldabilidade

CE > 0,60

Má soldabilidade

Fonte: IIW International Institute of Welding.

Portanto, de acordo com os valores em porcentagens das análises da

composição química, mostrada na figura 5, através das informações contidas nos

certificados dos fabricantes, calcula-se através da equação 3, os valores em

porcentagem e verifica-se que o valores do resultado encontrado do carbono

equivalente no aço 80 HLES, está na Zona III conforme mostrado na figura 17 a

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32

seguir, o que indica segundo a literatura, que é considerada como alto risco para

qualquer condição ou seja, há Suscetibilidade à ocorrência de trincas na ZTA[18].

Figura 17 - Suscetibilidade à ocorrência de trincas na ZTA.

Fonte: Wilson A.D

Valores elevados do CE, pertencentes à Zona III, nem sempre é um indicador de

que o aço não seja soldável, mas sim de que é necessária, para a realização da

soldagem, um monitoramento dos parâmetros de temperatura, do pré-aquecimento e

pós-aquecimento, temperatura entre os cordões soldados, controle do “Heat input”,

consumível com boas propriedades mecânicas, físicas e metalúrgicas, baixo teor de

hidrogênio, forma de fixação dos elementos à serem soldados nos dispositivos,

sequência de soldagem, mão de obra qualificada e etc.

Para a classificação da soldabilidade do aço, recomenda-se que, quanto menor

o carbono equivalente melhor sua soldabilidade, assim, a tendência atual é reduzir

cada vez mais o teor de carbono no metal de solda e aumentar o teor de elementos

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33

de liga que, apesar de terem um peso menor no carbono equivalente, endurecem o

aço que comporá o metal de solda. [19].

O carbono é o material com maior propensão a promover a temperabilidade

(capacidade de se obter martensita) o que é indesejável, pois no momento do pós-

aquecimento da soldagem terá grandes influências nos gradientes volumétricos o que

acarretará a formação de trincas a frio.

Como já visto na figura 6, os aços comerciais relacionados ao HY-80, HLES-80,

podem sofrer trincas sob quaisquer condições de soldagem e que o HSLA-80 é

seguro a soldagem em quaisquer condições [20, 21].

Harrison e Farrar [22] perceberam que o metal de solda (MS) para um fato de

que a utilização de diagramas de resfriamento-composição-temperatura (TRC) para

determinar a microestrutura é limitado, devido as diferenças inerentes entre o MS e a

ZTA.

Uma destas diferenças é que o metal de solda depositado, na estrutura é

tipicamente colunar, o que torna difícil a simulação. Apesar disso pesquisador tem

mostrado que o MS apresenta uma microestrutura composta de AF. Neste caso

ocorre a eliminação de toda Ferrita de contorno de grão (PF (G)), além da Bainita

(BA) e Martensita (M) presentes, que podem existir devido às taxas de resfriamento

impostas pela soldagem Harrison e Farrar [22].

Os estudos sempre concorrerão para a eliminação de PF (G) com a adição de

elementos microligantes e através de outro mecanismo, que seria com a formação

desejada da AF, tem a relação direta com o tamanho de grão austenítico, composição

química, inclusões, e como estes dois irão interagir.

Ainda com relação ao metal de solda [13, 23] afirma que metais de solda com

limite de escoamento superior a 690 Mpa apresentam microestrutura constituída de

AF, Martensita e BA., que os metais de solda de alta resistência contendo 2 a 3% de

Ni, são constituídas de AF, Martensita e Bainita e logo dependendo do percentual

desses constituintes haverá mudanças nas propriedades mecânicas do MS, e que a

velocidade de resfriamento tenha forte influência nas propriedades mecânicas dessas

juntas soldadas.

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34

3.18 Classificação dos Constituintes do Metal de Solda

Para os aços com baixo teor de carbono e baixa liga, a poça de fusão solidifica-

se inicialmente como Ferrita, pode sofrer uma reação peritética com a formação de

austenita. Na fase de resfriamento, a Ferrita delta remanescente transforma-se em

austenita. Esta, em função das elevadas temperaturas, sofre um grande crescimento

de grão, tendendo a apresentar uma estrutura de grãos colunares e grosseiros,

similar à estrutura original de fusão da MS. Em temperaturas mais baixas, inferiores a

900ºC, a austenita se decompõe, resultando em diferentes produtos ou constituintes

(Bainita ou AF) seguindo as considerações gerais colocadas na seção anterior [24].

A estrutura da (MS) zona fundida do metal de solda de aços de baixo carbono

e de baixa liga depende de inúmeros fatores. Ela apresenta aspectos macroscópicos

resultantes do crescimento epitaxial e colunar e dos padrões de segregação

resultantes da solidificação da solda. Estes aspectos, juntamente com o estado inicial

da austenita (composição, tamanho de grão, micro segregações e estado de

deformações), as características da população de inclusões e precipitados existentes

e as condições de aquecimento e resfriamento influenciarão a microestrutura do

cordão de solda (Solari, 1981).

Em uma solda em um só passe, a microestrutura da MS será formada pelos

produtos da decomposição da austenita em Ferrita, carbonetos e martensita durante o

resfriamento, sendo que a Ferrita pode assumir diferentes morfologias, algumas de

difícil distinção.

Em soldas de vários passes, a estrutura será ainda mais complexa, sendo

formada por regiões reaquecidas e alteradas pelos ciclos térmicos dos passes

seguintes e por regiões que permaneceram basicamente inalteradas. As

características desta microestrutura, tanto em escala microscópica como em escala

submicroscópica, são fundamentais na determinação das propriedades finais da MS.

Há cerca de aproximadamente 20 anos, o Instituto Internacional de Soldagem

(IIW) desenvolveu um sistema de classificação para os constituintes do metal de

solda, baseado na sua observação com o microscópio ótico, que se tornou o mais

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35

aceito atualmente. Segundo este sistema, os constituintes mais comuns da zona

fundida podem ser classificados como exibe a tabela 8 abaixo que resume as

características destes constituintes segundo o sistema de classificação do IIW (IIW,

1988).

Tabela 8 – Sistema Microconstituinte dos metais de solda (IIW, 1988)

Fonte: IIW International Institute of Welding.

Normalmente, em estudos que envolvem a correlação entre a microestrutura e

as propriedades do metal de solda, é necessário realizar metalografia quantitativa no

metal de solda, determinando-se a fração ou predominância de seus diferentes

constituintes.

Abaixo, serão discutidas, de forma bem geral, as características gerais destes

diferentes elementos estruturais.

Esta discussão está baseada em trabalhos de Solari e do IIW.

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36

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 Material de Base

O metal de base utilizado para a realização do teste foi o aço 80 HLES, pertence

ao grupo de materiais número 3, subgrupo 3.2 conforme Norma NF EN 15608, cuja

microestrutura é composta por ferrita e carbonetos típicos de material temperado e

revenido em elevadas temperaturas vide figura 18.

Figura 18 – Microestrutura do Metal de base da chapa 80HLES

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

A figura 19 a seguir exibe a denominação do grupo do material utilizado no casco do

submarino, segundo a norma FD CR ISSO/TR 15608: August 2000.

Figura 19 – Denominação do grupo de material.

Fonte: Norma FD CR ISO/TR 15608: August 2000

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37

4.2 Soldagem

As soldagens utilizadas para a confecção das duas amostras, tanto com o

eletrodo Nacional quanto com o eletrodo Importado utilizaram as mesmas

metodologias exibidas abaixo:

Foi montado o sistema de preaquecimento de acordo com a distribuição

de suas resistências e conforme plano de pontos de controles sobre a

junta;

Após a montagem e conferência de todos os pontos de aquecimento e

controle, o equipamento é ligado e aguardam-se aproximadamente de 2 a

3 horas para chegar a temperatura especificada em EPS para então dar

início a soldagem;

A soldagem só terá inicio mediante a liberação do operador de pré-

aquecimento.

A soldagem da junta foi realizada na posição plana (PA – 1G) o passe de

raiz nr. 1, deve garantir a total fusão do consumível com o material de

base. Em seguida foram feitas mais duas camadas com quatro passes e

após esse procedimento, foi preenchido o primeiro lado, com isso é

possível evitar o empenamento, conforme mostra a figura 20 abaixo.

Após a finalização da primeira fase, na posição (PA – 1G), é necessário

virar a amostra e realizar a operação de goivagem e esmerilhamento, cujo

objetivo é remover possíveis defeitos do lado do primeiro passe de raiz;

Durante a soldagem é permitido no máximo a oscilação 2,5 vezes o

diâmetro da alma do eletrodo;

O início de cada abertura de arco como o eletrodo, deve-se acontecer em

um espaço à frente do final do passe anterior, sendo sua cratera o início

deste novo passe lembrando que a escória remanescente no final de

cada passe deve ser removida para evitar inclusão de escória;

Todos os cordões de solda, realizados, suas alturas devem ser medidas,

para o cálculo de seus aportes térmicos (“Heat Input”) onde são retirados

na 3 camada do passe 4 do lado PA – 1G e na 7 camada do passe nr.8,

lado PE – 4G;

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38

Em seguida a soldagem é refeita pelo lado da posição sobre cabeça (PE

– 4G) com a deposição de mais 4 camadas;

Os demais passes devem seguir a sequência conforme EPS como mostra

a seguir na tabela 12, para realizar o balanço térmico entre passes,

evitando assim o empenamento da junta;

É obrigatória a limpeza entre passes;

Todos os cordões devem respeitar a temperatura de interpasse da EPS;

Nunca um passe deverá ser realizado sem a liberação do operador de

preaquecimento, pois a temperatura pode não ter alcançado o valor

especificado na EPS e caso isso ocorra o passe deverá ser removido;

Após a finalização de todos os passes dará inicio ao processo de pós-

aquecimento de 5 horas para a retirada do hidrogênio.

Figura 20 - Distribuição dos cordões e passes nas posições (PA/1G) e (PE/4G).

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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39

4.2.1 Solda com metal de adição – eletrodo importado

O consumível empregado na soldagem foi eletrodo revestido diâmetro 3,2 mm

por 450 mm de comprimento, classificação simbolizada conforme EN757, E69 4

Mn2NiCrMo B 32 H3 e AWS E 11018-G SFA A5. 5/A5 5M 2006, nome comercial SAF

DRY ND 80 DCN (Air Liquide – fabricação Francesa) Eletrodo básico, lembrando que

a identificação H3 significa, que é de baixo hidrogênio 3 ml/100g, possui revestimento

de pó de ferro e silicato de potássio e deve ser usado com corrente contínua e

polaridade inversa (eletrodo positivo).

Máxima Resistência Mecânica e Alta Tenacidade à baixa temperatura, para a

soldagem dos Aços de Granulação Fina de elevadas propriedades e é possível atingir

limites de escoamento entre 780 a 980 Mpa.

Resistente à corrosão e à fissuração é recomendado para a soldagem de Aços

de Construção Mecânica, Naval e Civil, sujeitos a grandes esforços a baixas

temperaturas. Soldável em todas as posições.

Este eletrodo, após a sua fabricação é embalado a vácuo e tem sua vida útil

ilimitada, desde que o vácuo não seja violado, caso isso ocorra o mesmo deve ser

descartado. Após a sua abertura para o uso, ele possui um tempo de cinco horas para

o consumo, após este período, o mesmo deverá ser descartado.

O uso de estufas é proibido pelo fabricante para o tipo de eletrodo embalado a

vácuo, a tabela 9 mostra a composição química do eletrodo importado com seus

respectivos teores.

Tabela 9 – Comparativo do eletrodo E 11018G (% em peso) por fabricante

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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40

4.2.2 Solda com metal de adição – eletrodo Nacional

O consumível empregado na soldagem foi eletrodo revestido diâmetro 3,2 mm

por 350 mm de comprimento, classificação simbolizada conforme ASW E11018G –

SFA A5. 5/A5 5M 2006, nome comercial NCSW110 (NICROSOL IND. E COM DE

SOLDAS ESPECIAIS – fabricação Nacional), lote 2013-140618, Eletrodo básico, ,

possui revestimento de pó de ferro e silicato de potássio e deve ser usado com

corrente contínua e polaridade inversa (eletrodo positivo).

Possui altíssima Resistência Mecânica e Alta Tenacidade à baixas temperaturas

(< 40°C), refinada estrutura metalúrgica. O depósito é ligado ao Níquel com adições

de Cromo e Molibdênio que homogeneamente se distribuem.

Podendo ser para aplicações multipasses, apresenta elevada resistência à

trincas garantida pelo baixo teor de hidrogênio 4 ml/100g para a soldagem dos Aços

de Granulação Fina de elevadas propriedades e é possível atingir limites de

escoamento entre 780 a 820 Mpa. Resistente à corrosão e à fissuração,

recomendado para a soldagem de Aços de Construção Mecânica, Naval e Civil,

sujeitos a grandes esforços a baixas temperaturas.

Soldável em todas as posições exceto na posição vertical descendente

[Fabricante Nicrosol].

Este eletrodo é fornecido em caixas de 4 x 5kg, não é embalado a vácuo e

segundo a instrução técnica NICROSOL IT-003 Rev1-16 informa que se o mesmo

estiver com a embalagem aberta deverá ser acondicionado em estufa a 325°C +/-

20°C por 1,5+0,5 horas.

Os eletrodos quando sair da estufa de manutenção deverá ir para o local de

trabalho acondicionado em estufas portáteis tipo (“cochicho”) que deverá permanecer

com temperatura entre 60°C a 150°C para evitar contaminação pela umidade.

Não foram encontradas informações com o fabricante restringindo o tempo de

horas com a embalagem aberta.

A tabela 10 mostra a composição química do eletrodo nacional com seus

respectivos teores.

Tabela 10 – Comparativo do eletrodo E 11018G (% em peso) por fabricante

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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41

Na figura 21 mostra o detalhe do corte realizado em usinagem em forma de“X” e

suas respectivas posições de soldagens na posição plana representada pelas letras

PA/1G e na posição sobre cabeça representada pelas letras PE/4G, bem como a

distribuição dos passes.

Figura 21 – Distribuição das camadas posição PA e PE.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Na tabela 11, mostra especificação técnica da fonte de energia para soldagem a

arco (máquina de solda) utilizada na soldagem das amostras.

Equipamento de soldagem utilizado:

Fabricante: Fronius – Áustria

Modelo: Tranpocket 2500

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Utilizada fonte de soldagem tipo inversor, operando no modo corrente constante,

para o processo SMAW sendo um aparelho de soldagem comandado totalmente

digital com 250 e 350 Ampères e curva característica ideal providencia um arco

voltaico estável;

O resultado é sempre uma curva característica perfeita e constante. E as melhores características de soldagem assim como a segurança máxima no processo.

Tabela 11 - Especificações técnicas da máquina de solda.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO EQUIPAMENTO DE SOLDA FABRICANTE FRONIUS - AUSTRIA

Tensão de rede - Trifásica 3 x 380 - 460V +/- 10% 50/60 Hz

Corrente de soldagem 10 - 350 Ampère

Tensão de circuito aberto 88 Volts

Tensão de trabalho 20,4 - 30 Volts

Potencia primária (100%) 7,1 kVA

Fonte: Fronius – Áustria 2017

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43

A tabela 12 exibem a seguir informações sobre do processo e parâmetros

empregado, distribuição de passes, parâmetros de soldagem, retirados da EPS

(WPS), para realização dos corpos de provas.

Para a confecção das duas juntas de testes. Foram utilizadas; 7 embalagens

com 22 eletrodos (Importado) cada totalizando 144 eletrodos para a junta soldada nr.1

e 9 embalagens contento 25 eletrodos (Nacional) cada, totalizando 225 eletrodos,

para a junta soldada nr. 2, a diferença se dá devido as dimensões do consumível

importado ser maior em 100 mm que o Nacional.

Tabela 12 - Parâmetros de soldagem junta de topo.

INFORMAÇÕES DOS PASSES E CAMADAS

Numero do passe 1 2 3

Numero da camada 1 e 5 2 a 6 3 e 5, 6 a 17

PROCESSO DE SOLDAGEM

PROCESSO 111 111 111

TIPO M M M

POSIÇÃO (JUNTA DE TOPO – BW) PA/PE PA/PE PA/PE

METAL DE ADIÇÃO

FABRICANTE CONSUMIVEL IMPORTADO

SAFDRY ND80 DCN E69

SAFDRY ND80 DCN E69

SAFDRY ND80 DCN E69

FABRICANTE CONSUMIVEL NACIONAL

NICROSOL NCSW110G

NCSW110G NCSW110G

DIAMETRO (mm) 3,2 3,2 3,2

REVESTIMENTO BASICO BASICO BASICO

PARAMETROS SOLDAGEM

POLARIDADE ELETRODO C + C + C +

MEDIA DE CORRENTE (A) 90 A 120 115 A 170 115 A 170

APORTE TERMICO (J/cm) >= 17000 23000 ± 6000 20000 ±3000

POS/PREAQUECIMENTO

TEMP. PREAQUECIMENTO °C 70 - 0 +40 70 - 0 +40 70 - 0 +40

TEMP. INTERPASSE °C 70 - 0 +55 70 - 0 +55 70 - 0 +55

TEMP. PÓS AQUEC. °C 70 - 0 + 100

TEMPO DE PÓS AQUEC. Horas 5

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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4.3 Macrografia

Após o corte com serra, as superfícies foram retrabalhadas em uma fresadora

universal, em seguida suas superfícies foram preparadas com folha de lixa d’agua de

grãos 120, 240, 280, 600,800 e 1200 para polimentos.

A amostra recebeu o polimento, que foi realizado com um disco giratório de

feltro, onde o qual foi aplicado pasta de diamante para em seguida receber o ataque

químico, Nital 5%.

No exame macrográfico foi possível observar e registrar a disposição dos passes

nos chanfros identificar visualmente as zonas Metal de Base, ZTA e MS, tendo como

critério de aceitação a ausência de defeitos de soldagem.

A figura 22, a seguir mostra duas Macrografias obtidas da região dos cordões de

solda junta em duplo “V” ou “X” da amostra 1, eletrodo importado e amostra 2 eletrodo

nacional.

Figura 22 - Macrografia da região do cordão de solda

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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4.4 Micrografia

Técnica de ensaio micrográfico corrente foi dividida nas seguintes fases:

Na escolha e localização da secção a ser estudada;

Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido;

Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem

ataque;

Ataque da superfície por um reagente químico adequado;

Exame ao microscópio para a observação da textura;

Obtenção de documentos que reproduzam e conservem o aspecto

observado (fotografias) [25].

Na análise micrografia foi utilizado microscópio óptico, aumento de 500 x, onde

se pôde observar as fases presentes e identificar os constituintes da zona da

transição do metal de base (MB) para a ZTA fundida, tanto na raiz da solda quanto no

enchimento e acabamento.

As microestruturas de todas as etapas de solda foram analisadas, após ataque

químico Nital 5%, conforme a Identificação microestrutural mostrado na figura 23 e

suas correlações entre as transições das zonas de soldagem MB – ZTA – MS - ZTA-

MB.

Figura 23 - Transições das Zonas MB-ZTA-MS-ZTA-MB

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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4.5 Ensaios Mecânicos

4.5.1 Ensaios não destrutivos

A Norma NF EN 287-1 especifica os ensaios destrutíveis e não destrutíveis.

Após a soldagem, devem ser realizados ensaios de inspeção visual (IV), líquido

penetrante (LP) e partícula magnética (PM), cuja finalidade foi verificar

descontinuidades superficiais e o aspecto da junta soldada, após o período de 72

horas foram realizados os ensaios volumétricos de gamagrafia ou radiografia (RX) e

ultrassom (US).

Após o término da soldagem, a junta foi inspecionada conforme norma EN 287-

1, através de:

Controle Visual - Norma EN 970

Controle por Partícula Magnética método Yoke - Norma EN 1290

Controle por Radiografia - Norma ISO 1106-1 para juntas de topo com

espessuras inferiores a 50 mm;

Controle por Ultrassom - Norma NF EN 583-1 Parte 1 – princípios gerais;

Controle por Ultrassom - Norma NF EN 1714 Inspeção de juntas soldadas;

4.5.2 Ensaios destrutivos

A figura 24 a seguir mostra a distribuição dos corpos de provas para os ensaios,

a chapa indica as formas, posições e a localização da posição de descarte e qual a

direção que a solda foi realizada, a fim de facilitar para o operador, o local correto

para a execução do corte e bem como suas usinagens e ensaios não destrutivos.

Após a preparação dos corpos de provas, foram iniciados os Ensaios de

Impacto Charpy na região da ZTA, ensaio de Impacto de Charpy na região do centro

da solda MS, macrografia, Dureza e tração longitudinal na região da fusão do metal

de solda, tração transversal e dobramento lateral.

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Figura 24 exibe a distribuição dos corpos de provas para os ensaios, a chapa

indica as formas, posições para a retirada dos corpos de provas com as suas

respectivas nomenclaturas.

Figura 24 – Layout das amostras para confecção dos corpos de prova.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

A tabela 13 a seguir, exibe a metodologia dos ensaios realizados no

laboratório, mostrando as formas definidas de cada corpo de provas, pois facilita na

forma fixar os corpos de provas nos dispositivos de cada equipamento que foi

utilizado para fazer os testes bem como suas quantidades.

Tabela 13- Preparação dos Corpos de prova.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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48

4.5.3 Ensaio de tração

O ensaio consiste em solicitar o corpo-de-prova com esforço de tração,

geralmente até a ruptura, com o propósito de se determinar uma ou mais

propriedades mecânicas. Foi realizado à temperatura ambiente, entre 10°C e 35°C,

ensaios sob condições controladas, também poderiam ser executados à temperatura

de 23°C ± 5°. Para o ensaio de tração longitudinal, foram confeccionados dois corpos

de provas retirados no sentido do cordão de solda (MS), como mostrado na figura 24

e na tabela 13, sendo um para consumível Nacional e um corpo de prova na mesma

situação para o consumível importado, seguindo os requisitos da Norma ASTM A 370

– 03 a e ISO 6892-1:2009 (E) corpo de prova modelo 1, vide figura 25.

Figura 25 mostra a localização da retirada do corpo de prova do centro do

cordão de solda para a realização do ensaio de tração longitudinal.

Figura 25 - Geometria do corpo de prova cilíndrico - tração longitudinal (MS).

Fonte: Norma ASTM A370-03 a./ ISO 6892-1:2009.

Page 65: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

49

Para o ensaio de tração transversal, como mostrado na figura 24 e na tabela 13,

foram confeccionados quatro corpos de provas para o consumível Nacional e quatro

corpos de provas na mesma situação para o consumível importado, seguindo os

requisitos da Norma ASTM A 370 – 03 a e ISO 6892-1:2009 (E) figura 26.

Figura 26 - Geometria retangular do corpo de prova - tração transversal.

Fonte: Norma ASTM A 370 – 03 a e ISO 6892-1:2009 (E).

Page 66: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

50

4.5.4 Ensaio de dobramento

O ensaio de dobramento tem como objetivo aplicar uma determinada carga em

um sobre um corpo de provas a uma deformação plástica for flexão.

O corpo de provas foi colocado sobre dois pontos de apoio e afastado a uma

distancia conhecida, conforme figura 27 a seguir, recebeu uma carga especifica

através de um cutelo de diâmetro de 40 mm, onde foi aplicado um esforço de flexão

no centro do corpo de provas, até que o mesmo atinja um ângulo de dobramento de

180°C, de acordo com o procedimento de teste.

O ensaio por dobramento é um meio simples e também utilizado para detectar

problemas metalúrgicos e detectar defeitos nas soldas.

O método utilizado para a aprovação do ensaio é o visual, todavia não são

permitidas trincas ou descontinuidades acima de um valor determinado pela norma.

Caso apresentar defeitos ou romper antes do raio (ângulo) o teste está

reprovado e a amostra deverá ser refeita.

Figura 27 – Equipamento utilizado para a realização dos testes de dobramento.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 67: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

51

O teste de dobramento transversal (SBB) em junta de topo, soldados por ambos

os lados, visa comparar os resultados dos corpos de provas em diferentes juntas

soldadas, pois são dois eletrodos de diferentes fabricantes e devem seguir as

especificações dimensionais conforme norma EN 910, para soldas em duplo “V” ou

“X” a temperatura para a realização deve ser ambiente de (23 +/- 5)°C. Caso

apresentar defeitos ou romper antes do raio (ângulo) o teste está reprovado e a

amostra deverá ser refeita

A figura 28 mostra a sequência do teste de dobramento exibindo a simbologia

das letras utilizadas.

Simbologia das letras:

a = espessura do corpo de provas;

b = largura do corpo de provas;

Ls = largura máxima da solda depois da usinagem;

Lt = comprimento total do corpo de provas;

L = Distância entre apoios;

d = Diâmetro do cutelo;

α = Ângulo de dobramento.

Figura 28 - Posicionamento do corpo de prova para dobramento.

Fonte: Norma EN 910.

Page 68: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

52

Figura 29, a seguir mostra os CP’s para dobramento com Eletrodo Importado e

Nacional antes do dobramento lateral.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

CP’s para dobramento com Eletrodo Nacional

Figura 29 - Corpos de provas para ensaio de dobramento.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 69: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

53

4.5.5 Ensaio de dureza

Como um ensaio mais no âmbito comparativo das propriedades mecânicas do

que como na especificação do material, este ensaio o mais importante analisado

foram são as propriedades mecânicas relacionadas a soldagem do cordão de solda,

mais especificamente verificar se houve pontos onde a dureza elevou de forma

desproporcional e suas interações com os tratamentos térmicos de pré e pós

soldagem. O ensaio de dureza aconteceu ao longo de todas as fases ocorrentes da

solda de acordo com o explicado abaixo [25].

Ensaio de microdureza Vickers ocorreu com aplicação de carga de 10 kgf e

realizado de acordo com a seguinte distribuição: 18 medições para o metal base

(MB), 18 medições para a zona termicamente afetada (ZTA) e 18 medições para a

zona fundida (ZF).

As medições foram divididas em três linhas de eixo 1,2 e 3 feitas a cerca de 2,0

mm da superfície inferior e superior da junta soldada e em uma linha traçada no meio

da amostra. O objetivo desse ensaio foi verificar a existência de pontos com dureza

elevada nos eixos já mencionados como mostrado na figura 30.

As amostras foram retiradas das juntas soldadas com o eletrodo revestido E69

(CP1) (importado) e E10018G (Nacional) (CP2) conforme mostrado na figura 30.

Figura 30 - Pontos para medição de micro dureza Vickers.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 70: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

54

4.5.6 Ensaio de Impacto Charpy

É O ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por

uma amostra do material, quando submetida à ação de um esforço de choque de

valor conforme certificado do fabricante.

Abaixo seguem detalhes de fixação das amostras, bem como suas dimensões e

geometrias, o local especifico da posição do corpo de provas na região do Metal de

Solda (MS) e a ZTA, de acordo com a NF EN 10045-1 (10 mm x 10 mm x 55 mm),

conforme exposto na figura 31 abaixo.

Figura 31 – Localização dos corpos de provas MS e ZTA

Fonte: Desenhos conforme Norma EN 100045

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55

O equipamento utilizado para a realização dos ensaios de impacto Charpy

conforme mostrado na figura 32, foi uma Máquina de Impacto pendular fabricante

Panambra MCH-001 (PT) certificado número 3903.15, Software “Winimpact” validade

maio 2018, com capacidade de 0 a 300 J, o ensaio foi realizado a temperatura

ambiente 22ºC.

Figura 32 - Máquina de ensaio de impacto.

A figura 33 a seguir, exibe o recipiente com temperatura controlada, destinado

para o banho de imersão a -20 °C, onde os corpos de provas dos Eletrodos Nacional

e Importado são imersos e aguardam até que a temperatura alcance os valores pré-

estabelecidos e em seguida são retirados e submetidos ao teste de impacto.

Figura 33 - Resfriamento em banho de imersão (-20ºC) para ensaio de impacto.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 72: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

56

Foram realizados 6 ensaios de impacto Charpy, sendo 3 no metal de solda (MS)

e 3 na Zona Termicamente Afetada (ZTA) de cada peça teste (consumível Nacional)

para as amostras com o consumível importado foram realizados da mesma maneira,

conforme disposição dos CP’s mostrados na figura 34, antes do ensaio.

Figura 34 - Geometria do corpo de prova para ensaio de impacto Charpy.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Os corpos de prova exibidos na figura 34 acima, foram submetidos ao banho em

imersão em álcool etílico a uma temperatura de -20ºC num recipiente isotérmico vide

figura 33.

A refrigeração do banho ocorreu através de circulação do liquido refrigerante e

foi realizada através de banho criostático selado, configuração do próprio

equipamento.

Com os corpos de provas imersos, este banho foi controlado por 15 minutos até

a completa homogeneização da temperatura no aço.

Em seguida, em frações de segundos o corpo de provas foi retirado, desse

recipiente e o pendulo foi acionado e os corpos de prova foram imediatamente

rompidos.

Page 73: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

57

O objetivo do ensaio Charpy é determinar a energia absorvida e porcentagem

de dutilidade do material, a análise é foi realizada por comparação do resultado do

ensaio e em seguida realizada por análise visual de como ocorreu a fratura, ou seja,

olha-se a fratura no corpo de prova e a compara com sua respectiva aparência com

uma tabela encontrada na Norma ASTM E23 – 02A, que indica o quanto foi a fratura

se dúctil ou frágil.

O cisalhamento da região de fratura dúctil sobre superfície da fratura inclui a

região que indica o inicio da fratura, sendo representado por dois lábios de corte e a

região da fratura final.

A região indicada pela fratura plana ou radial é uma região de crescimento de

fissuras instável e é menos dúctil conforme mostrado nas figuras 35 e 36.

Figura 35 - Aspecto da região do corpo de prova após ensaio de impacto.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Figura 36 - Fotos comparativas do aspecto da fratura dúctil / frágil.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 74: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

58

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Análise química

Análise química obtida do eletrodo revestido (importado) SAFDRY ND 80 DCN

e do eletrodo (nacional) NCSW 110G estão exibidas na tabela 14, com base nos

valores percentuais dos elementos de ligas de acordo com os certificados dos

fabricantes.

Tabela 14- Análise química dos consumíveis Nacional e Importado.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Verifica-se que a composição química do metal de solda utilizada pelo fabricante

Air liquide, obtido com o eletrodo revestido SAFDRY ND 80 DCN (Importado) está

dentro dos percentuais especificados; no caso do metal de solda obtido com o

eletrodo NCSW 110G, o percentual de carbono encontra-se pouco acima do limite do

especificado.

Outro fator importante que o teor de Manganês do fabricante Nicrosol está com

valor do limite abaixo do especificado.

Page 75: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

59

Outra comparação esta relacionada com a adição do elemento Cu, o fabricante

Air Liquide manteve o seu teor do elemento cobre menor que o fabricante Nicrosol, já

o mesmo utiliza mais porcentagem do deste elemento um pouco a mais o que ajuda a

aumentar a resistência à corrosão, promove o aumento do limite de escoamento por

sua precipitação na matriz.

Sem o cobre, tal efeito é mais acentuado pelo aumento simultâneo de fósforo

(CHIAVERINI, 2005) os demais valores estão dentro, dentro da faixa especificada

para cada um desses elementos.

5.2 Macrografias CP 1(importado) e CP 2. (Nacional)

O resultado da avaliação macrografica transversal, realizada na amostra 1

(consumível importado) apresenta todos os cordões/passes foram distribuídos de

maneira homogênea, não foi encontrada nenhuma descontinuidade, como falta de

fusão, inclusão de escória e etc., conforme mostrado na figura 37 abaixo.

A região do chanfro apresenta fusão completa em toda área, os locais mais

claros definem bem o Metal de Base (MB), a parte mais escura a define a Zona

Termicamente Afetada (ZTA) e a parte menos escura define o Metal de Solda (MS).

A amostra foi examinada com aumento de 10 vezes, não foram encontrados

nenhuma descontinuidade na região do metal depositado.

O Laudo apresenta resultado onde a amostra esta isenta de indicações,

atendendo aos requisitos da norma NF EN ISO 6520-1:2007 conforme mostrado na

figura 36.

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60

Análise realizada na amostra exibe que a mesma se encontra esta isenta de

indicações.

Figura 37 - Foto do CP 1 consumível importado.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

O resultado da avaliação macrografica transversal, realizada no corpo de prova

2 (consumível Nacional) apresenta todos os cordões/passes, foram distribuídos de

maneira homogênea, não foram encontradas nenhuma descontinuidade, como falta

de fusão, inclusão de escoria e etc.

Houve fusão completa em toda área do chanfro em “X” a região mais clara

define bem o Metal de Base (MB), a parte mais escura a Zona Termicamente Afetada

(ZTA) e a parte menos escura o Metal de Solda (MS).

A amostra foi examinada com aumento de 60 vezes não foi detectado nenhuma

descontinuidade no metal depositado.

Page 77: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

61

O Laudo apresenta resultado onde a amostra esta isenta de indicações, atendendo

aos requisitos da norma NF EN ISO 6520-1:2007, conforme mostrado na figura 36.

Figura 38 - Foto do CP 2 consumível Nacional

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

5.3 Ensaios Não Destrutivos dos CP1 Importado e CP2 Nacional.

A boa prática da realização da soldagem recomenda que ao final de cada

cordão/passe o soldador deve efetuar a limpeza, verificar o aspecto do cordão

depositado, medir profundidade de deposito, verificar se há mordedura, evitar

descontinuidades como inclusão de escória e corrigi-las afim de quando a soldagem

Page 78: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

62

estiver terminada, o soldador fará a sua inspeção visual e passará a encarregado que

também fara a sua inspeção visual.

Só então quando o departamento de Qualidade realizar e constatar que o exame

visual esta conforme o critério de aceitação, que será liberado para os demais ensaios

não destrutíveis tal como líquido penetrante (LP), partícula magnética (PM), ensaio de

gamagrafia, ou (RX) e Ultrassom (US).

Os dois corpos de provas 1 e 2 soldados, formam submetidos aos testes de

Visual, LP, PM, RX e Ultrassom e não apresentaram nenhuma descontinuidade, tais

como trincas, falta de fusão, deposição insuficiente, mordedura, inclusão de escória

ou poros mostrado na figura 38.

Figura 39 – Ensaio Visual, líquido penetrante, Partícula Magnética e RX, .

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 79: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

63

5.4 Gamagrafia, RX e US para os dois CP’s 1 e 2.

Não foram encontrados nenhuma descontinuidade nos filmes dos dois corpos

de provas 1 e 2 que foram submetidos aos ensaios, atendendo aos requisitos da

norma NF EN ISO 6520-1:2007.

5.5 Micrografia

As figuras 39 e 40 mostram as micrografias realizadas através de microscópico

ótico do corpo de prova 1 (consumível importado) e corpo de prova 2 consumível

Nacional. Em ambas analises as duas estruturas metalúrgicas se mantiveram com as

mesmas configurações e transições devido ao tratamento de pré e pós-aquecimento

empregado durante a fase de soldagem.

O agrupamento dos grãos de Ferrita primaria, revelou a estrutura antes da

transformação de fase, que era composta por grãos grosseiros de austenita com

morfologia colunar, cujo crescimento epitaxial manteve orientação muito próxima à

normal da linha de fusão.

Figura 40 - Micrografia da região MB aumento de 500x, Estrutura Ferrita primária

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 80: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

64

Na análise realizada ZTA, as estruturas de ambos os corpos de provas (1 e 2),

mostram uma estrutura (AF) Ferrita mais a formação de grãos finos que foram

austenitizados e transformaram em (Bainita) no resfriamento. Segundo Hoekstra.

[26,27 e 28], os elementos de liga que proporcionam a formação de (AF), são

considerados benéficos à tenacidade e, portanto, desejáveis no metal de solda.

CORPO DE PROVA 1 CORPO DE PROVA 1

ZTA DA SOLDA 500X - PARCIALMENTE

TRANSFORMADA EM GRÃOS FINOS E EM

SEGUIDA EM FERRITA

ZTA DA SOLDA 500X – PARCIALMENTE

TRANSFORMADA EM GRÃOS FINOS E EM

SEGUIDA EM FERRITA

Figura 41 - Micrografia da região ZTA aumento de 500x, Estrutura de Ferrita

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Conforme mostrado na figura 40 região zona fundida do metal de solda (MS),

as microestruturas analisadas mostram que ambas contém Ferrita acicular (AF)

circundada com grãos de ferrita primária de contorno de grão (PF(G)), ferrita com

segunda fase alinhada – FS(A), também foi identificado [29]

Os elementos de liga, no caso o Mn e o Ni, presentes no eletrodo, são

formadores e estabilizadores deste microconstituinte. Adições de cromo favorecem a

formação de AF em detrimento da FP(G) e, de acordo com Surian [30], isso é

verdadeiro para toda faixa por ele estudada, o que contradiz o trabalho de Evans

[apud 40], que estudou o comportamento do Cr em metais de solda C-Mn, verificando

que inicialmente o Cr aumenta a quantidade de AF e acima de cerca de 1% favorece

a formação de FS.

Surian [30] credita essa diferença de comportamento ao efeito conjunto do Ni e

Mo, uma vez que estes são refinadores da microestrutura e formadores de FA.

Page 81: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

65

A presença predominante de AF no MS, representa um bom resultado nas

propriedades mecânicas do cordão de solda pois a AF é considerado o melhor

constituinte para garantir o aumento da relação entre resistência da tenacidade do

MS, metal de solda.

CORPO DE PROVA 1 – ELETRODO IMPORTADO

CORPO DE PROVA 2 – ELETRODO NACIONAL

SOLDA 500X – FERRITA ACIRCULAR (AF), FERRITA POLIGONAL (FP), FERRITA SEGUNDA FASE ALINHADA FS(A). FERRITA COM CARBONETO (FC).

SOLDA 500X – FERRITA ACIRCULAR (AF), FERRITA POLIGONAL (FP), FERRITA SEGUNDA FASE ALINHADA FS(A). FERRITA COM CARBONETO (FC)

Figura 42 - Micrografia da região MS - aumento de 500 X.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

5.6 Ensaios de transversal de tração – Eletrodo Nacional

Conforme visto nas figuras 24 e 25, foram retirados dois corpos de provas para

ensaio sendo, um para o eletrodo importado e o outro Nacional.

Os resultados mostram de uma forma comparativa que ensaios dos corpos de

prova tiveram o comportamento do material dentro do desejável.

O rompimento no MB, mostram que os valores indicados por ambos os

fabricantes dos consumíveis estão entre 780 a 820 MPa, os valores encontrados

variam entre 780 a 819,55 MPa, apresentando um aspecto dúctil, fratura nos corpos

de provas em forma de “taça e cone”.

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66

Os requisitos de aceitação dos limites de escoamento (LE) e limite de ruptura (LR)

estão dentro da faixa de valores especificados para os consumíveis ensaiados,

conforme mostrados na tabela 15 e gráfico 1 a seguir.

Tabela 15- Resultados de tração transversal para o eletrodo Nacional.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

.

Gráfico 1 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Nacional

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67

As figuras 41 e 42 mostram os comportamentos dos CP’s rompidos no ensaio de

tração transversal, cujo rompimento resulta em uma falha dúctil sob tensão de tração

envolvendo três etapas:

Primeiro lugar, o corpo de prova estrangula-se, formando-se cavidades na região

estrangulada;

Segundo lugar, uma cavidade torna-se eventualmente o suficientemente grande

para alargar-se e estender-se rapidamente na secção transversal e,

Terceiro lugar, a fratura originada espalha-se na superfície seguindo uma

direção inclinada de 45° em relação ao eixo de tração.

O resultado é a chamada fratura em “taça e cone” como mostra a figura 41 e

figura 42.

Figura 43 – Corpo de provas com rompimento forma “taça e cone”.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 84: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

68

No perfil abaixo exibe a forma Ensaio de tração transversal, cujo o rompimento

resulta em uma falha dúctil, aspecto fosco.

Figura 44 – Resultados do ensaio de tração transversal – fratura Dúctil

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

4.7 Ensaio de transversal de tração – Eletrodo Importado

Conforme figura 9 foram retirados dois corpos de provas para ensaio sendo, um

para o eletrodo importado e o outro Nacional.

Os resultados mostram de uma forma comparativa que ensaios dos corpos de

prova tiveram o comportamento do material dentro do desejável.

O rompimento no MB, mostram que os valores indicados pelos fabricantes estão

entre 780 a 980 MPa, os valores encontrados variam entre 780 a 812,05 MPa,

exibindo um aspecto dúctil, fratura nos corpos de provas em forma de “taça e cone”.

Os requisitos de aceitação dos limites de escoamento (LE) e limite de ruptura

(LR) estão dentro da faixa de valores especificados para os consumíveis ensaiados.

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69

Tabela 16 - Resultados de tração transversal para o eletrodo Importado.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Gráfico 2 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Importado

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 86: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

70

As figuras 43 e 44 mostram os comportamentos dos CP’s rompidos no ensaio de

tração transversal, cujo o rompimento resulta em uma falha dúctil sob tensão de

tração envolvendo três etapas:

Primeiro lugar, o corpo de prova estrangula-se, formando-se cavidades na região

estrangulada;

Segundo lugar, uma cavidade torna-se eventualmente o suficientemente grande

para alargar-se e estender-se rapidamente na secção transversal e,

Terceiro lugar, a fratura originada espalha-se na superfície seguindo uma

direção inclinada de 45° em relação ao eixo de tração.

O resultado é a chamada fratura em “taça e cone” como mostra a figura 43 e

figura 44.

Figura 45 – Corpo de provas com rompimento forma taça-cone.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 87: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

71

No perfil, abaixo na figura 45, exibe a forma Ensaio de tração transversal, cujo o

rompimento resulta em uma falha dúctil, aspecto fosco.

Figura 46 – Resultados do ensaio de tração transversal – fratura Dúctil

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

5.7 Ensaios de tração Longitudinal – Importado

O teste apresentou resultados satisfatórios, indicando que, de acordo com

aspecto da forma da fratura ser “taça e cone”, ruptura dúctil, pois sua seção resistente

se reduz por forças de deformação plásticas causadas pelo escorregamento dos

planos cristalinos em virtude das tensões de cisalhamento. Comparando os valores

informados pelos fabricantes entre 780 a 960 MPa, os resultados encontrados,

mantiveram dentro da faixa requerida.

A variação do LE no MS para o eletrodo Importado foi de 895,40 MPa,

permanecendo, ambos dentro dos limites informados pelos fabricantes entre 780 e

960 MPa

Tabela 17- Resultados de tração longitudinal para o eletrodo Importado.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 88: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

72

O gráfico 3, mostra que o resultado de tração longitudinal realizado no MS,

atingiu seu limite máximo de resistência e em seguida se rompe.

Gráfico 3 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Importado

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

A figura 45 apresenta o rompimento do CP no MS, zona de cisalhamento,

inclinada de aproximadamente 45° em relação ao eixo de tração, corresponde à

região onde há um alivío da triaxialidade das tensões e há um escorregamento dos

planos cristalinos devido às tensões de cisalhamento. fratura aspecto “taça e cone”.

Figura 47 - Fratura após ensaio de tração longitudinal no MS

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 89: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

73

5.8 Ensaios de tração Longitudinal – Nacional

A variação do LE no MS para o eletrodo Nacional foi de 823,91 MPa,

permanecendo, ambos dentro dos limites estabelecidos entre 780 e 960 MPa.

A tabela 17 mostra o resultado do ensaio de tração longitudinal onde os valores

obtidos estão dentro da faixa informada pelos fabricantes dos consumíveis.

Tabela 18 - Resultados de tração longitudinal para o eletrodo Nacional.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

O gráfico 4, mostra que o resultado de tração longitudinal realizado no MS,

atingiu seu limite máximo de resistência e em seguida se rompe.

Gráfico 4 - Curva Tensão x Deformação - Eletrodo Nacional

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 90: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

74

A figura 46 apresenta o rompimento do CP no MS, zona de cisalhamento,

inclinada de aproximadamente 45° em relação ao eixo de tração, corresponde à

região onde há um alivío da triaxialidade das tensões e há um escorregamento dos

planos cristalinos devido às tensões de cisalhamento. fratura aspecto “taça e cone”.

Figura 48 - Fratura após ensaio de tração longitudinal no MS.

Fonte: do autor, 2017.

5.9 Ensaios de dobramento lateral - Eletrodo Nacional

A tabela 18 abaixo apresenta os resultados dos testes de dobramento,

realizados para o consumível utilizado na soldagem das juntas.

Para o eletrodo nacional não foi encontrado durante o dobramento, nenhum tipo

de descontinuidade na região submetida ao esforço conforme mostrado na figura 47.

Apresentou boa ductilidade, compatível com a exigida pelo teste, confirmando

sua solda satisfatória.

Figura 49 - Após ensaio de dobramento lateral.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 91: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

75

A tabela 18 abaixo exibe os resultados do ensaio de dobramento lateral onde

não foi encontrada nenhuma descontinuidade ou fissura na região da solda.

Tabela 19 - Resultado ensaio de dobramento eletrodo Nacional.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

5.10 Ensaios de dobramento lateral - Eletrodo Importado

A tabela 19 abaixo apresenta os resultados dos testes de dobramento, realizado

para o consumível utilizado na soldagem das juntas.

Para o eletrodo importado, não foi encontrado durante o dobramento, nenhum

tipo de descontinuidade na região submetida ao esforço conforme mostrado na Figura

48.

Apresentou boa ductilidade, compatível com a exigida pelo teste, confirmando

sua solda satisfatória.

Figura 50 - Após ensaio de dobramento lateral.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Page 92: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

76

A tabela 19 abaixo exibe os resultados do ensaio de dobramento lateral onde

não foi encontrada nenhuma descontinuidade ou fissura na região da solda.

Tabela 20 - Resultado ensaio de dobramento eletrodo Importado.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017

5.11 Ensaio de dureza

Abaixo seguem os resultados obtidos nos ensaios de microdureza Vickers,

mostrados pelas figuras 49 e 50, as amostras foram retiradas das juntas soldadas

com o eletrodo revestido E69 (1) (importado) e E10018G (Nacional) (2).

Figura 51 – Resultado do ensaio de dureza – Eletrodo Importado 1.

Page 93: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

77

Figura 52 – Resultado do ensaio de dureza – Eletrodo Nacional 2.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

As figuras 49 e 50 mostram as distribuições de pontos onde foram realizadas

medições lineares, distribuídas de maneira a verificar os valores encontrados no MB,

ZTA e MS dos eletrodos Importado e Nacional.

O metal de Base, composto por grãos grosseiros de austenita com morfologia

colunar, cujo crescimento epitaxial manteve orientação muito próxima à normal da

linha de fusão ZTA.

Apesar dos valores encontrados, nas figuras 49 e 50, estarem na região do MB,

não possui variação significativa por estar próxima a região da ZTA, local este, onde

microestrutura é parcialmente transformada, logo como mostram os resultados, a

tendência é ter valores menores que a região do metal de solda, Vide tabela 20.

5.11.1 - Região do metal de base eletrodo Importado

Tabela 21 - Resultado do ensaio de dureza região Metal de Base.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017

Page 94: FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA …

78

5.11.2 Região do metal de base eletrodo nacional

Tabela 20 - Resultado do ensaio de dureza região Metal de Base.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

Como mostrado nas figuras 49 e 50, a ZTA, Região composta por

transformações devido ao aquecimento e mudanças das fases, mostram alguns

valores mais altos na faixa da linha A parte superior do eletrodo nacional,

provavelmente por formação de grãos finos predominância de Ferrita Acicular que

foram austenitizados e transformaram em (Bainita) [31]. No resfriamento mesmo com

variações dos valores encontrados nas microdurezas na ZTA e MS, os ensaios

destrutivos complementares não apresentaram diferenças entre o material importado

e nacional, vide tabela 21.

Tabela 22 - Resultado do ensaio de dureza região ZTA.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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79

O resultado da dureza encontrado na região do MS mostra valores constantes

havendo picos na parte superior e inferior do consumível importado, já vistos nas

figuras 49 e 50, que podem ter sidos originados por teores de elementos de liga, no

caso o Mn e o Ni, presentes no eletrodo [32]. Entretanto, a microestrutura é

constituída de parte em Bainita, o aporte de calor utilizado na soldagem pode ter

contribuído para esta estrutura. Os passes de revenimento podem ter sido realizados

em velocidade um pouco elevada e o seu resfriamento e com isso pode ter ocorrido

de uma forma mais rápida, tornando aquela região com valores acima dos valores do

eletrodo nacional.

Este resultado sugere que, ao longo da execução dos passes de soldagem, a

partir da terceira camada na posição plana, o processo é interrompido, efetua-se a

retirada de parte do primeiro cordão pelo lado oposto da chapa, pelo processo de

goivagem, aplicam-se os ensaios NDT’s e recompõe-se a geometria do chanfro por

esmerilhamento. Em seguida inicia-se o preaquecimento da junta até alcançar a

temperatura de liberação da solda e então se dá início à soldagem pela contra solda

(na posição sobre cabeça). Os valores apresentados na linha C mostram que a

posição sobre cabeça para o soldador é desfavorável é o mesmo não mantem a

mesma velocidade de deposição e isso pode ter contribuído para a variação de

alguns pontos da dureza, consequentemente a taxa de resfriamento manteve mais

rápida e com isso houve uma variação da sua dureza nas regiões de “A” e ”C” vide

tabela 22 abaixo.

5.11.3 Região da MS eletrodo Importado versus Nacional

Tabela 23 - Resultado do ensaio de dureza região MS.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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80

5.12 Ensaio de Impacto Charpy

Os corpos de prova ensaiados na região da ZTA, não se romperam totalmente,

absorveram mais energia (85%), possivelmente devido a presença de ferrita e grãos

finos, em contrapartida, os corpos de prova ensaiados na região do metal de adição

(MS) foram encontrados AF, FC, PF (G) FS (A), praticamente todos se romperam e

absorveram menos energia e assim apresentaram fratura dúctil (50%).

Todos os corpos de provas que foram ensaiados a tiveram valores de energia

absorvida satisfatória dentro do procedimento interno, figura 51 e 52 exibem os

resultados do teste de impacto e comparativo do aspecto da fratura dúctil.

Figura 53 - Resultado do teste de impacto e comparativo ZTA e MS.

Nas tabelas 23 e 24 mostram que os percentuais estão entre 50 a 100% e

indicam que ocorreu a fratura dúctil, valores abaixo de 40% indicam fratura frágil logo,

tiveram valores de energia absorvida satisfatória

Tabela 24 - Resultado do ensaio de impacto eletrodo Importado.

RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO DE CHARPY - CORPO DE PROVA 1 - ELETRODO IMPORTADO

CORPO DE PROVA

TEMPERATURA DO CP

(°C)

ENERGIA ABSORVIDA Fratura Dúctil

(%) VALORES INDIVIDUAIS (J)

MÉDIA (J)

Centro da Solda (VWT) -20 54

48,67

50

Centro da Solda (VWT) -20 50 50

Centro da Solda (VWT) -20 42 50

Zona Térmica Afetada (VHT) -20 152

167,33

85

Zona Térmica Afetada (VHT) -20 192 85

Zona Térmica Afetada (VHT) -20 158 85

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81

CORPO DE PROVA – ELETRODO NACIONAL CORPO DE PROVA – ELETRODO NACIONAL

Figura 54 – Resultado do teste de impacto e comparativo com ZTA e MS.

Fonte: . Adaptado pelo autor, 2017.

Tabela 25 - Resultado do ensaio de impacto eletrodo Nacional

RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO DE CHARPY - CORPO DE PROVA 2 - ELETRODO NACIONAL

CORPO DE PROVA TEMPERATURA DO CP (°C)

ENERGIA ABSORVIDA Fratura Dúctil

(%) VALORES INDIVIDUAIS (J)

MÉDIA (J)

Centro da Solda (VWT) -20 50

50,27

50

Centro da Solda (VWT) -20 50,4 50

Centro da Solda (VWT) -20 50,4 50

Zona Termicamente Afetada (VHT) -20 206

173,8

85

Zona Termicamente Afetada (VHT) -20 220 85

Zona Termicamente Afetada (VHT) -20 108 85

.

Fonte: Adaptado pelo autor, 2017.

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82

6 CONCLUSÃO

As microestruturas identificadas no presente trabalho, através da microscopia

ótica apresentam no metal de solda uma população de ferrita acicular (AF) e a ferrita

com segunda fase (FS), a ferrita primaria de contorno de grão (PF(G)) aparecem em

todas as condições dos corpos de provas analisados devido ao seu aspecto claro e

na forma de veios devido a forma do contorno de grão colunar da austenita prévia,

conferindo a sua forma alongada.

A ferrita poligonal intergranular (PF(I)) apareceu na forma de grãos poligonais

ocorrendo em taxas de resfriamento controlado (lento)

A ferrita (AF) apareceu em todos os corpos de provas analisados, na forma de grãos

finos de ferrita não paralela, separadas por contorno de alto ângulo. A presença

predominante de AF no MS, representa um bom resultado nas propriedades

mecânicas do cordão de solda pois a AF é considerada o melhor constituinte para

garantir o aumento da relação entre resistência da tenacidade do MS, metal de solda.

A microestrutura ferrita com segunda fase (FS(A)) e ferrita de contorno de grão

(PF(G)) são indesejáveis para o metal de solda, pois apresenta baixa resistência a

propagação de trincas.

No ensaio Charpy, região ZTA, presença de AF e grãos finos, representa um

bom constituinte para garantir o aumento da relação entre resistência da tenacidade

do MS, metal de solda, por isso os corpos de provas não romperam, absorvendo a

energia. Já no metal de solda MS, os corpos de provas, romperam devido a

diversidade de FC, PF (G) FS(A), na região do MS fazendo que o mesmo

absorvessem menos energia.

As microestruturas observadas nos cordões de solda feitos com diferentes níveis de

energia de soldagem, mostram que há uma variação pequena nos valores de dureza

na região do metal de solda (MS)zona fundida, constituída por ferrita acicular (AF)

circundada com grãos de ferrita primária de contorno de grão (PF(G)).

As amostras soldadas com o eletrodo nacional foram comparadas com os as

amostras soldadas com o eletrodo importado e pode-se afirmar que apresentam

requisitos suficientes para soldagem seguras, seus resultados são similares, podendo

o mesmo dar inicio a um processo de estudo para nacionalização do consumível.

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83

7 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestão para trabalhos futuros para a aplicação em soldas no aço 80

HLES segue:

Aprofundar o estudo de substituir o processo por aquecimento (tratamento

térmico) com resistência por sistema por indução com esteiras, já utilizados

na construção naval americana;

Realizar estudos com o uso de processos híbridos como por exemplo arco

submerso + eletrodo revestido, arco submerso + arame tubular; Laser +arco

submerso; Laser + arame tubular e verificar suas propriedades mecânicas e

metalúrgicas.

Realizar um estudo comparativo entre os custos de produção com o processo

de arame tubular para o aço 80 HLES.

Realizar um estudo de nacionalização do consumível utilizado no processo de

arame tubular.

Realizar um estudo de nacionalização do consumível utilizado no processo de

por arco submerso;

Estudar a quantidade de vezes de reutilização do fluxo utilizado no processo

por arco submerso bem como verificar a porcentagem de fluxo novo que deve

ser adicionada, sem que a solda venha perder as suas características

mecânicas e metalúrgicas;

Realizar estudo para implantação de soldas automatizadas (Robôs) na

fabricação de componentes e o próprio casco dos submarinos.

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