Introduo

A trinca a frio induzida por hidrognio o tipo de descontinuidade mais perigoso de todos; um dos motivos que logo aps a soldagem a trinca pode ainda no ter se formado. s vezes, o tempo de aparecimento dessas trincas de dezenas de horas aps a soldagem. Outro motivo que as trincas podem ter tamanho abaixo do limite de deteco dos ensaios no destrutivos adequados. Dessa maneira, este tipo de descontinuidade deve ser evitado ao mximo, uma vez que pode causar danos muito srios a um equipamento soldado.

Para ocorrer trinca a frio induzida por hidrognio so necessrios os seguintes requisitos: presena de hidrognio, microestrutura favorvel, tenso residual de trao e temperatura.

As principais fontes de hidrognio durante a soldagem so: umidade no revestimento ou fluxo, contaminao do gs de proteo com vapor de gua, metal de base com teores elevados de hidrognio dissolvido e contaminao superficial por materiais orgnicos.

A microestrutura mais favorvel para o aparecimento de trinca a frio induzida por hidrognio a martenstica, devido a sua dureza elevada e pouca tenacidade. Essa microestrutura obtida por mudanas na composio qumica do ao ou por uma velocidade de resfriamento muito elevada.

Existem vrios tipos de testes de soldabilidade para avaliao de trincas a frio. Eles so usados em diversas aplicaes, incluindo a seleo do processo de soldagem adequado, a temperatura de pr-aquecimento, o aporte de calor e o desenho da junta soldada. No geral os testes de soldabilidade fornecem resultados qualitativos (do tipo "trinca/no trinca"), porm alguns testes fornecem resultados quantitativos, que no devem ser utilizados para prever trincas em estruturas reais.

Os testes de soldabilidade porem ser classificados de acordo com a tenso envolvida, podem ser auto-restringido ou com restrio externa. Entre os testes classificados como restrio externa est o teste TRC (Tension Restraint Cracking Test) que o teste apresentado por esse trabalho.Definio do EnsaioO teste TRC foi desenvolvido no Japo pelo Instituto de Pesquisas em Metais, e utilizado para anlise de trincas induzidas por hidrognio na ZTA. Este teste utiliza um equipamento para aplicao de carga externa de valor elevado.

Definio da Metodologia

Este teste utiliza duas chapas que so unidas por uma solda de teste e depois so tracionadas, por um perodo de tempo suficiente para que trincas induzidas por hidrognio sejam formadas. As trincas se formam aps um perodo de incubao que diminui com o aumento do nvel de tenso aplicado nas chapas. Quanto maior for a temperatura de preaquecimento das chapas e menor o teor de hidrognio difusvel na solda, maior ser o nvel de tenso para que as trincas se formem.A mquina de teste TRC (figura 1) um dispositivo com capacidade de aplicar cargas de 10 toneladas no sentido horizontal, esse aparato para testes se encontra disponvel tanto para soldas ao ar quanto para submersas. A carga aplicada por um peso morto utilizando uma alavanca, promovendo uma carga contnua durante os testes, para o caso de solda submersa, a carga aplicada 10 segundos aps a soldagem, e para a solda ao ar, a carga aplicada 120 segundos depois, com a temperatura pra ambos os casos de aproximadamente 150C. Tambm temos uma aplicao para o TRC no sentido longitudinal do cordo de solda (Longitudinal Bead Restraint Cracking Test, LB-TRC), O teste requer apenas um cordo de solda depositado em um chanfro em "U", em seguida uma carga longitudinal e constante externamente aplicada. Esse mtodo foi desenvolvido para analisara relao entre tempo de fratura, stress de fratura e nvel de difuso de hidrognio no consumvel de solda. As Soldas nesse caso so avaliadas de acordo com o Stress crtico onde ocorre cada fratura.Experimento com TRCOs materiais utilizados para o corpo de prova TRC foram aos de alta resistncia comerciais (60kgf/mm) classe (HT60) de 19 milmetros de espessura, e eletrodo revestido foi um tipo comercial cal-titnia (JI SD 5003) de 4 mm de dimetro disponvel para ao de alta resistncia, que haviam sido suficientemente secos, mas no tinha sido impermeabilizado. As composies qumicas e as propriedades mecnicas de toda a amostra e solda de metal de eletrodo so mostrados na Tabela 1 direo de trao da amostra paralela direo do rolo.

Na soldagem subaqutica, condies de soldagem so corrente de soldagem 220-230 A, a tenso do arco de 30-35 V e a velocidade mdia de soldagem 15 cm/min., o que resulta na entrada de calor mdia de 29,3 KJ/cm, e a profundidade da gua de cerca de 100 a 150 mm, com gua encanada usado. Na soldadura de ar, corrente de soldadura de 170-180 A, a tenso do arco de 25-30 V e a velocidade mdia de soldagem 15 cm/min., resultando na mdia de entrada de calor de 19,3 KJ/cm, a temperatura 25-30C e umidade cerca de 75%.A forma e o tamanho dos corpos de prova de teste so mostrados na Fig. 2 Neste teste, o corpo de prova teve trs tipos de chanfros: chanfro oblquo y (y minsculo), Chanfro reta Y (Y maisculo) e chanfro em V 45. Estes chanfros tm 30 mm de comprimento e 2 mm abertura da raiz. As placas de guia so fixadas em ambas as extremidades das peas, de modo a eliminar os defeitos de soldadura.

Hidrognio DifusvelO hidrognio difusvel influencia a tenso crtica no teste TRC. A Figura 3 mostra a relao entre o valor de hidrognio difusvel e captura de o tempo em ambos os casos de solda subaqutica e ar. O procedimento de medio de hidrognio difusvel foi baseado em JIS Z 3113 usando mercrio em vez de glicerina e a recolha de hidrognio difusvel foi continuada durante cerca de 400 horas, aps o que a evoluo do hidrognio parou de borbulhar. A quantidade mxima de hidrognio difusvel foi obtido em cerca de 400 horas., Que era de 70 cc / 100g Fe em soldagem subaqutica e 30 cc / 100g Fe em soldagem ar. Em cerca de 48 horas. , que era de 40 cc / 100g Fe em soldagem subaqutica e 20 cc / 100g Fe em soldagem ar. Portanto, uma grande quantidade de hidrognio difusvel absorvida na zona do metal de solda em soldagem subaqutica, de modo que o metal depositado na zona afetada pelo calor susceptvel as trincas.

Dureza VickersA dureza foi medida utilizando uma mquina de ensaio de dureza Vickers fixando uma carga de 1 kg. A Figura 4 mostra a distribuio de dureza dentro das soldas subaquticas e ar sobre o corpo de prova TRC utilizando um chanfro Y. A mxima dureza da zona afetada pelo calor de cerca de 440 Hv em subaqutica e 350 Hv no ar; assim a susceptibilidade de trinca maior em soldagem subaqutica. A partir dos dados da pesquisa de dureza apresentados na figura. 4 so evidentes que a solda subaqutica pode exibir um nvel de dureza na regio de gro grosseiro da zona afetada pelo calor maior do que a do ar de soldagem. A dureza da zona afetada pelo calor afeta a composio qumica do metal de base e a taxa de resfriamento.

Efeito da tenso aplicada no momento da fratura

Relao entre a tenso aplicada e o tempo de fatura no teste TRC est resumida na fig. 5 em ambos os casos de solda subaqutica e ar, Cada relao semelhante da trinca retardada de hidrognio difusvel absorvida durante a soldagem. Portanto, a tenso crtica inferior, (cr), muito importante para avaliar a susceptibilidade de trinca. cr em soldagem subaqutica tem o maior valor de 19 kgf/mm Chanfro reta Y, cerca de 15 kgf/mm com pequena ranhura y e cerca de 11 kgf/mm chanfro em V 45. cr em soldagem no ar tem o maior valor de cerca de 71 kgf / mm Chanfro reta Y, cerca de 68 kgf / mm com pequena ranhura y e cerca de 21 kgf / mm chanfro em V 45.

A Figura 6 mostra a relao entre a forma de ranhura e a concentrao de tenses.

Caracterstica macroscpica da trajetria da trinca de raiz em corte transversalA caracterstica macroscpica da fissura raiz para corpo de provas TRC que a trinca predominantemente passa atravs do metal de solda, independentemente da tenso aplicada e do processo soldagem como mostrado na fig. 7 Supe-se que a soldagem ar a susceptibilidade de trinca do metal de solda mais importante do que a da zona afetada pelo calor.Na soldagem subaqutica, as trincas so iniciadas a partir da raiz da junta, e que se propagam ao longo da zona afetada pelo calor, exceto no caso de um chanfro Y sobtenso aplicada mais elevada.

Portanto, esses fenmenos devem ser atribudos estrutura endurecida perto vnculo aps tmpera, fragilizao devido ao hidrognio e profundidade da garganta muito pequena da solda.

Na soldagem de ar, a propagao de trincas sob estresse maior tenso aplicada da rea da raiz do metal de solda.

Portanto, esses fenmenos devem ser atribudos tenso aplicada vertical para metal de solda, profundidade de garganta pequena de solda e incluso de hidrognio na zona de metal de solda do que na zona afetada pelo calor por causa de um curto perodo de tempo de aplicao de carga.

Concluso experimento TRCO teste TRC foi feito com chapas de ao HT60 usando D 5003 Tipo de Cal-titnia eletrodo debaixo d'gua e em soldagem ar.

Principais concluses obtidas so as seguintes:

1) A quantidade mxima de hidrognio difusvel foi obtida em cerca de 400 horas. Foi de 70 cc / 100g Fe em soldagem subaqutica e 30 cc / 100g Fe em soldagem ar. Em cerca de 48 horas. , foi de 40 cc / 100g Fe em soldagem subaqutica e 20 cc / 100g Fe em soldagem no ar.2) A mxima dureza da zona afetada pelo calor de cerca de 440 Hv em subaqutica e 350 Hv no ar; assim a susceptibilidade de trinca maior em soldagem subaqutica.3) cr em soldagem subaqutica tem o maior valor de 19 kgf/mm Chanfro reta Y, cerca de 15 kgf/mm com pequena ranhura y e cerca de 11 kgf/mm chanfro em V 45. cr em soldagem no ar tem o maior valor de cerca de 71 kgf / mm Chanfro reta Y, cerca de 68 kgf / mm com pequena ranhura y e cerca de 21 kgf / mm chanfro em V 45.4) Na soldagem subaqutica, as trincas so iniciadas a partir da raiz da junta, e que se propagam ao longo da zona afetada pelo calor, exceto no caso de um chanfro Y sobtenso aplicada mais elevada.Na soldagem no ar, a propagao de trincas sob estresse maior tenso aplicada da rea da raiz do metal de solda. Experimento com LB-TRC

O material de base utilizado foi um ao inox duplex de composio nominal: 22% Cr, 5%Ni e 3% Mo. Foram formulados em cinco laboratrios diferentes, metais de adio para esse processo, a Tabela 2 mostra o metal de base e o metal de adio, enquanto a tabela 3 mostra a anlise feita no metal de solda.

Esse processo foi desenvolvido por um dos autores responsveis pelo estudo de susceptibilidade de trincas em metal de solda de aos de alta resistncia. Nesse teste duas placas so alocadas de maneira a criar um chanfro em U, aps o preenchimento aplicada uma carga constante em uma direo paralela ao cordo de solda, enquanto a temperatura ps-solda se encontra prximo a 150C ento cronometrado o tempo at a ruptura do material. O ponto de stress critico ocorre no cordo de solda dentro de um perodo de 96h, esse foi tomado como qualitativo estimado para susceptibilidade de ruptura induzida por hidrognio. Todas as Soldas utilizaram o processo TIG com a mistura gasosa de: 10 % Ar, 90 % H2. As Condies de solda foram 200 A, 15V e velocidade de solda de 1.67x10-3 m/s. Teste de resistncia tenso em baixa velocidade no metal de solda

Testes de carga contnua como o LB-TRC tm sido amplamente usado para avaliar a susceptibilidade de ruptura induzida por hidrognio. Porm, quando esse tipo de teste empregado nos metais de solda de ao inox duplex, necessrio prolongar a durao do teste devido a baixa taxa de difusividade do hidrognio na estrutura austenita. um fato conhecido que a fragilizao por hidrognio afetada pela taxa de deformao, e consequentemente, testes de resistncia tenso em baixa velocidade so geralmente utilizados para estudo dos efeitos do hidrognio nas propriedades mecnicas do metal base. Todos os testes foram realizados aps dez minutos de da soldagem, utilizando uma mquina MTS (mquina de tenso servo hidrulica), operada em modo de tenso controlada, a um nvel constante de 10-7 m/s foi aplicada enquanto a susceptibilidade de ruptura da solda depositada utilizando a mistura gasosa de 10% Ar, 90% H2. Alguns experimentos foram realizados com altas taxas de aplicao de carga 3,13x10-7 e 10-6 a fim de avaliar essa varivel nos testes.O comprimento original da seo era de 440 mm, aps a deposio e teste de um trecho do cordo de solda de 40 mm, a regio da solda foi cortada e o teste foi repetido at que o comprimento da seo atingiu 170 mm. A esse ponto, o restante da seo que no foi utilizada foi descartado. O efeito de mudana no comprimento da seo em relao a exposio ao processo de extenso desprezvel.Resultados

A figura 8 apresenta a configurao do teste.

A figura 9 mostra a relao entre o stress aplicado e o tempo de fratura para o metal de solda contendo 70% de ferrita delta (amostra FM-3).

O tempo para a ruptura aumenta conforme diminumos o stress aplicado para um nvel inferior a 800 MPa (116Ksi), as amostras estavam inteiras quando se mantinha a mesma carga por um perodo de 96 hora. A figura 10 mostra a tpica superfcie da fratura produzida durante o teste LB-TRC.

Esse teste apresentou limitaes para estimar a soldabilidade de inox duplex, uma quantidade muito grande de amostras foi necessria para determinar a quantidade correta de cromo, o fato de ser um teste de durao longa (96 horas), acentua os problemas acima. A figura 11 mostra a relao da carga aplicada com a taxa de ruptura em aos inox contendo 70% de ferrita delta utilizando mistura gasosa 10% Ar, 90% H2.

A diferena assinalada nos resultados quando utilizamos argnio ou argnio/hidrognio sugere que a o pico na fora de tenso durante os testes WM-SERT pode ser til como um ndice de susceptibilidade de ruptura por hidrognio. A validao dessa suposio foi confirmada pela comparao dos resultados (T) e os valores LB-TRC (Cr). A figura 12 mostra a relao entre o nvel de carga aplicada e T.

Na mais baixa taxa de carga aplicada (10-7) o valor abaixou para uma faixa de 800 MPa e na rea de frao da fratura de quase clivagem durante o teste WM-SERT foram localizados valores mais elevados. O valor aproximado do T durante o processo WM-SERT a uma taxa de tenso aplicada de 10-7 m/s foi similar ao nvel de stress crtico (Cr) localizado nos testes LB-TRC em metais de composio equivalente (comparar figuras 9 e 12). Alm disso, a rea da frao de quase clivagem nas amostras do WM-SERT similar as encontradas durante o teste do LB-TRC. Sendo assim o teste LB-TRC se mostrou ser extremamente efetivo monitor de susceptibilidade de rupturas por hidrognio em metais.Concluso experimento LB-TRCOs testes LB-TRC e WM-SERT foram utilizados para avaliar a susceptibilidade de trinca de hidrognio no metal de solda de ao inoxidvel duplex. O teste WM-SERT foi utilizado para a anlise de metal de solda contendo uma gama de contedo de ferrita delta. O teste WM-SERT forneceu uma estimativa qualitativa de suscetibilidade de trincas e permitiu a avaliao detalhada dos efeitos de depsito na microestrutura (morfologia fase austenita) e do teor de nitrognio no metal de solda na trinca.1) Fissurao por hidrognio ocorre em metal de solda de ao inoxidvel duplex com 70% de ferrita delta e quando os corpos de prova so submetidos a uma carga constante durante o teste LB-TRC. Teste WM-SERT numa taxa de curso de 10-7 m/s pode ser usado no lugar do teste LB-TRC para monitorizar a susceptibilidade de trinca induzida por hidrognio. O monitoramento de susceptibilidade de trincas, neste caso, o pico de tenso (T) alcanada durante o teste.2) A Fissurao por hidrognio aumenta acentuadamente quando a quantidade de ferrita delta fica acima de 50% em depsitos de solda produzido usando um gs de proteo Ar-10vol. -% H2. O exame de fractogrfica indicou que o crescimento da trinca de hidrognio no duplex foi inibido por meio de placas de austenita intergranulares antes dos contornos de gro de ferrita Delta. Este efeito era devido presena de uma interface coerente entre as fases ferrita e austenita.3) O aumento do teor de nitrognio a partir 190-469 ppm no metal de solda de ao inoxidvel totalmente ferrtico aumentou a susceptibilidade de trincas de hidrognio. Sugere-se que este efeito negativo de nitrognio sobre a sensibilidade de trincas da ferrita pode ser associada com a presena de Cr2N na precipitao de ferrita delta.BibliografiaMATSUDA, F.; NAKAGAWA, H.; SHINOZAKI, K. The LB- TRC test for cold cracking susceptibility of weld metal for high strength steels. Transactions of JWS, v. 8(1), p. 113-119. Japan, 1979.HIDEO, Y; MAKISHI, Y; KIKUTA, Y; MATSUDA, H. The TRC Test for High Strength Steel in Wet Underwater Welding. Transactions of JWS, v. 19(1), p. 75-80. Japan, 1988.

Caloi, Gisele. Anlise da soldabilidade do ao API 5L X-80 por meio dos testes Tekken e de implante / Gisele Caloi; orientadora: Ivani de S. Bott. 2008. Dissertao (Mestrado em Cincia dos Materiais e Metalurgia)Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.K. SHINOZAKI, L. KE A N D T. H. NORTH. Hydrogen Cracking in Duplex Stainless Steel Weld Metal, SUPPLEMENT TO THE WELDING JOURNAL, NOVEMBER 1992 p.387-s - 396-s1