Consiste no exame do aspecto de uma superfície plana seccionada de uma peça ou amostra metálica, devidamente polida e atacada por um reagente adequado. Por seu intermédio tem-se uma ideia de conjunto, referente à homogeneidade do material, à distribuição e natureza de falhas, impurezas, ao processo de fabricação. Para a macrografia o aço é o material de maior interesse. Algumas das heterogeneidades mais comuns nos aços são as seguintes: vazio causado pelo resfriamento lento, segregação, causadas pelas impurezas e outros metais, dendritas, formação de grãos de vários tamanhos, trincas, devido às tensões excessivas no resfriamento.
Sobre técnica macrográfica, o primeiro passo consiste em saber qual o fim visado e o que se deseja obter. Para isto necessita-se de um corpo de prova escolhido e preparado com critério. A técnica do preparo de um corpo de prova de macrografia abrange as seguintes fases: Escolha e localização a ser estudada, a qual ficará a critério do analista, que será guiado na sua escolha pela forma, pelos dados que se quer obter e por outras considerações da peça em estudo. Um corte transversal permitirá verificar: a natureza do material (aço, ferro fundido), seção homogênea ou não, forma e intensidade da segregação, posição, forma e dimensões das bolhas, forma e dimensões dos dendritas, existência de restos do vazio, profundidade da têmpera.
Um corte longitudinal será preferível quando se quiser verificar: se uma peça é fundida, forjada ou laminada, se a peça foi estampada ou torneada, solda de barras, extensão de tratamentos térmicos superficiais.
Preparação de uma superfície plana e polida na área escolhida compreende duas etapas: O corte que é feito com serra ou com cortador de disco abrasivo adequado, quando este meio não é viável, recorre-se ao desbaste, que é praticado com esmeril comum até atingir a região que interessa. Todas estas operações deverão ser levadas a cabo com o devido cuidado, de modo a evitar encruamentos locais excessivos, bem como aquecimento a mais de 100ºC em peças temperadas, pois estes fenômenos seriam mais tarde postos em evidência pelo ataque, adulterando a conclusão do exame.
O polimento é iniciado com lixa, em direção normal aos riscos já existentes; passa-se sucessivamente para lixa de granulação mais fina, sempre mudando a direção de 90º. Deve-se tomar cuidados especiais para não arredondar as arestas dos corpos de prova. Após cada lixamento a superfície deve ser cuidadosamente limpa a fim de que o novo lixamento não fique contaminado com resíduos do lixamento anterior. Neste estágio, a superfície denota por
vezes algumas particularidades tais como: restos do vazio, trincas, grandes inclusões, porosidades, falhas em soldas.
Ataque da superfície preparada para por em evidência outras heterogeneidades, é indispensável proceder-se a um ataque comparativo químico. De acordo com o material e com a finalidade do exame, têm-se diversos reativos: reativo de iodo, reativo de ácido sulfúrico, reativo de ácido clorídrico.
Para a realização dos testes foram aproveitados somente os corpos de prova que obtiveram o melhor aspecto na inspeção visual, e os mesmos corpos de prova serão utilizados para as analises da dureza e da macrografia. Após as imagens tem uma tabela comparativa das analises, sendo verificados a altura da perna, garganta, penetração e seus defeitos quando encontrado. Para a analises da macrografia foi utilizado o microscópio Mitutoyo.
Figura 52- Microscópio Mitutoyo, usado para avaliação.
Figura 53- Peça sem pré-aquecimento.
Fonte: Autor.
Figura 54- Peça com pré-aquecimento a 300°.
Figura 55- Peça com pré-aquecimento a 400º.
Fonte: Autor.
Figura 56- Peça com pré-aquecimento a 500º.
Como se pode observar nas figuras 53,54,55 e 56., quando um corpo de prova é submetido a um aquecimento anterior a solda, ou seja, um tratamento térmico, a ZTA para as peças com tratamento térmico fica bem maior que na peça que não foi submetida ao tratamento, por que o aporte de calor é maior na peça que sofreu tratamento térmico anteriormente.
O pré-aquecimento ajuda a obtenção de uma poça de fusão mais fluida, que de outro modo poderia se muito mais difícil de obter. Normalmente não é necessária nenhuma operação de acabamento no cordão de solda, e a deformação a frio ou a quente do mesmo pode levar ao surgimento de trincas. Um cuidado especial deve ser tomado durante e após o depósito do passe de raiz, que não pode ser muito pequeno, devendo ter as dimensões mínimas necessárias para a soldagem.
Tabela 4- Tabela comparativa, de resultados da macrografia.
Sem pré-aquecimento
a= 6mm
Z1= 8 mm
Z2= 8 mm
S= 1,0mm,
naparede de cima, porém, na raiz não
teve penetração.
Pré-aquecimento a 300º
a= 5mm
Z1= 7 mm
Z2= 8 mm
S= 1,5mm,
na raiz.Pré-aquecimento a 400º a= 5,5mm
Z1= 8 mm
Z2= 8 mm
S= 1,5mm,
na raiz.Pré-aquecimento a 500º
a= 5mm
Z1= 8 mm
Z2= 8 mm
S= 1,5mm,
na raiz. Fonte: Autor.Como se pode observar na tabela 4, as pernas dos cordões de solda não tiveram grande alteração, já a penetração teve alterações, no caso da peça sem pré-aquecimento a penetração foi de 1 mm, na parede de cima, pois na raiz não se obteve penetração, como não foi alterado posição de soldagem nem parâmetro de solda, já se pode constatar que a peça sem pré-
aquecimento tem resistência quanto a penetração da solda no material de base. Além disso, não se obteve fusão suficiente na raiz.
Já as peças com pré-aquecimento, a solda teve a mesma perna, porém a penetração aumentou significativamente, em ambas as pernas, tanto no material de base quando na sua parede, não ouve problemas como falta de fusão entre outros. Só devemos observar que quando uma peça é submetida a um pré-aquecimento, e após uma soldagem, devemos ter cuidado com a formação de mordeduras, pois a posa de fusão se torna mais liquida, fazendo com que haja mordeduras e possíveis escorrimentos da solda.
3.2 Ensaio de dureza
Esta parte da ISO 9015 especifica ensaios de dureza em secções transversais de articulações de soldada a arco de materiais metálicos. Ela cobre ensaios de dureza Vickers em conformidade com a ISO 6507-1, normalmente com cargas de ensaio de 49,03 N ou 98,07 N (HV 5ou 10 HV).
No entanto, os princípios podem ser aplicados a testes dureza de Brinell (com cargas de testes adequadas de HB 2,5/15.625 ou HB 1/2, 5) em conformidade com a ISO 6506-1 ensaios de micro dureza e em conformidade com a ISO 6507-1 e ISO 9015-2.
Preparação da amostra deve estar em conformidade com ISO 6507-1 ou ISO 6506-1. Uma seção transversal da peça de teste é retirada por corte mecânico, geralmente transversal à junta soldada. Esta operação e a preparação subsequente da superfície devem ser efetuadas com cuidado, para que a dureza da superfície a ser testada não seja afetada metalurgicamente.
A superfície a ser testada será devidamente preparada e preferencialmente gravada, assim que precisas medições do recorte podem ser obtidas em diferentes regiões da junta soldada. (Norma, DIN EN15614-1)
Todas as 4 amostragem que melhor tiveram seu comportamento, sendo analisado a parte martensitica, ZTA e perfil de penetração, foram submetidas os ensaio de dureza, o ensaio de dureza foi realizado em conformidade com a norma ISO 9015. Abaixo segue uma imagem do perfil que deve ser avaliado, foi retirado da norma, e em sequencia será demostrado as analises da dureza, realizado nos 4 amostragem.
Figura 57- Pontos para verificação da dureza.
Fonte: ISO 9015-1, (Maio 2011).
Figura 58- Durometrô utilizado para analises nas amostras.
Figura 59 - Ensaio de dureza corpo de prova sem pré-aquecimento.
Figura 60- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 300º.
Figura 61- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 400º.
Figura 62- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 500º.
Após a realização dos ensaios de dureza em todas as amostragens, como pode ser observado acima nas avaliações, foi separado duas amostras, a amostra sem pré-aquecimento e a amostra com pré-aquecimento a 400º, pois se observou nesta que a diminuição a dureza foi mais significativa, comparado com as outras amostras pré-aquecidas, e a macrografia desta amostra ficou mais uniforme do que as demais.
Para se ter uma melhor compreensão será analisados alguns pontos, para verificar o que aconteceu com os testes realizados, segundo a norma DIN EN ISO 9015-1, nos pontos 1,2,8 e 9, estes pontos trata-se do material de adição no caso o arame AWS A5 18 ER70S-6, nestes pontos foi significativo a diminuição da dureza do material adicionado, na peça sem pré- aquecimento a medida da dureza foi de 241HV , já na peça a pré-aquecida a 300° nota-se que a dureza no mesmo ponto girou em torno de 234HV, a peça pré-aquecida a 400° a dureza ficou em 189HV, e na peça pré-aquecida a 500° a dureza chegou a 182HV, levando em consideração que todos os pontos acima mencionados, reduziram sua dureza conforme o ponto 1. Também nos pontos 6,7,10 e 11, que é a ZTA, ouve uma diminuição da dureza, o que torna a peça menos frágil, em função da taxa de resfriamento maior. Quanto menor a dureza do material, cordão de solda e ZTA menor a tendência ao trincamento.
3.3 Ensaio micrografia
O primeiro passo, para a obtenção de um bom resultado é a escolha e preparação adequada da amostra. Esta deve representar a peça em estudo, para isto não deve sofrer qualquer alteração em sua estrutura. Um aquecimento demasiado (acima de 100°C), deformações plásticas (em metais moles), ou a formação de novos grãos por recristalização devem ser evitados. A área da amostra a ser examinada não deveria exceder de 1 a 2 cm², sob pena de se ter um tempo de preparação excessivo. Qualquer preparação depende igualmente do material da amostra, a técnica de lixamento e polimento devem ser adaptados à mesma. (Norma, DIN EN15614-1).
Para a realização dos testes de micrografia, novamente a peça passou pelos processos de preparação da junta, como feito para macrografia, porém está preparação é mais minuciosa, pois requer habilidade do preparador da peça, ela passou por varios estágios de preparação, foram feitos lixamentos nas peças, deste a lixa 180 grãos a 1200 grãos, após isso foi feito um polimento a mão com alumina, e na sequencia foi utilizado acido nítrico a 3%, abaixo serão ilustrados as etapas do procedimento, e o microscópio utilizado da marca Buehler, com
aumento de 100x, 400x e 1000x, nos testes foi utilizado aumento de 100x e 400x, não sendo necessário o aumento de 1000x.
Figura 63- Peça no microscópio Buehler.
Fonte: Autor.
Figura 64- Peças analisadas.
Abaixo segue imagens do microscópio, onde podemos visualizar algumas diferenças entre os corpos de prova, para está analise foi definido que seria usado somente o corpo de prova sem pré-aquecimento, e o corpo de prova com pré-aquecimento a 400º, pois são estas que tiveram um resultado melhor depois das analises de macrografia e dureza, comparando com a realidade do processo usado atualmente, algumas diferenças entre eles serão mostradas abaixo pelas figuras 66 a 71. Para uma melhor compreensão e entendimento das microestruturas será apresentado na figura 65, o diagrama da curva TTT do material SAE 1045 onde indicará o comportamento do mesmo, quando submetido a um tratamento térmico, podemos verificar onde estão localizadas as fases de transformação metalúrgica do material.
Neste presente estudo foi usado um resfriamento a temperatura ambiente sendo assim seria muito difícil encontrar martensita nas microestruturas, mas em algumas imagens podem- se visualizar pequenas presenças de martensita, mas que não afetam a estrutura do material neste caso.
Nas imagens 70 e 71 conseguimos verificar descontinuidades no cordão soldado sem pré-aquecimento, provavelmente estas são as mesmas condições que acontecem na prática, quando o material é soldado sem aquecimento. Na figura 70 aparece poro, uma descontinuidade que acontece devido à presença de hidrogênio, e na figura 71, se observou a ocorrência de micro trinca proveniente do aquecimento e resfriamento muito rápido da peça, pois o resfriamento da peça ocorre do núcleo para as extremidades, e como a peça não foi pré- aquecida, ela se encontra na temperatura ambiente, resfriando rapidamente.
Figura 65- Imagem do diagrama curva TTT, do aço SAE 1045.
Figura 66- Transição cordão sem-pré-aquecimento, ZTA para cordão de solda, aumento de 400x.
Fonte: Autor.
Figura 67- Transição cordão com pré-aquecimento 400º, ZTA para cordão de solda, aumento de 400x.
Figura 68- Material de base sem pré-aquecimento, próximo a ZTA, aumento de 400x.
Fonte: Autor.
Figura 69- Material de base com pré-aquecimento 400º, perto da ZTA, aumento de 400x.
Figura 70- Aparecimento do poro microscópio sem pré-aquecimento, aumento de 100x.
Fonte: Autor.
Figura 71- Defeitos na estrutura, iniciação a trincas sem pré-aquecimento, aumento de 400x.
CONCLUSÕES
Considerando-se os objetivos deste trabalho de análise dos resultados, de 4 testes, com e sem tratamento térmico de pré-aquecimento nas peças, podemos observar:
Apesar do material SAE 1045 não ter dureza acima de 380HV, onde seria necessário o tratamento de pré-aquecimento, segundo a norma ISO 15614-1, este aço é de má soldabilidade, segundo a equação do carbono equivalente, sendo necessário seu aquecimento antes da soldagem, até mesmo um tratamento térmico após a soldagem para alivio das tensões se for necessário.
A partir do resultado insatisfatório das juntas soldadas dentro do procedimento normal, buscou-se um procedimento no qual esses defeitos seriam eliminados, e constatou-se que com um pré-aquecimento do material AÇO SAE 1045 antes da soldagem, elimina-se os riscos de trincas, formação de martensita, poros e descontinuidades provenientes de uma soldagem sem pré-aquecimento, a ainda garantindo uma grande redução da dureza do material, tornando o menos frágil. Conclui-se que se faz necessário um pré-aquecimento do material antes da sua soldagem, dentro do processo atual usado.
Como está peça é muito grande, precisando de um alto investimento na compra de um forno especial para o pré-aquecimento destas peças, que se tornaria inviável devido ao processo, eu recomendaria uma alteração do material destas barras, substituindo por um material com melhor soldabilidade, eliminando assim o problema de trincas e falta de fusão, que hoje ocasionam a quebra das peças, quando submetidas a cargas.
A temperatura é sim um fator muito determinante, dependendo da aplicação que será submetida à peça, quanto mais aquecido o material, mais penetração a solda terá, e menos defeitos em sua estrutura, menor será a taxa de resfriamento e, no entanto menor a tendência ao trincamento.
Na região onde foi avaliada a microestrutura pode-se observar que na peça que foi aquecida a 400º durante 60mim, a transição do cordão de solda para a ZTA, foi mais estável e homogênea, já a peça que não foi submetida ao pré-aquecimento, a transição do cordão de solda para a ZTA não se encontrou homogenia, e foi constatados problemas com a mesma, como pequenas tricas e poros, prejudiciais para o cordão, sendo assim justificando o aquecimento do material antes da soldagem.
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