Microscopia e ensaios mecânicos

A fim de se avaliar as influências das variações nos parâmetros de soldagem nas propriedades mecânicas e características microestruturais das juntas soldadas, foram realizados os seguintes ensaios mecânicos e análises microscópicas:

- Ensaio de tração transversalmente ao eixo do cordão de solda; - Ensaio de Charpy V a 20ºC sobre a zona fundida e sobre a ZTA; - Medição de dureza na zona fundida e ZTA;

- Análise da composição química do metal base por espectrometria ótica; - Avaliação microestrutural da ZTA por microscopia ótica;

- Análise microestrutural e fractográfica da zona fundida por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV);

- Avaliação qualitativa de elementos químicos na zona fundida por espectroscopia de energia dispersiva (EDS – Energy-dispersive X-ray spectroscopy).

Os ensaios foram realizados no Laboratório de Testes Mecânicos da ArcelorMittal Tubarão, com exceção da espectrometria ótica que foi realizada no Laboratório Químico da Aciaria da ArcelorMittal Tubarão.

Para este estudo, foram ensaiados à tração corpos de prova soldados transversalmente, a fim de se analisar efetivamente o comportamento da solda na direção de afastamento da junta em função dos parâmetros especificados.

Os corpos de prova para ensaio à tração foram fabricados e testados conforme a norma técnica ASTM A370, por ser a referência constante nos padrões operacionais do Laboratório de Testes Mecânicos. As principais dimensões dos corpos de prova soldados para ensaio à tração são dispostas na Figura 20 e as medidas para projeto dos corpos de prova conforme a norma relatada foram calculadas como disposto na Tabela 8.

Figura 20 – Dimensões de corpos de prova para ensaio de tração conforme norma técnica ASTM A370.

Fonte: ASTM (2015)

Tabela 8 – Dimensões de corpos de prova à tração conforme ASTM A370

Denominação Símbolo Dimensões dos Corpos de

Prova à Tração [mm] Espessura T 12,7 Largura Útil W 40 + 3 Largura da Cabeça C 50 Comprimento Útil G 200 ± 0,25 Raio de Concordância R 13

Comprimento da secção reduzida A 225

Comprimento da Cabeça B 75

Comprimento Total L 400

Fonte: ASTM (2015)

Para os ensaios mecânicos de impacto Charpy com entalhe em V foi considerada a norma técnica ASTM E23 para o dimensionamento dos corpos de prova e execução dos testes, pois a mesma é a referência utilizada nos padrões operacionais do Laboratório de Testes Mecânicos. A figura 21 apresenta as formas e as dimensões padrões do ensaio para corpos de prova tipo A (entalhe em V). A tabela 9 apresenta

as dimensões variáveis para os corpos de prova, representadas pelas letras D, N e W na figura 21.

Figura 21 – Dimensões padrões e variáveis dos corpos de prova para ensaio de impacto Charpy com entalhe em V (tipo A) conforme norma técnica ASTM E23

Fonte: ASTM (2012).

Tabela 9 – Dimensões de corpos de prova para teste de impacto Charpy V conforme ASTM E23

Denominação Símbolo

Dimensões variáveis dos Corpos de Prova a Impacto

Charpy V [mm]

Espessura D 10 ± 0,075

Largura W 10 ± 0,075

Profundidade do entalhe N 2 ± 0,025

Fonte: ASTM (2012)

Os corpos de prova Charpy V foram testados à temperatura de 20°C a fim de representar as propriedades nas temperaturas de avaliação das demais propriedades mecânicas.

Para este teste foram desenvolvidos corpos de prova para ensaio da zona fundida nas seis condições avaliadas. Os corpos de prova para ensaio da zona fundida foram usinados com centralização de referência no centro da solda.

Para a ZTA, também foram desenvolvidos os corpos de prova para ensaio nas seis condições avaliadas. Os corpos de prova para análise da ZTA foram usinados com deslocamento de 5 mm do centro da solda, como ilustrado no croqui apresentado na Figura 22. A fim de se identificar as regiões da solda previamente à inserção do

entalhe, os corpos de prova foram atacados com Nital 2%, como podem ser observados na Figura 23.

Figura 22 – Croqui indicando as dimensões para corte das juntas soldadas para extração dos esboços a serem usinados na preparação dos corpos de prova para teste de impacto Charpy V (dimensões em milímetros).

Fonte: Autor (2015)

‘

Todos os corpos de prova foram identificados no decorrer dos processos a fim de garantir rastreabilidade, vide figuras 24 e 25.

Figura 23 – Corpo de prova de impacto Charpy V usinado e atacado quimicamente com Nital 2% previamente à execução do ensaio.

Fonte: Autor (2015) 1 1 55_-0,250 11 11 55_-0,250 5 11 11 0, 85 406 50 12 ,7

Figura 24 – Esboços dos corpos de prova Charpy cortados e identificados previamente à preparação por usinagem final. A letra “A” indica que o corpo de prova é centralizado na solda e a letra “Z” indica o deslocamento do centro para ensaio da ZTA.

Fonte: Autor (2015)

Figura 25 – Corpos de prova Charpy usinados e identificados previamente à inserção do entalhe e execução do teste de impacto.

Fonte: Autor (2015)

Além dos corpos de prova para ensaios de tração e impacto, foram preparadas amostras para ensaios de dureza e análises microscópicas extraídas das regiões de interesse das juntas soldadas.

Após a preparação dos corpos de prova e amostra, procederam-se os ensaios mecânicos e análises laboratoriais desenvolvidos utilizando-se dos seguintes equipamentos:

- Ensaios de tração: máquina de ensaio à tração marca Shimadzu, modelo UH- F500kNI, fabricada em 2002;

- Testes de impacto Charpy: máquina de ensaio de impacto marca Zwick, modelo RKP-450, fabricada em 2002;

- Medições de dureza: durômetro marca Emco-Test, modelo M4U 025, fabricado em 2002;

- Microscopia óptica: microscópio com captura de imagem marca Leica, modelo DM LM, fabricado em 2002;

- Microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva: microscópio eletrônico de varredura marca Carl Zeiss, modelo S440i, fabricado em 1995;

- Análise de composição química: Espectrômetro de Emissão Ótica, marca Thermo Scientific, modelo ARL 3460, fabricado em 1988.

Todos os equipamentos são rigorosamente calibrados e controlados por sistema de qualidade certificado pela norma técnica ABNT NBR ISO/IEC 17025 – Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração.

Posteriormente, as amostras e corpos de prova à tração rompidos foram analisados macroscopicamente e microscopicamente nas regiões de interesse a fim de que sejam verificadas as geometrias resultantes e as características das microestruturas desenvolvidas.

Com base nos resultados obtidos nos ensaios mecânicos e demais análises, foram avaliados e correlacionados os parâmetros aplicados com as características macroscópicas e microestruturais, além das propriedades mecânicas resultantes. Ainda foram calculados indicadores importantes para avaliação dos comportamentos microestruturais e mecânicos das juntas soldadas a partir das variáveis observadas e medidas durante as execuções dos processos de soldagem.

Finalmente, com toda a informação gerada foi possível determinar as características e configurações preferenciais de parâmetros para uma melhor predição das propriedades mecânicas em aplicações de soldagem de aço carbono por arco elétrico.