CARACTERIZAÇÃO E ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS PROCESSOS GMAW E SMAW NA SOLDAGEM DE AÇO ESTRUTURAL ASTM A606, APLICADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL E MINERAÇÃO

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http://dx.doi.org/10.35265/2236-6717-206-9144 FORTALEZA-CE. EDIÇÃO 206. V.9. ANO 2021.

CARACTERIZAÇÃO E ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS

PROCESSOS GMAW E SMAW NA SOLDAGEM DE AÇO

ESTRUTURAL ASTM A606, APLICADOS NA

CONSTRUÇÃO CIVIL E MINERAÇÃO

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Vinícius de Albuquerque Santos1 RESUMO

O artigo faz um estudo geral da soldagem Gas Metal Arc Welding (GMAW) e Solid Metal Arc Welding (SMAW), soldadas em um aço estrutural sob a norma American Society for Testing and Materials (ASTM) A606. Apresenta-se o processo de soldagem e sua aplicabilidade na indústria da construção civil e mineração. Este trabalho tem como ponto de partida, os conceitos dos processos de soldagem, aspectos térmicos envolvidos, metalurgia, Zona Termicamente Afetada (ZTA), descontinuidades recorrentes e o resultado dos ensaios mecânicos. O material foi soldado em corpos de prova nos dois processos. O ensaio mecânico foi avaliado, a ancoragem no dobramento do material no cordão de solda e características da qualidade da solda. Verificou-se, que o material soldado com SMAW apresentou maior resistência a tração. Conclui-se também, a maior dureza na ZTA do material soldado com GMAW.

Palavras-chave:.Soldagem; SMAW; GMAW.

CHARACTERIZATION AND COMPARATIVE STUDY BETWEEN

GMAW AND SMAW PROCESSES IN ASTM A606 STRUCTURAL

STEEL WELDING, APPLIED IN CIVIL

CONSTRUCTION AND MINING

ABSTRACT

The article makes a general study of Gas Metal Arc Welding (GMAW) and Solid Metal Arc Welding (SMAW) welding, welded on structural steel under the American Society for Testing and Materials (ASTM) A606. The welding process and its applicability in the construction and mining industry are presented. This work has as a starting point, the concepts of welding processes, thermal aspects involved, metallurgy, Thermally Affected Zone (ZTA), recurrent discontinuities and the result of mechanical tests. The material was welded to specimens in both processes. The mechanical test was evaluated, the anchoring in the bending of the material in the weld bead and characteristics of the weld quality. It was found that the material welded with SMAW showed greater tensile strength. It is also concluded, the greater hardness in the ZTA of the material welded with GMAW.

Keywords:Welding ;SMAW; GMAW.

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REVISTA CIENTÍFICA SEMANA ACADÊMICA. FORTALEZA-CE. EDIÇÃO 206. V.9. ANO 2021. 2

INTRODUÇÃO

O processo de soldagem é sempre desafiador devido à quantidade de variáveis envolvidas. O resultado final nem sempre garante propriedades mecânicas, químicas e físicas constantes.

Segundo Blanco et al (2015) o material adequado e temperatura são fatores importantes, mas não garantem a junção de qualidade, a qualificação do soldador, o planejamento e o procedimento de soldagem são procedimentos igualmente determinantes.

No cenário de estudo, com a soldagem é possível obter uma recuperação viável e eficiente nos equipamentos e componentes de máquinas que sofreram uma degradação excessiva devido as condições de trabalho.

Para esse estudo vamos abordar o processo de soldagem GMAW sua utilização é através arame que é alimentado constantemente na peça e protegido contra atmosfera através de um gás que flui pelo bocal da tocha. Todo processo é realizado de forma semi-automática. O processo SMAW consiste na queima de um eletrodo consumível formado por um arame revestido e uma capa composta por minérios e elementos químicos que tem como função principal a proteção do metal fundido da atmosfera. O processo totalmente manual de difícil automação. Ambos com fonte de energia a arco elétrico, que são aplicados na soldagem de peças na construção civil e mineração (ESABa e ESABc, 2005).

O aço Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL) é uma liga bastante peculiar, diferente dos aços comuns, que sob certas condições ambientais de exposição, desenvolve uma camada de óxidos aderentes e protetores, chamada de pátina, que atua como protetor contra o ataque dos agentes corrosivo presente no meio ambientes devidas pequenas adições de quantidades de cobre, que exerce um efeito benéfico sobre os aços, reduzindo a velocidade em que são corroídos quando expostos às condições atmosféricas normais (SILVA et al, 2006).

No presente artigo, fundamenta-se o GMAW e suas características produtivas, tais como o SMAW. Para esse estudo, consideram-se aspectos térmicos do processo de soldagem, metalurgia do aço, transformações micro-estruturais e zona

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afetada termicamente. Bem como, as mais comuns descontinuidades que possam ocorrer nas juntas, fragilização por hidrogênio e imperfeições nos metais fundamentadas para aço ASTM A606. Também, detalhe da utilização dos processos de soldagens de aços patinava na área de manutenção em empresas da construção civil e mineração. Por fim, os testes de dobramento, dureza e ensaio de trações testadas em CPs soldados com os dois equipamentos.

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

1.1 Breve Histórico da Soldagem

A forma que é utilizada atualmente a soldagem é recente, cerca de 100 anos. Mas o processo tecnológico é antigo, com indícios de união de metais na Pérsia, por volta de 4000a.C. (MODENESI EMARQUES, 2006).

Quandoferro começou a ser fabricado em torno de 1500a.C. o forjamento foi muito utilizado para processo de união. Diante da evolução tecnológica da época, um exemplo grandioso do processo: um pilar de aproximadamente 7 metros de altura com mais de 5 toneladas que existe até os dias atuais na cidade de Delphi, localizada na Índia (MODENESI E MARQUES, 2006).

Durante a antiguidade e idade média, armas como espadas eram muito utilizadas. Produzidas pelo processo de forjamento, construídas de ferro e endurecidas por têmpera (MODENESI E MARQUES, 2006).

Por volta do século XV o desenvolvimento do alto-forno tornou o processo de soldagem menos utilizado devido a ferro fundido começar a ser incorporado como processo de fabricação, sendo substituído também por processos alternativos de união, tais como rebitagem e parafusamento (MODENESI E MARQUES, 2006).

O avanço da soldagem começou no século XIX quando Sir Humphrey Davy, Edmund Davy e os desenvolvedores das fontes de produção de energia elétrica transformaram o que conhecemos como soldagem por fusão. No mesmo tempo, novas formas de fabricação de aços,as chapas foram desenvolvidas para utilização de processos de união estruturas e equipamentos. No ano de 1885, o inglês Elihu

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Thompson realizou solda por resistência elétrica, no mesmo ano, da RússiaNikolai N. Bernardos e Stanilaus Olzewaski obtiveram as patentes britânicas e dois anos depois o porta eletrodos em 1887.O Sueco Oscar Kjellberg obteve as patentes para eletrodos revestidos que foram desenvolvidas em 1907, estabelecendo o desenvolvimento da soldagem ao arco elétrico nos anos posteriores. Até antes da 1aguerra mundial os processos de soldagem eram realizados apenas para reparos, a partir dela começou a ser utilizada como processo de fabricação em larga escala. Tornando-se atualmente comoimportante método de união permanente de metais, contando com dezenas de tipos de processos diferentes (MODENESI E MARQUES, 2006).

1.1.1 Soldagem MIG/MAG - GMAW

Segundo Esaba (2005) a soldagem GMAW, conhecida como Metal InertGas (MAG) / Metal Active Gas(MIG), é um processo a arco elétrico que ocorre entre o arame e a peça protegido por misturas de gases que podem ser inertes para MIG ou ativos para MAG de proteção contra a atmosfera. O arco formado funde o arame à medida que é alimentado à poça de fusão. A figura e a tabela 1 mostram esse processo e figura 2 mostra detalhe da tocha de soldagem.

Tabela 1- Descrição dos componentes do equipamento GMAW - Modificado de: Esaba (2005).

Item Descrição

Tocha Leva energia de soldagem até o arame, guia o arame e o gás de proteção.

Alimentador de arame Puxa o arame do carretel para alimentar o arco. Fonte de soldagem Ajusta o comprimento do arco (tensão).

Cabo de solda (+) Conectado na fonte e unido na tocha. Cabo de solda (-) Conectado na fonte e unido na peça.

Gatilho da tocha Conecta no alimentador.

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Figura 1 - Desenho esquemático do equipamento GMAW contendo seus principais componentes - Fonte: Pessoal.

Figura 2 - Desenho esquemático do detalhe do equipamento GMAW (Tocha, Arame de soldagem, Proteção gasosa, arco elétrico e poça de fusão ) - Modificado de:

Esaba (2005).

A fonte de energia tem em geral uma saída de tensão constante, regulável entre 15 e 50 Volts (V), que é usada em conjunto com um alimentador de arame de velocidade regulável entre 1 e 20 metros por minuto (m/min). Este sistema ajusta automaticamente o comprimento do arco através de variações da corrente (MODENESI E MARQUES, 2006).

Existem 3 modos de transferência de deposição da tocha Curto-circuito, Globular e Aerossol. Os fatores determinantes são o diâmetro do arame, a tensão, as características da fonte e o gás de proteção (MODENESI E MARQUES, 2006).

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A tensão e a corrente contínua são empregadas constantes na fonte do processo de soldagem GMAW (ESABa, 2005).

Quando ocorre uma mudança repentina de tensão ou uma velocidade de alimentação inadequada a fonte ajusta automaticamente a corrente retificando o sinal, readequando a taxa de fusão do arame. Portanto, as alterações do comprimento do arco são feitas ajustando a tensão de saída. Enquanto a corrente de soldagem é determinada a partir da velocidade de alimentação do arame, esta é determinada pelo soldador antes de soldar. Precauções devem ser tomadas com esses parâmetros pois, se mal ajustados, o arame pode encostar na peça caso a velocidade seja grande e até mesmo queimar o bico de contato (ESABa, 2005).

1.1.1.2 Gases de proteção

São os responsáveis por proteger a região de solda dos gases que causam contaminação. O gás nitrogênio reduz a ductilidade, a tenacidade e pode causar fissuração. O gás oxigênio pode combina-se com o carbono formando monóxido de carbono e causando porosidades, e também com manganês e o silício formando compostos que produzem inclusões (ESABa, 2005).

1.1.1.3 Arame

A deposição do metal de adição está diretamente ligada com a correta seleção do arame e o uso do gás de proteção utilizado no processo. Esse parâmetro irá determinar as propriedades físicas e mecânicas da solda. A escolha do arame deverá levar em consideração o metal base, as propriedades mecânicas que esse metal tem, o gás que será utilizado e tipo do projeto de junta (ESABa, 2005).

1.1.2 Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido - SMAW

De acordo com a Esabc (2005), a soldagem SMAW conhecida como “Eletrodo Revestido” é um processo a arco elétrico que ocorre entre a extremidade de um eletrodo e a peça. O calor produzido pelo arco funde o metal de base e a alma do

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eletrodo. Durante esse processo, a decomposição do revestimento do eletrodo produz gases que protege a poça de fusão da atmosfera. A escória produzida na superfície da poça de fusão também protege o metal de solda da atmosfera durante a solidificação. Outras funções do revestimento são proporcionar estabilidade ao arco e controlar a forma do cordão de solda.

Dentro outros processos de soldagem o SMAW é o mais empregado graças a sua versatilidade, veja tabela 3 e figura 3 (ESABc,2005).

Figura 3 –O cabo do eletrodo conduz a corrente elétrica da fonte até porta eletrodo. O Cabo de aterramento conduz correte elétrica da fonte até peça. A porta eletrodo é o local onde eletrodo é preso e energizado - Modificado de: (MACHADO 2007).

Os eletrodos devem sem armazenados com cuidados especiais e o treinamento é oneroso. Por esses motivos existe uma queda em sua utilização nos últimos anos, mas ainda é um equipamento muito utilizado, especialmente no Brasil (FELIZARDO 2018).

As principais funções dos eletrodos consumíveis são criar escória protetora no cordão, que faz com que seja reduzida a velocidade de resfriamento da solda e garante melhores propriedades físicas e químicas. A outra é a facilidade da soldagem em diversas posições (FELIZARDO 2018).

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1.1.3 Aquecimento e controle da temperatura no processo de soldagem

A composição química do metal de base e adição, taxa de calor gerado pelo arco e resfriamento do conjunto soldado são parâmetros que devem ser controlados. Ressaltam-se os procedimentos realizados, observados abaixo (MACHADO, 2007).

1.1.3.1 Pré-aquecimento

Utilizado para reduzir a taxa de resfriamento após soldagem e evitar microestruturas prejudiciais devido a rápida condução do calor por toda superfície e manter o teor de martensita no mínimo na ZTA para evitar dureza e riscos de trincas induzidas pelo hidrogênio (MACHADO, 2007).

1.1.3.2 Controle de temperatura inter-passe.

Para manter a propriedades metalúrgicas e mecânicas das juntas é importante controlar a temperatura até o fim da soldagem a cada passe (MACHADO, 2007).

Os parâmetros do processo causam tensões térmicas complexas e distorções podem ocorrer (DELGADO et al, 2014).

1.1.3.3 Pós-Aquecimento

Com o objetivo de melhorar as propriedades metalúrgicas e mecânicas, prevenir defeitos, auxiliar a difusão do hidrogênio e aliviar as tensões geradas pela soldagem (MACHADO, 2007).

1.1.3.4 Necessidade de pré-aquecimento

O percentual da composição química do metal base, espessura e o tamanho do componente aumentam o chamado carbono equivalente na figura 4 que relaciona temperabilidadedo aço e estabelece a temperatura em Celsius (ºC) necessária para tratamento térmico. Quanto maior o valor do Carbono Equivalente (Ceq) maior a temperatura de pré-aquecimento (ESABb, 2005).

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Ceq = + + + + +

Figura 4 - Fórmula do Carbono equivalente utilizada para determinar a temperatura de pré-aquecimento (C = Carbono,Mn = Manganês,Ni – Níquel , Mo = Molibdênio, Cr

= Cromo e Cu= cobre). Fonte: Esabb (2005)

Sabendo os valores requeridos dos elementos químicos da composição química especificado na norma ASTM A606 o resultado do Ceq fica na faixa de 0,31-0,60 conforme mostrado na tabela 2. Tornando recomendado o pré-aquecimento (ESABb, 2005).

Tabela 2 - Valores sugeridos de temperaturas de pré-aquecimento - Modificado de: Esabb (2005)

Ceq (%) Temperatura de pré-aquecimento

recomendada

< 0,30 Opcional

0,31 - 0,45 100 °C - 200 °C

0,45 - 0,60 200 °C - 250 °C

> 0,60 250 °C - 300 °C

Além disso, Figueiredo (2005), já diz que, no geral os tratamentos térmicos raramente são requeridos para aços de baixo carbono ou estruturais, embora sejam ocasionalmente empregados para evitar empenamento ou para garantir baixa dureza e facilitar a usinagem.

Pannoni (2001), relata de quanto maior for o carbono equivalente, menor será a soldabilidade do aço e mais lentamente deverá ser feito o resfriamento do conjunto. As temperaturas de pré-aquecimento e interpasses deverão ser maiores e o controle do hidrogênio também deverá ser maior.

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1.1.4 Metalurgia na soldagem

1.1.4.1 ZonaTermicamente Afetada

Deve-se levar em consideração que os processos de soldagem tem como principal fonte de energia o calor, tornando-se uma fonte potencial de problemas, tendo influência direta nas transformações metalúrgicas e nos fenômenos mecânicos que ocorrem na zona da solda. O fluxo de calor é fornecido a junta e dissipado pela peça e deve ser levado em consideração, o rendimento térmico do arco elétrico, o ciclo térmico (distribuição e picos de temperatura durante soldagem) o tempo de permanência nas temperaturas e a velocidade de resfriamento da zona de solda (FIGUEIREDO, 2005).

Os parâmetros de soldagem influenciam diretamente no aporte térmico às juntas soldadas. A distribuição da temperatura fornece condições de prever o tamanho da ZTA, o tipo da microestrutura e efeitos das tensões residuais (MELO, CARDOSO e SANGUINETTI, 2016).

As características da ZTA dependem fundamentalmente do tipo de metal de base do e procedimento de soldagem, isto é, do ciclo térmico e da repartição térmica. O tipo de metal soldado determina os efeitos do ciclo térmico, que poderão ser os mais variados (FIGUEIREDO, 2005).

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Para Figueiredo (2005) em metais transformáveis, a ZTA será mais complexa. No caso dos aços-carbono e aços baixa liga, esta apresentará diversas regiões características, detalhadas naFigura 5.

Figura 5- Alotropia do aço e ZTA. Análise feita considerando um aço de médio carbono com 0,4% de carbono passando pelas principais transformações do elemento Ferro(Fe) (Fe alfa em aproximadamente 770°C e Fe gama 1500 °C) -

Fonte: Pessoal

O diagrama de fases e as partições da zona termicamente afetada apresentam alotropia das diferentes estruturas do aço em seu reticulado cristalino, simulando um aquecimento por soldagem e resfriado em temperatura ambiente, conforme descrito por Senai (2015) e Figueiredo (2005) na Tabela 3.

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Tabela 3 - Tabela complementar da Figura 5 Alotropia do aço e ZTA. Modificado de Senai (2015) e Figueiredo (2005).

ID Descrição

A

Crescimento de grãos da estrutura (recristalização) Austenita sofre temperaturas próximas a de fusão. A região é caracterizada por uma estrutura grosseira. Pode apresentar problemas de fissuração e menor tenacidade.

B

Caracteriza-se por uma estrutura fina de ferrita e perlita. Geralmente não apresenta problemas pois está exposta a uma temperatura entre 950°C que é temperatura de normalização do aço.

C

Temperatura em torno de 720°C está na linha divisória de austenita e austenita mais ferrita e é caracterizada pela transformação parcial do metal base da estrutura original. Abaixo dessa faixa de temperatura as transformações metalográficas são menos perceptíveis.

D A zona fundida está totalmente no estado líquido (Carbono dissolvido). E Início da solidificação. Começam a se formar os cristais sólidos.

F O estado líquido vai se transformando na estrutura austenita.

G Zona de transição do estado liquido-sólido. O último liquido se solidificou. H Zona de recristalização com toda estrutura sólida Cúbica de Face

Centrado (CFC)austenita - em Carbono dissolvido.

I Início da transformação da austenita em ferrita (carbono começa a libertar) J A estrutura CFC transforma-se gradativamente em Cúbica de Corpo

Centrado(CCC) (carbono liberado para formar perlita). K

L

Transformação completa em CCC contendo perlita e ferrita. Características normais do aço em temperatura ambiente.

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2. METODOLOGIA

2.1.1 Aplicações na construção civil e mineração 2.1.1.1 Empresa multinacional

Uma industria do ramo de cimentos, concretos e agregados começou suas atividades em 1968.

O Objetivo da visita foi analisar o uso do aço USI-SAC-350 (código comercial) na central de distribuição de agregado (figura 6) e nos caminhões-betoneira (figura 7) .

Figura 6 - Central de distribuição de agregado areia, pedra, etc - Fonte: Pessoal

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Na central de distribuição indicado na figura 8, o agregado é distribuído na caixa (A) por meio de tratores. Um circuito eletropneumático localizado em (B) executa os comandos enviados pelo departamento industrial com as dosagens corretas para as características do concreto. Após isso, é dispensado para parte de baixo na balança de agregado (C) e transportado através das esteiras (D) para ponto de carga (E), local onde são direcionados cimento e agregados para o tambor de mistura (balão) do caminhão betoneira.

Figura 8 Partições da Central de Agregado - Fonte: Pessoal

Após serem dispensados do ponto de carga (E) na figura 8, verifica-se na figura 9 o tambor de mistura local que o concreto é dispensado no caminhão-betoneiraem (F). O giro horário ou anti-horário da betoneira determina o arrasto para frente, para misturar, ou para trás, levando a mistura para a bica de descarga giratória (G) .

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Durante a queda de agregados na central de distribuição há locais na balança de agregado como (H) e no defletor (I) na figura 10 que sofrem abrasão. A superfície é revestida com aço patinável para evitar a remoção do material do equipamento.

Figura 10 - Interior da Balança de Agregados da Central de distribuição

O processo de soldagem utilizado é o SMAW, por ser uma manutenção feita em campoutilizando processo de soldagem SMAW no aço USI-SAC-350 na empresa multinacional. Os técnicos da referida empresa são chamadosnas unidades para realizar manutenção, que geralmente é realizada em três dias (corte montagem e instalação).

2.1.1.2 Empresa nacional

A Empresa nacional de serviços de manutenção que atua há 14 anos no ramo de caminhões-betoneira e equipamentos em geral.

O balão da Betoneira apresentado na figura 11 sofre grande desgaste erosivo dos agregados e o concreto. Com o tempo, a espessura da parede do balão diminui até o momento em que são gerados furos em toda estrutura. Isso é evitado realizando a manutenção preditiva utilizando processo de soldagem GMAW no aço USI-SAC-350 na Empresa nacional.

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Figura 11 -Caminhão balão da betoneira - Fonte Pessoal

As facas localizadas no interior do balão figura 11 também sofrem abrasão,trincam e precisam ser substituídas, visto na figura 12.

Figura 12 - Facas em forma de aspirais dentro do balão da betoneira - Fonte: Pessoal.

Abica de descarga giratória do concreto é mostrada no detalhe da figura 13 (A) uma chapa de USI-SAC-350 soldada. A estrutura é de aço Sociedade dos Engenheiros Automotivos (SAE) 1020. Em (B) é a vista lateral.

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Figura 13 Chapa de aço USI SAC 350 soldada na Bica de descarga giratória -Fonte: Pessoal

A soldagem de aço patinável ARBL sobre o aço comum tornasse evidente sua importância, pois a sua utilização, sem esse tipo de revestimento os danos são irreversíveis na estrutura da rampa do caminhão-betoneira como pode ser visto na Figura 14.

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O processo de soldagem utilizado é GMAW por ser uma empresa de manutenção e reforma. Os tempos que os serviços são realizados variam conforme tamanho modelo e equipamento. A reforma geral do balão e dura em media 20 dias e a troca das facas em 2 dias.

2.2 Métodos, consumíveis e procedimento de soldagem

2.2.1 Consumíveis e procedimentos do processo GMAW

Foram utilizadas chapas de Aço USI-SAC 50 para formar 3 corpos de prova soldadovisto na figura 15 de 3/16” de espessura. .

Figura 15 - Corpos de prova soldado com GMAW - Fonte: Pessoal

O arame foi da classe - código comercial (ER70S-6).Sua composição química e propriedades mecânicas seguem a norma American Welding Society (AWS) A5.18 e possui diâmetro de 0,8mm.

Não foi necessário realizar o pré-aquecimento dos Copos de prova (CPs) antes de realizar a soldagem, devido à espessura das chapas .

De acordo com Bosquetti et al ,(2018, apud Cândido, 2002; Marques, 2009) a soldagem nas industriais são utilizados arames AWS A5.18 ER70S-6 de forma errônea uma vez que o eletrodo é para aço de baixo e médio teor de carbono. Desta forma, para realização da soldagem de aços patináveis, está indicado na literatura o uso do arame AWS A5.28 ER80S-G. Entretanto, é uma prática comum a utilização de eletrodos ER70S-6 em aços de baixa liga como os USI-SAC-350, já que muitas vezes é usado como revestimento sobre ASTM A36.

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Tabela 4 - composição química dos metais depositados pelo arame ER70S-6 conforme AWS (C = Carbono,SI= Silício,Mn=Manganês,S=Enxofre,P= potássio,CU= Cobre,NI= Níquel Cr= Cromo,Mo= Molibidênio,V=Vanâdio) - Fonte: Modificado de :

Gerdaub (2018) Classe Tipo C SI Mn S P CU NI Cr Mo V AWS A5.18 ER70S-6 0,06 0,15 0,8 1,15 1,4 1,85 0,035 0,025 0,5 0,15 0,15 0,15 0,03

Tabela 5 - Propriedades mecânicas do metal depositado pelo arame ER70S-6 conforme AWS(LR = Limite de Resistência, LE = Limite de Escoamento e Mpa =

Mega pascal) - Fonte: Modificado de : Gerdaub (2018)

Classe Tipo LR [Mpa] LE [Mpa]

AWS A5.18 ER70S-6 480 400

A especificação AWS A5.18 prescreve os requerimentos para a classificação de varetas para os processos GMAW nas tabelas 4 e 5, na soldagem de aço-carbono. A classificação segue o critério de análise química do próprio eletrodo e propriedades mecânicas do metal depositado. (LINCOLN ELECTRIC, 2018)

2.2.2 Consumíveis e procedimentos do processo SMAW

Nesse equipamento também foram utilizados chapas de aço USI-SAC 50 de 3/16” de espessura, figura 16 .

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O pré-aquecimento dos CPs não foi realizado devido à chapa de 3/16” ser considerada pequena espessura.

As varetas empregadas para processo de soldagem por SMAW foi o consumível da classe AWS A5.5 E7018-G de diâmetro 2,50 mm para material de espessura de 3/16” .

De acordo com Gerdaub (2018) é indicado E7018-G para a soldagem de juntas que sofrerão grandes esforços em aços resistentes à corrosão atmosférica e que mantém contato com água.

Tabela 6 - Composição química dos metais depositado pela vareta E7018-G conforme AWS - Modificado de : Gerdaub (2018)

Classe Tipo C SI Mn - - - - - - AWS A5.5 E7018-G 0,06 0,5 1,45 - - - -

Tabela 7 - Propriedades mecânicas do metal depositado pela vareta E7018-G conforme AWS (LR = Limite de Resistência, LE = Limite de Escoamento e Mpa =

Mega pascal) - Fonte: Modificado de : ESABd (2013)

Classe Tipo LR [Mpa] LE [Mpa]

AWS A5.5 E7018-G 560-600 -

A especificação AWS A5.5 se aplica a eletrodos revestidos de aço-carbono. O critério empregado para a classificação dos eletrodos são: tipo de corrente de soldagem, tipo de revestimento, posição de soldagem, propriedades mecânicas do metal de solda (LINCOLN ELECTRIC, 2018).

Lincoln Electric (2018) revela que a norma AWS A5.5, o último dígito “G”, significa a classificação da liga do eletrodo e é definido com um acordo entre fornecedor-cliente. Os valores estão mostrados na tabela 6. Em complemento, segundo Esab (2005) mostra a necessidade de um teor mínimo de Mn 1%, Si 0,8%,

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Ni 0,5%, Cr 0,3%, 0,2% Mo, Cu 0,2% e V 0,10 % (C = Carbono,SI= Silício,Mn=Manganês,S=Enxofre,P= potássio,CU= Cobre,NI= Níquel,Cr= Cromo,Mo= Molibidênio,V= Vanâdio) como elementos adicionais.

.

2.3 Ensaios

Na engenharia é fundamental o conhecimento do comportamento do material com que se trabalha na soldagem de componentes, isto é, saber suas propriedades para determinadas condições de uso, características em determinadas temperaturas e esforços submetidos na sua utilização. Para isso, durante as condições de trabalho é indispensável saber os parâmetros do comportamento, determinados através de ensaios mecânicos. Com este objetivo, foram realizados alguns ensaios relevantes para o estudo.

2.3.1 Ensaio de Microdureza Vickers

O cálculo da dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre face de 136°, sob uma determinada carga (figura 17). O valor é obtido através do quociente da carga aplicada pela área de impressão deixada no corpo de prova ensaiado (TELECURSOa 2000 PROFISSIONALIZANTE, 2018).

Por meio de um microscópio acoplado na máquina, foi possível realizar as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da base da pirâmide, tornando possível o cálculo da área da pirâmide (TELECURSOa 2000 PROFISSIONALIZANTE, 2018)

No ensaio Vickers as impressões são pequenas e não se inutilizam as peças, mesmo já acabadas, além disso esse tipo de ensaio pode ser usado em materiais de qualquer espessura.(TELECURSOa 2000 PROFISSIONALIZANTE, 2018)

Para medir durezas superficiais cargas com menores que 300gf , pode haver recuperação elástica, dificultando a medida das diagonais (TELECURSOa 2000 PROFISSIONALIZANTE, 2018)

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Figura 17 - a) Penetrador de diamante. b)Corpo de prova penetrado e c) Visor do microscópio para medida da diagonal do furo. Adaptado de: TELECURSOa 2000

(2018)

Para a ponta de diamante do equipamento de dureza Vickers não escorregar no momento de aplicação da carga foi realizado um jateamento na superfície dos CPs com microesferas de vidro (figura 18).

Figura 18- Jateamento com microesferas de vidro - Fonte: Pessoal

2.3.2 Ensaio de Dobramento

O ensaio consiste em dobrar um corpo de prova que será fixado com dois pontos de solda sobre uma mesa e com auxílio de uma ferramenta aplicar um esforço perpendicular ao eixo, até atingir um ângulo próximo de 90° (figura 19).

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O ensaio de dobramento fornece uma indicação qualitativa da ductilidade do material e não apresenta nenhum valor numérico mensurável (RODRIGUES, 2018).

O procedimento do ensaio consiste em deformar plasticamente o CP e examinar na zona dobrada a ocorrência de trincas, fissuras, fendas ou ruptura (RODRIGUES, 2018).

Figura 19- CP antes e depois do ensaio de dobramento e indicações do comprimento do cordão de solda (MB= Metal Base; F=Força) - Fonte: Pessoal

A figura 20 demonstra foto da realização do procedimento e o detalhe da chave utilizada como alavanca.

Figura 20 Corpo de soldado sobre a mesa durante a realização do ensaio de dobramento – Fonte: Pessoal

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2.3.3 Ensaio de Tração

O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço de forma a alongá-lo até ruptura. Os esforços são medidos pela máquina de ensaio e geram gráficos semelhantes com da figura 20 e a suas características mostradas com auxílio da tabela 8 as fases que o CP passa até a ruptura. O ensaio permite conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração (TELECURSOb 2000 PROFISSIONALIZANTE,2018).

Tabela 8 - Fases do corpo de prova quando submetido ao ensaio de tração - Fonte: Pessoal

Representação Descrição

A - B Fase elástica;

B’- E Fase plástica;

B’- C Escoamento - Deformação permanente sem aumento de tensão;

C - D Encruamento - Endurecimento do material causado pela quebra de grãos;

D Tensão Limite de resistência; e

(25)

Figura 21- Exemplo de representação gráfica de um diagrama tensão-deformação fornecido pela máquina de ensaio - Fonte: Próprio Autor

Para o ensaio de tração foi retirado da chapa soldada um CP com a solda no centro.

O objetivo desse ensaio é avaliar a resistência mecânica e ductilidade da junta soldada (CASTRO et, al 2018 apud MADEIRA e MODENESI, 2010).

É importante saber que no caso da ruptura do corpo de prova no metal base e não na solda, indicam que a solda possui uma resistência maior que a do metal base e por isso não é possível determinar o valor exato. Quando o rompimento ocorrer na junta, existe influência direta da deformação do metal base nos resultados (MADEIRA e MODENESI, 2010).

Os ensaios dos corpos de soldados determinam por finalidades práticas o limite de resistência à tração. Durante o ensaio, tenciona-se simultaneamente o MB e metal de solda, dois materiais de propriedades diferentes. Os resultados dos ensaios

(26)

não representam as propriedades nem de um nem de outro material, pois umas são afetadas pelas outras. O limite de resistência é consequência nessa interação (TELECURSOb 2000 PROFISSIONALIZANTE, 2018).

2.4 Resultado do ensaio de dobramento

O desempenho do corpos de prova CPG2 (Corpo de prova soldado com GMAW) foi reprovado no ensaio conforme mostrado na tabela 9 e figura 23 o cordão rompeu no metal base devido o esforço de dobramento. Já o CPS2 (Corpo de prova soldado com SMAW), na figura 22, manteve-se firme na ancoragem com metal base.

Tabela 9- Dados obtidos no ensaio de dobramento - Fonte: Pessoal

Corpos de prova Quebra ocorreu na

ZTA ?

Trincas no cordão

CPS2 ( )Sim ---(X) Não ( )Sim ---(X) Não CPG2 (X)Sim ---( ) Não (X)Sim ---( ) Não

Figura 22 – Corpo de Prova CPS2 após a realização do ensaio de dobramento - Fonte: Pessoal

(27)

Figura 23 - Corpo de Prova CPG2 após a realização do ensaio de dobramento – Fonte: Pessoal

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Durante a revisão bibliográfica os conceitos dos processos de soldagem, aspectos térmicos envolvidos, metalurgia, ZTA, descontinuidades recorrentes e o resultado dos ensaios mecânicos foram fundamentados.

O material dos corpos de prova sob norma ASTM A606 são fabricados pela USIMINAS. Amostras foram disponibilizadas pelas empresas visitadas e são os mesmos utilizados na industrial civil e mineração.

Nas soldagens industriais e no estudo do artigo foram utilizados no processo GMAW arames AWS A5.18 ER70S-6, indicado para soldagem em aço ao carbono. Esta prática é comum em aços-liga como os USI-SAC-350, já que muitas vezes são usados como revestimento sobre o aço ao carbono.

O eletrodo AWS A5.5 E7018-G (código comercial do eletrodo), foi utilizado no processo SMAW para soldagem de juntas que sofrerão grandes esforços em aços resistentes à corrosão atmosférica e que mantém contato com água, específico para aços-liga.

O ensaio de dobramento dobrou-se um corpo de prova do sentido de compressão da poça de fusão.

Analisaram-se as amostras soldadas com equipamento GMAW e os aspectos visuais foram satisfatórios.

Devido o mau armazenamento do eletrodo, após a soldagem, o corpo de prova soldado com SMAW utilizado para ensaio de dobramento apresentou-se porosidade no cordão de solda. Nos demais não foram encontradas inconformidades na análise visual.

No dobramento, o resultado foi positivo na condição de tenacidade no cordão de solda, apresentando ótima resistência ao esforço aplicado e não se rompendo.

A trinca do cordão de que solda durante o ensaio de dobramento ocorreu devido a um possível endurecimento na região da ZTA, deixando em aberto a dúvida da necessidade de um pré-aquecimento que se evitaria a fratura.

(29)

Por fim, com os resultados obtidos não foi possível propor uma indicação para o melhor procedimento adotado, visto que possuem diferenças de requisitos no processo, tais como: produtividade, qualidade na solda, qualificação do soldador, versatilidade e viabilidade econômica.

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