1 UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO
GRANDE DO SUL
DCEENG - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA – CAMPUS PANAMBI
FERNANDO GUARANHI
ANÁLISE DE REVESTIMENTO DURO DE SOLDA NO AÇO SAE 1045 COM E SEM AMANTEIGAMENTO
Panambi
2014
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FERNANDO GUARANHI
ANÁLISE DE REVESTIMENTO DURO DE SOLDA NO AÇO SAE 1045 COM E SEM AMANTEIGAMENTO
Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico.
Orientador: Prof. Gil Eduardo Guimarães, Dr. Eng.
Panambi
2014
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DEDICATÓRIA
Aos meus queridos pais Pedro Guaranhi e Inês Guaranhi, a minha irmã Odete G. De Bortoli, ao meu irmão César Guaranhi e a minha noiva Simone Schwade, pelo amor, carinho e estímulo que me ofereceram, dedico-lhes essa conquista como gratidão. A todos aqueles que de alguma forma me ajudaram e me orientaram nesta nova conquista.
4 RESUMO
Freqüentemente percebemos uma maior presença de aços de alta resistência no meio da industria, os mesmos possibilitam uma maior durabilidade ao desgaste nas ferramentas, máquinas, equipamentos de manutenção, mas como sabemos esses materiais são de elevados preços o que encarece os produtos, mas com a evolução tecnológica e novas melhorias em processos surgiu a idéia de se realizar revestimento em material com menor índice de resistência ao desgaste, com isso reduzindo o custo inicial do projeto que leva esses aços de alta resistência, reduzindo a quantidade dos mesmos, pois podem ser substituídos por materiais comuns revestidos com solda, o estudo sobre esse processo de revestimento em material de aço carbono (SAE 1045) será realizado levando em consideração a comparação de material que receberá amanteigamento e material que não receberá amanteigamento, nos ensaios de soldagem de revestimento realizados foram controlados os parâmetros, foi controlado a temperatura de pré-aquecimento no forno e também a temperatura entre passes para garantir um resultado de comparação entre os mesmos o mais preciso possível. Os corpos de prova forma preparados conforme norma ASME IX que determina o tamanho do corpo de prova, largura que deve ser realizada a soldagem de revestimento e também define ensaios e avaliações. Foram análisados os corpos de prova através do ensaio por liquido penetrante sem e com condicionamento da superfície, foi realizado dureza na superfície. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de macrografia e micrografia e por fim dos testes foi realizado dureza interna nas diferentes camadas da soldagem de revestimento, ZTA e chapa para verificar a influencia da camada de transição do material. A partir dos ensaios realizados pretende-se verificar a presença de descontinuidades tanto na soldagem de revestimento sem e com amanteigamento, portanto, este trabalho visa mostrar se existe a necessidade ou não da realização da camada de amanteigamento, uma vez que se constituirá em mais uma fonte de custo ao produto final caso seja necessário realizar a camada de amanteigammento quando realizado a soldagem por revestimento.
5 ABSTRACT
Frequently know the presence of steel of high strength of industry, the same possibiliting a greater durability in relationship wear on tools, machines, maintenance equipments but with know these materials are high price, than increase the products, but with technological evolution and new improvements in process, appear the idea of to realize coating in materials with least index of strength wear, reducing start cost of project that take theses steels of high strength, reducing the quantity that ones, because it’s can to be replaced for comuns materials coateds with weld, the study about these coated process in material carbon steel (SAE 1045) will be realized taking in consideration the comparation of material that will receive buttering and material that doesn’t receive buttering in coating weld testes, relized it was controlled the parameter, it was controlated a temperature of preheating in furnace and also a temperature between pass for insure a result accuracy of comparison between the same.The specimen was prepared according Norm ASME IX that determine the size the specimen width that shoud to be realized the coating welding and determine test and date. It was analyzed the speciments through the test penetrant liquid, without and with surface condition it was realized hardness in surface. The speciments was submeted in macrography and micrography tests, finishing it was realized internal hardness in layer differents coating welding ZTA and plate to check the influence of layer of transition material. Staring the spaciments realized pretende-se to check the presence discontinuity in the coated welding without and with buterring, therefore these “work” aims to show if exist the necessity or not of realization of buttering layer one time that build in more a source of cost a product final if necessary to carry the buterring layer when realized the coating welding.
6 LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvão de acordo com a patente de
Bernados. ... 16
Figura 2 - Processo básico de soldagem MIG/MAG ... 17
Figura 3 - Modos de transferência do metal de solda ... 19
Figura 4 - Corrente-tensão versus tempo típico do ciclo de curto-circuito ... 20
Figura 5 - Técnica de soldagem por arco em aerossol (spray) ... 22
Figura 6 - Técnica de soldagem por arco pulsado em aerossol ... 23
Figura 7 - Soldagem com proteção gasosa ... 25
Figura 8 - Soldagem com arame tubular autoprotegido ... 26
Figura 9 - Porosidade ... 27
Figura 10 - Inclusão de escória ... 28
Figura 11 - Falta de fusão ... 28
Figura 12 - Falta de penetração ... 29
Figura 13 - Mordeduras ... 29
Figura 14 - Princípio de operação da soldagem de revestimento ... 32
Figura 15 - Exemplos de camadas de revestimento depositadas a partir de processos de Soldagem ... 33
Figura 16- Perfil geométrico desejado do cordão de solda: a) união da junta soldada ... 34
Figura 17 - Dimensão das amostras dadas em milímetros ... 39
Figura 18 – Faixa de Pré-aquecimento ... 41
Figura 19 – Forno utlizado ... 42
Figura 20 – Temperatura de pré-aquecimento utilizada no forno ... 42
Figura 21 – Verificação da temperatura ... 43
Figura 22 – Execução da solda de revestimento... 43
Figura 23 – Inicio do revestimento ... 44
Figura 24 – Verificação da temperatura entre passes de solda ... 44
Figura 25 – Limpeza entre passes... 45
Figura 26 – Politriz lixadeira metalográfica...46
Figura 27 - Microscópio Buehler. ... 46
Figura 28 - microduromentro ... 48
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Figura 30 - Corpos de prova em ensaio ... 49
Figura 31 - Corpo de prova 1 sem amanteigamento...50
Figura 32 - Corpo de prova 2 sem amanteigamento...50
Figura 33 - Corpo de prova 3 com amanteigamento...50
Figura 34 - Corpo de prova 4 com amanteigamento...50
Figura 35 - Retifica plana TA 104 A Ferdimat. ... 51
Figura 36 - Corpo de prova 1 sem amanteigamento...51
Figura 37 - Corpo de prova 2 sem amanteigamento ... 51
Figura 38 - Corpo de prova 3 com amanteigamento...51
Figura 39 - Corpo de prova 4 com amanteigamento ... 51
Figura 40 - Amostra da solda de revestimento sem amanteigaento CP.1 ... 53
Figura 41 - Amostra da solda de revestimento sem amanteigaento CP.2 ... 53
Figura 42 - Amostra da solda de revestimento com amanteigaento CP.3 ... 53
Figura 43 - Amostra da solda de revestimento com amanteigaento CP.4 ... 53
Figura 44 - Detalhe da trinca do CP.3 ... 54
Figura 45 - Detalhes das trincas do CP.3 ... 54
Figura 46 - Inicio da região da ZTA sem amanteigamento (Ampliação 400X) ... 56
Figura 47 - ZTA sem amanteigamento (Ampliação 400X) ... 56
Figura 48 - Região do material abaixo a ZTA (Ampliação 400X) ... 56
Figura 49 - Inicio da camada se solda de amanteigamento (Ampliação 400X) ... 57
Figura 50 - Camada se solda de amanteigamento (Ampliação 400X) ... 57
Figura 51 - ZTA com amanteigamento (Ampliação 400X) ... 58
8 LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Faixa ótima de corrente de curto-circuito para vários diâmetros ... 20
Tabela 2 - Corrente mínima para a soldagem por aerossol ... 22
Tabela 3 – Requisitos da norma ASME IX ... 36
Tabela 4 - Soldabilidade conforme Ceq dos aços... 40
Tabela 5 - Cálculo do Carbono Equivalente (Ceq). ... 40
Tabela 6- Parâmetros de soldagem para o arame AWS A5.28 ER110S-1 ... 41
Tabela 7 - Parâmetros de soldagem para o arame TUBE ALLOY 260G ... 41
Tabela 8 – Média de dureza dos corpos de prova... 52
Tabela 9 - Dureza nas camadas internas ... 59
9 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
GMAW - Gás Metal Arc Welding.
Mig/Mag - Metal Inerte Gás / Metal Active Gás. FCAW - Flux-cored arc welding
ZTA - Zona Termicamente Afetada. AWS - American Welding Society
ISO - International Organization for Standardization. WPS - Welding Procedure Specification
CP – Corpo de prova
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ... 12
1.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14
1.1 Definição de soldagem ... 14
1.2 Pequeno Histórico da Soldagem ... 14
1.3 Soldagem MIG/MAG ... 16
1.4 Modos de transferência de metal ... 18
1.4.1 Transferência por curto-circuito ... 19
1.4.2 Transferência globular ... 21
1.4.3 Soldagem por aerossol (spray) ... 21
1.5 Processo de soldagem com arame tubular - histórico... 23
1.6 Fundamentos ... 24
1.7 Características ... 24
1.8 Tipos básicos de descontinuidades estruturais em soldas por fusão ... 27
1.8.1 Porosidade ... 27 1.8.2 Inclusões de escória ... 27 1.8.3 Falta de fusão ... 28 1.8.4 Falta de penetração ... 29 1.8.5 Mordeduras ... 29 1.8.6 Trincas ... 30
1.8.6.1 Trincas a frio (ou induzidas por hidrogênio) ... 30
1.9 Soldagem de revestimento conceitos e definições ... 31
1.10 Princípios de operação ... 31
1.11 Características do processo ... 32
1.12 Pré-aquecimento ... 34
2. MATERIAIS E MÉTODOS ... 36
2.1 Normas aplicadas para realização dos testes de revestimento ... 36
2.2 Especificações dos arames utilizados nos testes de revestimento de Soldagem ... 38
2.3 Especificações do material selecionado para revestimento SAE 1045 grupo de materiais 38 2.4 Propriedades mecânicas do material... 39
2.5 Preparação dos corpos de prova para realização do revestimento... 39
2.6 Definição da Temperatura de pré-aquecimento... 40
2.7 Definição dos parâmetros de soldagem ... 41
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3. ENSAIOS REALIZADOS ... 46
3.1 Macrografia ... 46
3.3 Liquido Penetrante ... 47
3.3.1 Características e tipos de líquido penetrante ... 47
3.4 Dureza ... 48
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 49
4.1 Avaliação do ensaio de Liquido Penetrante ... 49
4.2 Avaliação do ensaio de dureza na superfície ... 52
4.3 Avaliação das Macrografias ... 52
4.3.1 Macrografia dos corpos de prova sem e com amanteigamento ... 52
4.4 Avaliação das Micrografias ... 54
4.5 Avaliação do ensaio de dureza entre passes ... 58
5.CONCLUSÃO ... 60
12 INTRODUÇÃO
O projeto tem por finalidade comparar o processo de revestimento de solda em aço carbono (SAE 1045) com amanteigamento e sem amanteigamento mostrando suas características e diferenças entre os processos de deposição de material com transição do material de amanteigamento e sem o mesmo. A pesquisa tem por objetivo comparar os tipos de revestimentos otimizando assim custos de ferramentas, máquinas, equipamentos de manutenção que tenham materiais de alta resistência à corrosão e ao desgaste, substituindo por material com custo reduzido, após o revestimento as características e propriedades são similares ou até superiores ao material de alta resistência.
Como a aplicação de aços de alta resistência à corrosão e ao desgaste vem aumentando em meio as indústria em ferramentas, máquinas, equipamentos de manutenção, elevando os preços dos equipamentos com a aplicação dos mesmos, surgiu à necessidade de se obter um material mais barato e que atendesse as características exigidas nos serviços. [1]
Com a constante evolução tecnológica e a melhoria em processos surgiu a idéia de se realizar revestimento em material com menor índice de resistência à corrosão e ao desgaste, com isso reduzindo o custo inicial do projeto que leva esses aços de alta resistência, reduzindo a quantidade dos mesmos, pois podem ser substituídos por materiais comuns revestidos com solda.[1]
A seleção do processo de soldagem para revestimento é tão importante quanto à seleção da liga. Os requerimentos de desempenho em serviço não são ditados somente pela seleção da liga, mas sofrem forte influência de um processo de soldagem bem selecionado. Outros fatores técnicos envolvem a seleção do processo, incluindo, mas também não limitando, as propriedades e a qualidade do revestimento, as características físicas da peça, as propriedades metalúrgicas do metal de base, a forma e composição da liga de revestimento e a habilidade do soldador. Ultimamente, predominam as condições econômicas e o custo como fatores determinantes na seleção final do processo. [1]
Na seleção de um processo de revestimento devem-se levar em conta aspectos como características físicas das peças, características metalúrgicas do metal de base, qualidade e propriedades do material revestido, habilidade do soldador e custo.
Para realizar o revestimento nos materiais será utilizado dois processos de solda que são GMAW – Gas Metal Arc Welding também conhecida como MIG/MAG (MIG – Metal Inert
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Gas e MAG – Metal Active Gas) e FCAW Flux-cored arc welding, o método de transferência utilizado foi por curto circuito.
Para a execução dos testes será utilizado à norma ASME IX onde a mesma orienta desde a preparação do corpo de prova até a realização dos ensaios, os ensaios realizados foram efetuados levando em consideração os requisitos para desgaste.
14 1.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1 Definição de soldagem
Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo SOLDAGEM. Classicamente, a soldagem é considerada como um método de união, porém, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície, visando à recuperação de peças desgastadas ou para a formação de um revestimento com características especiais. Diferentes processos relacionados com os de soldagem são utilizados para o corte ou para o recobrimento de peças. Diversos aspectos dessas operações de recobrimento e corte são similares à soldagem e, por isso, muitos aspectos destes processos são abordados juntamente com esta. [2]
Algumas definições de soldagem são:
Processo de junção de metais por fusão". (Deve-se ressaltar que não só metais são soldáveis e que é possível soldar metais sem fusão).
Operação que visa obter a união de duas ou mais peças , assegurando, na junta soldada, acontinuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas".
Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até umatemperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição." (Definição a adotada pela AWS - American Welding Society).[2]
Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre osmateriais sendo unidos, de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais.[2]
1.2 Pequeno Histórico da Soldagem
Embora a soldagem, na sua forma atual, seja um processo recente, com cerca de 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento têm sido utilizadas deste épocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com indicações de ter sido soldado e que foi fabricado na Pérsia, por volta de 4000 AC. [2]
O ferro, cuja fabricação se iniciou em torno de 1500 AC, substituiu o cobre e o bronze na confecção de diversos artefatos. O ferro era produzido por redução diretae conformado por
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martelamento na forma de blocos com um peso de poucos quilogramas. Quando peças maiores eram necessárias, os blocos eram soldados por forjamento, isto é, o material era aquecido ao rubro, colocava-se areia entre as peças para escorificar impurezas e martelava-se até a soldagem. Como um exemplo da utilização deste processo, cita-se um pilar de cerca de sete metros de altura e mais de cinco toneladas existente ainda hoje na cidade de Delhi (Índia). [2]
A soldagem foi usada, na antiguidade e na idade média, para a fabricação de armas e outros instrumentos cortantes. Como o ferro obtido por redução direta tem um teor de carbono muito baixo (inferior a 0,1%), este não pode ser endurecido por têmpera. Por outro lado, o aço, com um teor maior de carbono, era um material escasso e de alto custo, sendo fabricado pela cementação de tiras finas de ferro. Assim, ferramentas eram fabricadas com ferro e com tiras de aço soldadas nos locais de corte e endurecidas por têmpera. Espadas de elevada resistência mecânica e tenacidade foram fabricadas no oriente médio utilizando-se um processo semelhante, no qual tiras alternadas de aço e ferro eram soldadas entre si e deformadas por compressão e torção. O resultado era uma lâmina com uma fina alternância de regiões de alto e baixo teor de carbono. [2]
Assim, a soldagem foi, durante este período, um processo importante na tecnologia metalúrgica, principalmente, devido a dois fatores: (1) a escassez e o alto custo do aço e (2) o tamanho reduzido dos blocos de ferro obtidos por redução direta. [2]
Esta importância começou a diminuir, nos séculos XII e XIII, com o desenvolvimento de tecnologia para a obtenção, no estado líquido, de grandes quantidades de ferro fundido com a utilização da energia gerada em rodas d'água e, nos séculos XIV e XV, com o desenvolvimento do alto forno. Com isto, a fundição tornou-se um processo importante de fabricação, enquanto a soldagem por forjamento foi substituída por outros processos de união, particularmente a rebitagem e parafusagem, mais adequados para união das peças produzidas.
A soldagem permaneceu como um processo secundário de fabricação até o século XIX, quando a sua tecnologia começou a mudar radicalmente, principalmente, a partir das experiências de Sir Humphrey Davy (1801-1806) com o arco elétrico, da descoberta da acetileno por Edmund Davy e do desenvolvimento de fontes produtoras de energia elétrica que possibilitaram o aparecimento dos processos de soldagem por fusão. Ao mesmo tempo, o início da fabricação e utilização de aço na forma de chapas tornou necessário o desenvolvimento de novos processos de união para a fabricação de equipamentos e estruturas. A primeira patente de um processo de soldagem, obtida na Inglaterra por Nikolas Bernados e Stanislav Olszewsky em 1885, foi baseada em um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo
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de carvão e a peça a ser soldada (Figura 1).[2]
Por volta de 1890, N. G. Slavianoff, na Rússia, e Charles Coffin, nos Estados Unidos, desenvolveram independentemente a soldagem a arco com eletrodo metálico nu. Até o final do século XIX, os processos de soldagem por resistência, por aluminotermia e a gás foram desenvolvidos. Em 1907, Oscar Kjellberg (Suécia) patenteia o processo de soldagem a arco com eletrodo revestido. Em sua forma original, este revestimento era constituído de uma camada de cal, cuja função era unicamente estabilizar o arco. Desenvolvimentos posteriores tornaram este processo o mais utilizado no mundo.[2]
Figura 1 - Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvão de acordo com a patente de Bernados.
Fonte [2]
Nesta nova fase, a soldagem teve inicialmente pouca utilização, estando restrita principalmente à execução de reparos de emergência até a eclosão da 1ª grande guerra, quando a soldagem passou a ser utilizada mais intensamente como um processo de fabricação.Atualmente, mais de 50 diferentes processos de soldagem têm alguma utilização industrial e a soldagem é o mais importante método para a união permanente de metais. Esta importância é ainda mais evidenciada pela presença de processos de soldagem e afins nas mais diferentes atividades industriais e pela influência que a necessidade de uma boa soldabilidade tem no desenvolvimento de novos tipos de aços e outras ligas metálicas. [2]
1.3 Soldagem MIG/MAG
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também conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert Gas e MAG – Metal Active Gas), um arco elétrico é estabelecido entre a peça e um consumível na forma de arame. O arco funde continuamente o arame à medida que este é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera pelo fluxo de um gás (ou mistura de gases) inerte ou ativo. A Figura 2 mostra esse processo e uma parte da tocha de soldagem.[3]
Figura 2 - Processo básico de soldagem MIG/MAG
Fonte [3]
O conceito básico de GMAW foi introduzido nos idos de 1920, e tornado comercialmente viável após 1948. Inicialmente foi empregado com um gás de proteção inerte na soldagem do alumínio. Conseqüentemente, o termo soldagem MIG foi inicialmente aplicado e ainda é uma referência ao processo. Desenvolvimentos subseqüentes acrescentaram atividades com baixas densidades de corrente e correntes contínuas pulsadas, emprego em uma ampla gama de materiais, e o uso de gases de proteção reativos ou ativos (particularmente o dióxido de carbono, CO2) e misturas de gases. Esse desenvolvimento posterior levou à aceitação formal do termo GMAW – Gas Metal Arc Welding para o processo, visto que tanto gases inertes quanto reativos são empregados. No entanto, quando se empregam gases reativos, é muito comum usar o termo soldagem MAG (MAG – Metal Active Gas).[3]
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O processo de soldagem funciona com corrente contínua (CC), normalmente com o arame no pólo positivo. Essa configuração é conhecida como polaridade reversa. A polaridade direta é raramente utilizada por causa da transferência deficiente do metal fundido do aramede solda para a peça. São comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais que 600 A e tensões de soldagem de 15 V até 32 V. Um arco elétrico autocorrigido e estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante e com um alimentador de arame
de velocidade constante.[3]
Melhorias contínuas tornaram o processo MIG/MAG aplicável à soldagem de todos os metais comercialmente importantes como os aços, o alumínio, aços inoxidáveis, cobre e vários outros. Materiais com espessura acima de 0,76 mm podem ser soldados praticamente em todas as posições. É simples escolher equipamento, arame, gás de proteção e condições de soldagem capazes de produzir soldas de alta qualidade com baixo custo.[3]
O processo de soldagem MIG/MAG proporciona muitas vantagens na soldagem manual e automática dos metais para aplicações de alta e baixa produção. Suas vantagens combinadas quando comparado ao eletrodo revestido, arco submerso e TIG são:
__ a soldagem pode ser executada em todas as posições; __ não há necessidade de remoção de escória;
__ alta taxa de deposição do metal de solda;
__ tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se comparado ao eletrodo
revestido;
__ altas velocidades de soldagem; menos distorção das peças;
__ largas aberturas preenchidas ou amanteigadas facilmente, tornando certos tipos de
soldagem de reparo mais eficientes;
__ não há perdas de pontas como no eletrodo revestido.[3]
1.4 Modos de transferência de metal
Basicamente o processo MIG/MAG inclui três técnicas distintas de modo de transferência de metal: curto-circuito (short arc), globular (globular) e aerossol (spray arc). Essas técnicas descrevem a maneira pela qual o metal é transferido do arame para a poça de fusão. Na transferência por curto-circuito — short arc, dip transfer, microwire — a transferência ocorre quando um curto-circuito elétrico é estabelecido. Isso acontece quando o metal fundido na ponta do arame toca a poça de fusão. Na transferência por aerossol — spray
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arc — pequenas gotas de metal fundido são desprendidas da ponta do arame e projetadas por forças eletromagnéticas em direção à poça de fusão. A transferência globular — globular — ocorre quando as gotas de metal fundido são muito grandes e movem-se em direção à poça de fusão sob a influência da gravidade. Os fatores que determinam o modo de transferência de metal são a corrente de soldagem, o diâmetro do arame, o comprimento do arco (tensão), as características da fonte e o gás de proteção (veja a Figura 3).[3]
1.4.1 Transferência por curto-circuito
Na soldagem com transferência por curto-circuito são utilizados arames de diâmetro na faixa de 0,8 mm a 1,2 mm, e aplicados pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas correntes de soldagem. É obtida uma pequena poça de fusão de rápida solidifica ção. Essa técnica de soldagem é particularmente útil na união de materiais de pequena espessura em qualquer posição, materiais de grande espessura nas posições vertical e sobrecabeça, e no enchimento de largas aberturas. A soldagem por curto-circuito também deve ser empregada quando se tem como requisito uma distorção mínima da peça.[3]
Figura 3 - Modos de transferência do metal de solda
Fonte [3]
O metal é transferido do arame à poça de fusão apenas quando há contato entre os dois, ou a cada curto-circuito. O arame entra em curto-circuito com a peça de 20 a 200 vezes por segundo. A Figura 4 ilustra um ciclo completo de curto-circuito. Quando o arame toca a poça de fusão (A), a corrente começa a aumentar para uma corrente de curto-circuito. Quando esse valor alto de corrente é atingido, o metal é transferido. O arco é então reaberto. Como o arame está sendo alimentado mais rapidamente que o arco consegue fundi-lo, o arco será
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eventualmente extinguido por outro curto (I). O ciclo recomeça. Não há metal transferido durante o período de arco aberto, somente nos curtos-circuitos.[3]
Figura 4 - Corrente-tensão versus tempo típico do ciclo de curto-circuito
Fonte [3]
Para garantir uma boa estabilidade do arco na técnica de curto circuito devem ser empregadas correntes baixas. A Tabela 1 ilustra a faixa de corrente ótima para a transferência de metal por curto-circuito para vários diâmetros de arame. Essas faixas podem ser ampliadas dependendo do gás de proteção selecionado.[3]
Tabela 1- Faixa ótima de corrente de curto-circuito para vários diâmetros de arame
21 1.4.2 Transferência globular
Quando a corrente e a tensão de soldagem são aumentadas para valores acima do máximo recomendado para a soldagem por curtocircuito, a transferência de metal começará a tomar um aspecto diferente. Essa técnica de soldagem é comumente conhecida como
transferência globular, na qual o metal se transfere através do arco. Usualmente as gotas de metal fundido têm diâmetro maior que o do próprio arame. Esse modo de transferência pode ser errático, com respingos e curtos-circuitos ocasionais.[3]
1.4.3 Soldagem por aerossol (spray)
Aumentando-se a corrente e a tensão de soldagem ainda mais, a transferência de metal torna-se um verdadeiro arco em aerossol (spray). A corrente mínima à qual esse fenômeno ocorre é chamada corrente de transição. A Tabela 2 mostra valores típicos de corrente de transição para vários metais de adição e gases de proteção. Conforme é observado nessa tabela, a corrente de transição depende do diâmetro do arame e do gás de proteção. Entretanto, se o gás de proteção para soldar aços carbono contiver mais que cerca de 15% de dióxido de carbono (CO2), não haverá transição de transferência globular para transferência por aerossol.[3]
A Figura 5 mostra a transferência fina e axial típica do arco em aerossol. As gotas que saem do arame são muito pequenas, proporcionando boa estabilidade ao arco. Curtos-circuitos são raros. Poucos respingos são associados com essa técnica de soldagem.[3]
A soldagem em aerossol pode produzir altas taxas de deposição do metal de solda. Essa técnica de soldagem é geralmente empregada para unir materiais de espessura 2,4 mm e maiores. Exceto na soldagem de alumínio ou cobre, o processo de arco em aerossol fica geralmente restrito apenas à soldagem na posição plana por causa da grande poça de fusão. No entanto, aços carbono podem ser soldados fora de posição usando essa técnica com uma poça de fusão pequena, geralmente com arames de diâmetro 0,89 mm ou 1,10 mm.[3]
Uma variação da técnica de arco em aerossol é conhecida como soldagem pulsada em aerossol. Nessa técnica, a corrente é variada entre um valor alto e um baixo. O nível baixo de corrente fica abaixo da corrente de transição, enquanto que o nível alto fica dentro da faixa de arco em aerossol.
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Tabela 2 - Corrente mínima para a soldagem por aerossol
Fonte [3]
Figura 5 - Técnica de soldagem por arco em aerossol (spray)
Fonte [3]
O metal é transferido para a peça apenas durante o período de aplicação de corrente alta. Geralmente é transferida uma gota durante cada pulso de corrente alta. A Figura 6 retrata o modelo de corrente de soldagem usado na soldagem pulsada em aerossol. Valores comuns de
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freqüência ficam entre 60 e 120 pulsos por segundo. Como a corrente de pico fica na região de arco em aerossol, a estabilidade do arco é similar à da soldagem em aerossol convencional.[3]
O período de baixa corrente mantém o arco aberto e serve para reduzir a corrente média. Assim, a técnica pulsada em aerossol produzirá um arco em aerossol com níveis de corrente mais baixos que os necessários para a soldagem em aerossol convencional. A corrente média mais baixa possibilita soldar peças de pequena espessura com transferência em aerossol usando maiores diâmetros de arame que nos outros modos. A técnica pulsada em aerossol também pode ser empregada na soldagem fora de posição de peças de grande espessura. [3]
Figura 6 - Técnica de soldagem por arco pulsado em aerossol
Fonte [3]
1.5 Processo de soldagem com arame tubular - histórico
Os processos de soldagem com proteção gasosa tiveram início na década de 20. Experiências deste período já demonstravam significantes melhorias nas propriedades das soldas quando o arco e o metal fundido estão protegidos da contaminação pela atmosfera. De qualquer modo, o desenvolvimento do eletrodo revestido no final desta década, reduziu o interesse por estes processos. [4]
A utilização comercial do processo de soldagem com eletrodo de tungstênio na década de 40 reacendeu o interesse pela soldagem com proteção gasosa. O argônio e o hélio foram os primeiros gases de proteção a serem utilizados. Posteriormente, estudos sobre o processo de soldagem com eletrodo revestido demonstraram que o gás gerado pela decomposição do revestimento é, predominantemente, o CO2. Como consequência, iniciaram-se testes para a
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utilização deste gás como proteção até que, nos anos 50, começaram a ser aceitos comercialmente. [4]
Na década de 50, a introdução da combinação do gás de proteção CO2 com eletrodos contendo fluxo interno (arames tubulares) propiciou significantes melhorias nas condições de operação e na qualidade da solda. A primeira apresentação pública deste processo (conhecido como FCAW) foi no ano de 1954 e, em 1957, os equipamentos utilizados já possuíam uma configuração similar a atual. Posteriormente, surgiram variações deste processo como, por exemplo, arames tubulares que não necessitam de gás de proteção (auto-protegidos) ou que utilizam fluxo aglomerado para proteção do arco e metal fundido.[4]
1.6 Fundamentos
FCAW é um processo de soldagem onde a coalescência entre metais é obtida através de arco elétrico entre o eletrodo e a peça a ser soldada. A proteção do arco neste processo é feita pelo fluxo interno do arame podendo ser, ou não, complementada por um gás de proteção. Além da função de proteger o arco elétrico da contaminação pela atmosfera, o fluxo interno do arame pode também atuar como desoxidante através da escória formada, acrescentar elementos de liga ao metal de solda e estabilizar o arco. A escória formada, além de atuar metalúrgicamente, protege a solda durante a solidificação. [4]
A soldagem com arame tubular possui inúmeras semelhanças com relação ao processo GMAW no que diz respeito aos equipamentos e princípios de funcionamento. Este fato lhe permite compartilhar o alto fator de trabalho e taxa de deposição característicos da soldagem GMAW. Por outro lado, através da soldagem FCAW é possível obter a alta versatilidade da soldagem com eletrodos revestidos no ajuste de composição química e facilidade de trabalho em campo.[4]
1.7 Características
Os benefícios da soldagem com arames tubulares estão relacionados a três características gerais :
• Produtividade relacionada a utilização de arames contínuos • Benefícios metalúrgicos provenientes do fluxo interno do arame •Auxílio da escória na forma e aspecto do cordão de solda
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O processo de soldagem com arame tubular duas variações. Na primeira (eletrodo com proteção gasosa) o fluxo interno tem principalmente a função de desoxidante e de introdutor de elementos de liga. As funções de proteção do arco e ionização da atmosfera ficam mais a cargo do gás introduzido a parte. O gás de proteção usualmente é o dióxido de carbono ou uma mistura de argônio e dióxido de carbono. O processo de proteção a gás é apropriado para produção de peças pequenas e soldagem de profunda penetração. [4]
No processo com proteção a gás, o extremo do arame emerge do interior de um tubo que estabelece o contato elétrico e há um outro tubo que forma uma coifa de onde flui o gás de proteção do arco.[4]
Figura 7 - Soldagem com proteção gasosa
Fonte [4]
Na segunda variação (eletrodo autoprotegido) a proteção é obtida pelo os ingredientes do fluxo, que vaporizam e deslocam com o ar para os componentes da escória que cobrem a poça para protege-la durante a soldagem. [4]
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O arame tubular emerge de um tubo guia eletricamente isolado e o contato elétrico fica mais distante da extremidade do arame.[4]
Figura 8 - Soldagem com arame tubular autoprotegido
Fonte [4]
Uma das características dos eletrodos autoprotegidos é o uso de eletrodos com grande extensão. A extensão dos eletrodos é o comprimento não fundido até o tubo de contato durante a soldagem, essa extensão varia de 19 a 95 mm, que são usados dependendo da aplicação. Aumentando a extensão do eletrodo aumenta a resistência ao calor do eletrodo, este pré aquece e diminui a tensão requerida do arco. Em alguns casos a corrente de soldagem diminui a qual reduz o calor disponível para fundir o metal de base, resultando assim uma solda estreita e rasa. Grandes extensões dos eletrodos não podem ser igualmente aplicadas para os métodos de proteção a gás, por causa de efeitos desfavoráveis na proteção. [4]
Alguns eletrodos autoprotegidos têm sido desenvolvidos especificamente para soldagem de aços com revestimento de zinco e aços ligados ao alumínio muito comuns na indústria automobilística. Normalmente, o processo com eletrodo auto-protegido é usado para trabalhos em campo, porque eles permitem correntes de ar maiores. [4]
27 1.8 Tipos básicos de descontinuidades estruturais em soldas por fusão
Neste contexto serão explicadas brevemente algumas descontinuidades de solda, o trabalho não se trata de junta de união, mas defeitos que podem se fazer presentes nos testes serão de mesma semelhança, tratando -se de revestimento com o processo de solda.
1.8.1 Porosidade
A porosidade é um tipo de defeito formado pela evolução dos gases, na parte posterior da poça de fusão, durante a solidificação da solda. A Figura 9 ilustra poros cujo formato é esférico, embora poros alongados (porosidade vermiforme) possam ser formadas e então associadas à presença de hidrogênio na junta. As principais causas operacionais da formação da porosidade estão relacionadas com contaminações por sujeira, oxidação, umidade e, no caso dos testes, óleos e graxa na superfície do metal base, consumíveis de soldagem ou mesmo no equipamento de soldagem devido as perturbações na proteção (turbulência no gás de proteção por causa de uma vazão muito elevada ou por efeito de correntes de ar) [5].
Figura 9 - Porosidade
Fonte [5]
1.8.2 Inclusões de escória
Este tipo de problema é gerado pela presença de partículas de óxidos ou outros sólidos não-metálicos aprisionados entre passes de solda ou entre a solda e o metal de base. Em vários processos de soldagem a escória é formada por materiais pouco solúveis no metal fundido e
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que tendem a sobrenadar na superfície da poça de fusão devido a sua menor densidade. Esse tipo de descontinuidade aparece, em geral, de maneira alongada em radiografias e na solda podem agir como concentradores de tensão favorecendo o aparecimento de trincas [5]. Este tipo de problema é ilustrado na Figura 10.
Figura 10- Inclusão de escória
Fonte [5]
1.8.3 Falta de fusão
Este tipo de descontinuidade se caracteriza pela ausência de união por fusão entre passes adjacentes de solda ou entre a solda e o metal de base. A falta de fusão, conforme ilustra a Figura 11 é causada pelo aquecimento inadequado do material sendo soldado como resultado de uma manipulação inadequada da tocha, do uso de uma energia de soldagem muito baixa, da soldagem com chanfros muito fechados ou até mesmo pela falta de limpeza da junta [5].
Este tipo de defeito é considerado um concentrador de tensão severo e pode facilitar a iniciação de trincas e reduzir a resistência mecânica da junta soldada [5].
Figura 11 – Falta de fusão
29 1.8.4 Falta de penetração
A Figura 12 ilustra a falta de penetração que é uma descontinuidade que ocorre na fusão da solda, ocasionada pela manipulação incorreta da tocha ou por um projeto inadequado da junta ou, ainda, pela aplicação de uma baixa energia de soldagem no processo [5].
Este tipo de falha gera uma redução da seção útil da solda além de ser um concentrador de tensões. Freqüentemente, para juntas de filete, é especificada uma penetração parcial. Nestes casos, a falta de penetração desde que mantida dentro dos limites especificados não é considerada como um defeito de soldagem [5].
Figura 12 – Falta de penetração
Fonte [5]
1.8.5 Mordeduras
São reentrâncias agudas formadas pela ação da fonte de calor do arco entre um passe de solda e o metal de base. Este tipo de falha causa uma redução da espessura da junta e atua como um concentrador de tensões. As mordeduras, conforme as ilustrações na Figura 13 são causadas pela manipulação inadequada da tocha, comprimento excessivo do arco, efeitos de corrente elétrica e efeitos de variações elevadas na velocidade de soldagem [5].
Figura 13 - Mordeduras
30 1.8.6 Trincas
As trincas são descontinuidades em uma junta soldada, por serem fortes concentradores de tensões. Formam-se quando tensões de tração, tensões transientes, residuais ou externas se desenvolvem em um material fragilizado e incapaz de deformar plasticamente para absorver estas tensões [6].
As tensões de tração elevadas se desenvolvem na região da solda como resultado das expansões e contrações térmicas localizadas associadas ao ciclo térmico de soldagem, das variações de volume decorrentes das mudanças de fase e como resultado das ligações entre as peças sendo soldadas e o restante da estrutura [6].
A fragilização na região da solda pode resultar de tratamentos térmicos, da presença de elementos nocivos como o hidrogênio durante a realização do processo e de mudanças microestruturais. As trincas podem ocorrer no metal de solda, na ZTA(zona termicamente afetada) e no material de base podendo ser microscópicas ou macroscópicas. Diferentes tipos de trincas podem ser associadas com a soldagem:
- Trincas a quente; - Decoesão lamelar;
- Trincas por liquação na ZTA;
- Trincas a frio (ou induzidas por hidrogênio).
1.8.6.1 Trincas a frio (ou induzidas por hidrogênio)
As trincas a frio ou trincas induzidas por hidrogênio são descontinuidades que ocorrem algum tempo após a soldagem. Este defeito ocorre depois de certo tempo e após a solda estar solidificada. Pode levar minutos, horas ou mais tempo para surgirem após a solidificação do metal de solda [7].
As trincas geradas pela presença de hidrogênio podem possuir tamanho abaixo dos limites de detecção dos ensaios não destrutivos adequados para inspeção do cordão, tornando-se dessa forma, muito perigosas. O tempo necessário para a formação de uma trinca depende da taxa de difusão do hidrogênio naquela microestrutura [7].
Este tipo de descontinuidade deve ser evitado ao máximo, uma vez que pode causar danos muito sérios a um equipamento soldado e colocando em risco a integridade das peças, equipamentos e estruturas.
31 1.9 Soldagem de revestimento conceitos e definições
A soldagem de revestimento é definida pela AWS como a deposição de uma camada de metal de adição sobre a superfície de outro metal com o objetivo de obter propriedades ou dimensões desejadas. Basicamente, este processo é empregado quando se deseja uma das seguintes aplicações:
− Prorrogação da vida útil de peças que não possuem todas as propriedades necessárias para uma dada aplicação;
− Recuperação de elementos afetados pelo desgaste ou corrosão; − Criação de superfícies com características especiais.[8]
Componentes industriais estão sujeitos aos mais diversos tipos de desgaste, o que demanda manutenções frequentes e faz com que os custos de suas substituições sejam elevados. Consequentemente, a extensão da vida útil de tais componentes pode resultar em economias significativas. Portanto, os diversos metais de adição são depositados com a finalidade de melhorar as propriedades de resistência à corrosão, resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas, aumento da dureza, controle dimensional ou para obtenção de algumas necessidades metalúrgicas. Tais características contribuem para que a soldagem de revestimento apresente as seguintes vantagens:
− Melhoria das propriedades superficiais no local desejado;
− Fácil uso de materiais de dureza elevada e ligas resistentes ao desgaste; − Aplicação rápida do processo de revestimento;
− Uso econômico de elementos de liga de custos elevados; − Proteção das peças;
− Obtenção de economias em função da extensão da vida útil dos componentes, redução de manutenção, substituição e recuperação de peças desgastadas, utilização de materiais base de baixo custo, redução do consumo de energia em serviço, aumento da eficiência dos componentes.[8]
1.10 Princípios de operação
Os revestimentos são geralmente depositados por processos de soldagem a arco elétrico ou gás combustível .Técnicas manuais, semi-automáticas ou automáticas podem ser utilizadas independentemente do processo empregado. Quanto aos materiais de adição, compostos na
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forma de eletrodos nus, eletrodos revestidos, bobinas de arames, pastas e pós são disponíveis em uma grande variedade. A adesão com o material base ocorre pela fusão ou união metalúrgica.[8]
Alguns cuidados importantes no uso da soldagem de revestimento devem ser tomados em relação à geometria da peça, custo do procedimento de soldagem, desenvolvimento de trincas ou distorções a partir das tensões térmicas de soldagem e a qualidade desejada do revestimento. A qualidade do material depositado varia amplamente, dependendo da aplicação, do material utilizado e da habilidade do soldador.[8]
Com isso, o processo de revestimento ocorre de forma que os cordões sejam depositados lateralmente e com um dado nível de sobreposição até que toda a região de interesse seja recoberta (Figura 14). O nível de sobreposição dos cordões depende da aplicação do revestimento e do processo de soldagem empregado.[8]
A Figura 15 ilustra três exemplos reais de camadas de revestimentos depositados a partir de processos de soldagem.
Figura 14 - Princípio de operação da soldagem de revestimento
Fonte [8]
1.11 Características do processo
A principal diferença da soldagem de revestimento em relação às aplicações convencionais de soldagem diz respeito à geometria do cordão de solda. Ao contrário das
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aplicações convencionais, em que é desejável alta penetração (P) para garantir a resistência da convencionais de soldagem diz respeito à geometria do cordão de solda. Ao contrário das aplicações convencionais, em que é desejável alta penetração (P) para garantir a resistência da junta soldada (Figura 16.a), na soldagem de revestimento o perfil geométrico desejado se resume a grandes larguras do cordão (W), altos reforços (R), baixas penetrações (P) e baixos percentuais de diluição (D) (Figura 16.b). A obtenção deste perfil geométrico característico é importante para que o processo permita recobrir a maior área possível com o menor número de passes, resultando em economias significativas de materiais e tempo. Assim, um dos maiores desafios da soldagem de revestimento consiste no ajuste adequado dos parâmetros do processo para que o material depositado adquira a geometria desejada.[8]
Figura 15 - Exemplos de camadas de revestimento depositadas a partir de processos de Soldagem
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Figura 16- Perfil geométrico desejado do cordão de solda: a) união da junta soldada (aplicações convencionais); b) soldagem de revestimento
Fonte [8]
1.12 Pré-aquecimento
O pré-aquecimento consiste no aquecimento da junta numa etapa anterior a soldagem. Tem como principal efeito reduzir a velocidade de resfriamento da junta soldada, permitindo desta forma:
evitar a têmpera, isto é, a formação de martensíta;
aumentar a velocidade de difusão do hidrogênio na junta soldada.[9]
O pré-aquecimento faz com que a junta soldada atinja temperaturas ligeiramente mais elevadas e que permaneça nestas temperaturas por mais tempo. Isto permite que o hidrogênio dissolvido, em sua maior parte na austenita, tenha possibilidade de se difundir. Intensiona-se com o pré-aquecimento evitar a formação de martensíta, assim como reduzir a possibilidade a fissuração pelo hidrogênio.[9]
O pré-aquecimento influência também as tensões de contração da junta soldada. As tensões de contração normalmente diminuem com o pré-aquecimento. Entretanto, se a junta possui um alto grau de restrição, as tensões de contração podem ser aumentadas, por preaquecimento localizado, aumentando a possibilidade da fissuração.[9]
O pré-aquecimento tem como desvantagem aumentar a extensão da zona afetada termicamente. Em alguns materiais, caso não se controle convenientemente a temperatura, o preaquecimento pode ter um efeito bastante prejudicial. Um exemplo é a soldagem de aços
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com 16 % de cromo, nos quais um preaquecimento excessivo pode propiciar a formação de fases de baixa tenacidade. Em materiais de alta temperabilidade como, por exemplo, os aços-liga é bastante usual a utilização de pré-aquecimento. [9]
36 2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Normas aplicadas para realização dos testes de revestimento
A norma que vai dar referências para toda a realização será a ASME IX, na mesma tem todo o procedimento para execução da solda assim como os métodos de avaliação do revestimento, o estudo será baseado na Nota 2, abaixo segue tabela contendo todas as informações.
QW-453 Procedimento / execução de qualificação dos limites espessura e teste de amostras para revestimento duro (resistente ao desgaste) e camada resistente corrosão. [10]
Tabela 3 – Requisitos da norma ASME IX
Espessura de
teste corpo de prova (T)
Camada resistente á corrosão ((Nota (1))
Camada resistente ao desgaste ((Nota (2)) Metal Base Nominal Espessura qualificada(T) Tipo e número de testes necessários Metal Base Nominal Espessura qualificada(T) Tipo e número de testes necessários Procedimento de qualificação teste Menos de uma polegada.(25mm) Mais de uma polegada.(25mm) T qualificado para ilimitado Uma polegada (25 mm) a ilimitada Notas (4), (5) e (9) T qualificados até uma polegada (25 mm) Uma polegada (25 mm) a ilimitada Notas (3), (7), (8) e (9) Execução de qualificação teste Menos de uma polegada.(25mm) Mais de uma polegada.(25mm) T qualificado para ilimitado Uma polegada (25 mm) a ilimitada Nota (6) T qualificado para ilimitado Uma polegada (25 mm) a ilimitada Notas (8) e (10) Fonte[10]
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NOTAS:
(1)- O teste de qualificação será composto de corpo de prova metálico não inferior a 6 polegadas (150 mm) 6 polegadas (150 mm). A sobreposição de revestimento de solda deve ser no mínimo uma polegada e meia (38 mm) de largura por cerca de 6 polegadas (150 mm) de comprimento. Para a qualificação na tubulação, o comprimento do tubo deve ter no mínimo 6 polegadas (150 mm), e um diâmetro mínimo, para permitir o número desejado de amostra no teste. A sobreposição de solda deve ser contínuo em torno da circunferência do corpo de prova do teste. Para processos (única qualificação de desempenho) depositando a solda no cordão com largura maior que meia polegada (13 mm), a sobreposição de solda é composto por no mínimo três cordões de solda na primeira camada.
(2)- A base de teste do corpo de prova de metal deve ter dimensões mínimas de 6 polegadas (150 mm) de largura aproximadamente 6 polegadas (150 mm) de comprimento com um recobrimento superficial duro camada de no mínimo uma polegada e meia (38 mm) de largura 6 polegadas (150 mm) de comprimento. A espessura mínima de revestimento duro deve ser o especificado na Soldagem. Especificação de Procedimento. Em alternativa, a formação pode ser executada em uma amostra de metal base de teste que representa parte do tamanho da produção . Para qualificação no tubo, o comprimento do mesmo é de 6 polegadas (150 mm) mínima, e com um diâmetro mínimo para permitir que o número necessário das amostras de teste. A solda sobreposta mostra ser continua em torno da circunferência do corpo de prova. (3)- A superfície com revestimento duro será examinado pelo método líquido penetrante e deve atender os padrões de aceitação em QW-195.2 ou conforme especificado na WPS. Condicionamento de superfície antes do exame com líquido penetrante é permitido. (4)- A superfície resistente à corrosão deve ser examinada pelo método líquido penetrante e devem respeitar as normas de aceitação, conforme especificado no QW-195.
(5)- Após o exame de líquido penetrante, quatro testes lado-dobra guiadas deve ser feito a partir do corpo de prova de ensaio de acordo com QW-161. As amostras de teste devem ser cortadas de modo que haja duas amostras paralelas e duas amostras perpendiculares à direção da soldadura, quatro amostra perpendiculares à direção da soldadura. Para corpos de prova menores que três oitavo de polegada (10 mm) de espessura, a largura do lado de amostra de dobra pode ser reduzido para a espessura do corpo de prova de teste. As amostras do lado de dobragem devem ser removidas os locais especificados no QW-462,5 (c) ou QW-462.5 (d). (6)- O corpo de prova do ensaio deve mostrar o local da seção para fazer as amostras de teste de dobra laterais perpendicular à direção da soldadura de acordo com QW-161. Corpos de prova devem ser retirados nos locais especificados no QW-462.5 (c) ou QW-462.5 (d).
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(7)- Após condicionamento de superfície com a espessura mínima especificada na WPS, um mínimo de três leituras de dureza deve ser feita em cada um das as amostras dos locais mostrados na QW-462.5 (b) ou QW-462.5 (e). Todas as leituras devem cumprir os requisitos das WPS.
(8)- O metal base deve ser seccionado transversalmente à direção da sobreposição um recobrimento superficial duro. As duas faces do disco virado expostos pela secção devem ser polidas e gravadas com um reagente adequado e devem ser examinados visualmente com? 5 ampliação de fissuras no metal de base ou a zona afetada pelo calor, falta de fusão, ou outros defeitos lineares. A sobreposição e do metal de base deve cumprir os requisitos especificados nos WPS. Todas as faces expostas devem ser examinadas. Veja QW-462.5 (b) para a tubulação e QW-462.5 (e) para a placa.
(9)- Quando uma composição química é especificada nas DM, análise de espécimes químicos devem ser removidos em lugares especificados QW-462.5 (b) ou QW-462.5 (e). A análise química deve ser realizada de acordo com QW-462.5 (a) e deverá estar dentro da faixa especificada no WPS. Esta análise química não é necessária quando a composição química não é especificada na WPS
(10)- Em uma espessura maior do que ou igual à espessura mínima especificada nas DM, a superfície da solda deve ser examinada pelo líquido método penetrante e deve atender os padrões de aceitação em QW-195.2 ou conforme especificado na WPS. Condicionamento de superfície antes do líquido exame penetrante é permitida. [10]
2.2 Especificações dos arames utilizados nos testes de revestimento de Soldagem
Arame de material de alta dureza Tube Alloy 260G, dados fornecidos pelo fornecedor McKAY disponível no site conforme anexo A.[11]
Arame utilizado para transição do material AWS A5.28 ER110S-1, dados fornecidos no catálogo do fornecedor BELGO conforme anexo B e pela norma .[12,13]
2.3 Especificações do material selecionado para revestimento SAE 1045 grupo de materiais
A fim de minimizar o número de testes de procedimento de soldadura, aço, níquel e suas ligas são agrupados de acordo com ISSO TR 15608.[14]
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Qualificações processo separado, soldagem são necessárias para cada material de pai ou mãe combinações de materiais não abrangidos pelo sistema de agrupamento.
Se um material de origem pertence a dois grupos ou subgrupos, que devem ser sempre classificadas no grupo de baixo ou subgrupo.
Notam-se, pequenas diferenças de composição entre as qualidades similares decorrentes da utilização das normas nacionais que não precisam de requalificação.[3]
Conforme avaliação o material aço SAE 1045 se encontra no grupo 11 e subgrupo 11.2 conforme norma ISO TR 15608.
2.4 Propriedades mecânicas do material
As propriedades mecânicas do material a ser utilizado que será o SAE 1045 serão baseadas na norma SAE J403, esta por sua vez contém as propriedades mecânicas do material e sua composição química como podemos ver no anexo C.[16]
2.5 Preparação dos corpos de prova para realização do revestimento
Para realizar os ensaios de revestimento de solda, houve a necessidade de confecção dos corpos de prova cortados nas seguintes dimensões: comprimento, de 150 mm, largura de 150 mm e espessura de 9,5mm. As dimensões descritas estão de acordo com a norma ASME IX, que utiliza este tamanho como padrão para ensaios de revestimento de solda em corpos de acordo com a Figura 17. [10]
Figura 17 - Dimensão das amostras dadas em milímetros
40 2.6 Definição da Temperatura de pré-aquecimento
A temperabilidade de um aço carbono é determinada pelo teor de carbono e dos elementos de liga. Essa determinação é feita por equações que representam um teor de carbono equivalente, calculado a partir dos elementos de liga mais comuns e do teor de carbono chamado de carbono equivalente.[17]
Existem diversas fórmulas para calcular o carbono equivalente; a equação 1 é bastante empregada é a desenvolvida pelo Instituto Internacional de Soldagem.[17]
Equação 1
A soldabilidade de um aço carbono é determinada pelo seu teor de carbono equivalente. Quanto maior for o carbono equivalente, menor a probalidade de ser obtida uma microestrutura martensítica e, consequentemente, melhor soldabilidade do aço.[17]
Tabela 4 - Soldabilidade conforme Ceq dos aços. Ceq < 0,40 Boa soldabilidade
0,40 ≤ Ceq ≤ 0,60 Média soldabilidade Ceq > 0,60 Má soldabilidade
Quanto menor é o carbono equivalente de um material menor é a probabilidade de se obter uma estrutura martensítica após o processo de soldagem e, conseqüentemente, sua soldabilidade é melhor. Para o aço carbono em estudo foi efetuados os cálculos de carbono equivalente conforme a Tabela 5 visando verificar a necessidade ou não do pré-aquecimento do aço obtendo-se o seguinte resultado.
Tabela 5 - Cálculo do Carbono Equivalente (Ceq).
Tipo de Aço Carbono Equivalente (Ceq)
SAE 1045 0,53
Um carbono equivalente elevado não é indicador de que o aço não é soldável, mas sim de que são necessários cuidados cada vez maiores durante o processo. Conforme resultado obtido foi verificado a necessidade do pré-aquecimento para o aço SAE 1045 que apresentou um carbono equivalente elevado sendo um material de difícil soldabilidade.
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Para definirmos a temperatura podemos nos basear em alguns cálculos usuais citados em apostila ou mesmo em normas, mas para a realização destes testes foi utilizada os dados do fornecedor onde a mesma especifica a temperatura de pré-aquecimento.
A temperatura de pré-aquecimento determinada para a soldagem do aço SAE 1045 foi de 300ºC durante 50 á 60 minutos para as chapas com espessura de 9,5mm conforme mostra a figura 18.
Figura 18 – Faixa de Pré-aquecimento
Fonte [17]
2.7 Definição dos parâmetros de soldagem
Os processos de soldagem adotado foram o Mag e o Tube e o modo de transferência foi por curto circuito, os parâmetros foram definidos de acordo com a espessura do material e os tipos de arames de solda escolhidos.
Tabela 6- Parâmetros de soldagem para o arame AWS A5.28 ER110S-1 Passe Proc. Posição Corrente
(A) Tensão (V) Tipo de Corrente Veloc. de Soldagem Gás Ø do arame (mm) Vazão de Gás (l/min) Múlti Passes MAG PA 240 26 CC Não Aplicável 25%CO2 + 75%Ar 1,2 16
Tabela 7 - Parâmetros de soldagem para o arame TUBE ALLOY 260G Passe Proc. Posição Corrente
(A) Tensão (V) Tipo de Corrente Veloc. de Soldagem Gás Ø do arame (mm) Vazão de Gás (l/min) Múlti Passes TUBE PA 240 26 CC Não Aplicável 25%CO2 + 75%Ar 1,2 16
42 2.8 Etapas dos testes
Após a seleção dos corpos de prova, dos arames de solda, do material a ser revestido, da temperatura de pré-aquecimento, dos parâmetros de solda, partimos para os testes práticos.
Nossa sequência de teste então segue as seguintes etapas: tanto para os corpos de prova com e sem amanteigamento.
1º etapa: Os corpos de prova são pré-aquecido na temperatura e tempo definido anteriormente.
Verificação da temperatura de pré-aquecimento com termômetro laser antes de realizar a solda de revestimento Figura 21.
Figura 19 – Forno utlizado
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Figura 21 – Verificação da temperatura
Em seguida segue a próxima etapa, na qual executa - se a soldagem de revestimento dos corpos de prova, a qual deve ter no mínimo 38 milímetros de largura por 150 milímetros de comprimento de revestimento sobre o material base.
2º etapa: soldagem dos corpos de prova conforme Figura 22.
Figura 22 – Execução da solda de revestimento
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Figura 23 – Inicio do revestimento
Após cada cordão de solda foi controlada a temperatura para obtermos um teste com maior exatidão possível figura 24, e também foi tomado cuidado com a limpeza da superfície após cada cordão era realizada a limpeza da mesma com escova rotativa Figura 25.
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46 3. ENSAIOS REALIZADOS
A realização dos testes foram constituídos pelos seguintes ensaios: Liquido penetrante com condicionamento e sem condicionamento de superfície, dureza superficial e dureza entre passes, macrografia e micrografia.
3.1 Macrografia
O corte dos conjuntos soldados foi efetuado com o auxílio de uma serra automática com refrigeração e, em seguida, as amostras foram submetidas ao lixamento com o uso de uma lixadeira pneumática para alinhar as suas faces. Em seguida houve o acabamento em uma politriz lixadeira metalográfica mostrada na Figura 26 com o uso de lixas de granulometria 180, 320 e 400 mesh, respetivamente. Esse acabamento foi realizado até que as marcas geradas pelo processo anterior fossem eliminadas da superfície da seção a ser avaliada. Com o processo de lixamento concluído as seções dos revestimentos soldados foram submetidas a um ataque de ácido nital com concentração de 10% de ácido nítrico e 90% de álcool cujo objetivo é proporcionar a revelação completa da área da seção do cordão. A avaliação dos corpos de prova foi realizada com o auxílio de um microscópio ótico da marca Buehler mostrado na Figura 27.
Figura 26 – Politriz lixadeira metalográfica. Figura 27 - Microscópio Buehler.
47 3.2 Micrografia
Para a realização dos ensaios de micrografia na seção do revestimento de solda. O lixamento foi realizado com a politriz lixadeira metalográfica utilizando lixas de granulometria 180, 320, 400, 600 e 1200 mesh, respectivamente. A micrografia foi realizada com o objetivo de verificar a presença de trincas e microtrincas nas estruturas avaliadas e visualizar a ocorrência da formação de martensita nas microestruturas das amostras, assim como mostrar a diferença de tamanhos de grão entre diferentes regiões da solda e da chapa nos locais dos revestimentos. Com o processo de lixamento concluído as seções dos revestimentos soldados foram submetidas a um ataque de ácido nital com concentração de 3% de ácido nítrico e 97% de álcool cujo objetivo é proporcionar a revelação completa da área da seção do cordão. A avaliação dos corpos de prova foi realizada com o auxílio de um microscópio ótico da marca Buehler mostrado na Figura 27.
3.3 Liquido Penetrante
O ensaio por meio de líquido penetrante é relativamente simples, rápido e de fácil execução. É utilizado na detecção de descontinuidades abertas para a superfície de materiais sólidos não porosos. A detecção das descontinuidades independe do tamanho, orientação, configuração da descontinuidade e da estrutura interna ou composição química do material.
3.3.1 Características e tipos de líquido penetrante
O líquido penetrante é um líquido de grande poder de penetração e alta ação capilar. Contém em solução ou suspensão pigmentos coloridos ou fluorescentes, que vão definir a sua utilização:
Tipo A - Penetrante fluorescente - É utilizado em ambientes escuros sendo visível com luz ultravioleta (luz negra);
Tipo B - Penetrante visível (não fluorescente) - É utilizado em ambientes claros, sendo visível com luz natural.
Além da visibilidade, os penetrantes podem variar quanta à forma em que é removido o seu excesso.
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Tipo A-1 ou B-1 – Removível com água;
Tipo A-2 ou B-2 – Removível com água após a emulsificação;
Tipo A-3 ou B-3 – Removível com solvente. (utilizado)
3.4 Dureza
Para avaliação da estrutura da seção da solda houve a necessidade da realização de ensaios de dureza Vickers com a finalidade de avaliar as áreas do metal de base, ZTA e área do metal de solda. Para a medição da dureza, foi utilizado um microdurômetro Mitutoyo conforme mostra a Figura 28 aplicando uma carga de 10Kgf. Foram medidos pontos em seqüência na superfície, entre passes das camadas de solda e na zona termicamente afetada.
49 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Corpos de prova com a solda de revestimento realizada, prontos para inicio dos testes, conforme figura 29.
Figura 29 – Corpos de prova soldado
Realização dos testes especificados conforme ASME IX, os copos de prova foram identificados da seguinte forma, corpos de prova número 1 e 2 foram soldados sem a transição de material, ou seja, sem amanteigamento, e os corpos de prova número 3 e 4 com transição de material, ou seja, com a camada de amanteigamento.
4.1 Avaliação do ensaio de Liquido Penetrante
O primeiro ensaio realizado foi o liquido penetrante sem a preparação da superfície, conforme figura 30.
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Corpos de prova com o ensaio de liquido penetrante sem acabamento na superfície finalizado.
Figura 31 – Corpo de prova 1 sem Figura 32 – Corpo de prova 2 sem amanteigamento amanteigamento
Figura 33 – Corpo de prova 3 com Figura 34 – Corpo de prova 4 com amanteigamento amanteigamento
Conforme a norma ASME IX ambos os corpos de prova estão aprovados, mas como verificamos nas figuras 31, 32, 33 e 24 os corpos de prova 3 e 4 tem uma pequena melhor performance, pois apresentaram poucas suspeitas de descontinuidades. Mas para obtermos um resultado preciso realizamos novos testes após as superfícies serem preparadas onde obtemos um resultado mais claro com o mínimo possível de imperfeições falsas. Na figura 35 temos os corpos de prova sendo condicionado na retifica plana.
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Figura 35 - Retifica plana TA 104 A Ferdimat.
Figura 36 - Corpo de prova 1 sem Figura 37 - Corpo de prova 2 sem
amanteigamento amanteigamento
Figura 38 - Corpo de prova 3 com Figura 39 - Corpo de prova 4 com amanteigamento amanteigamento
