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AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO METAL DE SOLDA DEPOSITADO POR ELETRODO REVESTIDO DA CLASSE AWS E H4R

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Academic year: 2022

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(1)VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO METAL DE SOLDA DEPOSITADO POR ELETRODO REVESTIDO DA CLASSE AWS E7018-1 H4R Rafael Santos Rolemberg, rsrberg@gmail.com1 Alessandra Gois Luciano de Azevedo, aglazevedo@hotmail.com2 Marcel Aragão Almeida, marcelalmeida1@oi.com.br3 Yanna Lesley Brito de Araújo, yanna_brito@hotmail.com4 1. Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE 3 Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE 4 Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE 2. Resumo: A indústria hoje demanda de processos rápidos, eficazes com bom rendimento, produtividade e baixo custo. O mercado consumidor está ainda mais exigente no que se refere a soldas e suas aplicabilidades bem como resistência mecânica, logo o desenvolvimento de novas tecnologias caracteriza-se como imprescindível. Atualmente os eletrodos revestidos mais utilizados são E6013 e o E7018. Estes possuem uma boa classificação no mercado devido ao maior custo benefício. O E7018 é um eletrodo básico usado em solda de grande responsabilidade submetida a grandes esforços e oferece um arco elétrico mais suave. Porém, devido a sua higroscopicidade requer alguns cuidados como armazenagem, secagem e manutenção em estufas para garantir os baixos teores de hidrogênio absorvido pelo e eletrodo e, conseqüentemente, pelo cordão de solda depositado. Visando melhorar e agilizar a utilização desses eletrodos básicos nesses tipos de estruturas, foi desenvolvido um eletrodo revestido chamado de "impermeável". Esse eletrodo, classificado como AWS E 7018-1 H4R possui em seu revestimento polímeros em substituição aos aglomerantes usuais, sendo garantido pelo fabricante soldas com baixos teores de hidrogênio e boas propriedades mecânicas sem que seja necessário o armazenamento desses eletrodos em estufas, dispensando também a secagem do mesmo. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi analisar e avaliar as propriedades mecânicas da zona fundida quando empregado o eletrodo AWS E 7018 H4 R e comparar com a zona fundida quando empregado o eletrodo AWS E 7018. Para essa análise as soldagens foram realizadas em juntas em V de acordo com a Norma AWS 5.1. Foi elaborado um procedimento de soldagem para garantir a repetitividade do processo, sendo as soldagens realizadas por um soldador qualificado. Após as soldagens foram confeccionados corpos de prova para realização do ensaio de impacto Charpy-V e Tração. Os resultados encontrados mostraram que o eletrodo AWS E 7018 H4 R atende as especificações da norma. Palavras-chave: Soldagem, Eletrodo Revestido "Impermeável", E 7018 H4 R, Ensaio Mecânico. 1. INTRODUÇÃO. “O processo de soldagem por eletrodos revestidos é definido como um processo de soldagem com arco, onde a união é produzida pelo calor do arco criado entre um eletrodo revestido e a junta a soldar” (Wainer, 2004). O arco criado durante a soldagem funde simultaneamente o eletrodo e a peça. O metal fundido do eletrodo é transferido para a peça, formando uma poça fundida que é protegida da atmosfera (O2 e N2) pelos gases de combustão do revestimento. O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas recebem uma proteção adicional através do banho de escória, que é formada pela queima de alguns componentes do revestimento. O processo de soldagem por eletrodo revestido é ilustrado na Fig. 1..

(2) VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. Figura 1. Região do arco na soldagem por eletrodo revestido (Modenesi, 2005). Os eletrodos revestidos podem operar com corrente continua ou alternada dependendo do tipo de revestimento, onde para corrente alternada podem ser usada tanto a polaridade direta (eletrodo no negativo) como a polaridade reversa (eletrodo no positivo). O eletrodo revestido tem como função principal servir como material de deposição nos processos de soldagem a arco (Shielded Metal Arc Welding – SMAW) e tem forma de uma vareta metálica podendo apresentar ou não revestimento. O eletrodo revestido é caracterizado por sua estrutura com um núcleo metálico e um revestimento e uma extremidade não revestida, como mostra a Fig. 4 (Secco, 2002).. Figura 2. Estrutura de um eletrodo revestido. O revestimento é composto por substâncias químicas distintas, que irão determinar a direção do arco elétrico, geração de gases que irão atuar como proteção do cordão de solda do excesso de hidrogênio e oxigênio, produção de escória para evitar o resfriamento brusco e o contato da solda com o oxigênio e hidrogênio presente na atmosfera, além de contenção de determinados elementos de liga (Secco, 2002). 1.1. Eletrodo Revestido Básicos - E7018. Eletrodo E7018 é uma versão do eletrodo básico de baixo teor hidrogênio. A adição de quantidades consideráveis de pó de ferro ao revestimento resulta num arco mais suave e com menos respingos. Esse moderno balanço de ingredientes do revestimento resulta numa grande melhoria na estabilidade do arco, na direção do arco e na facilidade de manuseio em todas as posições (Fortes, 2005). Eletrodos revestidos básicos são higroscópicos por essa razão são vendidos em embalagens hermeticamente fechadas e armazenados em ambientes com controle de temperatura e umidade para evitar a sua degradação. Uma vez abertas, essas embalagens perdem a capacidade de proteger os eletrodos da umidade, devendo, então, os mesmos serem armazenados em estufas apropriadas para garantir o baixo teor de hidrogênio (Marques, Modenesi e Bracarense, 2005).. 1.2. Eletrodo Revestido E7018-1 H4R. Alguns fabricantes de eletrodos desenvolveram, em laboratório, um eletrodo revestido de baixo hidrogênio impermeável para garantir os baixos teores de hidrogênio mesmo após retirado o eletrodo da embalagem. Partindo da fórmula do eletrodo revestido básico E7018, o revestimento do eletrodo desenvolvido teve o aglomerante tradicional substituído por polímeros, o qual ajustes foram realizados para visando à obtenção de um consumível com características mínimas necessárias para o seu emprego. Logo, este revestimento reduz a absorção de umidade em eletrodo que ficará exposto ao ambiente por longos períodos. Este eletrodo revestido “impermeável” foi especificação como E7018-1 H4R (Elbras, 2011)..

(3) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. 1.3. Comparativo E7018 x E7018-1 H4R. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. O eletrodo E7018 convencional, após o recebimento, exige que seja realizado o processo de pré-secagem à temperatura de 275 °C durante um período de tempo de 2 horas para o seu uso, e deve ser mantido em estufa entre 120 à 150 °C. Caso não seja guardado em estufa, o eletrodo precisa passar pelo processo de ressecagem por um período de 60 minutos numa faixa de temperatura entre 340 e 400 °C antes de ser utilizado. O eletrodo impermeável apresenta como diferencial a possibilidade de dispensar a necessidade de ressecamento dos eletrodos e da manutenção dos mesmos em estufa. O consumível pode ser usado logo após o seu recebimento. O fluxograma exibindo todos os passos desde o recebimento até o uso do eletrodo revestido pode ser visualizado na Fig. 3 (Elbras, 2011).. Figura 3. Comparativo: Manutenção E7018 x E7018-1 H4R (Elbras, 2011). Segundo o fabricante o eletrodo E7018-1 H4R apresenta maior resistência à tração e limite de escoamento que o eletrodo E7018 convencional. A Sociedade Americana de Soldagem (AWS) estabelece em sua norma AWS 5.1 que o eletrodo tem que liberar no máximo 4 ml de hidrogênio a cada 100 gramas de solda depois de 9 horas de exposição dentro de uma câmara climática com temperatura de 28 °C e umidade relativa de 80%. Liberando hidrogênio dentro de um faixa entre 0,8 e 2,8 ml de hidrogênio em 100 gramas de solda, o eletrodo revestido impermeável apresenta uma performance superior ao eletrodo revestido convencional, o qual apresenta liberação de hidrogênio na faixa entre 7 e 9 ml/100g de solda, deteriorando-se o revestimento em poucos minutos de exposição. A corrente de operação durante o processo de soldagem de acordo com o diâmetro do eletrodo, para o eletrodo E7018-1 H4R, é menor que o eletrodo E7018, tendo como consequência um menor consumo de energia para realizar o processo de soldagem. A tabela de comparação entre as características dos eletrodos E7018 e E7018-1 H4R são mostrados na Fig. 4 (Elbras, 2011).. Figura 4. Comparação entre as características dos eletrodos (Elbras, 2011) 2. METODOLOGIA 2.1. Fabricação das Juntas A junta a ser soldada têm suas dimensões – espessura, largura, ângulo de bisel, comprimento, etc. - especificadas na norma americana. O metal de base utilizado foi A-36. Foi utilizado um tartílope acoplado com uma tocha de oxiacetileno para cortar as chapas nas dimensões necessárias. Na Fig. 5 estão representados o processo de corte e as peças cortadas..

(4) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Figura 5. Tartílope usada para corte da chapa e as chapas cortadas Após esse processo foram usinadas as juntas com as dimensões respeitando-se as medidas de ângulo de chanfro de acordo com o requisitado pela AWS 5.1, sendo o ângulo de bisel verificado pelo inspetor de solda responsável pelo procedimento de soldagem, usando um calibre de solda como ferramenta de medição. A Figura 6 mostra a chapa chanfrada e a medição do ângulo de bisel.. Figura 6. Chanfro realizado e medição do ângulo de bisel. Após biselar as chapas, tornou-se possível a soldagem da junta de teste, onde foi confeccionado o aparato de soldagem (“cachorrinho”) para assegurar o correto posicionamento da juntas durante o procedimento (Fig. 7).. Figura 7. Posicionamento da junta – aparato de soldagem. 2.2. Tipos de eletrodos. Para a soldagem com eletrodo revestido foram selecionados os dois tipos de eletrodos básicos, E7018 e E7018-1 H4R, ambos com o diâmetro de 3,2 mm. Foram realizados testes preliminares para determinar os parâmetros de soldagem. A corrente de soldagem para o passe de raiz foi de 95 A e para os demais passes de enchimento foi de 110 A. A soldagem foi realizada por um soldador qualificado. Foi instalado um alicate amperímetro para o registro de variáveis (corrente e tensão), importantes o controle de qualidade do cordão de solda a ser depositado e para o Acompanhamento de Qualificação de Procedimento de Soldagem (AQPS) que foi gerado após soldagem das juntas. Para a medição de temperatura de pré-aquecimento e de interpasse foi utilizado um termômetro infravermelho. Foram realizadas as medidas de comprimento e largura do cordão. Para o cálculo do tempo de soldagem foi utilizado um cronômetro..

(5) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. 2.3. Posição de retirada dos corpos de prova A atividade seguiu as especificações exigidas pela norma americana de soldagem AWS 5.1. Esta norma determina parâmetros específicos para a junta a ser soldada de acordo com o diâmetro do eletrodo fornecido. Tais parâmetros, como espessura e abertura do nariz são tabelados de acordo com a Tab. 1 retirada da norma. Os eletrodos possuem diâmetro de 3,2 milímetros. Tabela 1. Diâmetro do eletrodo, espessura e abertura do nariz da junta da norma AWS 5.1 Espessura Metal Base (T) in. mm 1/2 13 1/2 13 3/4 20 3/4 20 3/4 20 1 25 1-1/4 32. Abertura Nariz (R) in. mm 3/8 10 ½ 13 5/8 16 ¾ 20 7/8 23 1 25 1-1/8 28. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Diâmetro Eletrodo in. Mm 3/32 2,4 1/8 3,2 5/32 4,0 3/16 4,8 7/32 5,6 ¼ 6,4 5/16 8,0. Foram feitas sete juntas, sendo três juntas para a deposição do metal do eletrodo E 7018 H4R, três para o eletrodo E 7018 convencional, e uma junta para teste. Foi realizado a soldagem da junta de teste para que o soldador se familiarizasse com o novo eletrodo. A AWS 5.1 aconselha que, para cada junta, devem ser retirados: cinco corpos de prova para o Ensaio de Impacto por Charpy-V e 1 corpo para Ensaio de Resistência à Tração. A forma e posição de onde serão retirados os corpos de prova são mostradas na Fig. 8. O entalhe para o corpo de prova Charpy-V foi posicionado na direção perpendicular ao cordão de solda.. A). B). Figura 8. A) Dimensões da junta para deposição de metal de solda. (AWS 5.1) B) Distribuição para retirada dos corpos de prova Charpy-V e de Tração.. 3. RESULTADOS. 3.1. Ensaios de soldagem. Todos os dados necessários para a qualificação do procedimento de soldagem durante a confecção foram levantados e registrados, sendo estes dados: temperatura de interpasse e pré-aquecimento, ordem de deposição dos passes de soldagem, amperagem, tensão, velocidade de avanço e diâmetro e classificação do consumível. Esses dados são relatados junto ao AQPS – Acompanhamento de Qualificação de Procedimento de Soldagem. Após soldagem de cada junta, a mesma foi enumerada para registro de dados, como mostrado na Fig. 9.. Figura 9. Vista superior da junta soldada.

(6) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. 3.2. Teste de Eficiência Foi feita uma análise de eficiência dos dois eletrodos, com elaboração de 4 testes para cada eletrodo e feito uma tabela com as médias. Sendo assim definidas na Tab. 2 as taxas de deposição e de fusão e rendimento de ambos os eletrodos. Assim é possível ver que os rendimentos foram semelhantes aproximadamente 73%. Tabela 2. Taxa de Fusão, Taxa de Deposição e Rendimento. Taxa Específica (x10-2 kg/hA) de Deposição de Fusão de Deposição 1,3 ± 0,1 1,6 ± 0,0 1,2 ± 0,0 0,9 ± 0,1 1,2 ± 0,0 0,9 ± 0,1. Taxa (kg/h). Tipo de Eletrodo. de Fusão 1,7 ± 0,1 1,3 ± 0,1. 72,6 ± 0,9 72,9 ± 1,3. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. E 7018 H4 R E 7018. Rendimento (%). 3.3. Ensaio Charpy-V. Foram usinados 5 corpos de prova de cada junta soldada, retirados na região de metal de solda, descartou-se o maior e o menor valor de impacto e realizou-se a média. O entalhe foi realizado por conformação. A Tabela 3 apresenta os resultados de impacto em temperatura ambiente e a Fig. 10 o gráfico comparativo. Tabela 3. Ensaio por Impacto – Charpy-V. Ensaio de Impacto - CHARPY em "V" Eletrodo E-7018 Eletrodo E-7018 H4 R Energia Média(J) Energia Média(J) Peça 207,2 ± 8,4 176,5 ± 19,7 4 195,0 ± 19,4 167,0 ± 19,8 5 203,5 ± 6,6 162,0 ± 5,9 6. Peça 1 2 3. Energia, J. 250 200 150. E 7018. 100. E 7018H4R. 50 0. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Corpos de prova. Figura 10. Gráfico comparativo de impacto a temperatura ambiente entre os dois eletrodos. Nenhum corpo de prova ensaiado rompeu completamente, indicando boa tenacidade ao impacto. Observando o gráfico da Fig. 10 percebe-se que apesar dos corpos de prova do eletrodo E 7018 terem apresentado maiores valores de tenacidade ao impacto do que E 7018 H4R, esse ainda assim, apresentou resultados satisfatórios. 3.4. Ensaio de Tração. O ensaio foi realizado em temperatura ambiente, com a aplicação da carga de 100 kN e velocidade de aplicação da carga de 1 mm/min e os resultados obtidos seguem na Fig. 11 e Tab. 4. Tabela 4. Tabela de Dados Retirados dos Gráficos. Ensaio de Tração Peça 1 2 3 Média. Eletrodo E-7018 Lim. Esc. Lim. Res. (MPa) (MPa) 442,0 550,2 448,9 555,2 446,3 558,9 445,7 ± 3,5 554,8 ± 4,4. Along. (%) 26 31 32 30 ± 3. Peça 4 5 6 Média. Eletrodo E-7018 H4 R Lim. Esc. Lim. Res. (MPa) (MPa) 501,7 601,8 519,8 600,6 514,8 626,7 512,1 ± 9,3 609,7 ± 14,7. Along. (%) 34,3 30,3 24,4 30 ± 5.

(7) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. CP 4 CP 5 CP 6. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. CP 3 CP 2 CP 1. A). B). Figura 11. Gráficos de Ensaio de Tração A) E 7018 B) E 7018 H4 R.. No ensaio da peça 5 apresentou a falta da zona de escoamento visível, pois houve aumento da velocidade de aplicação da carga, porém não apresentou muita diferença de resultado em comparação com os outros. O corpo de prova 6 (E-7018 H4 R) teve um alongamento de 24,4%, apesar de ser baixo está dentro da norma. Segundo AWS 5.1 o valor mínimo exigido é de 24% de alongamento para eletrodos do tipo básico. 4. CONCLUSÃO. Pode-se verificar que o aspecto visual do cordão de solda depositado pelo eletrodo impermeável é similar ao depositado pelo eletrodo classe E 7018. Entretanto, durante a soldagem, foi possível observar que a abertura e a manutenção do arco com eletrodos impermeáveis foram realizadas com maior dificuldade por parte do soldador quando comparado com o eletrodo revestido E 7018. Foram definidas taxa de deposição e taxa de fundição, assim como o rendimento do eletrodo. Apesar de apresentarem faixas de rendimento similares ao dos eletrodos E-7018 encontrado no mercado, o eletrodo da Elbras classificado como E7018 H4 R apresentou taxa de fusão e de deposição relativamente maiores. Os valores de tenacidade ao impacto foram satisfatórios quando comparados aos mínimos requeridos para os eletrodos classe E 7018. No ensaio de tração, o eletrodo E 7018 H4 R apresenta limites de escoamento e limites de resistência maiores quando comparados com o eletrodo E 7018. O percentual de alongamento apresentado por ambos eletrodos encontram-se dentro da faixa de valores usualmente encontrada em literatura para eletrodos do tipo básico. 5. AGRADECIMENTOS. Agradecemos primeiramente a ELBRAS Eletrodos do BRASIL Ltda. por disponibilizar os eletrodos usados na confecção das juntas do experimento. A FAFEN-SE por disponibilizar o soldador qualificado e o inspetor de solda para garantir a qualidade da junta soldada. Ao SENAI-SE por fazer os corpos de provas para os ensaios 6. REFERÊNCIAS. Elbras Eletrodos do Brasil Ltda. "Catálogo de eletrodos revestidos" Acesso em 07 de abril de 2011, disponível em Elbras: http://www.elbras.com.br/tabelas/catalogo.pdf Fortes, C., 2005. "Eletrodos Revestidos OK" Brasil: ESAB. Marques; Modenesi; Bracarense., 2005. "Soldagem: Fundamentos e Tecnologia" Belo Horizonte: UFMG. Modenesi, P., 2006. Introdução aos Processos de Soldagem. Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil. Secco, M. A., 2002." Soldagem: Processo por eletrodo revestido" Curitiba: SENAI. Wainer, E., 2004. "Soldagem" São Paulo, São Paulo, Brasil: Edgar Blucher. 7. RESPONSABILIDADE AUTORAL Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste trabalho..

(8) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. RATING OF MECHANICAL CHARACTERISTICS OF METAL WELD DEPOSITED SMAW AWS E7018-1 H4R Rafael Santos Rolemberg, rsrberg@gmail.com1 Alessandra Gois Luciano de Azevedo, aglazevedo@hotmail.com2 Marcel Aragão Almeida, marcelalmeida1@oi.com.br3 Yanna Lesley Brito de Araújo, yanna_brito@hotmail.com4 1. Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE. Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE 3 Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE 4 Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Rondon S/N, Bairro Roza Elze São Cristóvão - SE. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. 2. Resumo: Industry today demands fast, effective with good yield, productivity and low cost processes. The consumer market is even more demanding with regard to their applicability welds and mechanical strength as well, so the development of new technologies is characterized as essential. Currently the most used are shielded electrodes E6013 and E7018. These have a good rank in the market due to higher benefit costs. The E7018 is a basic electrode used in big responsibility welding subjected to great efforts and offers a smoother arc. However, due to its hygroscopicity requires some care as storage, drying and maintenance of greenhouses to ensure low hydrogen contents absorbed by the electrode and, consequently, the weld bead deposited. To improve and streamline the use of these basic types of electrodes, it was developed a "waterproof" SMAW. This electrode is classified as AWS E 7018-1 H4R and it has in its shielded polymer replacing the usual binders, being guaranteed by the manufacturer, welding with low hydrogen contents and good mechanical properties without the necessary of storage electrodes in greenhouses, eliminating the drying the same. Thus, the aim of this study was to analyze and evaluate the mechanical properties of the weld zone when used electrode AWS E 7018 H4 R and compare it with the weld zone when used electrode AWS E 7018 . For this analysis welds were performed on joints in V according to AWS Standard 5.1. Welding procedure was developed to ensure the repeatability of the process, the welding being performed by a qualified welder. After the welding specimens for performing the impact test Charpy - V were fabricated. The results showed that the electrode AWS E 7018 H4 R meets the specifications of the standard. Palavras-chave: Welding, "Waterproof" SMAW, E 7018 H4 R, Mechanical Tests.

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