3
Materiais e Procedimentos Experimentais
3.1
Materiais Utilizados
Com o objetivo de se avaliar o efeito do Mn no comportamento do metal de
solda depositado, foram produzidos experimentalmente pela CONARCO
(Argentina) quatro tipos de eletrodos revestidos para soldagem manual da classe
AWS E9018-B3 / E8018B3L com 4,0mm de diâmetro e teores de Mn variando
entre 0,4 e 1,1%, observa-se que o eletrodo com teor de Mn de 1,1 é experimental.
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Antes da soldagem os eletrodos foram ressecados a 300°+ 25°C em um forno por
1,5 h e transferido para estufa de 100°C+ 25°C e mantido até sua utilização.
Utilizou-se como material base, o aço ASTM A - 36 em forma de chapa
laminada com dimensões 150x300x19mm.
A Tabela 2 apresenta a composição química do depósito do eletrodo puro
fornecida pelo fabricante CONARCO.
Tabela 2 - Composição química de depósito do eletrodo puro.
ELETRODO
P
S
C
Si
Ni
Cr
Mo
Mn
E6457
0,015 0,012 0,042 0,30 0,05 2,35 1,05 0,50
E6458
0,015 0,011 0,049 0,30 0,05 2,35 1,10 0,78
E6459
0,016 0,011 0,049 0,30 0,05 2,30 1,05 1,07
E6460
0,016 0,011 0,050 0,35 0,05 2,25 1,10 1,40
Os consumíveis aqui apresentados serão classificados de acordo com a
especificação AWS A5.5-96 [68] a qual determina os seguintes parâmetros
(Tabela 3):
43
Composição química:
Tabela 3– Composição química para os eletrodos E9018-B3 e E8018-B3L (elementos
químicos dados em peso percentual )
ELETRODO
E9018-B3
E8018-B3L
C
Mn
0,05-0,12 0,90
0,05
0,90
Si
P
S
Cr
Mo
0,80
0,03
0,03
2,00-2,50 0,90-1,20
0,80
0,03
0,03
2,00-2,50 0,90-1,20
Propriedades mecânicas do metal depositado (Tabela 4):
Tabela 4 - Propriedades mecânicas do metal de solda depositado (E9018-B3 e E8018B3L)
Resistência à
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ELETRODO
tração mínima
(L.R.) em MPa
Limite de
Escoamento a 0,2%
(mín.)
(L.E.) em MPa
Alongamento
Mínimo
(AL.) em %
E9018-B3
620
530
17
E8018-B3L
550
460
17
Tipo de revestimento, posições de soldagem e tipo de corrente utilizada
(Tabela 5):
Tabela 5 - Tipo de revestimento, posições de soldagem e tipo de corrente utilizada para
metal de solda depositado (E9018-B3 e E8018-B3L)
ELETRODO
E9018-B3
E8018-B3L
Revestimento
Posição de
Soldagem
Tipo de Corrente
baixo-
plana,
corrente contínua
hidrogênio e pó
horizontal,Vertical
(CC+) ou
de ferro
e sobre-cabeça
corrente alternada
baixo-
plana, horizontal,
corrente contínua
hidrogênio e pó
vertical e sobre-
(CC+) ou
de ferro
cabeça
corrente alternada
44
3.2
Procedimento Experimental
A junta soldada foi confeccionada a partir de uma chapa laminada com
dimensões 150x 300x19mm, conforme descrito no item 3.1. A Figura 10 mostra a
seção transversal da junta, que apresenta a geometria do chanfro confeccionado
em forma de V obtido por meio de usinagem e mata junta para o passe de raiz. A
geometria da junta é justificada em função de trabalhos anteriores [2].
A soldagem manual foi executada com 25 passes e 8 camadas com
preaquecimento de 150°C. Posteriormente ocorreu o enchimento pela técnica
multipasse, cujos parâmetros estão mostrados na tabela 6.
Devido as dimensões da chapa, foi necessária a utilização de 2 suportes
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soldados às chapas (“cachorros”) para minimizar a distorção.
Figura 10– Esquema de montagem das chapas para soldagem com eletrodos revestidos
seguindo a metodologia de trabalhos anteriores. (cotas em mm)
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Os parâmetros de soldagem utilizados, estão mostrados na Tabela 6.
Tabela 6- Parâmetros de Soldagem
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PARÂMETROS DE SOLDAGEM
Dimensões do eletrodo
∅4,0mmx400mm
Posição de soldagem
plana
Corrente
160 a 170 A
Tempo
80s
Tensão
24 a 26V
Comprimento do cordão depositado
300mm
Aporte Térmico
1kJ/mm
Temperatura de preaquecimento
150°C
Temperatura de Interpasse
200°C
O aporte térmico apresentado na tabela 6 foi calculado a partir da fórmula:
H = η E.I/V
Onde:
η = eficiência do processo, eletrodo revestido: 0,66 a 0,85, sendo a média
0,76.
E = Voltagem (V)
I = Corrente (A)
V = Velocidade de Soldagem (mm/s)
3.3
Análise Química
Retirou-se amostras para análise química dos metais depositados, do
centro dos cordões de solda, para determinação dos teores de elementos de liga a
saber: C, Mn, P, S, Si, Cu, Cr, Ni, Mo, Nb, Sn, Sb, As e N.
Análise química foi realizada por espectrometria de plasma e combustão
direta.
46
3.4
Tratamentos Térmicos
Utilizou-se fornos a resistência do tipo mufla para a realização dos
tratamentos térmicos, conforme Tabela 7.
Foram avaliadas as seguintes condições:
Tabela 7– Tratamentos Térmicos realizados
Condição
Tratamento Térmico
1
Sem tratamento térmico (como soldado) -CS
2
Tratamento Térmico de Alívio de Tensões - TTAT
3
Tratamento Térmico de “step-cooling”- TTSC
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4
Tratamento térmico de Alívio de Tensões seguido de
Tratamento Térmico de “step-cooling” – TTAT + TTSC
Tratamento térmico de alívio de tensões (TTAT), consistindo de
aquecimento a 680°C por 2 horas seguido de resfriamento ao ar, tratamento
térmico de “step-cooling” (TTSC), com duração de 233 horas, aplicado com
objetivo de simular as condições de 10.000 horas de serviço de um vaso de
pressão, sendo aplicado após o TTAT. O ciclo térmico deste tratamento é
representado na Figura 11.
47
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Figura 11 - Esquema do ciclo térmico do tratamento de “step-cooling” utilizado [19].
3.5
Ensaios Mecânicos
3.5.1
Ensaio de Impacto Charpy-V
Realizou-se ensaios de impacto Charpy-V, nas temperaturas de 0°C,
22°C(ambiente) e 60°C, para os metais de solda nas condições de: CS, TTAT,
TTSC e TTAT + SC, em corpos-de-prova padronizados em ASTM E-23, com
dimensões de 10 x 10 x 55 mm, retirados transversalmente a junta soldada, para
cada composição e condição de tratamento. O entalhe foi posicionado no centro
do cordão e no plano da espessura. Os corpos-de-prova Charpy foram
confeccionados por aplainamento, seguindo-se retífica das superfícies e usinagem
do entalhe por brochadeira, sendo que a geometria do entalhe foi avaliada em
projetor de perfis.
Utilizou-se em média quatro corpos-de-prova para cada uma das
temperaturas de ensaio. Sendo que, para os ensaios na temperatura inferior à
ambiente, as amostras foram imersas em mistura de gelo e álcool. Todos os
corpos-de-prova de Charpy foram retirados transversalmente ao cordão de solda e
48
à 2mm da superfície da junta (Figura 12), sendo o entalhe posicionado no plano da
espessura e no centro do cordão de solda. A Figura 13 apresenta a posição de
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retirada dos corpos-de-prova de impacto.
Figura 12 - Esquema de retirada do corpo-de-prova para ensaio Charpy -V (cotas em
mm).
Figura 13 – Perspectiva mostrando o posicionamento dos corpos-de-prova de Charpy-V,
em relação aos cordões de solda.
49
3.5.2
Ensaio de Tração
Os ensaios de tração foram realizados em máquina universal de ensaios de
fabricação INSTRON.10T modelo 5500R. Os corpos-de-prova são do tipo
MINITRAC, o que corresponde ser o corpo-de-prova retirado em toda a sua
extensão do metal de solda, segundo a norma IIW: IX – 348-63 [69] (Figura 14).
Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente para avaliação do limite de
resistência, limite de escoamento, alongamento e redução de área. A Figura 15
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apresenta a posição de retirada dos corpos-de-prova de tração.
Figura 14 - Geometria do corpo-de-prova de tração (cotas em mm).
Figura 15 – Perspectiva mostrando o posicionamento dos corpos-de-prova de tração
MINITRAC, em relação aos cordões de solda.
50
3.5.3
Ensaio de Microdureza HV
Realizou-se ensaios de microdureza Vickers nos metais de solda, na
posição relativa ao entalhe Charpy V.
Os ensaios de microdureza foram realizados tomando-se medidas, na
região central, na vertical, no sentido do passe de revenimento para o passe de
raiz, gerando dessa forma uma série de medidas de dureza das quais retiraram-se
as médias de 10 impressões, conforme mostrado esquematicamente na Figura 16.
O equipamento utilizado foi um microdurômetro da marca SHIMADZU
modelo HMV-2000, com capacidade máxima de carregamento de 2 kgf. A carga
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utilizada nos testes foi de 100g por 15s.
Figura 16 - Detalhe mostrando as regiões do metal de solda onde foi realizado o ensaio
de microdureza Vickers (cotas em mm).
51
3.5.4
Ensaio Metalográfico
A metalografia foi conduzida usando Microscopia Ótica (MO) e
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para análise das microestruturas do
metal de solda, na região colunar (último passe, “Top Bead”) e na região
reaquecida (RR), ao longo da linha coincidente com a localização do entalhe
Charpy-V, isto é centro da solda, após cada tratamento térmico.
Foram analisados por microscopia ótica e varredura os microconstituintes
das regiões colunares e reaquecidas presentes no metal de solda, com 0,4%, 0,6%,
0,9%, 1,1%Mn e em todas condições estudadas, isto é CS, TTAT, TTSC e
TTAT+TTSC.
Todas as amostras, na condição de CS e todas as condições de tratamentos
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térmicos foram lixadas e polidas convencionalmente. Foi realizado ataque com
reagente nital 2%, com o intuito de obter a caracterização dos microconstituintes
presentes nas regiões colunares e reaquecidas.
Para a microscopia ótica, o equipamento utilizado foi da marca ZEISS,
modelo AXIOPLAN 2 Imaging and Axiophot 2, Universal Microscopes,
utilizando-se aumento de 500x.
Para a microscopia eletrônica de varredura , o equipamento utilizado foi da
marca ZEISS, modelo DSM-960. Utilizando-se aumento de 1000x.
3.5.5
Ensaio Macrográfico
O corpo-de-prova foi retirado transversalmente ao cordão de solda para
análise do aspecto macroscópico das juntas soldadas, tendo sido utilizado como
preparação o procedimento convencional de lixamento, polimento e ataque
químico com o reagente nital 2%.
52
3.5.6
Ensaio Fratográfico
Foram feitas análises fratográficas das superfícies de fratura dos corposde-prova de impacto Charpy V, após cada tratamento térmico. Foi utilizado o
microscópio eletrônico de varredura (MEV) da marca ZEISS, modelo DSM-960,
com o objetivo de caracterizar a morfologia do modo de fratura dos metais de
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solda em função do teor de Mn e tratamento térmico aplicado.