ELETRODOS NÃO RESSECÁVEIS. O MERCADO E SUAS EXPECTATIVAS

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1 ELETRODOS NÃO RESSECÁVEIS. O MERCADO E SUAS EXPECTATIVAS Autores: Alexandre Q. Bracarense, PhD 1, Aurecyl Dalla B. Jr 2, 1 Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, Laboratório de Soldagem, Robótica e Simulação 2 Elbras Eletrodos do Brasil, Rua Cardeal Arcoverde, 1240, Contagem - MG Trabalho a ser apresentado durante a Rio Welding 2014 As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es). INTRODUÇÃO: No ano de 2010, a Elbras Eletrodos do Brasil Ltda, firmou uma parceria com a Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, através do Laboratório de Soldagem, Robótica e Simulação do Departamento de Engenharia Mecânica, com o objetivo de desenvolver um eletrodo para soldagem subaquática usando uma tecnologia inovadora para o processo de impermeabilização dos eletrodos. Com o andamento dos trabalhos decidiu-se aplicar a tecnologia desenvolvida para a fabricação de eletrodos E7018 convencionais, que fossem imunes a umidade. A pesquisa foi concluída em 2013 e deu origem ao primeiro eletrodo totalmente imune a umidade e que dispensa a necessidade de ressecagens antes do seu uso. Neste trabalho serão apresentados os resultados técnicos e as vantagens econômicas deste novo eletrodo. MATERIAIS E MÉTODOS: Eletrodos revestidos podem ser classificados, quanto às matérias primas empregadas no revestimento, em: rutílicos, celulósicos, básicos ou oxidantes. Em soldagens onde é necessário garantir altos níveis de sanidade do metal de solda, ou seja, de grande responsabilidade, é recomendado o emprego de eletrodos do tipo básico. Sua utilização proporciona a obtenção de soldas caracterizadas por propriedades mecânicas diferenciadas e baixos teores de hidrogênio difusível (inferiores a 8ml/100g de metal depositado).

2 Hidrogênio Difusív el (ml/100g de metal) Na literatura estão publicados vários modelos teóricos para a redução do hidrogênio difusível [1-5]. Vários destes modelos mostram como reduzir o teor de hidrogênio difusível através de modificações no revestimento dos eletrodos. Dentre vários, podemos destacar dois que são amplamente usados pelos fabricantes: - Alterar a basicidade da escória e - Introduzir compostos fluorados na composição do revestimento. Basicidade da Escória: A basicidade da escória pode ser modificada, dentre outras técnicas, variando a quantidade de CaCO 3 do revestimento. O CaCO 3 se decompõe em CaO um óxido básico. A figura 1 apresenta a influencia da variação da quantidade de CaCO 3 no teor de hidrogênio difusível ,23% CaCO 3 2,3% CaCO % CaCO % CaCO % CaCO 3 5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 g H 2O por 100g de revestimento Figura 1 Influencia da quantidade de CaCO 3 no teor de hidrogênio difusível Compostos fluorados: Existem vários compostos fluorados amplamente usados em formulações de eletrodos. Dentre eles, o mais usado é a fluorita CaF 2. O CaF 2 se decompõe no arco elétrico e reage segundo a seguinte equação: CaF 2 + H2O CaO + 2HF

3 Hidrogênio Difusível (ml/100g MD) O ácido fluorídrico formado é insolúvel no aço, diminuindo assim o teor de hidrogênio difusível. Du Plessis et al [6] mostraram como a quantidade de vários destas substâncias interferem no teor de hidrogênio difusível. Além desta técnica, pesquisas realizadas por diversos fabricantes indicaram que misturado em determinadas proporções, os silicatos de sódio e potássio, que são usados como aglomerantes do revestimento, tendem a diminuir a absorção de umidade, mas ainda assim se faz necessário o uso de estufas para tratamento dos eletrodos antes do seu uso. No presente trabalho, foi empregado um polímero para fazer a função de aglomerante, eliminando totalmente o uso de silicatos de sódio e potássio. Quando ainda se testava a impermeabilização dos eletrodos para aplicação subaquática, o polímero usado era um termoplástico solubilizado em solvente aromático. Ao se testar este mesmo polímero para a soldagem convencional, o volume de gases gerados era muito alto provocando uma grande turbulência na poça de fusão, tornando o arco muito agressivo com excesso de respingos. Para contornar este problema foi empregado então um polímero fluorado, que além de do seu maior ponto de fusão, tem menor geração de CO 2, o que diminui a quantidade de gases, e também seria fonte de flúor para abaixar o teor de hidrogênio difusível. Foram fabricados eletrodos variando a quantidade de polímero e medido o hidrogênio difusível do metal depositado. Os resultados estão apresentados na figura 2. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1, Teor de polímero (%) Figura 2 Teor de hidrogênio difusível em função da quantidade de polímero utilizada. Processo de produção

4 O processo para a fabricação de eletrodos básicos convencionais está mostrado na figura 3. Figura 3 Fluxograma de produção dos eletrodos básicos convencionais. Com o novo método de produção, foram eliminadas as etapas de pré secagem e secagem, resultando em uma substancial economia de energia. O novo fluxograma está apresentado na figura 4. Figura 4 Novo fluxograma de produção de eletrodos básicos não ressecáveis.

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES: Classificação do eletrodo Até o presente momento, as especificações das entidades normalizadoras, somente tratam de eletrodos resistentes a umidade por período limitado. A AWS American Welding Society utiliza o sufixo R para designar consumíveis que possam resistir por até 9 horas a exposição em ambientes úmidos. Após este período os consumíveis tem que passar pelo processo de ressecagem tradicionais. Uma característica deste novo eletrodo é que não apresenta uma correlação direta do teor de umidade do revestimento com o teor de hidrogênio difusível. Para verificar a imunidade deste eletrodo a umidade, foram sempre realizados os teste de hidrogênio difusível. Na tabela 1 estão apresentados os resultados dos teores de hidrogênio difusível após vários períodos de exposição em câmara climática. (%RH/ F) Time Moisture Hydrogen As Received /80 9hr /80 24hr /80 48hr /80 72hr /80 1 week Tabela 1 Testes em câmara climática (USA). O uso dos eletrodos não ressecáveis proporcionam uma substancial economia de energia e trabalho. Os procedimentos para o uso dos eletrodos convencionais e dos não ressecáveis podem ser melhor entendidos na figura 5. A economia gerada pelo uso dos eletrodos não ressecáveis pode ser melhor visualizada na tabela 2.

6 Figura 5 Fluxograma de recebimento e uso ressecáveis. dos eletrodos convencionais e não Consumo mensal (Kg) Ressecagem e manutenção Economia anual (KwH) Economia anual (R$) Economia anual (KwH) Soldagem Economia anual (R$) Economia anual Total (R$) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,54 Secagem e ressecagem considerada estufas de 5,6 Kw com capacidade para 500 Kg Soldagem baseada em taxa de deposição de 1,09 Kg/h (FBTS) para um eletrodo de 3,25 mm Tabela 2 Economia de energia em função do consumo de eletrodos.

7 Após a conclusão dos trabalhos de adequação do processo produtivo, foram iniciados então os testes para homologação do novo eletrodo pela FBTS e sociedades classificadoras navais. Por não haver no Brasil laboratórios credenciados para a homologação dos ensaios de hidrogênio difusível, os testes para homologação pela FBTS foram realizados no Edison Welding Institute EWI, nos Estados Unidos. Os resultados podem ser verificados nas Figura 6 e 7. Figura 6 Testes de hidrogênio difusível como recebido.

8 Figura 7 Ensaios de Hidrogênio difusível após exposição em câmara climática

9 Os resultados dos ensaios mecânicos e analises químicas estão apresentados na figura 8. Figura 8 Resultados de ensaios mecânicos e analises químicas FBTS.

10 Os eletrodos não ressecáveis já estão sendo usados em grande escala em obras de grande responsabilidade, sendo algumas delas apresentadas nas figuras 9 a 12. Figura 9 - Viaduto Boulevard Arrudas Belo Horizonte (Usimec) Figura 10 Cobertura do Mineirão Belo Horizonte (SBP) Figura 11 - Hidrelétrica de Jirau Rondonia (Camargo Correa) Figura 12 - Estaleiros Rio de Janeiro (TCE) CONCLUSÕES: Os eletrodos não ressecáveis desenvolvidos pela Elbras em conjunto com a UFMG são uma realidade que proporcionam uma grande economia de energia, não só na produção, mas principalmente nos usuários. Além desta economia, o uso dos eletrodos não ressecáveis diminuem uma considerável quantidade de trabalho e nas não conformidades e devido a problemas de ressecagem.

11 Com o emprego de polímeros fluorados como aglomerante, conferiu ao eletrodo um baixíssimo nível de hidrogênio difusível e uma excelente soldabilidade. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: [1] Davidson, J.L. Advances in hydrogen management: The science-based design of low hydrogen consumables for the future. Australian Welding Journal, vol pp [2] Matsushita, M., and Liu, S. Hydrogen control in steel weld metal by means of fluoride additions in welding flux. Welding Journal, vol. 79, no. 10. October pp. 295s 303s. [3] Fleming, D.A., Bracarense, A.Q., Liu, S., and Olson, D.L. Toward developing a SMA welding electrode for HSLA 100 grade steel. Welding Journal, vol. 75, no. 6. June pp. 171s 183s. [4] Liu, S., Olsen, D.L., and Ibarra, S. Electrode formulation to reduce weld metal hydrogen and porosity. Proceedings of the 13th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, vol. 3. Houston. 27 February 3 March pp [5] Rowe, M.D., Liu, S., and Reynolds, T.J. The effect of ferro alloy additions and depth on the quality of underwater wet welds. Welding Journal, vol. 81, no. 8. August pp. 156s-166s. [6] Du Plessis J., Du Toit M., and Pistorius P.C. Reducing the diffusible hydrogen content of shielded metal arc welds by means of fluoride and calcite flux, IIW Doc. II