GABRIELLA MARIA SILVEIRA DE SÁ

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1 ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL DE ADIÇÃO NA JUNTA DE AÇO INOXIDÁVEL SUPERDUPLEX UNS S32750 (SAF 2507) SOLDADA PELO PROCESSO GTAW (TIG) E ANÁLISE DE TENSÕES POR SOLDAGEM POR DIFRAÇÃO DE RAIOS-X. GABRIELLA MARIA SILVEIRA DE SÁ Rio de Janeiro 2013

2 GABRIELLA MARIA SILVEIRA DE SÁ Aluna do Curso de Tecnologia em Processos Metalúrgicos Matrícula ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL DE ADIÇÃO NA JUNTA DE AÇO INOXIDÁVEL SUPERDUPLEX UNS S32750 (SAF 2507) SOLDADA PELO PROCESSO GTAW (TIG) E ANÁLISE DE TENSÕES POR SOLDAGEM POR DIFRAÇÃO DE RAIOS-X. Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), apresentado ao Curso de Graduação em Tecnologia em Processos Metalúrgicos, da UEZO como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Tecnólogo em Tecnologia em Processos Metalúrgicos, sob a orientação do Prof.: Mauro Carlos Lopes Souza. Rio de Janeiro 2013

3 ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL DE ADIÇÃO NA JUNTA DE AÇO INOXIDÁVEL SUPERDUPLEX UNS S32750 (SAF 2507) SOLDADA PELO PROCESSO GTAW (TIG) E ANÁLISE DE TENSÕES POR SOLDAGEM POR DIFRAÇÃO DE RAIOS-X. Elaborado por Gabriella Maria Silveira de Sá Aluna do Curso de Tecnologia em Processos Metalúrgicos da UEZO Este trabalho de Graduação foi analisado e aprovado com Grau:... Rio de Janeiro, de de 2013 Prof. Mauro Carlos Lopes Souza, DSc (orientador) Prof. Vladimir Ivanovitch Monine, PhD Tecnólogo Pablo Tinoco Prof. Rodrigo Amaral de Medeiros, MSc RIO DE JANEIRO RJ, BRASIL 2013 ii

4 Dedicatória Dedico este trabalho a Deus por sempre iluminar o meu caminho e me dar forças nos momentos mais difíceis da minha vida. Aos meus pais, Antonio de Sá e Carla de Sá os quais amo muito, por todo apoio, incentivo e por terem me proporcionado essa oportunidade de um futuro promissor. Agradeço a Deus por ter me dado o privilégio de ser filha dos senhores. Aos meus irmãos pela força e carinho. iii

5 Agradecimentos Agradeço a Deus por me proporcionar esta oportunidade de evolução. Ao meu orientador Professor Mauro Lopes, por toda paciência, empenho e dedicação. Ao professor Rodrigo Amaral, pelas sábias sugestões, atenção e dedicação. Ao professor Vladimir Monin, pela paciência e dedicação. A todos os professores integrantes da UEZO pela maneira com que nos incentivaram a trilhar esse caminho repleto de novos saberes. Seus ensinamentos estarão presentes por toda a minha vida. Aos meus amigos, Jeferson Gonçalves, Renan Lobato, Paulo César e Gabriel Arraes pelo apoio, incentivo, diversão que me proporcionaram ao longo do curso. Obrigada Marcelle Neves e Rayssa Rodrigues por aturarem as minhas exigências em todos os trabalhos em busca no melhor, muito obrigada pelo apoio, atenção e incentivo. Em especial ao Rodrigo Vasconcelos que me apoiou, aconselhou e incentivou sempre durantes esses anos, e principalmente durante a criação deste trabalho. Mesmo com essas suas chatices quase sempre me irritarem, você foi um super amigo! Obrigada pela atenção, força, dedicação. A todos que colaboraram direta ou indiretamente na elaboração deste trabalho, o meu reconhecimento. Aos meus pais, por sempre me darem coragem em todas as dificuldades, pela oportunidade do estudo, pelas orações, cuidado, amor, amizade e compreensão. Aos meus irmãos que sempre tiveram ao meu lado, me apoiando em todos os momentos. Muito obrigada! Vocês são as pessoas mais importantes da minha vida. E nossos laços são por toda a eternidade... iv

6 Resumo Os aços inoxidáveis super duplex, têm se tornado muito importante para diversas áreas, principalmente na área petrolífera. Onde é necessário um material com elevadas propriedades mecânicas e resistência à corrosão, e a família dos aços duplex atendem essas necessidades. O processo de soldagem em aços super duplex exigem certos cuidados para que não se perca essas propriedades. O presente trabalho estuda a influência de um metal de adição inadequado para o processo de soldagem TIG (GTAW), no aço inoxidável super duplex UNS S32750 (SAF 2507) com o intuito de avaliar as causas que o mesmo provoca no aço super duplex. Assim, será realizado o ensaio de dureza Brinell e o ensaio de Microdureza Vickers a fim de descobrir a dureza nas regiões do cordão de solda, ZTA e no metal de base. O ensaio de Difração de Raios-X também será aplicado para descobrir as tensões residuais no cordão de solda e no metal de base. O método de sen 2 ψ é usado para descobrir as medidas de tensões por difração de raios-x. Palavra-chave: Aço inoxidável Super Duplex UNS S32750, Tensão Residual, Difração de Raios-X. v

7 Abstract Super duplex stainless steels, have become very important for many areas, especially in the oil sector. Where is necessary a material with high mechanical properties and corrosion resistance, and the family of duplex steels meet these needs. The process of welding super duplex steels require some care so as not to lose these properties. The present work studies the influence of a metal inappropriate addition to the process of TIG welding (GTAW), in super duplex stainless steel UNS S32750 (SAF 2507) with the purpose of assess the causes that it causes in the super duplex steel. Thus, the hardness test Brinell and Vickers Microhardness testing will be conducted in order to discover the hardness in the regions of the weld bead, HAZ and base metal. The testing of X-ray diffraction also be applied to find the residual stresses in the weld bead and base metal. The method of "sen2ψ" is used to find the measures of stresses by X-ray diffraction. Keyword: Stainless Steel UNS S32750 Super Duplex, Residual Stress, X-ray diffraction. vi

8 Nascer, morrer, renascer ainda e progredir sempre tal é a lei. Allan Kardec vii

9 Sumário 1. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Aços Inoxidáveis Duplex e Superduplex Efeito dos elementos de liga Soldagem Soldagem dos aços inoxidáveis duplex e superduplex Processo de Soldagem TIG (GTAW) Metalurgia Física da Soldagem dos AID Principais Aplicações do AID Difração de Raios X Tensões Residuais Metodologia Experimental Material Base Soldagem Parâmetros de Soldagem Ensaio de Dureza Definição Classificação dos métodos do ensaio de dureza Dureza Brinell Ensaio de Microdureza Preparação da amostra viii

10 3.4 Ensaio de Difração de Raios-X Medição das Tensões Residuais RESULTADOS E DISCUSSÕES Ensaio de Dureza Ensaio de Microdureza Ensaio de Difração de Raios X CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ix

11 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Representação esquemática das células unitárias: (a) CCC e (b) CFC, somente com átomos de ferro [9]...3 Figura 2 - Representação esquemática de algumas substituições de átomos de ferro(azul) por átomos de cromo (vermelho) que podem ocorrer numa célula CCC [9]...3 Figura 3 - representação esquemática de algumas substituições de átomos de ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) e por átomos de níquel (pink) que podem ocorrer numa célula cfc [9]...4 Figura 4 - Desenho esquemático do Processo de soldagem TIG [17]...9 Figura 5 - Diagrama TTT para o AISD 2507 [20]...10 Figura 6 - Vaso de pressão construído em Aço Inoxidável Superduplex S32750 [6]...13 Figura 7 - Difração de raios-x...14 Figura 8 - Ensaio de difração de raios-x...14 Figura 9 - Desenho esquemático da Dureza Brinell [8]...18 Figura 10 - Desenho esquemático do ensaio de microdureza Vickers[23]...20 Figura 11- Desenho esquemático da 1 posição do ensaio de medida de tensão por difração de raios-x...21 Figura 13 - Ensaio de difração de raios-x com ψ = Figura 12- Desenho esquemático da 2 posição do ensaio de medida de tensão por difração de raios-x...22 x

12 Figura 14 - Estado de tensão do material em função do declive da curva θ x sen 2 ψ...23 Figura 15 - Software...24 Figura 16 - Gráfico obtido através do software...24 Figura 17 - Aparelho portátil de raios X: 1 corpo de prova; 2 colimador; 3 fonte de raios X; 4 detector de raios X sensível a posição; 5 tela do notebook; 6 bloco de controle de funcionamento da fonte de raios X; 7 bloco de controle de funcionamento do detector e processamento dos dados experimentais...25 Figura 18 - Amostra com as indentações após o ensaio de dureza Brinell...26 Figura 19 - Ensaio de microdureza Vickers: (a) Indentação(ou microindentação?) na ZTA com apliação de 1000x; (b) Indentação no metal de solda com ampliação de 1000x...27 Figura 20- Valores de dureza versus distância entre os pontos...27 Figura 21 - Grafico experimental de θ ψ =f(sen 2 ) para tensão transversal no cordão de solda...28 xi

13 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Principais produtos e aplicações do INOX Duplex em 2004 (Adaptado)[6]...11 Tabela 2 - Análise química (% em peso) do aço SAE Tabela 3 Análise química (% em peso) do consumível ER120S-G [27]...16 Tabela 4 - Valores das variáveis do processo de soldagem para cada passe...16 Tabela 5 - Resultado do ensaio de microdureza Vickers...27 Tabela 6 - Distribuição tensão longitudinal e transversal...28 Tabela 7 - Possíveis atividades futuras...29 xii

14 1 1. Introdução Com o avanço tecnológico em diversas áreas como farmacêutica, de celulose, química e principalmente a petrolífera. Exige o uso de materiais de ponta, com alta tecnologia. Com isso a busca por materiais cada vez mais aperfeiçoados vem crescendo. O aço inoxidável Super Duplex é uma material muito resiste à corrosão, sendo assim muito aplicado em indústrias on e offshore que necessitam de um material com boas propriedades mecânicas e alta resistência à corrosão em ambientes contendo cloretos. Assim, são realizados vários estudos para descobrir como aperfeiçoar suas características. Este aço possui boa soldabilidade, porém, requer certos cuidados para se obter uma solda. O balanceamento da microestrutura depende principalmente da temperatura utilizada no processo. E claro, os parâmetros de soldagem definem a microestrutura na região do cordão de solda e da zona termicamente afetada, sendo assim, de extrema importância. Mas, há outros fatores que influenciam para se obter uma boa solda. O metal de adição caso não seja similar com o metal de base pode acarretar na formação de defeitos na solda, como a tensão residual. Neste trabalho será abordada a influência de um metal de adição com a composição química inapropriada para a composição química do metal de base. Analisando dureza do material através do ensaio de dureza Brinell e microdureza Vickers. E descobrir que tipo de tensão residual foi ocasionada durante o processo de soldagem TIG, com o ensaio de Difração de Raios-X, utilizando o método sen2ψ".

15 2 2. Revisão Bibliográfica 2.1 Aços Inoxidáveis Duplex e Superduplex A resistência à corrosão de ligas de ferro-cromo foi reconhecido pela primeira vez em 1821 pelo francês metalúrgico Pierre Berthier, que notou sua resistência contra o ataque de alguns ácidos e sugeriu a sua utilização em talheres. Metalúrgicos do século 19 foram incapazes de produzir a combinação de baixo carbono e alto cromo encontrado na maioria dos aços inoxidáveis modernos [14]. O aço inoxidável é, basicamente, uma liga de ferro-cromo-níquel que apresenta grande resistência à corrosão, ao impacto, e à abrasão, além de grande durabilidade. Os aços inoxidáveis são caracterizados pela porcentagem do elemento cromo acima de 12%, formando uma película protetora chamada de película passiva. E podem ser classificados em algumas famílias, como: austeníticos, ferríticos, martensíticos, dúplex e endurecíveis por precipitação. Os aços inoxidáveis duplex (AID) foram desenvolvidos como alternativa aos aços inoxidáveis austeníticos, para aplicações que exigem elevadas propriedades de resistência mecânica e resistência à corrosão, sejam na indústria offshore, química, petroquímica, de papel, alimentícia, farmacêutica entre outras [10]. Os aços inoxidáveis duplex são aços que possuem duas fases, sendo aproximadamente 50% de austenita e 50% de ferrita. Assim este aço possui características de um aço inoxidável austenítico e ferrítico. Com relação à microestrutura, a concentração volumétrica de ferrita deve aproximar-se de 50% ± 5% para um material corretamente balanceado do ponto de vista microestrutural. A ferrita, considerada como sendo a matriz (material no meio do grão) para um aço inoxidável duplex e superduplex, consiste de uma fase cristalina composta por uma célula unitária cúbica de corpo centrado (CCC) e a austenita, a fase que precipita normalmente no estado sólido, apresenta uma célula unitária cúbica de face centrada (CFC), conforme mostrado na figura 1 [19].

16 3 Os átomos são representados pelo modelo de esferas rígidas e nesses modelos foram considerados apenas os átomos de ferro, que é o elemento predominante nos aços inoxidáveis. É evidente que num aço inoxidável duplex ou superduplex, formam-se soluções sólidas substitucionais tanto na ferrita quanto na austenita, devido às concentrações de cromo, níquel e molibdênio principalmente, bem como soluções sólidas intersticiais, devido às concentrações de carbono e nitrogênio [19]. Figura 1 - Representação esquemática das células unitárias: (a) CCC e (b) CFC, somente com átomos de ferro [19] O principal fator responsável pela diferença na resistência à corrosão da matriz (material no meio do grão) e do material vizinho ao contorno é a diferença que apresentam na composição química nestes locais [11]. Os elementos químicos maiores, com raios atômicos próximos ao do Ferro, encontram-se em soluções sólidas substitucionais, ou seja, ocupam o lugar de um átomo de ferro na rede cristalina tais elementos de liga são: Cr, Mo, Mn, Cu e Nb, [12] conforme mostrado na figura 2 e na figura 3.

17 4 Figura 2 - Representação esquemática de algumas substituições de átomos de ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) que podem ocorrer numa célula CCC [19]. Figura 3 - representação esquemática de algumas substituições de átomos de ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) e por átomos de níquel (pink) que podem ocorrer numa célula cfc [19]. A grande vantagem da utilização desses materiais é que a combinação de elementos como cromo, molibdênio e nitrogênio confere uma boa estabilidade química em ambientes salinos como a água do mar, que antigamente (décadas de 70 e 80) só era possível de se obter usando-se materiais com altas concentrações de cobre, como por exemplo, os bronzes, e materiais com altas concentrações de níquel, como os Hastelloys, os Inconéis e os Monéis [19]. Um dos materiais modernos de maior destaque nas propriedades de resistência à corrosão e mecânica em relação ao custo, e cuja demanda cresce a cada ano na indústria petrolífera, são os aços inoxidáveis superduplex. Esta nova classe de aços possibilita que os

18 5 equipamentos fiquem mais leves, devido à maior resistência mecânica, e com maior vida útil, favorecida pela resistência à corrosão. Sendo assim, os aços inoxidáveis superduplex tornaram-se potencialmente uma excelente alternativa em relação aos aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos [10]. A diferença dos aços inoxidáveis duplex com os aços inoxidáveis superduplex está no valor do índice equivalente de resistência ao pite (PRE). O índice equivalente de resistência ao pite (PRE) determinado pela equação 1, é usado para avaliar a resistência à corrosão por pite e serve para dividir a família duplex em quatro grupos: Lean Duplex (25), Duplex (35), Superduplex (40) e Hiperduplex (50) [6]. PRE = %Cr + 3,3%Mo + 16%N (1) A equação 1, derivada empiricamente, é a mais empregada e pode tomar diversas formas. Entretanto, devido à introdução de tungstênio (W), o PRE de alguns graus de Superduplex é determinado através da aplicação da equação 1.1 [9]. PREw = %Cr + 3,3.(Mo + 0,5.%W) + 16.(%N) (1.1) Efeito dos elementos de liga Existem alguns elementos com a capacidade de estabilizar a ferrita. Estes são chamados de alfagênicos, como o cromo, o molibdênio, o silício, e outros estabilizam a austenita, os chamados gamagênicos, como o níquel, o nitrogênio, o manganês, o cobre e o carbono. Os elementos de liga promovem a estabilização das fases com o correto balanço, mas, além disso, podem proporcionar diversos comportamentos eletroquímicos, como elevada resistência à corrosão e comportamentos mecânicos, como elevada resistência mecânica e boa tenacidade. No caso dos aços inoxidáveis duplex, os principais elementos que melhoram a resistência à corrosão por pite são: o cromo, o molibdênio e o níquel [15]. A

19 6 seguir serão apresentados os efeitos causados pela adição de elementos de liga nos aços inoxidáveis duplex e superduplex para melhorar as propriedades mecânicas, físicas e químicas e resistência à corrosão. Cromo (Cr): Elemento responsável pela formação da película passiva protegendo os aços contra ações corrosivas do meio ambiente. Esta película é formada na superfície do aço, quando o mesmo apresenta uma quantidade acima de 12% aproximadamente, este valor não é muito preciso, visto que há várias referências com uma variação neste número. Assim, quanto maior for a quantidade do cromo, maior será a resistência à corrosão do aço. Mas a alta quantidade de cromo pode levar a formação de fases deletérias, como a fase sigma (σ). Molibdênio (Mo): Eleva a resistência à corrosão por frestas em condições contendo cloretos. Seu uso é limitado, pois, quantidades acima de 4% proporcionariam o favorecimento de fases deletérias como a fase sigma (σ), em processos que o aço for submetido a elevadas temperaturas. O Cr e o Mo são fortes formadores de ferrita (δ), deste modo foram obtidas expressões mostrando as ações destes e de outros elementos na formação de ferrita através da obtenção do cromo equivalente (Cr eq ) da liga. A expressão mais empregada é [9]: Cr eq = %Cr + %Mo + 1,5.%Si (3) Nitrogênio (N): Em teores adequados, possui múltiplos efeitos benéficos nos aços inoxidáveis, tais como, a resistência à corrosão por pite, a precipitação de austenita (γ) e o

20 7 aumento da resistência da liga devido ao mecanismo de endurecimento por solução sólida. A estabilização contra a precipitação de fases intermetálicas, tais como sigma (σ) e chi (χ), é outra das ações preponderantes deste elemento nos AID. Entretanto, Gunn relatou que o aumento do nível de N na liga reduz o risco de formação de nitretos. Este fato que parece ser contraditório é devido ao aumento da austenita precipitada, dando lugar à redução da distância entre as ilhas de austenita na microestrutura [9]. Níquel (Ni): O elemento níquel é um forte estabilizador da austenita (γ) de estrutura cúbica de faces centradas (CFC). Entao, como existe um grupo de elementos que funciona como estabilizadores de ferrita, existe um outro que atua como estabilizador de austenita. A seguir são apresentadas varias expressões empregadas [9]. Ni eq = %Ni + 0,25.%Cu + 35.%C + 20.%N (4) Ni eq = %Ni + 0,5.%Mn + 30.%C + 25.%N (5) Ni eq = %Ni + 0,5.%Mn + 30.%C + 30.%N (6) Manganês (Mn): De um modo geral, a adição de manganês aos aços inoxidáveis proporciona um aumento na resistência mecânica, assim como, a resistência à abrasão e ao desgaste, sem perda de ductilidade. O Mn aumenta a solubilidade do N em solução sólida, admitindo assim, maiores teores deste elemento sem risco de gaseificação na liga. Embora, teores excessivos de Mn de 3% a 6%, para teores de N de 0,1% e 0,23% respectivamente, diminuem substancialmente a temperatura crítica de corrosão por pite [9].

21 8 Cobre (Cu): O elemento cobre á adicionado em uma quantidade até 2%, pois o cobre em grande quantidade diminui a ductilidade a quente, favorecendo a formação da fase épsilon (ε). Tungstênio (W): Adições de até 2% deste elemento são feitas em AID e AISD para melhorar a resistência à corrosão por pites. Contudo, teores de W de até 1% são usualmente empregados em AISD [9]. Silício (Si): Este elemento proporciona uma maior resistência à oxidação dos aços em altas temperaturas de serviço. Como o silício é considerado um forte formador da fase sigma (σ), este elemento é preferencialmente adicionado em até 1% nos AID [9]. Carbono (C), Enxofre (S) e Fósforo (P): O conteúdo de carbono na maioria das ligas de AID trabalhados é limitado ao 0,02% ou 0,03%, principalmente para suprir a precipitação de carbonetos de cromo que podem atuar como sítios para o surgimento de pites e ataque intergranular. Atualmente os teores de C e S podem ser controlados nos modernos processos na fabricação de aços, tais como AOD (Argon Oxygen Decarburisation) e VOD (Vacuum Oxygen Decarburisation), enquanto que o conteúdo de P pode ser reduzido utilizando a técnica de fusão apropriada e não devem ultrapassar 0,005% [9]. 2.2 Soldagem A soldagem envolve muitos fenômenos metalúrgicos como, por exemplo, fusão, solidificação, transformações no estado sólido, deformações causadas pelo calor e tensões de contração, que podem causar muitos problemas práticos. Os problemas podem ser

22 9 evitados ou resolvidos aplicando-se princípios metalúrgicos apropriados ao processo de soldagem [1] Soldagem dos aços inoxidáveis duplex e superduplex A soldagem dos aços duplex é uma operação que exige cuidados, principalmente quando não se pode realizar solubilização posterior. Como esta família se solidifica com uma microestrutura 100% ferrítica e a austenita somente surge por difusão no resfriamento abaixo de ºC, a velocidade de resfriamento muito rápida conduz a uma microestrutura mais ferrítica e rica em nitretos de cromo (Cr 2 N). Por outro lado, resfriamento muito lento pode provocar a formação das fases intermetálicas σ e κ. Estas duas formas de desbalanço microestrutural devem ser evitadas na soldagem dos aços duplex. Para que não ocorra um teor excessivamente elevado de ferrita, as medidas são a utilização de metal de adição mais rico em Ni, uso de gás de proteção com adição de 1 a 3%N 2 na soldagem TIG e controle do aporte de calor para que não seja muito baixo. Para se evitar a precipitação de intermetálicos, a principal medida é o controle do aporte de calor, para que não seja excessivamente alto. Recomenda-se aporte de calor entre 0,5kJ/mm e 2,5kJ/ mm para a soldagem de aços duplex e entre 0,2kJ/mm e 1,5kJ/mm para os aços superduplex [6]. 2.3 Processo de Soldagem TIG (GTAW) Os princípios da soldagem com arco protegido por gás começou a ser entendido nos idos de 1800, depois que Humphry Davy's descobriu o arco elétrico e inicialmente usava um eletrodo de carbono. Em 1890 C. L. Coffin teve a idéia de usar o arco elétrico, dentro de um gás inerte, mas as dificuldades de soldar materiais não ferrosos como alumínio e magnésio continuaram, porque estes materiais reagiam rapidamente com o ar, gerando porosidade e, consequentemente, soldas de baixíssima qualidade. Em 1941 o processo estava completo e ficou conhecido como processo Heliarc ou "tungsten inert gas",

23 10 abreviado para processo TIG, isto porque o processo utilizava um eletrodo de tungstênio e hélio como gás de proteção. O processo foi "considerado perfeito", quando se começou a utilizar corrente alternada com adição de alta frequência (HF), a partir de onde se conseguia um arco estável que permitia soldar ligas de alumínio e magnésio com perfeição e boa qualidade de solda. Já nos anos de 1950 o processo se tornou popular, passando a ser utilizado o argônio como gás de proteção no lugar o hélio, por ser economicamente mais barato [17]. A soldagem TIG, também conhecida como GTAW - Gas Tungsten Arc Welding é largamente utilizada para solda com alumínio e com ligas de aço inoxidável onde a integridade da solda é de extrema importância. É também utilizada para juntas de alta qualidade em indústrias nucleares, químicas, aeronáuticas e de alimentos [16].O processo TIG é um dos mais utilizados na soldagem de aços duplex, sendo geralmente adotado para os passes de raiz em soldas multipasses. Uma das recomendações, além da adição de 1 a 3% N 2 ao gás de proteção, é a proteção da raiz da solda com gás de purga, para evitar oxidação. Após a solda, para uma melhor resistência à corrosão, é também recomendada a realização de uma passivação decapante em pasta ou solução a base de HNO 3 com pequenas adições de HF [6]. A soldagem TIG pode ser feita utilizando corrente contínua (CC- ou CC+) ou corrente alternada (CA). Cada uma dessas alternativas irá influenciar fortemente os mecanismos de emissão de elétrons e consequentemente as características de soldabilidade [16]. No processo GTAW os eletrodos não são consumíveis e tem o papel de servir como um dos terminais do arco que irá gerar o calor para o processo. Ao aproximar-se da sua temperatura de fusão (acima de 3400 o C), o tungstênio torna-se termoiônico, como uma fonte disponível de elétrons. Ele alcança esta temperatura através de aquecimento por resistência e, caso não houvesse um forte efeito de resfriamento pela saída dos elétrons de sua extremidade, esta ponta poderia fundir-se. Os eletrodos são classificados com base em sua composição química [18]. São utilizados os eletrodos ligados, como os eletrodos com

24 11 óxido de tório e os eletrodos com óxido de cério, mas o mais utilizado é o eletrodo de tungstênio. Conforma pode ser observado na figura 4, o processo de soldagem TIG, ocorre quando o arco elétrico se estabelece entre a poça de fusão e o eletrodo não consumível. O eletrodo, o arco e a área em volta da poça de fusão da solda são protegidos por uma atmosfera protetora de gás inerte [16]. Figura 4 - Desenho esquemático do Processo de soldagem TIG [17]. Este processo possui algumas limitações, pois pode ocorrer o contato da ponta eletrodo com a poça de fusão, inclusões de tungstênio, não é adequado para chapas grossas, dificuldade de utilização em local com vento excessivo e para a boa qualidade da solda é necessário um soldador experiente caso o processo não seja automatizado. Mas, por outro lado este processo oferece soldas de excelente qualidade e cordões de solda de alta qualidade, não apresenta respingos e pode ser usado em inúmeras ligas.

25 Metalurgia Física da Soldagem dos AID A metalurgia de soldagem visa estudar o efeito da operação de soldagem sobre a estrutura e propriedades dos materiais para [3]: Obter informações que auxiliem no desenvolvimento de novos materiais menos sensíveis à soldagem. Determinar os parâmetros operacionais de soldagem de maior influência nas alterações da estrutura e propriedades do material. Alternativamente, o desenvolvimento de operações complementares, seja para minimizar a degradação de propriedades, seja para reverter esta degradação, pode ser procurado. A soldagem dos AISD tem sido objeto de estudos desde a década de 1980, porém do ponto de vista de aplicação em equipamentos, recebeu suas contribuições mais relevantes no final da década de A complexa composição química destas ligas desempenha um papel fundamental na composição final da sua microestrutura e também na sua dinâmica de precipitação de fases intermetálicas. São bem definidos dois efeitos microestruturais básicos que podem ser provocados na soldagem: o desbalanceamento de fases e a precipitação de fases intermetálicas. O balanceamento entre as fases austenita e ferrita após a soldagem sofre influência direta, dentre outros fatores, da taxa de resfriamento, que por sua vez é também função do aporte de energia associado ao processo de soldagem (Heat Input) [20]. Em função das presenças significativas principalmente de Cr e Mo nos AISD, ao atravessar a faixa de temperaturas entre 1200 e 600 C os AISD são especialmente susceptíveis à precipitação de fases intermetálicas. Uma série de fatores pode influenciar nesta susceptibilidade e na configuração final destes aços como a condição de solubilização do

26 13 material, composição química, temperatura, tempo de exposição, etc. A figura 5 apresenta curvas tipo TTT para o AISD SAF 2507 [20]. Figura 5 - Diagrama TTT para o AISD 2507 [20]. Nos aços inoxidáveis duplex, a energia de soldagem está diretamente associada às transformações microestruturais e ao desempenho da junta soldada. Assim, uma energia de soldagem elevada provoca uma baixa velocidade de resfriamento, favorecendo a precipitação de austenita e o equilíbrio microestrutural desejado. Porém, fases secundárias podem precipitar. Por outro lado, uma baixa energia de soldagem, resulta numa elevada velocidade de resfriamento, retardando a precipitação de austenita e o equilíbrio das fases na microestrutura [4]. Outro fator bastante relevante para a soldagem dos aços inoxidáveis duplex refere-se aos metais de adição. Os consumíveis de soldagem atualmente utilizados podem ser de dois tipos: ligados ao níquel e de mesma composição do metal-base. A utilização dos consumíveis ligados ao níquel, evita toda a preocupação referente ao balanço de fases e

27 14 controle microestrutural da zona fundida. Porém, a falta de nitrogênio e a presença freqüente de nióbio nestas ligas contribuem para a ocorrência de reações metalúrgicas desfavoráveis como a formação de precipitados e regiões com elevado teor de ferrita na zona afetada pelo calor [4]. A microestrutura da zona termicamente afetada é resultado das mudanças na estrutura do metal base de acordo com os ciclos térmicos e deformações que ocorrem durante a soldagem. Essas características devem ser controladas de modo que as propriedades da junta sejam as melhores possíveis. Pode-se afirmar que a ZTA dos aços transformáveis é formada por diferentes regiões conforme se afasta do cordão de solda [21]. Formando a região de granulação grosseira, região de granulação fina, região intercrítica e a região subcrítica. As propriedades da solda dependem da composição química e do balanço entre a austenita e a ferrita na microestrutura. Este balanço pode ser ajustado pela alteração da composição química e pelo controle da temperatura durante a soldagem. Na ZTA, este balanço microestrutural austenita-ferrita será determinado pelo aquecimento e resfriamento, pela temperatura máxima atingida e pelo tempo de permanência nessa temperatura. Estes fatores determinados a partir de uma análise da espessura do material, energia de soldagem, temperatura de pré-aquecimento e temperatura de interpasses [21]. 2.5 Principais Aplicações do AID Desde seu surgimento em 1927, os aços inoxidáveis duplex têm apresentado grande desenvolvimento em nível de fabricação e aplicação: melhoria das propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, utilização de processos especiais de refino (AOD e VOD) e adição de nitrogênio como elemento de liga. Embora sua produção tenha crescido mais de 100% na última década, a produção mundial de aços duplex representa menos de 1% da produção total de aços inoxidáveis (±200kt). Os principais tipos de produto e mercado são apresentados na tabela 1 [6].

28 15 Tabela 1 - Principais produtos e aplicações do INOX Duplex em 2004 (Adaptado)[6]. O aço super duplex SAF 2507 é um aço especialmente concebido para o serviço em ambientes agressivos contendo cloretos. As aplicações típicas são [5]: Indústria de extração de petróleo e gás A água do mar de refrigeração Indústria da evaporação de sal As fábricas dessalinizadoras Os poços geotérmicos Refinarias e plantas petroquímicas Componentes mecânicos que exigem alta resistência Indústria de papel e celulose Até hoje, as aplicações dos AID e AISD se concentram nos setores de processamento químico, petroquímico, papel e celulose, extração de petróleo on e offshore, fertilizantes e indústria nuclear. Nestes setores, os AID e AISD têm sido utilizados em tubulações bombas, tanques e vasos de pressão em função do PRE do aço [9]. Na figura 6, apresentase um vaso de pressão confeccionado em aço S32750 para separação de óleo e água, utilizado em plataformas off-shore. O tampo foi conformado a quente, a chapa do corpo calandrada e as partes soldadas [6].

29 16 Figura 6 - Vaso de pressão construído em Aço Inoxidável Superduplex S32750 [6]. 2.6 Difração de Raios X A descoberta dos Raios-X se deu a partir de experimentos com os tubos catódicos, equipamentos exaustivamente utilizados em experimentos no final do século XIX que consistiam em um tubo de vidro, ligado a uma bomba de vácuo, onde era aplicada uma diferença de potencial entre dois terminais opostos, gerando uma corrente elétrica dentro do tubo. No final do século XIX, foi estabelecido que os raios provenientes do cátodo eram absorvidos pela matéria e que a sua absorção era inversamente relacionada com a voltagem de aceleração. E mais: incidindo essa radiação em alguns cristais, era provocada a emissão de luz visível, chamada fluorescência. Em 1896, Thomson demonstrou que os raios provindos do cátodo eram compostos por pequenas partículas carregadas negativamente, tendo massa aproximadamente igual a 1/1800 do menor átomo, o Hidrogênio. Essa partícula passou a ser chamada de elétron, e teve sua carga absoluta (1,601x1019C) medida por Robert Milikan em 1910 [28]. Em 1912, Max Von Laue desenvolveu a teoria da difração de raios-x em cristais, e com isso o físico ganhou o prêmio Nobel de Física em Os raios-x ao atingirem um material elasticamente, sem perda de energia pelos elétrons de um átomo (dispersão ou

30 17 espalhamento coerente). O fóton de raios-x após a colisão com o elétron muda sua trajetória, mantendo, porém, a mesma fase e energia do fóton incidente. Sob o ponto de vista da física ondulatória, pode-se dizer que a onda eletromagnética é instantaneamente absorvida pelo elétron e reemitida; cada elétron atua, portanto, como centro de emissão de raios-x [29]. Assim, a figura7 simplifica o processo difração de raios-x em um arranjo do qual os centros espalhadores são átomos. Figura 7 - Difração de raios-x. Considerando-se dois ou mais planos de uma estrutura cristalina, as condições para que ocorra a difração de raios-x (interferência construtiva ou numa mesma fase) vão depender da diferença de caminho percorrida pelos raios-x e o comprimento de onda da radiação incidente [29]. Quando duas ondas em fase incidem no átomo, como é apresentado na figura 7. Para que haja uma interferência construtiva das ondas espalhadas, é necessário que seja obedecida a condição mostrada na equação abaixo:

31 18 n λ = 2d sen θ (7) A equação 7 é conhecida como Lei de Bragg, onde n é o máximo de Bragg (n = 1), λ é o comprimento de onda da radiação, d é a distância interplanar e θ é o ângulo de difração. Assim, o funcionamento de um tubo de raios-x, ocorre com o aquecimento do cátodo através de um filamento de tungstênio, quando o cátodo é aquecido há emissão de elétrons e esses elétrons escapam do cátodo. Como o ambiente dentro do tubo está evacuado e entre o ânodo e o cátodo existe uma diferença de potencial, essa d.d.p colabora no aceleramento dos elétrons em direção ao ânodo. A colisão que ocorre quando os elétrons se chocam no ânodo gera a emissão de Raios-X. A figura a seguir 8 o ensaio de difração de raios-x. Figura 8 - Ensaio de difração de raios-x Tensões Residuais

32 19 Geralmente, três tipos de tensão residual podem ser caracterizados num sólido de acordo com sua extensão. Primeiro denominado macroscópico, que se estende por vários grãos do material. Um segundo, denominado micro-tensão estrutural, que cobre a distância de um grão ou parte de sua extensão, podendo ocorrer, por exemplo, entre duas fases do material que contêm diferentes características físicas ou até mesmo em áreas que contêm partículas, como inclusões. E um terceiro, que cobre várias distâncias atômicas dentro dos limites do grão numa pequena fração do material [30]. Estas tensões são auto-equilibradas, ou seja, a resultante das forças e o momento resultante produzido por elas são sempre vetores nulos. Portanto, qualquer perturbação, como remoção de material, aplicação de carregamentos térmicos ou mecânicos, altera o seu estado e causa sua redistribuição, de modo que as tensões se reequilibrem. Assim sendo, a presença de tensões residuais trativas no material será equilibrada por tensões residuais compressivas. Tensões residuais trativas na superfície do material são, geralmente, indesejáveis, uma vez que podem contribuir e, frequentemente, são a maior causa de fratura por fadiga, trincas de têmpera e trincas de corrosão sob tensão. Assim, tensões residuais compressivas na superfície do material são, usualmente, consideradas benéficas [31]. As tensões residuais devidas ao processo de soldagem podem ocorrer por vários motivos, como os parâmetros utilizados na zona fundida, o número de passes, o tipo de junta, a composição química, entre outros fatores. As tensões residuais macroscópicas e microscópicas sempre aparecem no processo de soldagem, mas geralmente são consideradas apenas as tensões residuais macroscópicas. O método utilizado para descobrir as medidas de tensões residuais por difração de raios-x neste trabalho foi o método de sen 2 ψ.

33 20 3. Metodologia Experimental 3.1 Material Base No presente trabalho foi utilizado o aço inoxidável superduplex UNS S32750 com uma amostra extraída de um tubo. A análise química do aço inoxidável superduplex é apresentada na tabela 2. Tabela 2 - Análise química (% em peso) do aço SAE Soldagem Para a preparação da amostra, o tubo do aço inoxidável superduplex UNS S32750 foi soldado circunferencialmente pelo processo de soldagem TIG (GTAW). O metal de adição escolhido para o processo foi o ASW A5.28 ER120S-G com diâmetro de 1,2mm. Este arame de material de adição é uma liga sem revestimento de cobre, sendo um arame sólido utilizado para a soldagem TIG (GMAW) em aços de alta resistência, aços com tratamentos térmicos e aços estruturais de grão fino com um limite de elasticidade de até 850Mpa [27]. A tabela 3 apresenta a sua composição química. Tabela 3 Análise química (% em peso) do consumível ER120S-G [27] Parâmetros de Soldagem

34 21 O gás de proteção utilizado neste processo foi o argônio comercial (99,95% de pureza), devido ao seu baixo custo, maior densidade e menor penetração. A corrente de soldagem é a variável mais importante dentre os parâmetros. Ela responde pela quantidade de metal fundido, pela profundidade de penetração do cordão e quando se utiliza metal de adição é a variável que dita a quantidade de metal depositado. Se esta variável não for escolhida de maneira adequada poderão existir defeitos como falta de fusão e falta de penetração, diminuindo a qualidade da região soldada. A velocidade de soldagem influência a relação penetração/largura do cordão de solda. Este parâmetro deve ser bem controlado para evitar soldas largas e, portanto, o aumento da ZTA. Em uma junta soldada, a região mais crítica em termos de comportamento mecânico é a ZTA. Esta região é muito heterogênea e suas propriedades variam ao longo de sua extensão [36]. A tabela 4 apresenta os parâmetros de soldagem do aço superduplex. Tabela 4 - Valores das variáveis do processo de soldagem para cada passe. A energia de soldagem foi excessivamente elevada, visto que o ideal para aços inoxidáveis super duplex, esteja numa faixa entre 0,3 a 1,5 Kj/cm. Assim, processos de alta energia de soldagem tendem a gerar uma ZTA excessivamente grosseira e, portanto, de baixa tenacidade [33]. Esse aumento da energia de soldagem provoca um resfriamento lento, que tem como consequência a precipitação de fases secundárias. 3.3 Ensaio de Dureza

35 Definição O ensaio de dureza tem como objetivo a verificação da influência das quantidades de fases na dureza do material. Na indústria mede-se a dureza pela penetração de uma esfera com dimensões e carga padronizadas (Dureza Brinell) [2]. O ensaio de dureza possui varias definições. Em metalurgia, é definido como um ensaio que tem o objetivo em descobrir a resistência do material através da deformação plástica ocasionada por um material mais duro. Logo, este ensaio mecânico se enquadra nos ensaios destrutivos, pois, este ensaio ocasiona uma impressão na peça Classificação dos métodos do ensaio de dureza O ensaio de dureza é dividido em três tipos: por choque, por penetração e por risco. No ensaio de dureza por choque, o teste mais utilizado é o ensaio de dureza shore. Esse teste é utilizado para medições em polímeros, elastômeros e borrachas. O ensaio por risco é o menos utilizado dentre todos. Este ensaio não é apropriado para os metais, pois, a maioria apresenta dureza de grau quatro entre oito na escala de Mohs, sendo também um ensaio menos preciso para diferenças pequenas de dureza. O ensaio de dureza por penetração é o mais utilizado. Os ensaios mais utilizados por penetração são: o ensaio de dureza Brinell, o ensaio de dureza Rockell e o ensaio de dureza Vickers Dureza Brinell No fim do século XIX, o metalurgista sueco Johan August Brinell realizou estudos que obtiveram importantes conclusões a respeito de vários aspectos do ferro e da sua produção, principalmente do tratamento térmico do aço. Em 1900, divulgou seus estudos, os quais originaram o desenvolvimento do ensaio de dureza Brinell. Neste ensaio, a metodologia é comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro (D), sobre uma superfície

36 23 plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga (F), durante um tempo (t), produzindo uma calota esférica de diâmetro (d) [7]. Figura 9 - Desenho esquemático da Dureza Brinell [8] O ensaio de dureza Brinell é normatizado pela ASTM E10 (Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials) e consiste de um penetrador esférico, de aço endurecido ou de tungstênio, uma carga definida e um corpo de prova. A carga é aplicada sobre o penetrador e o corpo de prova, em um intervalo de tempo definido, e em uma superfície plana e polida do corpo de prova, para evitar imperfeições na medição. Então é verificada a impressão da superfície causa pelo penetrador no corpo de prova [23] Ensaio de Microdureza O ensaio de microdureza é realizado através de indentação provocadas na superfície do material com cargas inferiores 10 Kgf. O ensaio de microdureza Vickers, que foi realizado neste trabalho, tem o seu conceito semelhante à dureza Vickers, porém o ensaio de microdureza Vickers é realizado numa escala microscópica. Este ensaio utiliza cargas inferiores a 1Kgf. A dureza Vickers foi criada em 1925, como solução para as limitações do método Rockwell. Este método utiliza um tipo de penetrador (uma ponta de diamante

37 24 em forma de pirâmide de base quadrada e ângulo entre as faces de 136 ) que possibilita medir qualquer valor de dureza, dos materiais mais duros até os mais moles, e possui grandes vantagens sobre os demais métodos de dureza, pois fornece uma escala contínua de dureza, medindo toda uma gama de valores numa única escala, não inutiliza os corpos de prova e pode ser usado para medir durezas superficiais [24]. A carga utilizada pode variar, assim como o tempo de identação, porém apenas a carga é considerada no cálculo da microdureza. O tempo maior ou menor, será determinado pela resiliência do material analisado. A dureza Vickers é representada pelo valor de dureza, seguido do símbolo HV e de um número que indica o valor da carga aplicada. Por exemplo, a representação 440 HV 30 indica que o valor da dureza Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf. O tempo normal de aplicação da carga varia de 10 a 15 segundos. Quando a duração da aplicação da carga é diferente, indica-se o tempo de aplicação após a carga [24]. O valor da dureza com a Vickers calculado usando-se é a carga aplicada (em kgf) dividida pela área da superfície da indentação (em mm 2 ) [22]. Sendo expressa através da equação 8. (8) Onde, F é a carga em kgf, d é a media aritmética das duas diagonais, d1 e d2 em mm e HV é a dureza Vickers[22]. O número da dureza Vickers é a razão entre a carga aplicada e a área da impressão. Para calcular o valor da dureza de Pirâmide de diamante Vickers, ambas as diagonais da indentação são medidas, e a média destes valores é usada na equação 8 para a determinação do valor HV [22,23].

38 25 Figura 10 - Desenho esquemático do ensaio de microdureza Vickers[24] Preparação da amostra No presente trabalho, a amostra foi submetida ao ensaio de Dureza Brinell e Microdureza Vickers, onde foram impressas medições na região da zona fundida, no metal de base e na zona termicamente afetada. Para realizar o ensaio, o tubo soldado pelo processo TIG foi seccionado transversalmente na região do cordão. A amostra foi submetida ao polimento com o uso em sequência das lixas: 100, 220, 320, 400, 600 e 1200 mesh. Em seguida a amostra foi submetida ao polimento mecânico com pasta de diamante na granulometria de 6, 3 e 1 μm, sequencialmente para o melhor acabamento superficial da amostra. 3.4 Ensaio de Difração de Raios-X A difratometria de raios-x é usada em análises de cristais. Quando o feixe definido difrata em um cristal desconhecido, a medida do(s) ângulo(s) de difração do(s) raio(s) emergente(s) podem elucidar a distância dos átomos no cristal e, consequentemente, a estrutura cristalina [13]. Através deste ensaio é possível descobrir várias características do

39 26 material, como a identificação de fases cristalinas, quantificação de fases, determinação de parâmetros de cela unitária, tamanho de cristalitos, tensão residual e orientação de cristalitos textura. Neste presente trabalho o ensaio de difração de raios-x será utilizado para descobrir as tensões residuais do material Medição das Tensões Residuais O desempenho de um material sob carregamento mecânico ou térmico ou outros tipos de carregamentos, depende do estado de tensões residuais introduzido durante o processo de manufatura. Em certos casos, é melhor ter uma amostra sem qualquer tensão residual. Em outros casos, uma tensão residual compressiva é introduzida na superfície da amostra para obter uma melhora no comportamento mecânico (fadiga, por exemplo). Portanto, é fundamental ser capaz de medir a tensão residual, pois o nível de tensão residual entra na comparação do carregamento aplicado. O método de difração de raios-x é baseado em medidas de deformações da rede cristalina estudando a variação no espaçamento interplanar dos materiais policristalinos. Assim, o método mede a deformação residual na superfície do material [34]. O principal método de medidas de tensões por difração de raios-x é o método de sen 2 ψ baseado na medida do ângulo de difração que caracteriza a posição angular da linha de difração [25,26]. Sendo este método adotado neste trabalho, assim inicialmente a amostra foi posicionada na direção vertical próxima do colimador. O colimador é usado para direcionar os feixes de raios-x na amostra. A figura 11 apresenta os raios-x incidente e difratado que são direcionados na peça através do colimador formando o ângulo de difração (θ), a normal da superfície (seta verde) e a normal do plano cristalino (seta azul). Neste caso, os planos cristalinos são paralelos a superfície de amostra analisada.

40 27 Figura 11 Esquema de posição de amostra em relação de feixe incidente e difratado quando ângulo ψ = 0. A figura 12 apresenta a segunda posição, onde a amostra foi ligeiramente inclinada, formando o ângulo (ψ) que aparece entre a normal da superfície e a normal do plano cristalino. Figura 12- Esquema de posição de amostra em relação de feixe incidente e difratado quando ângulo ψ 0. Para que ocorra a difração de raios-x, é preciso que o ângulo ψ esteja entre 0 e abaixo de 90. Pois, se o ângulo ψ for igual a 90, o raio incidente será difratado no interior da peça, como é apresentado na figura 13.

41 28 Figura 13 - Ensaio de difração de raios-x com ψ = 90. O método do sen 2 ψ é baseado na utilização da equação da teoria de elasticidade para deformação ε φ,ψ em direção arbitrária. No caso do sistema de coordenadas polares esta equação para ε φ,ψ é : 1 2, sen ( 1 2 ) E E (9) onde ϕ é o ângulo azimutal e ψ é o ângulo polar, E e ν são as constantes de elasticidade, e σ 1, σ 2 são tensões principais e é a componente da tensão medida [32]. A deformação, pode ser expressa em termos de difração de raios-x, utilizando a equação 7 [32]. Após transformações matemáticas a equação final para componente de tensão medida pode ser escrita na forma seguinte: E cot g (10) A equação 10 mostra que para calcular o valor de tensão é necessário determinar os ângulos de difração θ ψ=0 e θ ψ =90. O ângulo polar ψ pode ser interpretado como o ângulo de inclinação do feixe incidente. Para o caso ψ = 0, a inclinação do feixe incidente é quase

42 29 perpendicular à superfície da amostra e θ ψ=0 é o ângulo de difração para planos cristalinos paralelos à superfície do material. O caso ψ = 90 não pode ser realizado na prática e o ângulo θ ψ = 90 é determinado pela extrapolação no gráfico experimental θψ = f(sen2ψ) [32]. A figura14 ilustra o gráfico de ângulo de difração θ ψ em função de sen 2. Figura 14 - Estado de tensão do material em função do declive da curva θ x sen 2 ψ. Então, o procedimento das medidas de tensões por difração de raios X consiste de alterações dos ângulos ψ, seguidos determinações das posições das linhas de difração (ou determinações dos ângulos de difração θ) e construções dos gráficos θ = f(seno2ψ ). Linhas de difração neste trabalho foram registradas com utilização de detector sensível a posição. A figura 15 mostra um exemplo de perfil da linha de difração obtida detector sensível a posição.

43 30 Figura - 15 Perfil experimental da linha de difração registrado pelo detector sensível a posição. Posições das linhas de difração foram determinadas pelo software desenvolvido no laboratório de ensaios físicos do Instituto Politécnico da UERJ. Programa de software é baseado na aproximação do perfil da linha de difração experimental (linha verde na Fig.15) por uma função analítica (linha preta na Fig.15). Figura 16 Tela principal de software para calculo de tensões medidas por difração de raios X.

44 31 As medidas de tensões residuais neste trabalho foram feitas pelo aparelho de raios-x portátil com utilização de ampola de raios-x de cromo como um material de anodo. Vista geral do aparelho de raios-x utilizado é mostrado na figura 17. Figura 17 - Aparelho portátil de raios-x: 1 corpo de prova; 2 colimador; 3 fonte de raios-x; 4 detector de raios-x sensível à posição; 5 tela do notebook; 6 bloco de controle de funcionamento da fonte de raios-x; 7 bloco de controle de funcionamento do detector e processamento dos dados experimentais.

45 32 4. Resultados e Discussões 4.1 Ensaio de Dureza As medidas do ensaio de microdureza Brinell foram realizadas para descobrir a resistência à deformação plástica permanente nas regiões do cordão de solda, na zona termicamente afetada e no metal de base. Como é possível ver na figura18, a região que apresentou maior valor de dureza foi na zona fundida bem próxima da margem da solda (ZTA). Esse aumento de dureza nesta região é provavelmente pela influência do metal de adição utilizado, e pelo fato da precipitação de fases deletérias oriundas dos ciclos térmicos de soldagem. Figura 18 - Amostra com as indentações após o ensaio de dureza Brinell Ensaio de Microdureza As medidas do ensaio de microdureza Vickers foram feitas com o intuito de descobrir a dureza em uma escala menor do que a obtida no ensaio de dureza Brinell. A figura 19

46 33 apresenta a indentação formada na região do cordão de solda e na zona termicamente afetada. Figura 19 - Ensaio de microdureza Vickers: (a) Microindentação na ZTA com apliação de 1000x; (b) Microindentação no metal de solda com ampliação de 1000x. Foram realizadas nove medidas, com um espaçamento de 0,5mm entre as medidas. Sendo realizadas três medidas em cada região, ou seja, na região do cordão de solda, na zona termicamente afetada e no metal de base. A tabela 5 apresenta os resultados obtidos em cada microindentação. Tabela 5 - Resultado do ensaio de microdureza Vickers. Com o resultado do ensaio de microdureza foi possível descobrir que a zona fundida, ou seja, a região do cordão de solda apresentou uma dureza mais elevada do que as demais regiões por causa do aumento do número de defeitos da microestrutura. O metal de adição teve influência, pois, não foi o mais adequado para o processo de soldagem, devido a sua

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