SOLDAGEM DO FERRO FUNDIDO CINZENTO FC-200 UTILIZANDO OS ELETRODOS E Ni-Ci e E NiFe-Ci
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- Ana Júlia do Amaral Castro
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1 SOLDAGEM DO FERRO FUNDDO CNZENTO FC-200 UTLZANDO OS ELETRODOS E Ni-Ci e E NiFe-Ci Autores: Elson Arnaldo N. de Medeiros 1, Carlos Eduardo A. Lima Rodrigues 1, Francisco Antônio Vieira 2, Demmys Kelsen Florentino de Sousa 2, Melise Carina D. de Almeida 2 1 Petróleo Brasileiro S.A. BR 304, Est. do Contorno Mossoró/RN CEP CTGAS-ER, Av. Capitão-Mor Gouveia, Lagoa Nova - Natal/RN - CEP: ntrodução: Os ferros fundidos são alguns dos materiais metálicos mais versáteis e que apresentam os custos de fabricação mais baixos. São utilizados na indústria como componentes de equipamentos, tais como carcaças de bombas, blocos de motores, etc. Devido à sua ampla utilização na indústria petrolífera merecem uma atenção especial quanto aos processos de união soldada que podem ser utilizados para restituir à condição operacional de alguma máquina ou equipamento que esteja danificado. Este trabalho teve como objetivo analisar as microestruturas encontradas e os perfis de durezas obtidos na soldagem do Ferro Fundido tipo FC 200 sem preaquecimento, com a temperatura de preaquecimento de 150ºC e de 300ºC, respectivamente; utilizando os eletrodos E Ni-C e E NiFe-C. Materiais e Métodos: Para este trabalho foi utilizado o ferro fundido classificado pela ABNT 6589 [1] como tipo FC-200 com as seguintes propriedades mecânicas e componentes químicos: Resistência a Tração: 232 Mpa Dureza na periferia de (HB) e no centro de (HB). Microestrutura composta de 85% de Perlita e 15% de Ferrita. Componentes químicos: C 3,1000 3,1000 Si 2,4000 2,5000 Mn 0,3300 0,3500 P 0,0320 0,0350 S 0,0850 0,1410 Cr 0,0500 0,0500 Cu 0,1000 0,1000 Os seis corpos de prova foram obtidos por usinagem até o formato desejado (figura 1):
2 Figura 1- Desenho do Corpo de Prova Os eletrodos E Ni-C e E NiFe-C utilizados seguem a norma AWS A5.15 [2], têm 3,25 mm de diâmetro e foram fabricados pela Nicrosol Soldas Especiais que os denomina como 99 Ni e 60 Ni, respectivamente. Os parâmetros de soldagem utilizados foram: 120 A, CC+. O pósaquecimento utilizado consistiu em envolver os corpos de prova com Lã de rocha para permitir um resfriamento lento até a temperatura ambiente. As medições da dureza utilizaram o padrão Vickers com carga de 5 Kgf e a escolha dos pontos seguiu o indicado na figura B.2 (Perfil de Dureza para Chanfro V) da norma N-133 [3]. A temperatura de preaquecimento de 300ºC foi encontrada através da metodologia desenvolvida pela Americam Welding Association [4]. A temperatura de 150ºC foi escolhida por ser metade da indicada no cálculo realizado. Resultados e Discussões: O processo de soldagem utilizando o eletrodo E NiFe-C, sem preaquecimento, com oito passes para concluir a solda, com a temperatura mínima de interpasse de 85º C e de início do pós-aquecimento de 180ºC, originou o perfil de durezas mostrado na figura 2. Figura 2- Perfil de durezas encontrado na soldagem utilizando o eletrodo E NiFe-C sem preaquecimento, com a temperatura mínima de interpasse de 85ºC e de pós-aquecimento de 180ºC e 8 passes. = metal de base; = zona termicamente afetada; = metal de solda
3 A utilização do eletrodo E Ni-C sem preaquecimento, com a temperatura mínima de interpasse de 174ºC, temperatura de início do pós-aquecimento de 174ºC e com 9 passes para finalizar a junta, produziu o perfil de durezas da Figura 3: Figura 3- Perfil de durezas encontrado na soldagem com o eletrodo E Ni-C sem preaquecimento, com a temperatura mínima de interpasse e de pós-aquecimento de 174ºC e 9 passes. = metal de base; = zona termicamente afetada; = metal de solda A análise das microestruturas (figuras 4 e 5) mostra que o processo de soldagem provocou a formação de Martensita nas na Zona Termicamente Afetada (). Na zona de ligação () ocorre a formação de agulhas de Cementita Proeutetóide num fundo de ledeburita (Perlita + Cementita) que é uma microestrutura típica do ferro fundido branco. Figura 4 Micrografia da linha de fusão da face da solda utilizando o eletrodo E NiFe-C (200X). = ; = zona de ligação; = metal de solda. Figura 5 Micrografia da linha de fusão na raiz da soda utilizando o eletrodo E Ni-C (500 X). = ; = zona de ligação; = metal de solda
4 A soldagem utilizando o consumível E NiFe-C, uma temperatura de preaquecimento de 150ºC, mínima de interpasse de 274ºC e de pós-aquecimento de 472ºC, fazendo a solda com 8 passes; acarretou o perfil de dureza mostrado na figura 6. Figura 6- Perfil de durezas encontrado na soldagem com o eletrodo E NiFe-C com preaquecimento de 150ºC, mínima de interpasse de 274ºC, temperatura de pós-aquecimento de 472ºC e 8 passes. = metal de base; = zona termicamente afetada; = metal de solda O processo de soldagem utilizando o consumível E Ni-C com a temperatura de preaquecimento de 150ºC de interpasse mínima e de pós-aquecimento de 170ºC e utilizando 9 passes para finalizar a solda, ocasionou o perfil de dureza (figura 7): Figura 7- Perfil de durezas encontrado na soldagem com o eletrodo E Ni -C com preaquecimento de 150ºC, mínima de interpasse de 170ºC, temperatura de pós-aquecimento de 170ºC e 9 passes para finalizar a solda. = metal de base; = zona termicamente afetada; = metal de solda As estruturas metalúrgicas utilizando o eletrodo E NiFe-C (figura 8) encontradas na () é Martesita. Na zona de ligação () são observadas Martensita na forma de Placas, conforme indicado no ASM [6]. As formações metalúrgicas observadas na quando se emprega o consumível E N-C, figura 9(), mostra a presença de Martensita na forma de veios. Na zona de ligação () ocorre
5 a formação de estruturas similares as observadas nos ferros fundidos brancos (agulhas de cementita num fundo de ledeburita). Figura 8 Micrografia da linha de fusão da raiz da solda utilizando o consumível E NiFe-C (500 x). = ; = zona de ligação; = metal de solda. Figura 9 Micrografia da linha de fusão utilizando o eletrodo E Ni-C (500x). = ; = zona de ligação; = metal de solda. A utilização do preaquecimento de 300ºC, do consumível E NiFe-C, da temperatura mínima de interpasse de 424ºC, pós-aquecimento de 460ºC e 10 passes, motivou o perfil de durezas observado na figura 10. Figura 10- Perfil de durezas encontrado na soldagem com o eletrodo E NiFe -C com preaquecimento de 300ºC, mínima de interpasse de 424ºC, temperatura de pós-aquecimento de 460ºC e 10 passes para finalizar a solda. = metal de base; = zona termicamente afetada; = metal de solda A soldagem com o consumível E Ni-C, preaquecimento de 300ºC, temperatura mínima de interpasse de 228ºC e de pós aquecimento de 245ºC, utilizando 9 passes para finalizar o processo de soldagem, acarretou o perfil de durezas mostrado na figura 11.
6 Figura 11- Perfil de durezas encontrado na soldagem com o eletrodo E Ni -C com preaquecimento de 300ºC, mínima de interpasse de 228ºC, temperatura de pós-aquecimento de 245ºC e 9 passes para finalizar a solda. = metal de base; = zona termicamente afetada; = metal de solda A análise das estruturas metalúrgicas da figura 12 mostra a formação de agulhas de Cementita Proeutetóide num fundo de ledeburita (Perlita + Cementita) na região, no entanto, não se observou nitidamente a formação de martensita nas regiões da figura. No exame da figura 13 nota-se na região a formação de agulhas de Cementita Proeutetóide num fundo de ledeburita (Perlita + Cementita) assim como a formação de grandes quantidades de Martensita na região. Figura 12 Micrografia da zona de fusão da face da solda utilizando o consumível E NiFe-C (500x). = ; = zona de ligação; = metal de solda. Figura 13 Micrografia da zona de fusão usando o eletrodo E Ni-C (200x). = ; = zona de ligação; = metal de solda. A formação das regiões com agulhas de Cementita Proeutetóide num fundo de Ledeburita demonstra que o processo de solidificação destas regiões é similar ao que ocorre na solidificação do ferro fundido branco hipereutético, conforme mostrado por Canale [5]. A formação deste ferro fundido branco nas adjacências da linha de fusão e da martensita na Zona Termicamente Afetada coincide com os estudos de De Paris [7] e Pouranvari [8]. Estes
7 carbonetos frágeis são esperados na soldagem do ferro fundido cinzento, pois o alto teor de Carbono do material e sua matriz Perlitica contribuem para o enriquecimento de Carbono nas regiões aquecidas acima da temperatura de austenitização, que aliado a taxa de resfriamento heterogênea que ocorre na soldagem, provoca a formação destas estruturas frágeis, Canale [9]. Os perfis de durezas encontrados apresentarão uma diminuição dos valores de provocado pela utilização da técnica de preaquecimento a 150ºC e 300ºC, concordando com as análises de De Paris [7] e Canale [9], mas conforme informado por De Paris[7] para uma diminuição significativa da dureza na são necessárias temperaturas de preaquecimento acima de 350ºC. Conclusões: As análises realizadas permitem concluir que: A utilização da técnica de preaquecimento provocou a diminuição do perfil de durezas das soldas realizadas. Não ocorreu modificações significativas nas durezas quando se eleva a temperatura de preaquecimento de 150ºC para 300ºC. As microestruturas metalúrgicas encontradas para os processos de soldagem sem a utilização de preaquecimento, com preaquecimento a 150ºC e com preaquecimento a 300ºC foram similares. Não se observou diferenças significativas entre os resultados das durezas e da microestrutura metalúrgica quando modificou-se os consumíveis de E NiFe-C para E Ni-C. Referências Bibliográficas: [1] ASSOCAÇÃO BRASLERA DE NORMAS TÉCNCAS. NBR 6589: Peças em ferro fundido cinzento classificadas conforme a resistência à tração [2] AMERCAN WELDNG SOCETY. ANS/AWS A5.15 (1990): Specification for Welding Electrodes and Rods for Cast ron. Miami, [3] PETROLEO BRASLERO S.A. N-133 Rev. L. Soldagem. Rio de Janeiro, [4] AMERCAN WELDNG SOCETY. ANS/AWS D (R2006): Guide for Welding ron Castings. Miami, [5] CANALE, L. Ferros Fundidos. Disponível em < S%20FUNDDOS2.pdf > Acesso em: 03 de Jun. de [6] ASM HANDBOOK, METALLOGRAPHY AND MCROESTRUCTURES, American Society for Metals, vol 9, chap: Martensitic Structures, pag [7] DE PARS, A. Tecnologia da Soldagem de Ferros Fundidos. Santa Maria: Ed. UFSM, p.
8 [8] POURANVAR, M. On the weldability of grey cast iron using nickel based filler metal. Materials and Design, v 31, p [9] CANALE, A., J. ESTUDO DA SOLDAGEM DE RECUPERAÇÃO DO FERRO FUNDDO VERMCULAR ATRAVÉS DO PROCESSO OXACETLÊNCO, 147 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais)- Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2005.
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