Universidade Federal do Pará, Rua Augusto Corrêa, 1- Guamá

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1 7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 7 th BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING 20 a 24 de maio de 2013 Penedo, Itatiaia RJ - Brasil May20 th to 24 th, 2013 Penedo, Itatiaia RJ Brazil AVALIAÇÃO GEOMÉTRICA DE REVESTIMENTO METÁLICO DEPOSITADO PELO PROCESSO GMAW-CW UTILIZANDOO ARGÔNIO PURO E COM ADIÇÃO DE 25% DE CO2 COMO PROTEÇÃO GASOSA Felipe Ribeiro Teixeira, teixeira.304@hotmail.com Bruno Alberto Cardoso Pignatario, bruno.pignatario@gmail.com Arley Henrique de Souza Luz, arleyhenri@gmail.com Henrique Fernando Pinheiro Espírito Santo, henriquespirito@hotmail.com Marco Antonio Martins Modesto, marcomodesto09@yahoo.com.br Humberto Vinicius Muñoz Aguirre, humbertoaguirre23@yahoo.com.br Diego Almir Silva da Silva, diego_almir@yahoo.com.br Carlos Alberto Mendes da Mota, cmota@ufpa.br Universidade Federal do Pará, Rua Augusto Corrêa, 1- Guamá Resumo: Este trabalho tem como objetivo a avaliação das características geométricas e de diluição de revestimentos de chapas de aço carbono por uma superliga de níquel, tipo Inconel 625, depositadas pelo processo GMAW-CW, com utilização de argônio comercialmente puro e uma mistura de argônio com 25% de dióxido de carbono, como gases de proteção. Para realização das soldas de revestimento foram utilizadas velocidades de soldagem de 5 e 5,83 mm/s, de alimentação do arame eletrodo de 183,30 mm/s e velocidade de alimentação do arame frio de 41,67 mm/s. Os resultados indicaram regularidade geométrica e superficial e níveis de diluição maiores para a mistura argônio com 25% de dióxido de carbono. Palavras-chave: Soldagem, Revestimento Metálico, GMAW-CW, Inconel INTRODUÇÃO O desgaste das superfícies em contato com materiais corrosivos e/ou abrasivos é comum em diversos campos industriais como, na indústria petrolífera que enfrenta problema na manutenção das unidades de destilação e processamento do petróleo.uma alternativa que vem sendo estudada com bastante atenção é o revestimento por soldagem das paredes danificadas de aço carbono com superligas de níquel resistentes aos meios corrosivos, Silva (2010). Umas das superligas de níquel que vem sendo empregada como metal de adição em processo de soldagem para recobrimento é Inconel 625, devido sua elevada resistência à corrosão-fadiga. Uma das opções para aplicar o revestimento é a soldagem MIG-CW (Metal Inert Gas-Cold Wire), caracterizado como um processo duplo arame e uma variante do processo MIG/MAG, onde se utiliza dois arames sólidos consumíveise independentes, sendo um arame-eletrodo energizado, responsável pela abertura e manutenção de um único arco voltaico e outro adicionado na poça de fusão que se fundi devido ao calor gerado pelo arco, Sábio (2005). Sendo que o principal objetivo da soldagem de revestimento é a obtenção de uma mínima diluição, menor aporte térmico, proporcionando penetração adequada para assegurar uma união metalúrgica contínua entre o metal de solda e o substrato e as propriedades mecânicas desejadas, Zeemann et al(2010). Este trabalho se insere em uma pesquisa desenvolvida com o objetivo de verificar a utilização de dois diferentes gases de proteção de soldagem para a aplicação da liga 625 no revestimento da superfície em contato com materiais corrosivos. Empregando Argônio puro (Ar) e uma mistura binária (Ar/CO 2) frequentemente recomendada para aplicações com ligas 625, já que a presença de oxigênio na mistura, seja na forma pura (O 2) ou combinada (CO 2), pode reduzir a tensão superficial do metal fundido, conferindo maior molhabilidade ao banho metálico. Estendendo a pesquisa à aplicação de gases ativos em teores superiores àqueles frequentemente utilizados na soldagem com Inconel 625 (Ar/25%CO 2), procurando identificar o efeito produzido pela utilização da proteção composta exclusivamente por gás inerte nas características geométricas e de diluição de revestimentos. (espaço simples ente linhas, tamanho 10) 2. MATERIAIS E METODOS(Times New Roman, negrito, tamanho 10, maiúsculas) O material de adição utilizado foi da classe AWS ERNiCrMo 3 (Inconel 625), com 1,2 mm de diâmetro para os arames eletrodo e frio, composiçãoéindicada Tab. (1). Gases de proteção, Argônio puro (Ar) e uma mistura

2 binária(ar/25%co 2) a base de argônio escolhida pelo seu efeito sobre a molhabilidade do deposito, utilizando 15 l/h de vazão. Os ensaios envolveram deposição sobre chapa de aço de dimensões 150 mm X 38 mm X 8,2 mm, chapas de aço carbono AISI 1020, cuja composiçãoéindicada na Tab. (2), conduzidos na posição plana. As soldagens foram realizadas numa bancada de soldagem, com uma fonte eletrônica e polaridade CC+, indicados na Fig. (1). As soldas, com sobreposição de 30%, foram realizadas com velocidade de soldagem de 5 mm/s e 5,83 mm/s (valores convertidos de velocidades de soldagem dos ajustado no equipamento 30 e 35 cm/min, respectivamente, observe que houve uma conversão de unidades para efetuar o calculo da energia de soldagem em KJ/mm), com velocidade de arame eletrodo de 183,30 mm/s. A velocidade de alimentação do arame frio foi de 41,67 mm/s (valores transformado dos ajustado nos equipamentos para as velocidades de soldagem, 11 m/min e 2,5 m/min para as velocidades de alimentação do eletrodo e do arame frio, respectivamente), modo de soldagem empurrado utilizando tecimento com valores frequência de 4 Hz e amplitude de 8 mm fixos. O ângulo de ataque do arame eletrodo é de 75, modo empurrando, enquanto que o não energizado é adicionado à frente da tocha com ângulo 15, para que o arame seja inserido no centro da poça de fusão, sendo assim fundido com o calor gerado do arco elétrico eletrodo-peça. Para a soldagem pelo processo MIG-CW com tecimento algumas condições de soldagem foram mantidas constantes baseado em trabalhos anteriores com superligas de níquel, Garcia et al (2011), no intuito de disponibilizar melhores condições de deposição de revestimentos entre materiais dissimilares, indicadas na Tab.(3). Tabela 2. Composição química AWS ERNiCrMo-3 Arame Composição química em peso % ERNiCrMo - 3 C Mn Si Fe Cr Mo Ni Nb S P 0,09 0,5 1,2 4,0 21,9 8,65 BAL 3,7 0,02 0,06 Fonte: Techalloy, 2004 Tabela 1. Composição química do aço 1020 em percentagem. Classificação C Mn P S Si Cu Ni Cr Mo AISI ,126 0,780 0,019 0,031 0,249 0,279 0,070 0,074 0,012 Fonte: American Iron and Steel Institute (AISI) Tabela 3. Condições de soldagem. Cp Gás Vs (mm/min) Ve (mm/s) Vaf (m/min) DBCP Corrente Referencia (A) A1 Ar puro 5 183,30 41, A2 Ar puro 5,83 183,30 41, S1 Ar/25%CO ,30 41, S2 Ar/25%CO 2 5,83 183,30 41, (espaço simples e Tensão (V) ntre linhas, tamanho 10) 1-Fonte de soldagem; 2- Cilindro de gás de proteção; 3-Sistema de alimentação do arame eletrodo; 4-Suporte de soldagem de chapas; 5- Sistema de alimentação do frio; 6-Tartilope; 7-Bobina de arame.

3 Figura 1-Esquema do sistema de soldagem. Silva & Oliveira, Após deposição o aspecto superficial do revestimento foi analisado através da inspeção visual com base na regularidade geométrica do depósito, largura e altura do reforço ao longo do seu comprimento, e a incidência de descontinuidades tais como, porosidade, respingos, mordeduras, deposição insuficiente, etc. Para exames de macrografia foram retiradas três secções dos corpos de provas. As secções transversais do corpo de prova foram lixadas e atacadas com Nital 3%, e posteriormente submetidas ao ataque eletrólito com acido crômico (10% de ácido crômico diluído em água). As características geométricas do depósito foram medidas através da secção transversal dos cordões com o auxilio de um sistema da aquisição de imagens e através de um software comercial AutoCAD. Tanto os valores da penetração, como do reforço foram obtidos pelas médias dos valores de cada cordão das três secções. A largura foi obtida pela soma da largura de todos os quatro cordões depositados, das três partes seccionadas. Quanto à diluição, com auxílio do software comercial AutoCAD foram medidas as áreas do reforço (Ar) e fundida (Af) das três secções do corpo de prova. Com auxílio da Eq. (1), encontrou-se uma média da diluição. Af D = *100(%) (1) Af + Ar A escolha da diluição como critério de qualidade se deve ao fato de que uma das aplicações das soldagens de revestimento e a proteção contra corrosão, por isso e importante o controleda participação do metal de base na composição do metal de solda, tendo em vista que uma diluição elevada prejudica a resistência a corrosão do revestimento, o que torna este critério do tipomenor e melhor. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Análise do Aspecto Superficial do Revestimento se Solda O resultado da análise superficial das condições dos Cps A1 e A2 produzidos com Argônio puro obtidos na soldagem com transferência por spray Fig. (2), apresentaram boa regularidade ao longo dos cordões e praticamente não apresentaram respingos, devido ao elevado valor da corrente, os cordões apresentando ângulo de molhabilidade aceitável. Entretanto, os níveis de correntes visualizados na máquina, na faixa acima de 200 A limitam sua utilização à soldagem na posição plana e em peças espessas, caso se comprove que a elevada energia não resulta na produção de depósitos com elevada diluição. Já os ensaios com mistura binária Cps S1 e S2 os oscilogramas corrente x tempo na a Fig. (3), mostram que para S1 ocorreu uma transferência combinada globular-goticular e para S2uma transferência globular.os resultados mostram que não foram favoráveis vista a tendência de baixa molhabilidade dos depósitos, embora se observe uma regularidade geométrica dos passes de revestimento e pequenas quantidades de respingos dispersos ocasionada muito provavelmente pelo elevado percentual de CO 2existente na mistura gasosa (Ar/25%CO 2), ocasionando uma transferência metálica mais instávelcaracterizando a formação de salpicos, Fig. (4). (a) (b) Figuras 4. Oscilogramas de corrente x tempo, (a) Cp S1; (b) Cp S2

4 (a) 36,0 (b) Figura 2- Aspecto superficial dos revestimentos depositados pelo processo MIG-CW. Dados: (A): I: 210 A; U:32 V; (b):i: 215 A; U: 29 V.Ambos com Gás: Ar puro. 44,0 41,5 33,4 (a) Figura 4- Aspecto superficial dos revestimentos depositados pelo processo MIG-CW. Dados: (a): I: 210 A; U:32 V; (b) I: 215 A; U: 29 V. Ambos com Gás: Ar + 25% CO2 (b) 3.2. Analise das Características Geométricas Na soldagem dissimilar, o interesse é obter pequenas penetração e diluição, porém o revestimento deve ter uma adequada resistência mecânica ao arrancamento, já reforço e a largura devem ser os maiores possíveis, para diminuir a quantidade de passes a realizar. A Tab. (4) mostra os resultados do estudo das características geométricas dos revestimentos: penetração, reforço, largura e diluição. Nas Fig.(4 e 5) mostram a macrografia dos corpos de prova do, estas amostras não apresentamfalta de fusão entreo metal de solda e metal de base,assim como entre os passes, também exibem boa largura e pouca penetração no metal base, condições estas consideradas apropriadas para o recobrimento, porém apresentando alta diluição que pode vir a comprometer as propriedades do material depositado. Tabela 4. Resultados das características geométricas para os ensaios experimentais MIG-CW com tecimento. Cp Largura média Reforço médio Penetração média Diluição % Energia de Soldagem (KJ/mm) A1 36,0 4,6 1,1 19 1,34 A2 44,0 4,4 0,7 13 1,07 S1 41,5 4,0 1,0 27 1,34 S2 33,4 4,4 1,0 22 1,07 A B Figura 4.Macrografia depósito sobre chapa produzido pelo processo MIG-CW com corrente pulsada. Dados (a):energia de soldagem: 1,34 kj/ mm; (b): Energia de soldagem:1,07 kj/ mm.ambos com Gás: Ar puro. A B Figura 5.Macrografia depósito sobre chapa produzido pelo processo MIG-CW com corrente pulsada. Dados (a):energia de soldagem: 1,34 kj/ mm; (b): Energia de soldagem:1,07 kj/ mm.ambos com Gás: Ar +25% CO2.

5 Os resultados obtidos da largura foram satisfatórios quanto à possibilidade de diminuir o numero de cordões a serem depositados, independentes do gás de proteção o que já era esperado com o uso do tecimento, que por aquecer mais nas laterais da poça de fusão aumentando sua capacidade de molhamento e proporcionando uma melhor distribuição da quantidade de material depositado sobre o material de base, o que resulta numa maior largura e num menor reforço para os cordões de solda, assim como ao se utilizar o a mistura binária. Verifica-se na Tab. (4) que num primeiro momento ocorreu um aumento da largura ao se utilizar a mistura binária (Ar/25%CO2), mas à medida que foi reduzida a energia de soldagem ocorrendo uma redução da largura para uso da mistura. Uma provável causa dessa diminuição pode ter sido a elevação da corrente de soldagem e aumento da velocidade de soldagem produzindo baixa molhabilidade dos depósitos e largura menor. O revestimento realizado com MIG-CW com tecimento apresentaram reforços foram superiores que 3,0 mm o que satisfaz os requisitos de aceitação estabelecidos na norma PETROBRAS N1707/90 como já era esperado, ocorrendo em função da introdução de um arame frio na poça de fusão, mais material adicionado entre o arco e o substrato. Notou-se que a mudança de gás de proteção do argônio puro para mistura binária inicialmente ocasionou uma redução do reforço, pois a presença de oxigênio na mistura pode reduzir a tensão superficial do metal fundido, conferindo maior molhabilidade ao banho metálico. Entretanto quando ocorreu um aumento da velocidade de soldagem o reforço não se alterou quando se empregou argônio puro ou Ar/25%CO2 como gás de proteção. A tabela 4, também mostra que os valores de penetração não sofreram mudanças significativas ao se alterar o gás de proteção do argônio puro para a mistura binária. Embora tenha se obtido uma menor penetração com o uso do argônio em relação ao Ar/25%CO2 com o mesmo nível (o menor empregado no trabalho), muito em função efeito do volume da poça prevalece que proporcionou cordões em média de maior largura, ou seja, ha uma maior quantidade de material interposto entre o arco e o metal de base tornando mais difícil a transferência de calor para o metal de base e com isso temos uma menor penetração que resulta numa menor diluiçãoque é uma dos principais pontos a considerar em uma soldagem dissimilar. Sendo assim o cp A2 foi o que apresentou a melhor resposta na aplicação da soldagem de revestimento. Presumindo-se que efeito que acarretou uma maior diluição não foi a emprego de diferente gás de proteção, e independente dos diferentes comprimentos dos arcos que foram empregados que se pudessem produzir baixa diluição, uma vez que os mesmo pudessem influir na diluiçãopor se tratar de gases com diferentes potenciais de ionização. Mas o que se mostrou foi que os níveis de energias de soldagem utilizadas no experimento, foi que mais influenciou na diluição, intuindo-se que ao se empregar níveis de energia mais baixos podem-se obter menores diluições, independe do gás de proteção. 4. CONCLUSÃO Com base nos resultados experimentais apresentados neste trabalho foi possível concluir que: Para o gás de proteção o 100% Ar e apontado como o nível capaz de obter o valor mínimo para a diluição. A utilização de atmosferas de proteção com 75% Argônio e alto percentual de gás ativo(co2) se mostrou de certa maneira eficaz na soldagem de revestimento sobre chapa, produzindo depósitos com razoável molhabilidade, porém não foiobtidoo tão esperado aumento da mesma,e apresentou elevada quantidade de salpicos. O uso do tecimento apesar de não afetar significativamente a diluição neste trabalho, maspode vir a ser um parâmetro essencial para a obtenção de valores adequados de largura e principalmente reforços sem convexidade excessiva, dependendo do valor da frequência e amplitude empregados. 5. REFERÊNCIAS ASM American Society for Metals Metals Handbook 8º ed In: Metallographic Technique for Specific Metals and Alloys, v. 9, ASME 2007, Section II, Part C. Specification for Nickel and Nickel and Nickel-Alloy Bare Welding Electrodes and Rods. SFA-5.14/ SFA-5.14M Eiselstein, H. L., Tillack, D. J. The Invention and Definition of Alloy 625. International Symposium on Metallurgy and Applications of Superalloys 718, 625 and Various Derivatives. Edited by Edward A. Lmia. The Minerals, Metals & Materials Society, Garcia, D.N. Soldagem MIG com arame frio aplicada ao revestimento de chapas planas com superliga de níquel, tipo hastelloy C-276. Belém: 2011, 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) Instituto de Tecnologia,Programa de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Pará, Belém. Magalhães, S. G. Avaliação do revestimento a base de liga de níquel em aço estrutural empregando o metal de adição ERNiCrMo-3 através da soldagem MIG/MAG Dissertação. Universidade Federal do Ceara, Fortaleza, Petrobrás, Norma N-1707, Projeto e Fabricação de vasos de pressão com revestimentos de aços inoxidáveis, níquel e ligas de níquel, outubro de 1980.

6 Sabio, A. D. Estudo da viabilidade operacional do processo de soldagem MAG com alimentação adicional de arame frio. Belém: 2007, 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) Instituto de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Pará, Belém. Silva, C.C. Revestimento de liga de níquel depositados pelo processo TIG com alimentação de arame frio- aspectos operacionais e metalúrgicos: p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) Centro Tecnologia,Universidade Federal do Ceará, Ceará. Zeemann, A. Diluição. Disponível em: < Acesso em: set DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluídos no seu trabalho.

7 7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 7 th BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING 20 a 24 de maio de 2013 Penedo, Itatiaia RJ - Brasil May20 th to 24 th, 2013 Penedo, Itatiaia RJ Brazil EVALUATION OF GEOMETRIC METALLIC COATING DEPOSITED BY MIG-CW PROCESS USING PURE ARGON AND WITH 25% OF CO2 ADDED AS GAS SHIELD Felipe Ribeiro Teixeira, teixeira.304@hotmail.com Bruno Alberto Cardoso Pignatario, bruno.pignatario@gmail.com Arley Henrique de Souza Luz, arleyhenri@gmail.com Henrique Fernando Pinheiro Espírito Santo, henriquespirito@hotmail.com Marco Antonio Martins Modesto, marcomodesto09@yahoo.com.br Humberto Vinicius Muñoz Aguirre, humbertoaguirre23@yahoo.com.br Diego Almir Silva da Silva, diego_almir@yahoo.com.br Carlos Alberto Mendes da Mota, cmota@ufpa.br Universidade Federal do Pará, Rua Augusto Corrêa, 1- Guamá Abstract. Abstract: This work aims the evaluation the geometric characteristics of coatings and dilution of carbon steel with a nickel superalloy, Inconel 625 type, deposited by the MIG-CW process, with use of commercially pure argon and a mixture of argon with 25% carbon dioxide as protective gás. To perform the solder coating were used welding speeds of 5 and 5.83 mm / s, feed the electrode wire of mm / s and wire feed speed cold mm / s. The results indicated regular geometric, superficial and higher dilution levels for the mixture of argon with 25% carbon dioxide. (single spaceline, size 10) Keywords: Welding, Metal Coating, MIG-CW, Inconel RESPONSIBILITY NOTICE The authorsare the only responsible for the printed material included in this paper.