AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE REGIÃO DE SOLDA MAG (GMAW) DE UM AÇO PATINÁVEL UTILIZANDO DOIS DIFERENTES TIPOS DE ARAMES DE SOLDAGEM

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1 AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE REGIÃO DE SOLDA MAG (GMAW) DE UM AÇO PATINÁVEL UTILIZANDO DOIS DIFERENTES TIPOS DE ARAMES DE SOLDAGEM Péricles Bosquetti 1, Vinícius Silva Oliveira 2, Maurício Angeloni 3, Alessandro Fraga Farah 4, José Roberto Garbin 5, Laura Alves Coelho 6, Mara Regina Mellini Jabur 7, Mirian Isabel Junqueira Sarni 8 1 Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Tecnólogo em Mecânica: Processos de soldagem FATEC-Sertãozinho 3 Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Professora da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Professora Mestre da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Professora Mestre da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, (16) Resumo O trabalho apresenta uma análise das propriedades mecânicas de juntas soldadas do aço patinável USI SAC 350 soldada com dois tipos de metal de adição. Para isso, soldaram-se duas amostras, uma com metal de adição AWS A5.18 ER70S-6 (para aço de baixo e médio teor de carbono), e outra com o AWS A5.28 ER80S-G (para aço baixa liga), pelo processo MAG. As características e propriedades de cada junta soldada foram realizadas em corpos de prova sendo analisadas algumas propriedades mecânicas como a microdureza, a tração e o dobramento. A junta soldada com o metal de adição AWS A5.18 ER70S-6 apresentou maiores valores de dureza, uma vez que é composta por maior porcentagem de Mn e Si. Verificou-se que a junta soldada com o metal de adição AWS A5.18 ER80S-G apresentou maior resistência mecânica. No ensaio de dobramento, a ductilidade de ambas foi semelhante, não apresentando fissuras. Com todos os resultados obtidos, conclui-se que os dois metais de adição utilizados neste trabalho atendem ao requisito de resistência da junta soldada, podendo ambos serem empregados na soldagem do aço patinável. Palavras-chave: Aços Patináveis. Soldagem GMAW. Metal de adição. Junta Soldada. Introdução Os aços patináveis são aqueles que possuem na sua composição química apresenta pequenos teores de elementos de liga, que lhe promovem importantes características como: resistência à corrosão atmosférica e resistência mecânica, além de tenacidade e boa soldabilidade (PANNONI, 2004). Devido a isso, são muito utilizados em vários setores da construção civil, bem como nas indústrias de máquinas agrícolas entre outros (BENAFER, 2012). O uso desses aços é principalmente devido à excelente resistência à corrosão atmosférica, pois prolongam a vida útil do material e também pela alta resistência mecânica, possibilitando a redução de espessura das estruturas sob solicitação de tração (GERALDO, 2003). Em muitas produções, as indústrias passaram a utilizar muito os aços patináveis em seus projetos devido à redução de peso que obtiveram na estrutura das máquinas. A soldagem dos aços patináveis nessas indústrias é feita com o processo MAG utilizando o arame AWS A5.18 ER70S-6, que não é indicado para esse tipo de aço, e sim para aços de baixo e médio teor de carbono. Assim para a realização da soldagem dos aços patináveis, que são classificados como aços de baixa liga, está indicado na literatura o uso do arame AWS A5.28 ER80S-G [4,5]. Neste trabalho, fez-se um comparativo das propriedades de juntas soldadas do aço patinável USI SAC 350 soldado com os dois tipos de arame, o AWS A5.18 ER70S-6 e o AWS A5.28 ER80S-G, por meio de soldas em duas peças-teste de aço patinável tipo USI SAC 350 de 12,7 mm de espessura por meio do processo de solda GMAW na configuração MAG (mistura binária 75% Ar e 25% CO 2), sendo que, em uma, utilizou-se o arame AWS A5.28 ER80S- G; na outra, o arame AWS A5.18 ER70S-6. Dessas peças, foram extraídos corpos de prova para realização dos ensaios mecânicos de microdureza, tração e dobramento (SOUZA, 1982; PADILHA, 2004; SILVA, 2006).

2 Parte Experimental Para a soldagem das peças-teste, foi usada uma máquina de solda para processo GMAW, da marca ESAB modelo LAI 550, munida de fonte retificadora. A alimentação do arame foi feita por cabeçote externo modelo OrigoFeed 484 P5, também da marca ESAB. A análise por microscopia foi feita por com um microscópio ótico Nikon modelo Optiphot. O ensaio de tração foi realizado numa máquina da marca MTS, capacidade kgf (25 kn), O ensaio de microdureza foi realizado num microdurômetro Zwick, modelo 3212 (HV10 Vickers), O ensaio de dobramento foi feito numa prensa hidráulica com oitenta toneladas de capacidade, marca Santal Foram preparadas duas peças-teste (cupom de teste) de aço patinável tipo USI SAC 350 com 12,7mm de espessura e dimensões conforme mostra a Figura 1. As peças-teste foram cortadas por guilhotina, e os chanfros foram fresados. Figura 1 Chapa-teste preparada para a soldagem. Cada peça-teste foi soldada com um consumível diferente. Na primeira peça, foi usado o consumível para aços de baixa liga AWS A5.28 ER80S-G; na segunda, usou um consumível para aço-carbono AWS A5.18 ER70S-6. As Tabelas 1 e 2 quantificam os elementos de liga contidos em cada arame. Tabela 1 Composição química arame AWS A5.28ER80S-G. Arame AWS A5.28 ER80S-G Elemento C Mn Si Ni Cr Cu % 0,08 1,1 0,6 0,5 0,4 0,5 Tabela 2 Composição química arame AWS A5.18 ER70S-6. Arame AWS A5.18 ER70S-6 Elemento C Mn Si Cu P S 0,06 a % 1,4 a 1,85 0,8 a 1,15 0,5 máx. 0,025 máx 0,035 máx. 0,15 A soldagem foi executa sobre uma bancada com as peças-teste na posição plana. A polaridade usada foi a CC+ (peça no polo negativo e eletrodo no polo positivo). Como gás de proteção, foi usada uma mistura binária de 75% argônio e 25% CO 2, e sua vazão foi regulada com um bibímetro, mantida numa regulagem de catorze a dezoito litros por minuto. A medição da tensão e da corrente foi feita no visor digital da máquina de solda e do cabeçote alimentador de arame. A velocidade de avanço de soldagem foi o quociente do comprimento soldado dividido pelo tempo gasto para executar o passe de soldagem. Os parâmetros utilizados estão descritos na Tabela 3.

3 soldagem. Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento. Parâmetros de Para preenchimento dos chanfros, foram feitos oito passes de solda no total de quatro camadas, realizando goivagem do lado oposto da junta para o passe de raiz, a fim de obter uma penetração total assegurada. Essas sequências de operações estão mostradas nas Figuras 2, 3 e 4. Figura 2 Sequência de soldagem. Chapa-teste soldada. Figura Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento. Bab Goivagem por esmerilhamento Figura 4 Lado oposto da junta goivado para execução do passe de raiz. Após a soldagem, foram extraídos corpos de prova de cada peça-teste para realização dos ensaios de microdureza, tração e dobramento. Os CPs para análise de microdureza foram polidos e atacados com solução Nital a 5%.

4 Para os ensaios de dobramento, foram extraídos CPs para ensaio de dobramento lateral, de face e de raíz. Os CPs foram extraídos da chapa-teste por uma serra de fita horizontal automática e foram usinados por fresamento nas dimensões exigidas pela norma AWS D1.1 secção 4 parte D, tópico O ensaio de microdureza Vickers foi realizado conforme sugerido pela norma CONTEC N-133 da PETROBRAS, sendo examinadas as durezas na ZF, ZTA e MB, aplicando uma carga de 5 kgf. O ensaio de microdureza permitiu que se analisasse a microdureza obtida nas diferentes regiões das juntas soldadas (MB, ZTA e ZF), e com os resultados obtidos fazer a comparação da microdureza nos dois corpos de prova. As microdurezas dos corpos de prova foram medidas e estão ilustradas na Figura 5. Figura 5 Disposição para medição das microdurezas nos corpos de prova. Medidas de Microdureza Vickers Resultados e Discussão Os resultados obtidos estão representados na Figura 6. Figura 6 Dureza medida nos corpos de prova, conforme perfil de pontos medidos. Observa-se que o corpo de prova soldado com o arame ER70S-6 resultou em durezas mais elevadas em relação ao corpo de prova soldado com arame ER80S-G, principalmente na região da ZTA. Isso ocorreu porque o arame ER70S-6 possui maior quantidade de Mn e Si, elementos que contribuem para o aumento da dureza. Ensaios de tração Com o ensaio de tração, analisou-se se os corpos de prova iriam romper na solda ou no metal-base. Com isso, foi possível fazer um comparativo da resistência das juntas soldadas com o arame AWS A5.18 ER70S-6 e o AWS A5.28 ER80S-G.

5 Conforme mostrado na Tabela 4, os corpos de prova retirados da chapa-teste soldadas com o arame AWS A5.18 ER70S-6 suportaram uma carga entre 576 a 578 MPa até seu ponto máximo de estricção. O rompimento ocorreu no metal de solda, conforme mostra a Figura 7. Tabela 4 Dados obtidos do Ensaio de Tração usando o arame A5.18 ER70S-6. Corpo de Prova Diâmetro mm Área mm 2 Limite Resistência MPa Carga Máxima kn 1 8,91 62, ,03 64, Figura 7 Curva Tensão x Deformação dos CPs soldados com arame A5.18 ER70S-6. O resultado do ensaio foi considerado satisfatório, pois, mesmo com o rompimento ocorrendo na região da solda, ela suportou um limite de resistência 576 a 578 MPa, enquadrando-se na faixa de resistência do metal-base, que é entre 500 a 650 MPa. Sendo assim, conforme critérios da norma AWS D1.1, o resultado foi satisfatório. Já os corpos de prova retirados da chapa-teste soldados com o arame AWS A5.28 ER80S-G suportaram uma carga entre 581 a 585 MPa até atingir seu ponto máximo de estricção, conforme mostram os dados da Tabela 5 e da Figura 8. Tabela 5 Dados obtidos do Ensaio de Tração usando o arame A5.28 ER80S-G. Corpo de Prova Diâmetro mm Área mm 2 Limite Resistência MPa Carga Máxima kn 1 8,92 62, ,83 61, G. Figura 8 Curva Tensão X Deformação dos corpos de prova soldado com arame AWS A5.28 ER80S

6 Conforme mostra a Figura 9, o rompimento ocorreu no metal-base. Os resultados também foram satisfatórios, pois o limite de resistência suportado pelo metal-base se enquadra na faixa de resistência do aço USI SAC 350 (500 a 650 MPa), mostrando que a solda apresentou grande resistência mecânica. Ensaio de dobramento O objetivo do ensaio de dobramento em materiais soldados é avaliar o surgimento de trincas, fissuras ou ruptura na zona tracionada. Os resultados dos ensaios de dobramento lateral, de face e de raiz foram considerados satisfatórios, pois em nenhum dos três casos, surgiram fissuras ou trincas. Conclusão Em todos os ensaios realizados, o arame AWS A5.18 ER70S-6, que é o arame recomendado para solda de aço de baixo e médio teor de carbono e para o arame AWS A5.28 ER80S-G, que é o recomendado para aço baixa liga, obtiveram resultados similares em suas propriedades mecânicas. A única diferença significativa foi observada no ensaio de tração, em que o CP soldado com arame AWS A5.18 ER70S-6 rompeu na região da solda, porém com um limite de resistência admissível para utilização. Assim, conclui-se que os dois tipos de arame atendem aos requisitos de resistência na junta soldada. Para a soldagem do USI SAC 350 em equipamentos que ficam expostos em atmosfera rural, em que a diferença de corrosão de um aço patinável e um aço-carbono são semelhantes, o uso do arame AWS A5.18 ER70S-6 pode ser perfeitamente empregado. Isso favorece a redução de custo na fabricação do equipamento, pois o arame ER70S-6 custa aproximadamente 33% do valor do ER80S-G. Já para a soldagem do aço USI SAC 350 em fabricação de equipamentos que ficarão expostos à atmosfera marítima, urbana ou industrial, é aconselhável o uso do arame AWS A5.28 ER80S-G, devido à sua composição química semelhante à do aço patinável, mantendo, assim, as características anticorrosivas da região soldada. Agradecimentos Os autores agradecem à Dedini pelos materiais cedidos e à FATEC-Sertãozinho e pelo uso dos laboratórios na elaboração de vários ensaios. Referências PANNONI, F. D. História, Comportamento e Uso dos Aços Patináveis na Engenharia Estrutural Brasileira. In: CONGRESSO ANUAL DA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E MATERIAIS, 59º, 2004, São Paulo. Anais, BENAFER. Disponível em < Acesso em 25 de ago. de GERALDO, A. B. Corrosão dos Aços-Carbono e Patinável em Ambiente Marinho Dissertação (Mestrado) -, UNICAMP, Campinas, CÂNDIDO, L.C. et al. Comportamento em Fadiga de um Aço Estrutural Patinável Soldado. Revista Escola de Minas, Ouro Preto, v.55, n.2, abril MARQUES, P.V. et al. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia. 3. ed. Belo Horizonte: UFMG, 2009, p SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos, Fundamentos Teóricos e Práticos. 5. ed. São Paulo: BLUCHER, PADILHA A. F. Técnicas de Análise Microestrutural. São Paulo: HEMUS, SILVA, M. R. S. et al. Desenvolvimento de Novos Aços Patináveis Laminados a Quente na COSIPA: Cos-Ar-Cor 300 e 350. In: 16th Rolling Conference. Proceedings. Instituto Argentino de Siderurgia, San Nicolás, novembro 2006.

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