ESTUDO COMPARATIVO DE JUNTAS SOLDADAS DE AÇO NAVAL ASTM A131 GRAU AH36 PELOS PROCESSOS SMAW E FCAW

Transcrição

1 ESTUDO COMPARATIVO DE JUNTAS SOLDADAS DE AÇO NAVAL ASTM A131 GRAU AH36 PELOS PROCESSOS SMAW E FCAW K. F. R. C. OMENA / KATYCVRD@HOTMAIL.COM M. M. POSSO / MILLENAPOSSO@YAHOO.COM.BR T. S. NUNES / THYSSASAM@GMAILCOM C. A. M. FERREIRA/ PROFESSORCARLOSFERREIRA@GMAIL.COM Av. Manuel Caldeira de Alvarenga, Campo Grande, Rio de Janeiro - RJ, RESUMO A qualidade da soldagem afeta diretamente a microestrutura dos aços, podendo afetar sua resistência mecânica e à corrosão. Duas chapas de mesma dimensão (300mm x 500mm) e diferentes espessuras (8mm e 9,5mm) foram submetidas a processos de soldagem distintos, uma por eletrodo revestido e método de soldagem tradicional, bilateral e a outra por arame tubular, técnica unilateral com apoio de suporte cerâmico. Nestas amostras foram realizados ensaios não destrutivos. As inspeções mostraram-se satisfatórias. A metalografia foi realizada através do microscópio ótico OLYMPUS, com registro fotográfico via computador e revelada pelo reativo Nital 3%. De forma geral, a caracterização estrutural observada apresentou fases compatíveis com o tipo de aço baixa liga. Palavras-chave: aço naval, solda, microestrutura, smaw, fcaw. 4812

2 1. INTRODUÇÃO Aços baixa liga possuem boas propriedades mecânicas e de resistência a corrosão. No entanto, quando este metal é soldado pode ocorrer a precipitação de fases indesejáveis e uma granulação grosseira na zona termicamente afetada (ZTA) [1]. O controle das condições de soldagem é de extrema importância para a garantia da qualidade das juntas soldadas de aços de alta resistência. Para isso, torna-se necessárias pesquisas em técnicas de soldagem que não comprometam as propriedades mecânicas. A qualidade da soldagem afeta diretamente a microestrutura dos aços, podendo afetar sua resistência mecânica e à corrosão [2]. As juntas soldadas possuem papel importante na indústria, sendo de extrema importância para garantir a estabilidade de estruturas/equipamentos, bem como para certificar que as obras suportarão os esforços aos quais serão submetidos ao longo de sua utilização. Para garantia da qualidade das juntas soldadas é necessário, além de uma execução precisa, por profissionais qualificados, comprovar, por meio de testes, se as características das soldas realizadas encontram-se em conformidade com as necessidades dos projetos. [3]. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Consiste na caracterização da junta soldada por eletrodo revestido e arame tubular do aço ASTM A131 grau AH36, através da metalografia, com o auxílio de microscópio óptico OLYMPUS PME3, onde pode-se observar as fases presentes, identificar a granulação do material (tamanho do grão), a natureza, a forma e a distribuição dos diversos constituintes SOLDAGEM O processo de soldagem foi realizado por soldador qualificado seguindo um acompanhamento de qualificação de procedimento de soldagem (AQPS) e seguindo as especificações da norma AWS 5.1 e AWS

3 ELETRODO REVESTIDO O material base foi o ASTM A131 grau AH36. Como material de adição foi utilizado o eletrodo revestido da classe AWS A 5.1 Classe E A Tabela 1 apresenta os parâmetros de soldagem. A solda foi realizada na posição plana (1G), com temperatura máxima de entre passes de 120 C. Tabela 1 - Parâmetros de Soldagem com eletrodo revestido. Passe Posição ᶲ (mm) Corrente (A) Tensão (V) Tempo (s) 1 ~ 5 Raiz 2, ~ 10 Sobre-raiz 2, ~ 15 Enchimento 3, ~ 19 Acabamento 3, ~ 23 Contra-solda 3, Final 1616 *Dia ensolarado aproximadamente ARAME TUBULAR O material base foi o ASTM A131 grau AH36. Como material de adição foi utilizado o arame tubular, sendo o gás de proteção o CO2. A Tabela 2 apresenta os parâmetros de soldagem para este processo. A solda foi realizada na posição plana (1G), com temperatura máxima de entre passes de 140 C. Tabela 2 - Parâmetros de Soldagem com arame tubular. Passe Posição ᶲ (mm) Corrente (A) Tensão (V) Tempo (s) 1 Raiz 1, , Sobre-raiz 1, , Acabamento 1, , Acabamento 1, , Faceamento 1, ,4 125 total real Final 800 *Dia ensolarado aproximadamente

4 2.2. ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS LÍQUIDO PENETRANTE A superfície foi preparada a fim de retirar todo contaminante, após, um líquido penetrante foi aplicado aguardando um tempo de penetração de 15 minutos, conforme instruções do procedimento. O excesso do produto foi removido e então foi aplicado o revelador em suspensão com a intenção de revelar possíveis descontinuidades ULTRASSOM Inicialmente foi feita a limpeza da superfície com o mesmo critério do LP. Posteriormente o aparelho foi calibrado através de um bloco-padrão, que é de um aço similar ao da chapa soldada e para a espessura da peça. Pela Norma (PROAM ), espessura até 12,7mm, cabeçote normal e o de 70 (MWB 70-4). Abaixo seguem os valores de calibração: Cabeçote 70 Escala: 100 mm Esp: 8,0/9,5 mm Reforço: 3 mm GP: GS: Eco de Fundo a 80% da Tela Perda por Transferência 32 db Padrão Corpo de Prova: 30dB Com o aparelho calibrado, deu-se início a inspeção acoplando o transdutor com o auxílio de um líquido acoplante (metil), fazendo a varredura com o feixe ultrassônico voltado perpendicularmente a solda ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL C Para execução do ensaio de dureza foi utilizado o equipamento do fabricante WPM, cuja precisão do aparelho foi certificada pela HAZAK, pré-carga de 10Kg, carga de 150 Kgf e distância entre os pontos de identificação de 2,5 mm. 4815

5 O referido ensaio foi realizado seguindo critérios da norma ASTM E384 no laboratório de ensaios destrutivos do AMRJ PREPARO DO CORPO DE PROVA PARA A METALOGRAFIA Foi efetuado um corte transversal na peça soldada através da serra, diminuiuse o tamanho da peça cortada na máquina de corte para gerar o corpo de prova, a superfície foi lixada com a seguinte ordem de lixa: 240, 400, 600, 1200; poliu-se a amostra com pasta de amantar, lavou-se em água e secou-se com álcool e algodão METALOGRAFIA O ensaio foi realizado segundo a ABNT NBR 15454, através do microscópio óptico OLYMPUS PME3, com registro fotográfico via computador e revelada pelo reativo Nital 3% MACROATAQUE A macrografia foi realizada com baixo aumento microscópico de 50x após o primeiro ataque com a solução Nital 3%, onde foram reveladas as variações de fases no metal de base (MB), Zona Termicamente Afetada (ZTA), Zona de Ligação (ZL) e Zona Fundida (ZF) MICROATAQUE Foi realizado exame através de microscópico óptico, com seus fatores de aumento de 100x e 500x após segundo ataque com o reativo nital 3%, onde foram analisadas, separadamente, as microestruturas das regiões MB, ZTA, ZL e ZF. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Com os ensaios não destrutivos de LP e ultrassom, não foi possível identificar defeitos superficiais ou internos relacionado aos processos de soldagem, conforme mostra a Figura

6 Figura 1- Ensaio por Líquido Penetrante do processo SMAW e FCAW, respectivamente ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL C Não houve diferença significativa nos resultados encontrados nas juntas soldadas. A solda apresentou maior dureza que o metal de base, como mostra as Tabelas 3 e 4. Sendo assim, entende-se que houve aumento da fragilidade do material, entretanto, a dureza aumentada na junta não influencia tanto por ser bem próxima a original do aço. Tabela 3 Resultado da dureza Rockwell C SMAW chapa 8,0mm Dureza HRC MB Dureza HRC Solda Média ~81 ~100 Tabela 4 Resultado da dureza Rockwell C FCAW chapa 9,5mm Dureza HRC MB Dureza HRC Solda Média ~91 ~

7 3.3. METALOGRAFIA Para os aços com baixo teor de carbono e baixa liga, a poça de fusão solidificase inicialmente como ferrita, podendo sofrer uma reação peritética com a formação de austenita. Em temperaturas mais baixas, inferiores a 900º, a austenita se decompõe, resultando em diferentes produtos ou constituintes. A Figura 2 apresenta microestrutura de ferrita acicular, ferrita de contorno de grão, ferrita de Widmanstatten e martensita. A microestrutura na zona fundida foi formada pelos produtos da decomposição da austenita em ferrita durante o ciclo de resfriamento contínuo, sendo que a ferrita assume diferentes morfologias. Figura 2 - Zona Fundida - Aumento 100x Conforme a Figura 3, a microestrutura da zona de ligação consiste de ferrita acircular, bainita, martensita e austenita retida. As fases resultantes da decompoição da austenita são basicamente: ferrita, cementita e martensita, permanecendo inalteradas pequenas quantidades de austenita (austenita retida). A ferrita acircular é formada a temperaturas tão baixas quanto a da bainita em aços baixa carbono e baixa liga. Figura 3 - Zona de Ligação - Aumento 500x 4818

8 Na zona termicamente afetada a microestrutura consiste de ferrita, ferrita poligonal e bainita granular, representada na Figura 4. A ferrita poligonal se forma quando a austenita tiver um tamanho de grão muito maior que a ferrita que foi formada nos seus contornos. Na ZTA há uma região que sofre crescimento de grão, o que aumenta a temperabilidade do aço e favorece a formação de microconstituintes formados em baixas temperaturas, como a bainita granular. Figura 4 - Zona Termicamente Afetada O metal de base, ampliado em 100x e 500x, como mostram as figuras 5 e 6, apresentou microestrutura contida de perlita e ferrita com grãos em fibras no sentido de laminação. A perlita é achada em pequenas quantidades, provavelmente, devido a alta energia de soldagem, próximo a placas laterais de ferrita. Figura 5 - Metal de Base 4819

9 Figura 5 - Metal de Base 4. CONCLUSÃO Com o ensaio metalográfico pode-se observar as mudanças na microestrutura do material. Após a soldagem a granulação do metal de base sofreu uma alteração e aumentou de tamanho desde a zona fundida até a zona termicamente afetada. A micrografia apresentou fases compatíveis com o tipo de aço baixa liga. Ambos processos se mostraram efetivos quanto ao não comprometimento da solda, entretanto, o uso da técnica unilateral aliada ao arame tubular aumenta a produtividade. AGRADECIMENTOS CNPq, aos técnicos Bruno de Souza, Cláudio, Edson Filho, Rafael Ferreira, Ronald Átila por terem realizado os ensaios. REFERÊNCIAS [1] GENTIL, V, Corrosão, 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e Científicos, [2] FILHO, F. A. M. R.; Estudo comparativo à corrosão entre ligas metálicas ferrosas e não ferrosas Monografia de Bacharel. Universidade Federal do Ceará, [3] LINHARES, B. N., et, al.; Ensaios para Determinação de Resistência em Juntas Soldadas,

10 COMPARATIVE STUDY OF WELDED STEEL ASTM A131 GRAU AH36 BY SMAW AND FCAW PROCESSES ABSTRACT The quality of welding directly affects the microstructure of the steels, which can affect their mechanical resistance and corrosion. Two plates of the same size (300mm x 500mm) and different thicknesses (8mm and 9.5mm) were submitted to different welding processes, one by coated electrode and traditional welding method, bilateral and the other by tubular wire, unilateral technique with support of ceramic support. Non-destructive tests were performed in these samples. The inspections were satisfactory. The metallography was performed through the optical microscope OLYMPUS, with photographic record via computer and revealed by the reaction Nital 3%. In general, the structural characterization observed showed phases compatible with the low alloy steel type. Keywords: naval steel, welding, microstructure, smaw, fcaw. 4821