AVALIAÇÃO MICROESTRUTURAL DA REGIÃO SOLDADA PELO PROCESSO GMAW DE UM AÇO PATINÁVEL UTILIZANDO DOIS DIFERENTES TIPOS DE ARAMES 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, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (pericles.bosquetti@fatec.sp.gov.br) 2 Tecnólogo em Mecânica: Processos de soldagem FATEC-Sertãozinho (pericles.bosquetti@fatec.sp.gov.br) 3 Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (mauricio.angeloni@fatec.sp.gov.br) 4 Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (alessandro.farah@fatec.sp.gov.br) 5 Professor Doutor da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (jose.garbin@fatec.sp.gov.br) 6 Professora da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (laurinha.coelho_stz@yahoo.com.br) 7 Professora Mestre da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (maramellini@yahoo.com.br) 8 Professora Mestre da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho - SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (mirian.sarni@hotmail.com) Resumo O trabalho apresenta uma análise microestrutural de juntas soldadas do aço patinável USI SAC 350 utilizando-se dois diferentes tipos de metal de adição. Para este estudo, soldaram-se duas amostras sendo uma com metal de adição AWS A5.18 ER70S-6 (indicado para aços de baixo e médio teores de carbono) e outra com o AWS A5.28 ER80S-G (para aços de baixa liga), ambas soldadas pelo processo MAG. As análises metalográficas de cada junta soldada foram realizadas em corpos de prova sendo analisados por microscopia ótica.verificou-se que as zonas fundidas e termicamente afetadas (ZTA) de cada junta soldada apresentaram microestruturas similares, com presença de bainita e perlita em ambas as amostras. Palavras-chave: Aços Patináveis. Soldagem GMAW. Análise Metalográfica. Microestruturas. Introdução Os tipos de aços conhecidos como patináveis são aços estruturais, cuja composição química apresenta baixas quantidades de elementos de liga, que promovem importantes características a esses aços, principalmente uma boa resistência à corrosão atmosférica, além de boa resistência mecânica e ótima soldabilidade (PANNONI, 2004). Por essas características, são muito utilizados na construção civil em pontes, viadutos e edifícios, além de ter larga utilização nas indústrias de máquinas agrícolas, de vagões ferroviários, de máquinas para mineração, navios e até containers (BENAFER, 2012). Os principais motivos do uso desses aços é não só pela excelente resistência à corrosão atmosférica, uma vez que prolongam a vida útil do material, como também pela alta resistência mecânica, que possibilita a redução de espessura das estruturas sob solicitação de tração (CÂNDIDO, 2002). Em estruturas metálicas, um dos fatores importantes a ser considerado é a sua soldagem. É fundamental que o metal de adição (eletrodo ou arame de solda) utilizado tenha propriedades mecânicas superiores às do metal-base, para que assim forneça à região soldada características superiores. Entretanto, nota-se que, nas indústrias de máquinas agrícolas, essa regra básica não é muito seguida. Essas 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, vale ressaltar, 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 (CÂNDIDO, 2002; MARQUES, 2009). O objetivo deste trabalho foi comparar juntas soldadas do aço patinável USI SAC 350 com dois tipos de arame, o AWS A5.18 ER70S-6 e o AWS A5.28 ER80S-G, sendo que, para isso, foram realizadas 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), uma utilizando arame AWS A5.28 ER80S-G e outra peça usando o arame
AWS A5.18 ER70S-6, das quais foram extraídos corpos de prova para realização dos ensaios metalográficos por microscopia óptica (SOUZA, 1982; PADILHA, 2004; SILVA, 2006). Parte Experimental Para 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. As análises por microscopia ótica foram feitas por um microscópio ótico Nikon modelo Optiphot. As juntas soldadas foram preparadas a partir do 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 sendo que, em uma, foi usado o consumível para aços de baixa liga AWS A5.28 ER80S-G; na segunda peça, usou-se um consumível para aço-carbono AWS A5.18 ER70S-6. As Tabelas 1 e 2 mostram as composições químicas de 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 utilizando-se os seguintes parâmetros: A polaridade usada foi a CC+ (peça no polo negativo e eletrodo no polo positivo). O gás de proteção usado foi uma mistura binária de 75% argônio e 25% CO 2, com vazão regulada com um bibímetro, na faixa de 14 a 18 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 demais parâmetros utilizados estão descritos na Tabela 3.
Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento. Parâmetros utilizados na realização da soldagem das peças-teste. 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 operações, estão mostradas nas Figuras 2, 3 e 4 na sequência em que foram realizadas. 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 preparação das amostras, por meio de sequência de lixamentos e polimentos para as análises metalográficas, utilizando-se ataque químico de solução de Nital 5%. Para avaliação metalográfica, fez-se a avaliação das três regiões típicas de uma junta soldada: O Metal-Base (MB), a Zona Térmicamente Afetada (ZTA) e a Região da Solda Fundida ou simplesmente Zona do Fundido (ZF).
Resultados e Discussão Análises metalográficas do corpo de prova soldado com arame AWS A5.18 ER70S-6. As três regiões típicas da junta soldada usando o arame AWS A5.18 ER70S-6, estão mostradas na Figura 5. MB ZTA ZF ZTA Figura 5 Aspecto da Secção transversal da junta soldada com o arame AWS A5.18 ER70S-6. Conforme apresentado na Figura 6, o metal-base (aço USI SAC 350) é constituído de matriz ferrítica, com baixo teor de perlita, evidenciando um aço com características de baixo carbono. Os grãos uniformes e com certo arredondamento indicam que o aço sofreu tratamento térmico de normalização. MB Figura 6 Micrografia do metal base USI SAC 350 (Ataque Nital 5%). Nota-se que a microestrutura da zona fundida apresentou-se constituída de grãos colunares de bainita e presença de ferrita acicular nos contornos de grãos, conforme mostra a micrografia dessa região na Figura 7. Essa microestrutura acaba ocasionando a grande resistência e ductilidade da região soldada.
Figura 7 Micrografia da zona fundida soldada com arame AWS A5.18 ER70S-6 (Ataque Nital 5%. A ZTA ficou constituída de perlita fina com lamelas compactas, presença de bainita e ferrita acicular, A Figura 8 ilustra essas evidências na microestrutura. O calor gerado na soldagem ocasionou a transformação na ZTA, formando microestruturas metaestáveis de durezas maiores, elevando a dureza nessa região. Figura 8 Micrografia da ZTA soldada com arame AWS A5.18 ER70S-6 (Ataque Nital 5%). Análises metalográficas do corpo de prova soldado com arame AWS A5.28 ER80S-G. O corpo de prova soldado utilizando o arame AWS A5.28 ER80S-G foi preparado e após ataque químico (Nital 5%) evidenciou-se as regiões típicas do metal base, zona fundida e zona termicamente afetada, conforme a macrografia mostrada na Figura 9. Figura 9 Secção transversal da junta soldada com arame AWS A5.28ER70S-G. (sem escala).
O metal-base (Aço USI SAC 350) é constituído de matriz ferrítica, com grãos poligonais uniformes obtidos por recozimento. Na Figura 10, visualiza-se a micrografia da região. Figura 10 Micrografia do metal base USI SAC 350 (Ataque Nital 5%). A zona fundida do corpo de prova soldado com arame AWS A5.28 ER80S-G apresentou microestrutura constituída de grãos colunares que podem ser de bainita, martensita e presença de ferrita acicular nos contornos de grãos, conforme micrografia mostrada na Figura 11. Figura 11 Micrografia da ZTA soldada com arame AWS A5.28 ER80S-G (Ataque Nital 5%). A zona termicamente afetada ficou constituída de bainita, áreas com martensita de baixo carbono e ferrita acicular, conforme Figura 12.
Figura 12 Micrografia da ZTA soldada com arame AWS A5.28 ER80S-G (Ataque Nital 5%). A formação de martensita na zona fundida e na zona termicamente afetada pode ter sido ocasionada devido ao valor de carbono equivalente (CE) do metal-base USI SAC 350, conforme demonstrado nas equações que seguem. Inserindo os valores de quantidade de elemento de liga na equação de carbono equivalente temos: Ou seja, CE = 0,373 (MARQUES, 2009) Devido ao fato de o carbono equivalente ser maior que 0,3, justifica-se a formação de martensita. Conclusão Nos ensaios metalográficos 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 microestruturas similares. Porém, faz-se necessário trabalho complementar para avaliar comparativamente as propriedades mecânicas das duas juntas. 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, 2004. BENAFER. Disponível em <http://www.benafer.com.br/novo/normas_1.html>. Acesso em 25 de ago. de 2012.
GERALDO, A. B. Corrosão dos Aços-Carbono e Patinável em Ambiente Marinho. 2003. Dissertação (Mestrado) -, UNICAMP, Campinas, 2003. 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 2002. MARQUES, P.V. et al. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia. 3. ed. Belo Horizonte: UFMG, 2009, p.233-254. SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos, Fundamentos Teóricos e Práticos. 5. ed. São Paulo: BLUCHER, 1982. PADILHA A. F. Técnicas de Análise Microestrutural. São Paulo: HEMUS, 2004. 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.