3 Materiais e Procedimentos Experimentais

3.1 Materiais Utilizados

Com o objetivo de se avaliar o efeito do Mn no comportamento do metal de

solda depositado, foram produzidos experimentalmente pela CONARCO

(Argentina) quatro tipos de eletrodos revestidos para soldagem manual da classe

AWS E9018-B3 / E8018B3L com 4,0mm de diâmetro e teores de Mn variando

entre 0,4 e 1,1%, observa-se que o eletrodo com teor de Mn de 1,1 é experimental.

Antes da soldagem os eletrodos foram ressecados a 300°+ 25°C em um forno por

1,5 h e transferido para estufa de 100°C+ 25°C e mantido até sua utilização.

Utilizou-se como material base, o aço ASTM A - 36 em forma de chapa

laminada com dimensões 150x300x19mm.

A Tabela 2 apresenta a composição química do depósito do eletrodo puro

fornecida pelo fabricante CONARCO.

Tabela 2 - Composição química de depósito do eletrodo puro.

ELETRODO P S C Si Ni Cr Mo Mn

E6457 0,015 0,012 0,042 0,30 0,05 2,35 1,05 0,50

E6458 0,015 0,011 0,049 0,30 0,05 2,35 1,10 0,78

E6459 0,016 0,011 0,049 0,30 0,05 2,30 1,05 1,07

E6460 0,016 0,011 0,050 0,35 0,05 2,25 1,10 1,40

Os consumíveis aqui apresentados serão classificados de acordo com a

especificação AWS A5.5-96 [68] a qual determina os seguintes parâmetros

(Tabela 3):

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Composição química: Tabela 3– Composição química para os eletrodos E9018-B3 e E8018-B3L (elementos químicos dados em peso percentual )

ELETRODO C Mn Si P S Cr Mo

E9018-B3 0,05-0,12 0,90 0,80 0,03 0,03 2,00-2,50 0,90-1,20

E8018-B3L 0,05 0,90 0,80 0,03 0,03 2,00-2,50 0,90-1,20

Propriedades mecânicas do metal depositado (Tabela 4):

Tabela 4 - Propriedades mecânicas do metal de solda depositado (E9018-B3 e E8018-B3L)

ELETRODO

Resistência à

tração mínima

(L.R.) em MPa

Limite de

Escoamento a 0,2%

(mín.)

(L.E.) em MPa

Alongamento

Mínimo

(AL.) em %

E9018-B3 620 530 17

E8018-B3L 550 460 17

Tipo de revestimento, posições de soldagem e tipo de corrente utilizada

(Tabela 5):

Tabela 5 - Tipo de revestimento, posições de soldagem e tipo de corrente utilizada para metal de solda depositado (E9018-B3 e E8018-B3L)

ELETRODO Revestimento Posição de

Soldagem Tipo de Corrente

E9018-B3

baixo-

hidrogênio e pó

de ferro

plana,

horizontal,Vertical

e sobre-cabeça

corrente contínua

(CC+) ou

corrente alternada

E8018-B3L

baixo-

hidrogênio e pó

de ferro

plana, horizontal,

vertical e sobre-

cabeça

corrente contínua

(CC+) ou

corrente alternada

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3.2 Procedimento Experimental

A junta soldada foi confeccionada a partir de uma chapa laminada com

dimensões 150x 300x19mm, conforme descrito no item 3.1. A Figura 10 mostra a

seção transversal da junta, que apresenta a geometria do chanfro confeccionado

em forma de V obtido por meio de usinagem e mata junta para o passe de raiz. A

geometria da junta é justificada em função de trabalhos anteriores [2].

A soldagem manual foi executada com 25 passes e 8 camadas com

preaquecimento de 150°C. Posteriormente ocorreu o enchimento pela técnica

multipasse, cujos parâmetros estão mostrados na tabela 6.

Devido as dimensões da chapa, foi necessária a utilização de 2 suportes

soldados às chapas (“cachorros”) para minimizar a distorção.

Figura 10– Esquema de montagem das chapas para soldagem com eletrodos revestidos seguindo a metodologia de trabalhos anteriores. (cotas em mm)

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Os parâmetros de soldagem utilizados, estão mostrados na Tabela 6.

Tabela 6- Parâmetros de Soldagem

PARÂMETROS DE SOLDAGEM

Dimensões do eletrodo ∅ 4,0mmx400mm

Posição de soldagem plana

Corrente 160 a 170 A

Tempo 80s

Tensão 24 a 26V

Comprimento do cordão depositado 300mm

Aporte Térmico 1kJ/mm

Temperatura de preaquecimento 150°C

Temperatura de Interpasse 200°C

O aporte térmico apresentado na tabela 6 foi calculado a partir da fórmula:

H = η E.I/V

Onde:

η = eficiência do processo, eletrodo revestido: 0,66 a 0,85, sendo a média

0,76.

E = Voltagem (V)

I = Corrente (A)

V = Velocidade de Soldagem (mm/s)

3.3 Análise Química

Retirou-se amostras para análise química dos metais depositados, do

centro dos cordões de solda, para determinação dos teores de elementos de liga a

saber: C, Mn, P, S, Si, Cu, Cr, Ni, Mo, Nb, Sn, Sb, As e N.

Análise química foi realizada por espectrometria de plasma e combustão

direta.

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3.4 Tratamentos Térmicos

Utilizou-se fornos a resistência do tipo mufla para a realização dos

tratamentos térmicos, conforme Tabela 7.

Foram avaliadas as seguintes condições:

Tabela 7– Tratamentos Térmicos realizados

Condição Tratamento Térmico

1 Sem tratamento térmico (como soldado) -CS

2 Tratamento Térmico de Alívio de Tensões - TTAT

3 Tratamento Térmico de “step-cooling”- TTSC

4 Tratamento térmico de Alívio de Tensões seguido de

Tratamento Térmico de “step-cooling” – TTAT + TTSC

Tratamento térmico de alívio de tensões (TTAT), consistindo de

aquecimento a 680°C por 2 horas seguido de resfriamento ao ar, tratamento

térmico de “step-cooling” (TTSC), com duração de 233 horas, aplicado com

objetivo de simular as condições de 10.000 horas de serviço de um vaso de

pressão, sendo aplicado após o TTAT. O ciclo térmico deste tratamento é

representado na Figura 11.

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Figura 11 - Esquema do ciclo térmico do tratamento de “step-cooling” utilizado [19].

3.5 Ensaios Mecânicos

3.5.1 Ensaio de Impacto Charpy-V

Realizou-se ensaios de impacto Charpy-V, nas temperaturas de 0°C,

22°C(ambiente) e 60°C, para os metais de solda nas condições de: CS, TTAT,

TTSC e TTAT + SC, em corpos-de-prova padronizados em ASTM E-23, com

dimensões de 10 x 10 x 55 mm, retirados transversalmente a junta soldada, para

cada composição e condição de tratamento. O entalhe foi posicionado no centro

do cordão e no plano da espessura. Os corpos-de-prova Charpy foram

confeccionados por aplainamento, seguindo-se retífica das superfícies e usinagem

do entalhe por brochadeira, sendo que a geometria do entalhe foi avaliada em

projetor de perfis.

Utilizou-se em média quatro corpos-de-prova para cada uma das

temperaturas de ensaio. Sendo que, para os ensaios na temperatura inferior à

ambiente, as amostras foram imersas em mistura de gelo e álcool. Todos os

corpos-de-prova de Charpy foram retirados transversalmente ao cordão de solda e

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à 2mm da superfície da junta (Figura 12), sendo o entalhe posicionado no plano da

espessura e no centro do cordão de solda. A Figura 13 apresenta a posição de

retirada dos corpos-de-prova de impacto.

Figura 12 - Esquema de retirada do corpo-de-prova para ensaio Charpy -V (cotas em mm).

Figura 13 – Perspectiva mostrando o posicionamento dos corpos-de-prova de Charpy-V, em relação aos cordões de solda.

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3.5.2 Ensaio de Tração

Os ensaios de tração foram realizados em máquina universal de ensaios de

fabricação INSTRON.10T modelo 5500R. Os corpos-de-prova são do tipo

MINITRAC, o que corresponde ser o corpo-de-prova retirado em toda a sua

extensão do metal de solda, segundo a norma IIW: IX – 348-63 [69] (Figura 14).

Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente para avaliação do limite de

resistência, limite de escoamento, alongamento e redução de área. A Figura 15

apresenta a posição de retirada dos corpos-de-prova de tração.

Figura 14 - Geometria do corpo-de-prova de tração (cotas em mm).

Figura 15 – Perspectiva mostrando o posicionamento dos corpos-de-prova de tração MINITRAC, em relação aos cordões de solda.

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3.5.3 Ensaio de Microdureza HV

Realizou-se ensaios de microdureza Vickers nos metais de solda, na

posição relativa ao entalhe Charpy V.

Os ensaios de microdureza foram realizados tomando-se medidas, na

região central, na vertical, no sentido do passe de revenimento para o passe de

raiz, gerando dessa forma uma série de medidas de dureza das quais retiraram-se

as médias de 10 impressões, conforme mostrado esquematicamente na Figura 16.

O equipamento utilizado foi um microdurômetro da marca SHIMADZU

modelo HMV-2000, com capacidade máxima de carregamento de 2 kgf. A carga

utilizada nos testes foi de 100g por 15s.

Figura 16 - Detalhe mostrando as regiões do metal de solda onde foi realizado o ensaio de microdureza Vickers (cotas em mm).

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3.5.4 Ensaio Metalográfico

A metalografia foi conduzida usando Microscopia Ótica (MO) e

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para análise das microestruturas do

metal de solda, na região colunar (último passe, “Top Bead”) e na região

reaquecida (RR), ao longo da linha coincidente com a localização do entalhe

Charpy-V, isto é centro da solda, após cada tratamento térmico. Foram analisados por microscopia ótica e varredura os microconstituintes

das regiões colunares e reaquecidas presentes no metal de solda, com 0,4%, 0,6%,

0,9%, 1,1%Mn e em todas condições estudadas, isto é CS, TTAT, TTSC e

TTAT+TTSC.

Todas as amostras, na condição de CS e todas as condições de tratamentos

térmicos foram lixadas e polidas convencionalmente. Foi realizado ataque com

reagente nital 2%, com o intuito de obter a caracterização dos microconstituintes

presentes nas regiões colunares e reaquecidas.

Para a microscopia ótica, o equipamento utilizado foi da marca ZEISS,

modelo AXIOPLAN 2 Imaging and Axiophot 2, Universal Microscopes,

utilizando-se aumento de 500x.

Para a microscopia eletrônica de varredura , o equipamento utilizado foi da

marca ZEISS, modelo DSM-960. Utilizando-se aumento de 1000x.

3.5.5 Ensaio Macrográfico

O corpo-de-prova foi retirado transversalmente ao cordão de solda para

análise do aspecto macroscópico das juntas soldadas, tendo sido utilizado como

preparação o procedimento convencional de lixamento, polimento e ataque

químico com o reagente nital 2%.

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3.5.6 Ensaio Fratográfico

Foram feitas análises fratográficas das superfícies de fratura dos corpos-

de-prova de impacto Charpy V, após cada tratamento térmico. Foi utilizado o

microscópio eletrônico de varredura (MEV) da marca ZEISS, modelo DSM-960,

com o objetivo de caracterizar a morfologia do modo de fratura dos metais de

solda em função do teor de Mn e tratamento térmico aplicado.