Alexandre 2010
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SOLDABILIDADE DOS AOS DE EXTRA ELEVADA
RESISTNCIA DO TIPO 690 MPa
Jos Antnio da Silva Alexandre
Dissertao apresentada Faculdade de Cincias e Tecnologia da
Universidade Nova de Lisboa para obteno do Grau de Mestre em
Engenharia da Soldadura
Presidente: Professora Doutora Rosa Maria Miranda
Orientador: Professora Doutora Rosa Maria Miranda
Vogais: Professora Doutora Maria Lusa Coutinho Gomes Almeida
Professor Doutor Francisco Manuel Brs Fernandes
Outubro de 2010
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minha mulher e filhas
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AGRADECIMENTOS
Embora saiba que me impossvel agradecer a todos os que me ajudaram a realizar este
trabalho, quero deixar aqui um agradecimento especial aos que de mais perto me apoiaram.
professora Rosa Miranda agradece a possibilidade da realizao desta dissertao e de
me ter orientado atravs dos seus conhecimentos, ao longo destes meses de trabalho,
demonstrando sempre apoio incentivo e disponibilidade.
Agradeo tambm todo o conhecimento transmitido nos domnios da engenharia da
soldadura e simpatia sempre demonstrada ao longo deste trabalho.
Ao Eng.. Caceres Alves e a toda a Administrao da Lisnave que me possibilitaram e
facilitaram a elaborao deste projecto.
Aos meus colegas Eng.. Po Mole e Eng.. Anbal Matos a ajuda e disponibilidade na
preparao dos provetes para os ensaios mecnicos e metalogrficos.
Ao tcnico de soldadura Sr. Alcino Cardoso que realizou todas as soldaduras nas diversas
experincias levadas a cabo para a realizao dos provetes de ensaio.
Ao Eng.. Rui Almeida e Sr. Garcia da Alstom pelas facilidades concedidas na utilizao
do laboratrio e fornecimento de todo o material necessrio para a execuo dos ensaios
mecnicos e das anlises metalogrficas.
A todas as pessoas que embora no mencionadas contriburam para a realizao deste
trabalho, o meu maior obrigado.
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RESUMO
As melhorias introduzidas nas tecnologias de produo dos ao nos ltimos anos,
conduziram a aos com maior resistncia traco adequados a aplicaes em que
referido um elevado limite de elasticidade e baixa densidade de material, ou seja, estruturas
mais leves em menores espessuras, e consequentemente, com custos de energia reduzidos.
Este trabalho apresenta um estudo experimental sobre a soldabilidade dos aos de Extra
Alta Resistncia (EHS) para construo naval, com um limite de elasticidade at 690 MPa,
para aplicaes em embarcaes rpidas em monocasco, gruas e comportas, em chapa de 4
a 15 mm de espessura, usando processos de soldadura por arco elctrico.
Com os elevados valores de limite elstico deste ao, necessrio um cuidado extra
durante a produo e soldadura. A fim de garantir uma capacidade de carga adequada,
necessrio soldar de modo a que as juntas no tenham defeitos inadmissveis e as
propriedades mecnicas do metal de adio e da zona trmicamente afectada sejam
suficientes para as tenses de projecto. A fissurao a frio um dos principais problemas
na soldabilidade destes aos. Realizaram-se ensaios de fissurao a frio CTS e Tekken,
tenacidade fractura e fadiga. Na gama de espessuras usadas as deformaes provocadas
pela soldadura so tambm pertinentes. Foram realizados ensaios de sequncia de
soldadura e usados reforos temporrios durante a soldadura para evitar os empenos.
Foram realizadas soldaduras por fio fluxado e por elctrodo revestido isentas de defeitos
em conformidade com as normas internacionais.
Foram realizados ensaios de fissurao a frio usando os processos de soldadura com fio
fluxado tubular e elctrodo revestido, com e sem pr-aquecimento. Os ensaios CTS no
apresentaram problemas de fissurao a frio com os dois processos de soldadura usados.
Os resultados dos ensaios Tekken realizados pelo processo elctrodo revestido
temperatura ambiente o cordo de ensaio fissurou na totalidade em todo o comprimento e
em todos os provetes usados no ensaio, com 75 C de temperatura de pr-aquecimento os
resultados obtidos, analisados ao microscpio apresentaram-se isentos de defeitos. Os
resultados dos ensaios Tekken realizados pelo processo fio fluxado tambm no
apresentaram qualquer tipo de defeitos.
Uma vez que a fadiga de grande importncia, foram investigados dois mtodos de
soldadura; soldadura de topo a topo com cobrejunta cermica e topo a topo com chanfro
em V e cordo de confirmao. O comportamento fadiga dos provetes soldados variou
consideravelmente para cada processo testado. A vida fadiga maior para os provetes
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soldados pelo mtodo de soldadura de topo a topo com cobrejunta cermica e a disperso
do tempo de vida consideravelmente menor comparada com os resultados dos provetes
soldados topo a topo em V com cordo de confirmao.
Os ensaios de tenacidade fractura foram realizados em amostras soldadas pelos processos
SMAW e FCAW, em provetes de dimenses reduzidas (10x2,5 mm) com o entalhe
localizado no metal de adio e na linha de fuso, os resultados dos ensaios Charpy
apresentaram uma boa tenacidade com valores de 16 e 26 J a -40 C para o processo
SMAW e 18 e 24 J a -40 C para o processo FCAW. Estes valores esto acima dos
critrios de aceitao para estes aos (15 J a -40 C).
PALAVRAS-CHAVE
Aos de Extra Alta Resistncia
Soldabilidade
Fissurao a Frio
Tenacidade
Fadiga
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ABSTRACT
The last years improvements in steel making technologies have resulted in steel grades
with higher tensile strength adequate for application in what is referred to a high yield
strength and low material density, that is, lighter and smaller sized structures, and
consequently, with energy cost savings.
This study presents an experimental study on the weldability of Extra High Strength (EHS)
shipbuilding steels with a yield Strength of up to 690 MPa; for applications in fast sailing
monohull ships, crane booms and flood gates, in plate thickness in the range of 4-15 mm
using arc welding fusion welding processes.
When rising minimum yield strength values of steels, extra care is necessary during
production and welding. In order to guarantee an adequate load-bearing capacity, it is
necessary to weld in such a way that the joints have no inadmissible defects and the
mechanical properties of the weld metal and heat affected zone are sufficient for stresses to
be expected. Cold cracking is a major weldability problem so tests were performed as the
CTS and the Tekken tests and fracture toughness and fatigue were investigated. In this
range of thicknesses welding distortions are also a major concern.
Under adequate welding procedures sound welds free of defects complying with
international standards were obtained.
Cold cracking tests were performed using welding procedures with coated electrodes and
cored wire, with and without preheating. The CTS tests showed no problems of cold
cracking with two welding processes used. The results of Tekken tests performed by
coated electrode process at room temperature the welding full failed throughout the entire
length and for all samples used in testing, with preheat temperature of 75C the results,
analyzed under a microscope showed up no defects. The results of Tekken tests by cored
wire process did not show any defects.
Since fatigue is of major importance, two welding methods were investigated; one-sided
butt weld on ceramic backing and a V-butt weld with sealed run weld. The fatigue
behaviour of the welded specimens varies considerably for each tested method. The fatigue
life is longer for the specimen welded one-sided butt weld on ceramic backing and the
scatter of life time is considerably lower compared with the results of the V-butt weld with
sealed run weld due to the shape of butt weld. The flatter the weld toe angle, the better the
fatigue life.
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The fracture toughness tests were performed on welded specimens by SMAW and FCAW
processes, with subsize specimens (10x2.5 mm) with the notch localized on weld metal
and fusion line, the Charpy impact results exhibited a good toughness levels with values of
16 and 26 J at -40C for SMAW and 18 and 24 J at -40C for FCAW processes, these
values are above of acceptance criteria for these steels (15 J at -40C).
KEY-WORDS
Extra High Strength Steels
Weldability
Cold Cracking
Toughness
Fatigue Improvement
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NDICE
Agradecimentos ................................................................................................................ i
Resumo ...................................................................................................................... ........ ii
Palavras-Chave ................................................................................................................ iii
Abstract............................................................................................................................. iv
Key-Words ....................................................................................................................... v
ndice ................................................................................................................... ............. vi
ndice de Figuras ............................................................................................................. viii
ndice de Tabelas ............................................................................................................. xi
Lista de Abreviaturas ...................................................................................................... xii
1. Objectivo e Estrutura da Dissertao ...................................................................... 1 1.1. Objectivos ............................................................................................................ 1 1.2. Estrutura da Dissertao ................................................................................... 3
2. Os Aos de EHS ......................................................................................................... 4 2.1. Produo dos Aos EHS ...................................................................................... 5 2.2. Propriedades Mecnicas ....................................................................................... 7
2.2.1. Resistncia e Tenacidade ........................................................................... 7 2.2.2. Resistncia a Alta Temperatura ................................................................. 8 2.2.3. Comportamento Fluncia ........................................................................ 9
2.3. Propriedades de Fabricao dos Aos EHS 690 .................................................. 9 2.3.1. Deformao a Quente ................................................................................ 12
2.4. Corte Trmico dos Aos EHS 690 ...................................................................... 12 2.4.1. Oxi-corte .................................................................................................... 13 2.4.2. Corte por Plasma ....................................................................................... 14 2.4.3. Corte por Laser ......................................................................................... 14
2.5. Soldadura dos Aos EHS 690 ............................................................................. 15 2.5.1. Soldadura Elctrica Manual na Soldadura dos Aos EHS 690 ................ 15 2.5.2. Soldadura MIG/MAG ............................................................................... 16
2.5.2.1. Descrio do Processo ................................................................ 16 2.5.2.2. Os Gases Usados na Soldadura MIG/MAG dos Aos EHS 690. 17
2.5.3. Soldadura Elctrica por Arco com Fio Fluxado ....................................... 17 2.5.3.1. Descrio do Processo ................................................................ 17 2.5.3.2. Soldadura Elctrica por Arco com Fio Fluxado dos Ao EHS... 18
2.5.4. Consumveis de Soldadura para os Aos EHS 690................................... 19 2.5.5. Qualificao de Processos de Soldadura e Soldadores ............................. 21
2.6. Melhoria das Juntas Soldadas Fadiga................................................................ 21 2.6.1 Tratamento Trmico de Alvio de Tenses ............................................... 25
3. Problemas de Soldabilidade dos Aos EHS ........................................................... 26 3.1. Fissurao a Frio .................................................................................................. 26
3.1.1. Teor de Hidrognio.................................................................................... 28 3.1.1.1. Determinao do teor de hidrognio ............................................ 29
3.1.2. Nvel de Tenses ....................................................................................... 31 3.1.3. Pr-Aquecimento ...................................................................................... 32 3.1.4. Propriedades Mecnicas das Juntas Soldadas............................................ 33 3.1.5. Preveno da Fissurao a Frio ................................................................. 37
3.2. Ensaios de Fissurao a Frio ............................................................................... 38 4. Procedimento Experimental ................................................................................... 41
4.1. Materiais ............................................................................................................. 41 4.2. Corte Trmico ............................................................................................ ......... 42
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4.2.1. Preparao das Amostras .......................................................................... 42 4.2.2. Ensaios de Corte ........................................................................................ 42
4.3. Procedimento de Soldadura ................................................................................. 43 4.3.1. Preparao de Soldadura para os Ensaios Mecnicos e Fadiga ................ 43
4.3.1.1. Determinao da Temperatura de Pr-Aquecimento .................... 44 4.3.1.2. Execuo da Soldadura ................................................................. 46 4.3.1.3. Parmetros de Soldadura ............................................................... 47
4.4. Ensaios de Fissurao a Frio ................................................................................ 48 4.4.1. Preparao de Soldadura para os Ensaios de Fissurao a Frio ................ 48
4.4.1.1. Execuo da Soldadura ................................................................ 48 4.4.1.2. Parmetros de Soldadura............................................................... 49 4.4.1.3. Preparao das Amostras para Anlise Metalogrfica ................. 49 4.4.1.4. Preparao e Medio .................................................................. 50 4.4.1.5. Ensaios de Durezas ....................................................................... 51
4.5. Ensaios Mecnicos e Metalogrficos ................................................................... 52 4.6. Ensaios de Traco .............................................................................................. 52 4.7. Ensaios de Impacto Charpy-V ............................................................................. 52 4.6. Ensaios de Fadiga ................................................................................................ 52
5. Resultados e Discusso ............................................................................................. 54 5.1. Corte Trmico ...................................................................................................... 54
5.1.1. Medio da Rugosidade ............................................................................. 54 5.1.2. Medio da Dureza .................................................................................... 55
5.2. Soldadura do Ao EHS 690 ................................................................................. 57 5.2.1. Comparao de Custos das Preparaes de Soldadura .............................. 57 5.2.2. Anlise Visual e Ensaios No Destrutivos ................................................. 60 5.2.3. Anlise Qumica ......................................................................................... 60
5.3. Anlise Metalogrfica .......................................................................................... 61 5.4. Resultados dos Ensaios de Fissurao a Frio ....................................................... 66
5.4.1. Examinao Visual..................................................................................... 66 5.4.2. Observao Metalogrficos ....................................................................... 69 5.4.3. Anlise Metalogrfica dos Ensaios de Fissurao a Frio .......................... 70 5.4.4. Durezas dos Ensaios de Fissurao a Frio ................................................. 70
5.5. Ensaios Mecnicos................................................................................................ 72 5.5.1. Ensaios de Traco ................................................................................... 72 5.5.2. Ensaios de Dobragem ................................................................................ 72 5.5.3. Ensaios de Impacto Charpy-V ................................................................... 73
5.6. Ensaios de Fadiga ................................................................................................ 74 5.6.1. Avaliao dos Resultados dos Ensaios ...................................................... 74
5.6.1.1. Ensaio de Fadiga Provetes Obtidos pelos Diferentes Processos de Corte .............................................................................................. 75
5.6.1.2. Ensaios de Fadiga aos Provetes Obtidos das Soldaduras de Topo 77 5.6.1.3. Soldadura de Topo com Pr-carga ............................................... 80
6. Concluses e Sugestes ............................................................................................. 82 7. Referncias Bibliogrficas ........................................................................................ 85 A. Anexos ........................................................................................................................ 1
A1. Tabela A Corte Trmico ................................................................................... 1 A2. Tabela B Soldadura de Topo ............................................................................ 3 A3. Tabela C Soldadura de Topo com Pr-carga (0.8 Rp0.2) .................................. 6
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NDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Fraco de um anel em tubo de ao EHS 690. Central hidroelctrica de
Cleuson-Dixene na Sua [3] 4 Figura 2.2 Custos de material e fabricao: Graus de alta resistncia comparados
o ao convencional S355 [3] 5 Figura 2.3 Microestrutura tpica dos aos 690 ampliada 500 vezes[3] . 7 Figura 2.4 Efeito da temperatura nas propriedades mecnicas dos aos 690 (espes- suras acima de 50 mm) [3] ... 8 Figura 2.5 Raio mnimo de dobragem para deformao a frio, dependendo do alon- gamento e reduo de rea [3] .............. 9 Figura 2.6 Curvas tpicas de transio dos aos 690T e graus subsequentes para de-
formao e envelhecimento artificial [3] ...... 11 Figura 2.7 Dureza tpica do ao EHS 690 durante o oxi-corte 20-30 mm espessura [3] 14 Figura 2.8 O efeito tpico dos vrios processos de corte no ao EHS 690 [3] ........... 15 Figura 2.9 Fio fluxado [16] ........ 17 Figura 2.10 Descrio esquemtica dos detalhes de uma soldadura que influenciam a fadiga ...... 22 Figura 2.11 Martelo pneumtico a) e orientao da ponteira b) [25] ........ 23 Figura 2.12 Aspecto do cordo de soldadura antes da martelagem a) e aps a martelagem [25] ........ 23 Figura 2.13 Profundidade das indentaes provocadas pela martelagem [25] ...... 23 Figura 2.14 Macros de juntas soldadas a) como soldado b) TIG dressed [26] ...... 24 Figura 2.15 UIT equipamento [27] ......... 25 Figura 2.16 Pinos do UIT equipamento [27] ...... 25 Figura 3.1 Fendas induzidas pelo hidrognio na ZAC do cordo de ngulo e na Junta topo a topo [29] ................. 26 Figura 3.2 Tipos de fissurao a frio ............................................................................. 27 Figura 3.3 Solubilidade do H2 no ferro .......................................................................... 28 Figura 3.4 Mecanismo de difuso do hidrognio do material fundido para a ZAC ...... 29 Figura 3.5 Deposio do cordo de soldadura para determinao do hidrognio Difusvel ............................................................................................................................ 30
Figura 3.6 Dispositivo de aperto em cobre ..................................................................... 30 Figura 3.7 Bureta para recolha do hidrognio difusvel ................................................. 31 Figura 3.8 Tenses residuais desenvolvidas durante a soldadura .................................. 31 Figura 3.9 Efeito da entrega trmica e da temperatura inicial da pea no escoamento de calor ................................................................................................................................... 33
Figura 3.10 Relao t8/5 com a espessura da chapa ..................................................... 34 Figura 3.11 Exemplos para a determinao da espessura combinada [9;11;13] ....... 37 Figura 3.12 Ilustrao esquemtica do Teste CTS: A) Vista Frontal, B) Vista Superior, C)Vista Lateral ................................................................................................................... 39
Figura 3.13 Ilustrao esquemtica do Ensaio Tekken; A) Vista da Pea; B) Preparao de soldadura de teste e soldadura de travamento ............................................................... 40
Figura 4.1 Preparao do provete para corte .................................................................. 42 Figura 4.2 Detalhes da geometria das juntas utilizadas nos ensaios ............................... 43 Figura 4.3 Reforos temporrios para evitar a deformao durante a soldadura ............ 44 Figura 4.4 Temperaturas de pr-aquecimento recomendadas para os aos Dillimax 690 em relao espessura da chapa ........................................................................................ 45
Figura 4.5 Soldadura elctrica manual com elctrodo revestido .................................... 46
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Figura 4.6 Soldadura com arame fluxado automatizada................................................. 46 Figura 4.7 Corpos de prova para os ensaios CTS e Tekken ........................................... 48 Figura 4.8 Posio de soldadura do corpo de prova ....................................................... 48 Figura 4.9 Seccionamento das amostras para o ensaio CTS .......................................... 49 Figura 4.10 Medio do comprimento (Leg length) ....................................................... 50 Figura 4.11 Posio das amostras para examinao ........ .............................................. 50 Figura 4.12 Procedimento de medio ........................................................................... 51 Figura 4.13 Posio das impresses do teste de dureza ................................................. 51 Figura 4.14 Provete para ensaio de fadiga sem as arestas vivas do corte trmico ......... 53 Figura 4.15 Dimenses dos provetes soldados para ensaio de fadiga ............................ 53 Figura 5.1 Medies da rugosidade na face cortada dos diferentes processos de corte. 54 Figura 5.2 Exame macrogrfico dos trs processos de corte ......................................... 55 Figura 5.3 Dureza Vickers HV3 na superficie cortada .................................................. 56 Figura 5.4 Tempos de arco na Soldadura dos Processos A e B .............................. 57 Figura 5.5 Distribuio dos tempos gastos pelos diversos parmetros da execuo das soldaduras .......................................................................................................................... 58
Figura 5.6 Custos de cada tipo de preparao usados para este estudo .......................... 59 Figura 5.7 Comparao dos dois tipos de preparaes em termos de tempos e custos .. 59 Figura 5.8 Soldadura com elctrodo revestido e soldadura com fio fluxado................... 60 Figura 5.9 Aspecto macrogrfico das juntas soldadas .................................................... 61 Figura 5.10 Aspecto microestrutural da soldadura SMAW observado por microscopia ptica. Aumento 500x. Ataque: Nital 2 % ......................................................................... 62
Figura 5.11 Perfil de dureza para a soldadura com elctrodo revestido (SMAW) ......... 63 Figura 5.12 - Aspecto microestrutural da soldadura FCAW observado por microscopia
ptica. Aumento 500x. Ataque: Nital 2 % ......................................................................... 64
Figura 5.13 Perfil de dureza para a soldadura com arame tubular (FCAW) .................. 65 Figura 5.14 Comparao dos valores da dureza entre os dois processos ....................... 66 Figura 5.15 Soldadura elctrica manual temperatura ambiente para os ensaios Tekken ...................... ......................................................................................................... 66
Figura 5.16 Soldadura elctrica manual temperatura de 75C para os ensaios Tekken 67 Figura 5.17 Soldadura semi-automtica com arame tubular ........................................... 67 Figura 5.18 Macrografias das soldaduras dos ensaios CTS e Tekken ............................ 69 Figura 5.19 Microestruturas tpicas da regio soldada com elctrodo revestido ............ 70 Figura 5.20 Microestruturas tpicas da regio soldada com arame tubular ..................... 70 Figura 5.21 Perfil das durezas do ensaio Tekken pelos processos, elctrodo revestido e arame tubular ................................................................................................................... 71
Figura 5.22 Perfil das durezas dos ensaios CTS pelos processos, elctrodo revestido e arame tubular ..................................................................................................................... 71
Figura 5.23 Ensaios de dobragem aos provetes obtidos pelos processos SMAW e FCAW .... 72 Figura 5.24 Energia absorvida no ensaio de impacto Charpy-V com provetes reduzidos ............................................................................................................................ 73
Figura 5.25 Consideraes de segurana de acordo com IIW-Recomendation ............. 74 Figura 5.26 Provete para ensaio de fadiga sem arestas vivas do corte trmico .............. 75 Figura 5.27 Comparao da vida de fadiga para os cortes com e sem arestas quebradas 76 Figura 5.28 Avaliao do corte (t=4mm) com mquina de corte e pelos processos (oxi-corte e corte laser), sem quebra das arestas ....................................................................... 77
Figura 5.29 Avaliao do corte (t=4mm) com mquina de corte e pelos processos (oxi-corte e corte laser) com as arestas quebradas .................................................................... 77
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Figura 5.30 Os resultados de fadiga das soldaduras de topo com t=4mm soldadas pelos Estaleiros de FSB e LISNAVE ........................................................................................ .. 78
Figura 5.31 A forma dos cordes na soldadura de topo (t=4mm) feitos pela Lisnave e FSG .................................................................................................................................... 78
Figura 5.32 Influncia da forma do cordo de soldadura na vida fadiga ..................... 79 Figura 5.33 Influncia da suavidade do cordo feito por limagem para a vida de fadiga do provete soldado pela Lisnave ........................................................................................ 80
Figura 5.34- A vida de fadiga das soldaduras de topo (FSG) com pr-carga (0.8 Rp0.2) e
sem pr-carga ...................................................................................................................... 80
Figura 5.35 A vida de fadiga das soldaduras de topo (LISNAVE) com pr-carga (0,8 Rp02) e sem pr-carga ............................................................................................. 81
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NDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 Anlise qumica tpica dos aos 690,890 e 965 [3].... 6 Tabela 2.2 Valores mnimos de limite elstico, dependendo da espessura da chapa [3]. 7 Tabela 2.3 Valores mnimos da resistncia traco e alongamento, dependendo da espessura da chapa [3] .... 8 Tabela 2.4 Valores mnimos de resilincia (charpy-V-notch samples) [3] ..... 8 Tabela 2.5 Valores tpicos da resistncia ruptura de fluncia do ao 690E [3] .... 9 Tabela 2.6 Raio mnimo e abertura para deformao a frio [3] ..... 10 Tabela 2.7 Temperaturas mnimas de pr-aquecimento para oxi-corte EHS 690 [2] .... 13 Tabela 2.8 Consumveis para a soldadura dos aos EHS 690 [9;11;13] ........ 20 Tabela 3.1 Entrega trmica efectiva recomendada (KJ/mm) e temperatura de pr-aquecimento [37] ....... 34 Tabela 3.2 Factor de eficincia ....................................................................................... 35 Tabela 3.3 Testes de Fissurao ..................................................................................... 38 Tabela 4.1 Composio qumica do metal depositado conforme dados do fabricante (%
em peso) [3] ...................................................................................................................... 41 Tabela 4.2 Propriedades mecnicas do ao Dillimax 690 conforme dados do fabricante41 Tabela 4.3 Composio qumica do metal depositado conforme dados do fabricante (% em peso) ............................................................................................................................. 41
Tabela 4.4 Propriedades mecnicas do metal depositado dados do fabricante [3] ......... 41 Tabela 4.5 Resultados do clculo da temperatura de pr-aquecimento para soldadura do ao em estudo ............................................................................................................ .... 45
Tabela 4.6 Parmetros de soldadura usados na chapa com chanfro................................ 47 Tabela 4.7 Parmetros de soldadura usados na chapa sem chanfro com cobrejunta....... 47 Tabela 4.8 Parmetros de soldadura usados nos ensaios CTS ........................................ 49 Tabela 4.9 Parmetros de soldadura usados nos ensaios Tekken ................................... 49 Tabela 5.1 Composio qumica do metal base e dos metais de soldadura (% em peso) 60 Tabela 5.2 Avaliao dos ensaios Tekken e CTS dos processos de soldadura SMAW e FCAW ............................................................................................................................... 68
Tabela 5.3 Resultados dos ensaios de traco ................................................................. 72 Tabela 5.4 Resultados dos ensaios de impacto (Provetes reduzidos 2,5x10 mm) .......... 73
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LISTA DE ABREVIATURAS
AWS American Welding Society
ANSI American National Standards Institute
ASTM American Society for Testing Materials
ASW Arc Stud Welding
B+V Blohm + Voss
CE Carbon Equivalente (IIW International Instituto of Welding) Pcm Carbon Equivalente (formula de Ito-Bessyo)
CET Carbon Equivalente ( formula de Dren)
CA Corrente Alterna
CC Corrente Contnua
CTS Controlled Thermal Severity
DIBT German Institute of Structural Engineering
EHS Extra High Strength
FSG Flensburger Schiffbau Gesellschaft
FCAW Flux Cored Arc Welding
GPL Gas de Petroleo Liquifeito
GMAW Gas Metal Arc Welding
GTAW Gas Tungsten Arc Welding
HD Humidity Dissolved
ISO International Organization for Standardization
IIW International Institute of Welding
JIS Japanese Industrial Standards
MIG Metal Inert Gas
MAG Metal Active Gas
OSW One Side Welding
PA Posio de Soldadura ao Baixo
PF Posio de Soldadura Vertical Ascendente
PWHT Post Weld Heat Treatment
Q Entrega Trmica
SA 2 Blast-cleaning, SA Grau de acabamento de superfcie, norma ISO 8501-1 SER Soldadura Elctrodo Revestido
SAW Submerged Arc Welding
SMAW Shielded Metal Arc Welding
STP Standard Temperature and Pressure
t 8/5 Tempo de arrefecimento entre os 800-500 C
TW Tack Welding
TIG Tungsten Inert Gas
UIT Ultrasonic Impact Treatment
WPS Welding Procedure Specification
YAG Yttriun Aluminum Garnet
ZAC Zona Afectada pelo Calor
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1. Objectivos e Estrutura da Dissertao
1.1. Objectivos
Este trabalho visa estudar a soldabilidade de um ao de Extra Alta Resistncia EHS 690
(Extra High Strength). Por razes econmicas e de construo, o aspecto moderno e leve
que as estruturas de ao apresentam so devidos reduo de espessura e, portanto, de ao
estrutural de baixa liga e alta resistncia com limites elsticos at 1100 MPa so cada vez
mais aplicados na construo naval, industria offshore e, especialmente, na fabricao de
guindastes.
A necessidade do desenvolvimento tecnolgico para processos tanto de fabricao quanto
de recuperao por soldadura em componentes de uso naval, leva investigao que venha
trazer fundamentos tcnico-cientficos consistentes para estes processos. Neste contexto,
apresenta-se o desenvolvimento e aplicao dos aos temperados e revenidos com limite
elstico mnimo de 690 MPa. Em paralelo, tambm foram desenvolvidos consumveis para
soldadura, destacando-se os elctrodos revestidos da classe AWS A5.5: E 11018M [1] e os
arames tubulares da classe AWS A5.28: E110C-G.
Para se atingirem, nestes aos, valores mnimos de resistncia necessrio ter um cuidado
extra durante a execuo da soldadura. De modo a garantir uma adequada resistncia,
necessrio soldar de modo a que as juntas no apresentem defeitos inadmissveis e que as
propriedades mecnicas do metal depositado na (ZAC) zona afectada pelo calor sejam
suficientes para resistir s tenses de servio.
Neste trabalho apresentam-se os mtodos de fabrico dos aos EHS, como so produzidos, as
suas propriedades mecnicas, propriedades de fabricao, corte trmico e soldadura.
As propriedades de deformao a frio e a quente destes aos so discutidas em comparao
com os aos convencionais usados na construo naval.
Para os mtodos de soldadura mais comuns usados na construo naval, dada ateno ao
que mais importante para a soldadura destes aos. Tambm so dadas orientaes para a
preparao das juntas, pingagem durante a montagem, seleco dos consumveis de
soldadura e pr-aquecimento.
Para que as juntas apresentem boas caractersticas de resistncia fadiga, o perfil e o
acabamento das soldaduras so muito importantes. Soldaduras irregulares com
concordncias deficientes reduzem a resistncia fadiga. Este documento discute algumas
condies.
-
2
Um dos efeitos negativos da soldadura, especialmente quando a espessura da chapa
reduzida usando aos EHS a deformao e algumas vezes o desempeno a calor
necessrio.
Quando soldamos aos EHS pela primeira vez, necessrio fazer novos procedimentos de
soldadura e qualificao de soldadores.
Foi feita uma avaliao quantitativa sobre a influncia dos custos de construo na aplicao
dos aos EHS690 comparados com os aos de mdio carbono usados na construo naval.
O presente trabalho enquadra-se num projecto internacional High Tensile Steel 690 in Fast
Ship Structures (FASDHTS) CEC BRITE/EURAM Programme (2000-2004), parcialmente
financiado pela Unio Europeia atravs do contracto n. GRD1-1999-10558, em que
participaram as seguintes Instituies: TNO Building and Construction, Centre for
Mechanical Engineering (NL), AF Industriteknik AB (S), AG der Dillinger
Httenwerke(D), Alstom Chantiers de lAtlantique (F), Bureau Veritas (F), Chalmers
University of Technology AB (S), Flensburger Schiffbau mbH&Co. KG (D), Germanischer
Lioyd AG (D), Instituto Superior Tcnico (P), Lisnave Estaleiros Navais (P), Royal Schelde
group BV (NL), Technische Universitt Hamburg-Harburg (D), and Van der Giessen-De
Noord shipbuilding division BV (NL). Este projecto teve como objectivo conceber um
navio de pequena/mdia envergadura (cerca de 160 m) para navegar no Mediterrneo para
transporte de viaturas e pessoas.
O material constituinte era um ao de alta resistncia, que permitia reduzir o peso do navio e
consequentemente o consumo de energia. Apesar destes aos serem aplicados
industrialmente desde os anos 60, em particular na industria metalomecnica e de extraco
de petrleo, pesada, a sua aplicao neste caso sucinto de construo naval colocam
algumas questes de estudo interessantes como sejam os aspectos ligados ao corte e
soldadura da chapa, e o efeito que estas operaes tm no comportamento fadiga dos
navios.
Os aspectos relacionados com o corte e fadiga foram estudados pelos Estaleiros Navais de
Flensburger Schiffbau-Gesellschaft e Blohm + Voss e pela Technische Universitt
Hamburg-Hamburg e os ensaios de soldadura na Lisnave e Flensburger Schiffbau-
Gesellschaft. Tendo sido realizado pela Lisnave no mbito desta dissertao os ensaios de
soldabilidade em chapa de 4 mm de espessura pelos processos SMAW e FCAW, um estudo
metalogrfico e de durezas, a determinao das propriedades mecnicas e qumicas, um
estudo econmico da soldadura e o estudo sobre os problemas de fissurao a frio que estes
aos colocam soldadura.
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3
1.2. Estrutura da Dissertao
A dissertao est organizada da seguinte forma:
No Capitulo 1: faz-se uma breve descrio dos objectivos da estrutura da dissertao.
No Capitulo 2: apresenta-se uma breve introduo, que serviu de base e enquadramento ao
trabalho realizado, descrevem-se os mtodos de produo e as propriedades mecnicas do
ao em estudo e, os diversos processos de corte e de soldadura, uma breve descrio sobre a
seleco das condies de soldadura, apresenta-se uma descrio sobre os ensaios de
fissurao a frio, o comportamento do revestimento primrio de fabricao na soldadura,
caracterizao dos mtodos de preparao das juntas de soldadura, consideraes sobre a
seleco, armazenamento e manuseamento dos consumveis de soldadura, procedimento de
pingagem e o uso de reforos temporrios durante a montagem e soldadura, factores e
procedimentos a ter em conta na preparao e durante a soldadura para melhoria das juntas
fadiga, a influncia do tratamento trmico de alivio de tenses, consideraes sobre a
qualificao de processos de soldadura e soldadores para a soldadura deste material.
No Captulo 3: Problemas de Soldabilidade dos Aos EHS faz-se uma breve descrio da
susceptibilidade fissurao a frio pelo hidrognio dos aos EHS. Apresenta-se o mtodo
para a determinao do teor de hidrognio difusvel, tenses residuais desenvolvidas durante
a soldadura, exemplos para a determinao da espessura combinada das juntas para
soldadura, como prevenir a fissurao a frio e, uma breve descrio dos ensaios de
fissurao a frio especialmente para os ensaios CTS e Tekken.
No Captulo 4: Procedimento Experimental, descrevem-se os procedimentos de soldadura
utilizados experimentalmente, realizados na Lisnave Estaleiros Navais S.A., e as
caractersticas dos materiais e mtodos usados os equipamentos e a metodologia empregue
na parte experimental, os ensaios no destrutivos e os procedimentos para os ensaios
mecnicos, metalogrficos e a preparao para os ensaios de fissurao a frio.
No Captulo 5: Resultados e Discusses so apresentados e analisados os principais
resultados dos casos estudados, obtidos atravs dos procedimentos experimentais,
nomeadamente ensaios mecnicos, anlises qumicas, ensaios charpy, ensaios de fadiga,
metalogrficos e de fissurao a frio.
No Captulo 6: Concluses e Sugestes so apresentadas as concluses do trabalho, assim
como sugestes para trabalhos futuros a ser realizados nesta rea de estudo.
-
4
2. Os Aos de EHS
A resistncia requerida para estruturas de ao tais como lanas de gruas, para a construo
de chassis de veculos pesados, construes naval, offshore, comportas contra inundaes,
ou pontes so considerveis.
Os aos de alta resistncia EHS690 (Extra High Srength 690MPa), desenvolvidos nos anos
60 do sculo XX permitem construir estruturas de elevada resistncia e mxima segurana
e, ao mesmo tempo reduzir os custos com o material e a fabricao uma vez que as
espessuras so bastante inferiores [2].
So usados na construo de mquinas de terraplanagem, na construo de estruturas de
ao. Um exemplo de nota a central hidroelctrica de Cleuson-Dixene na Sua, onde foram
utilizadas 7.500 toneladas de ao 690 e 890 para construir as tubulaes, com espessuras
mnimas como se pode ver na Figura 2.1 [3].
Figura 2.1: Fraco de um anel em tubo de ao EHS 690. Central hidroelctrica de Cleuson-Dixene na Sua.
Estes exemplos demonstram os dois aspectos mais importantes na aplicao dos aos 690: o
peso intrnseco da construo pode ser drasticamente reduzido e, os consumos de energia
so menores.
Estes aos esto disponveis numa ampla gama de graus de resistncia, permitindo a
cobertura de todo o espectro de aplicao: graus 460, 500, 550, 620, 690, 890 e 965 [3]
A figura 2.2 compara os custos de material e de fabricao com o ao convencional de
qualidade S355 [4] e indicando a poupana permitida com estes aos.
-
5
Figura 2.2: Custos de material e fabricao: Graus de alta resistncia comparados com o ao convencional S355.
A norma europeia EN 10137-2:1996 estabelece os requisitos destes aos, em componentes
soldados (por exemplo construo de guindastes, pontes, comportas) temperatura
ambiente e a baixas temperaturas. Na gama de espessuras de 6 a 50 mm, o ao 690E
(S690QL1) aprovado para uso em construes pelo DIBT (German Institute of Structutal
Engineering).
2.1. Produo dos Aos EHS
O elevado grau de resistncia e tenacidade exibida por estes aos conseguido pela adio
de elementos de liga, mas tambm por um processo especial de fabrico. Aps laminagem, as
chapas de grandes espessuras so temperadas. Em todos os processos de produo do ao, a
formao das chapas grossas e a tmpera em gua, so exactamente combinados para cada
fabricao [3].
Depois de uma cuidada desulfurizao do metal quente, estes aos so produzidos por fuso
num processo top-blowing [5] de oxignio, ento tratados metalurgicamente e, para
chapas de espessuras acima de 100 mm, vazados por um processo de vazamento contnuo.
O teor mximo de fsforo de 0,02 % e o teor mximo de enxofre de 0,01 %, ambos
requisitos para alta tenacidade [3].
O teor dos elementos de liga pode ser ajustado durante a fuso do metal, para que os valores
mximos de resistncia mecnica e boa maquinabilidade sejam garantidos. dada especial
S355
460
550
690
890
965
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
65 mm* 50 mm 40 mm 33 mm 25 mm 23 mm
Custo
tota
l re
lative e
m %
%
Material base Metal adio Soldadura * Espessura chapa
-
6
ateno ao carbono equivalente (CE, PCM ou CET), uma vez que este dependente do teor
de elementos de liga. Valores de baixo carbono equivalente indicam boa soldabilidade. Um
aumento do teor em elementos de liga, faz aumentar o carbono equivalente. No entanto,
com o aumento da espessura da chapa necessrio um mnimo de elementos de liga, para
que num subsequente processo de tmpera e revenido se atinjam os valores de resistncia
destes graus ao longo de toda a espessura da chapa.
Na tabela 2.1 apresentam-se as anlises qumicas dos aos 690, 890 e 965.
Tabela 2.1: Anlise qumica tpica dos aos 690, 890 e 965 [3]
Aos 690 B 690 T1)
,E 890 B,T,E 965B,T
Espessura (mm) 20 20-50 50-100 100-150 20 20-50 50-80 80-110 110-150 50 50-100 50
C 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,17 0,18 0,17
Si 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,3 0,30 0,30
Mn 1,20 1,45 1,45 1,45 1,35 1,45 1,45 1,45 1,45 0,9 1,00 0,90
Mo 0,12 0,27 0,37 0,47 0,22 0,37 0,37 0,42 0,52 0,52 0,50 0,52
Ni --- --- 0,27 0,75 --- 0,12 0,30 0,75 1,35 0,97 1,00 0,97
Cr --- 0,60 0,80 0,90 0,55 0,55 0,80 0,90 0,90 0,47 0,60 0,47
B 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,0022) 0,002 0,002
2)
CE 0,38 0,58 0,65 0,73 0,54 0,59 0,66 0,72 0,78 0,58 0,63 0,58
PCM 0,25 0,29 0,32 0,33 0,29 0,31 0,32 0,34 0,35 0,31 0,33 0,31
CET 0,29 0,36 0,39 0,42 0,34 0,37 0,39 0,41 0,44 0,36 0,38 0,36
Estes aos podem ser ligados com niobio e/ou vanadio Carbon equivalente
1)Para os graus T, a espessura mxima para determinados CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
tipos de composies qumicas so ligeiramente deslocadas PCM=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+5B
para chapas de maior espessura. Os elementos de liga Mn, CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40
Mo e Cr so baixos e os teores de V e B so um pouco
superiores aos da variante E
2)As chapas de menor espessura so ligadas sem boro
As chapas de ao produzidas so laminadas, e devido s elevadas presses exercidas pelos
rolos (acima dos 108.000 kN), a deformao suficiente para atingir o ncleo da chapa,
mesmo para grandes espessuras. A microestrutura , portanto, adaptada para posterior
tmpera e revenido de modo a conferir alta resistncia e tenacidade a estes aos [3].
Aps laminagem, as chapas so aquecidas temperatura de austenitizao e em seguida
arrefecidas em gua [6;7], com uma velocidade de arrefecimento elevada de modo a formar
martensite. O endurecimento ocorre em toda a espessura da chapa. A tmpera seguida de
um revenido a aproximadamente 650 C. Este processo de revenido aumenta a tenacidade.
-
7
A Figura 2.3 mostra a microestrutura de gro fino tpica destes aos depois de temperados e
revenidos [3;6;7].
2.2. Propriedades Mecnicas
2.2.1. Resistncia e Tenacidade
A Tabela 2.2 mostra os valores mnimos do limite elstico para diversas gamas de espessura
e a Tabela 2.3 os valores mnimos de resistncia traco e alongamento. Apesar do seu
elevado grau de resistncia, estes aos apresentam excelentes propriedades de tenacidade
(ver Tabela 2.4). Comercialmente so fornecidos em trs graus de dureza: [3]
Grau bsico (B), com valores mnimos de tenacidade a -20 C,
Grau resistente (T), com valores mnimos de tenacidade a -40 C,
Grau extra resistente (E) com valores mnimos de tenacidade a -60C.
Os valores mnimos de tenacidade destes trs graus s temperaturas indicadas so
apresentados na tabela 2.4.
Tabela 2.2: Valores mnimos de limite elstico, dependendo da espessura da chapa [3]
Limite elstico em N/mm2
t 50 mm 50 < t 100 mm 100 < t 120 mm 120 < t 150 mm
Tipo 460 460 440 400 440 4)
Tipo 500 500 480 440 ----
Tipo 550 550 530 ---- ----
Tipo 620 620 600 1)
560 1)
560 1)
Tipo 690 690 690/670 2)
630 1)
630 1)
Tipo 890 890 850/830 3)
---- ----
Tipo 965 960 ---- ---- ----
1) Maiores valores mnimos podem ser definidos no pedido
2) Limite elstico mnimo 690 N/mm2
at aos 65 mm, 670 N/mm2
para grandes espessuras.
Valores mnimos superiores a 690 N/mm2
podem ser definidos no pedido.
3) Limite elstico mnimo 850 N/mm2
at aos 80 mm, 830 N/mm2
para chapas de maior espessura.
4) A gama de espessuras s se aplica aos graus B e T.
Figura 2.3: Microestrutura tpica
dos aos 690 (ampliada 500 X)
-
8
Tabela 2.3: Valores mnimos da resistncia traco e alongamento, dependendo da
espessura da chapa[3]
Resistncia traco (U.T.S.) em N/mm2
Alongamento
A5 em % 4)
t 50 mm 50 < t 100 mm 100 < t 120 mm 120 < t 150 mm todas espessuras
Tipo 460 550 - 720 550 - 720 500 - 670 500 - 6702) 17
Tipo 500 590 - 770 590 - 770 540 - 720 ------ 17
Tipo 550 640 - 820 640 - 820 ------- ------ 16
Tipo 620 700 - 890 700 - 890 650 - 8301)
650 - 8301) 15
Tipo 690 770 - 940 770 - 940 720 - 9001)
720 - 9001) 14
Tipo 890 940 - 1100 880 - 11003) ------ ------ 12
Tipo 965 980 - 1150 ------ ------ ------ 12
1) Valores mnimos os mais elevados podem ser definidos no pedido
2) Intervalo de espessuras s se aplica aos graus B e T.
3) Resistncia traco mnima 900 N/mm2
at aos 80 mm, 880 N/mm2
.
4) Mnimo alongamento.
Tabela 2.4: Valores mnimos de resilincia (Charpy-V-notch samples) [3]
Temperatura de teste energia em joules
0 C -20 C -40 C -60 C
Grau bsico (B) longitudinal/transversal 40/30 30/27 --- ----
Grau resistente (T) longitudinal/transversal 50/35 40/30 30/27 ----
Grau extra resistente ('E) longitudinal/transversal 60/40 50/35 40/30 30/27
Tipos 460 - 965 direco da laminagem
2.2.2. Resistncia a Alta Temperatura
Com a adio de molibdnio e crmio, os aos 690 e superiores possuem uma boa
resistncia a temperaturas at 500 C (ver Figura 2.4) [3].
900
800
700
600
500
400
300
200
0 100 200 300 400 500
Temperature [ C]
T.S. (Typical value) Y.S. (typical value) Y.S. (minimum value)
T.S
. an
d Y
.S.
[N/m
m2]
Figura: 2.4 Efeito da temperatura nas propriedades mecnicas dos aos 690 (espessuras acima de 50 mm)
-
9
2.2.3. Comportamento Fluncia
A Tabela 2.5 [3] mostra os valores tpicos da resistncia fluncia do ao 690 grau E,
conferido pelo molibdnio e crmio.
Essas propriedades so de interesse para as construes e componentes sujeitos a
temperaturas elevadas, por exemplo, grandes ventiladores industriais.
Tabela 2.5: Valores tpicos da resistncia a ruptura por fluncia do ao 690E
Ruptura depois 100.000h [N/mm2] Alongamento
=1% aps 100,000h[N/mm2]
Temperature 450 C 500 C 450 C 500 C
Espessura chapa 20 mm 240 100 170 80
20 > t 50 mm 270 120 180 90
2.3. Propriedades de Fabricao dos Aos EHS 690
Os aos de alta resistncia so to fceis de trabalhar como os aos estruturais
convencionais nos graus de baixa resistncia e, em alguns casos, so mesmo mais fceis de
manusear [3].
A deformao a frio destes aos pode ser facilmente realizada por dobragem. Deve-se
considerar que, com o aumento do limite elstico, a fora necessria para deformar a mesma
espessura de chapa aumenta.
A fim de evitar o perigo de ocorrncia de fissurao na direco do bordo, as arestas devem
ser rebarbadas nos locais onde se pretende executar as dobragens. O raio mnimo de
dobragem depende da deformabilidade do ao e pode ser estimada a partir do alongamento e
a reduo de rea, como ilustrado na Figura 2.5 [3].
8
12
16
20
32
10 30 40 50 60
1
0,5
0,2520
16
8
4
2 2428
Min
imu
m b
end
ing
rad
ius/
pla
te t
hic
kn
ess
Reduction of area Z [%]
Figura 2 5: Raio mnimo de dobragem para deformao a frio, dependendo do alongamento e reduo de rea
-
10
Quando o alongamento do ao diminui, o seu limite elstico aumenta. Se se assumir um
determinado limite mximo da taxa de deformao (alongamento inferior a 10 % por
segundo na fibra externa) o raio mnimo de curvatura e aberturas podem ser usados como
valores de referncia para os graus indicados na tabela 2.6 [3].
Tabela 2.6: Raio mnimo e abertura para deformao a frio
Aos, graus
Posio dobragem perp. paralelo perp. paralelo perp. paralelo perp. paralelo
direco laminagem
Raio de dobragen 1t 1,5t 1,5t 2,5t 2t 3t 3t 4t
Abertura 6t 7t 6t 7t 7t 8t 9t 10t
t = espessura da chapa, taxa de deformao > 2 s para um ngulo de dobragem 90
F
t
w
t
w
460 ; 500 550 ; 620 690 890 ; 965
r
F
A fora necessria pode ser estimada atravs das seguintes equaes: 1 e 2,
Deformao a frio:
w
RbtP m
27,0 (N) (1)
Presso de flexo:
w
Rbt
w
tn m2))
4(1( (N) (2)
Em que:
b comprimento a ser enformado (mm)
t espessura da chapa (mm)
Rm carga de rotura (MPa)
w espaamento dos rolos (mm)
-
11
O raio mnimo de curvatura dado pela Norma Europeia EN 10137, Part 2, em vigor. Para
espessuras de chapas inferiores a 6 mm o raio de curvatura de 2,5 vezes a espessura da
chapa. Se a deformao transversal direco de laminagem, possvel reduzir o raio de
curvatura em 2 vezes a espessura da chapa.
A deformao a frio introduz mudanas na resistncia e ductilidade e diminui a tenacidade.
A extenso da alterao destas propriedades depende da temperatura e grau de deformao.
Por vezes, o tratamento trmico necessrio para reduzir a tenso de endurecimento e
melhorar as propriedades de tenacidade prejudicadas pela deformao [8], o tratamento
trmico de alvio de tenses geralmente suficiente. Isto no significa, no entanto, reverter
completamente o efeito da deformao a frio [9].
Como mostrado na Figura 2.6, com base nas curvas de transio, os aos 690T no so
susceptveis perda de resistncia acima da mdia como resultado da deformao a frio e do
envelhecimento.
Dependendo da aplicao final destes aos, os cdigos de fabricao, estabelecem o limite
mximo admissvel de deformao a frio e estipulam o tratamento trmico correspondente.
Se o componente soldado vai ser sujeito a um tratamento de recozimento de alvio de
tenses, o recozimento depois da deformao a frio pode ser dispensado [3].
-20 -10 0 10-60 -50 -40 -30-80 -70-90
60
40
20
0
140
120
100
80
220
200
180
160
27 Joules
Impac
t en
ergy [
Joule
]
Temperature [C]
Initial condition
10% + aged
10% + aged + 580 C / 60 min.
5% + aged
Figura 2.6: Curvas tpicas de transio dos aos 690T e graus subsequentes para deformao e envelhecimento artificial
-
12
2.3.1. Deformao a Quente
Quando esto em causa pequenos raios de curvatura e grandes espessuras, a deformao a
altas temperaturas pode ser vantajosa porque requer foras de deformao menores. No
entanto este mtodo tem srias desvantagens: a deformao a quente ocorre, em regra,
acima da temperatura mxima admissvel para o alvio de tenses
Consequentemente, a deformao a quente destes aos no admissvel se no for renovada
a tmpera e revenido posterior deformao a quente.
Mesmo com um novo tratamento de tmpera e revenido deve-se verificar se as propriedades
mecnicas no se deterioraram. Os fabricantes no garantem resultados satisfatrios mesmo
com um novo tratamento de tmpera e revenido. Em primeiro lugar, a eficincia do
equipamento de tratamentos trmicos que os fabricantes tm sua disposio varia muito e,
por outro, os resultados satisfatrios deste tratamento so mais difceis de alcanar devido a
geometria do componente, em comparao com o processamento da chapa.
Consequentemente, a composio qumica do ao deve ser ajustada antes da consulta ao
fabricante para os componentes que vo ser temperados e revenidos durante a fabricao.
Na medida do possvel, a deformao a quente destes aos dever ter lugar a temperaturas
entre 880 C e 950 C, se este ao se destinar a um novo processo de tratamento de tmpera
e revenido. Durante o endurecimento subsequente deve ser assegurada, uma elevada taxa de
dissipao de calor de forma a prever o endurecimento total em toda a espessura da chapa.
O processo de revenido subsequente depende da composio qumica, dimenses e
propriedades mecnicas necessrias e devem tambm ser decididas na consulta ao fabricante
[3].
2.4. Corte Trmico dos Aos EHS 690
Estes tipos de aos adquirem as suas propriedades atravs de processos especficos de
tratamento trmico, e a entrega trmica causada pelo mtodo de corte trmico utilizado deve
ser tida em conta. A largura da zona afectada pelo calor (ZAC) e seu efeito sobre a dureza
dependem de vrios factores, dos quais o mais relevante o calor posto em jogo.
O mtodo de corte e a velocidade de corte determinam a entrega trmica. Quanto maior for
a entrega trmica, maior ser a ZAC. A dimenso da chapa, quando esta cortada em
pequenas peas, o volume de metal no suficiente para agir como um dissipador de calor
do calor fornecido. A temperatura da chapa pode ento ser to elevada que a dureza da parte
cortada seja reduzida.
-
13
A quebra das arestas da chapa, aps o corte melhora a vida fadiga de uma construo. A
rugosidade das superfcies do corte tambm tem influncia na vida fadiga. Uma elevada
rugosidade da superfcie diminui a vida fadiga. A rugosidade depende do mtodo de corte,
superfcie da chapa, e dos parmetros de corte, principalmente da velocidade de corte.
As seguintes tcnicas so adequadas para o corte de EHS 690
Por Oxi-corte
Corte por Plasma
Corte a laser
Em comparao com o ao naval normais os parmetros de corte EHS 690 so os mesmos e
no h nenhuma preparao especial exigida antes do corte [3].
2.4.1. Oxi-corte
O oxi-corte com gs combustvel , basicamente, aplicvel para o corte dos aos macios e
temperados com os melhores resultados. Os gases combustveis so acetileno, propano, gs
natural ou a mistura de gases. A utilizao de sistemas de corte simples e mltiplas cabeas
tocha permite o corte econmico e preciso de diversas espessuras de chapa [9].
Tanto o GPL (gs de petrleo liquefeito) como o acetileno podem ser usados para o corte
dos aos EHS 690. So os mtodos mais utilizados e tm um amplo campo de aplicao.
Podem ser usados para todas as espessuras da chapa. A largura de corte de 2 a 5 mm e a
ZAC de 4 a 10 mm de largura, sendo que ambos dependem da espessura da chapa e da
velocidade de corte.
O risco das fendas de corte aumenta com a espessura da chapa e dureza. Para evitar isso,
pode ser aconselhvel pr-aquecer a chapa ou diminuir a velocidade de corte.
A Tabela 2.7 mostra, as temperaturas de pr-aquecimento recomendadas para o oxi-corte e a
Figura 2.7 mostra, as curvas tpicas de dureza na superfcie da zona cortada [3].
Tabela 2.7: Temperaturas mnimas de pr-aquecimento para oxi-corte
EHS 690 [3]
Espessura da chapa [mm] < 20 < 30 < 50 < 100 > 100
EHS 690 N.A. * 25 C 50 C 100 C 150 C
* No aplicavel
-
14
0.0
Distncia da chama de corte ao bordo [mm]
4.0 4.5 5.02.0 2.5 3.0 3.5200
0.5 1.0 1.5
280
260
240
220
360
340
320
300
440
420
400
380
Du
reza
[H
V5
]
Meia espessura
3 mm subsuperficie
Figura 2.7: Dureza tpica do ao EHS 690 durante o oxi-corte 20-30 mm espessura [3]
O pr-aquecimento deve ser realizado pelo menos, 100 mm de cada lado do corte planeado.
A temperatura recomendada da pea deve ser atingido antes do corte ser iniciado. A
temperatura deve ser verificada por medio no lado debaixo da chapa [3].
2.4.2. Corte por Plasma
Este processo utiliza um arco elctrico concentrado que funde o material atravs de um
feixe de plasma de alta temperatura. Todos os materiais condutores podem ser cortados. Os
sistemas de corte por plasma com correntes de 20-1000 amperes para chapas de espessuras
entre 5-160 mm. Os gases de plasma so o ar comprimido, azoto, oxignio ou rgon /
hidrognio para corte de aos de liga leve e elevada, alumnio, cobre e outros metais e ligas
[10]. As principais vantagens do corte por plasma encontram-se no maior desempenho de
corte e na zona afectada pelo calor estreita, com uma entrega trmica do corte mnima.
A vantagem sobre o Oxi-corte a maior velocidade de corte. A largura do corte menor, 2
a 4 mm, e a superfcie de corte de melhor qualidade.
2.4.3. Corte por Laser
Tal como no corte por plasma, o corte por laser tambm mais rpido e produz uma zona
afectada pelo calor estreita, com uma entrega trmica de corte mnima. Com este processo
possvel cortar espessuras menores, e tiras de chapa estreitas sem distoro. At 10 mm de
espessura as chapas podem ser cortadas com os lasers de CO2 disponveis hoje em dia.
-
15
conseguem-se elevadas velocidades de corte, a largura do corte menor que 1 mm e a ZAC
varia entre 0,4 a 3 mm largura, dependendo da espessura e das condies de corte.
O corte por laser um mtodo, sensvel superfcie da chapa, que pode, portanto, afectar a
produtividade. Uma superfcie regular das chapas uma condio fundamental para o corte
laser, porque o feixe deve ser focado na superfcie da chapa.
A velocidade de corte atingvel depende, em grande medida, da potncia do laser e da
espessura da chapa a ser cortada.
Com uma chapa de espessura de 10 mm e um laser de 2-3 kW, so possveis velocidades de
corte de at 2000 mm / min [3].
A Figura 2.8 mostra o efeito dos diferentes mtodos de corte na zona afectada pelo calor.
Sendo o processo por oxi-corte o que apresenta maior largura da ZAC e o laser o que
apresenta a menor.
0 7
Distncia ao bordo do corte [mm]
500
450
400
350
300
250
2001 62 3 4 5
Laser Plasma
Oxi-corte
Du
reza
[H
V1
0]
Figura 2.8: O efeito tpico dos vrios processos de corte no ao EHS 690
2.5. Soldadura dos Aos EHS 690
2.5.1. Soldadura Elctrica Manual na Soldadura dos Aos EHS 690
Na construo naval o processo de soldadura elctrica manual um processo de soldadura
muito comum, tambm aplicvel na soldadura dos aos EHS.
Para soldadura do ao EHS690 [9;11;13] devem ser usados elctrodos revestidos bsicos de
baixo hidrognio. Estes elctrodos tm uma forte aco fundente, juntamente com a
proteco do dixido de carbono, depositam elevada qualidade do metal de adio com boa
tenacidade e baixo hidrognio, geralmente menor que 5ml/100g de metal depositado. Para
-
16
limitar o risco de fissurao a frio, os elctrodos devem estar bem secos antes de serem
usados. Os elctrodos devem ser armazenados em condies de temperatura e humidade
relativa controlada, porque o revestimento muito higroscpico. Se os elctrodos estiverem
expostos atmosfera rapidamente absorvem humidade. Por vezes necessrio a secagem
dos elctrodos antes de serem usados. Os fabricantes definem a temperatura correcta e o
tempo de secagem dos elctrodos. Estes parmetros tambm podem ser consultados na
norma ANSI/AWS D1.1-98 Captulo 5 [14]. Depois da secagem os elctrodos devem ser
mantidos em estufa a temperaturas entre os 70C e 120C.
Para soldadura de ngulo e soldadura topo a topo na posio ao baixo, elctrodos de baixo
hidrognio com adies de p de ferro de alto rendimento; 120-150% pode ser usado.
2.5.2. Soldadura MIG-MAG
2.5.2.1. Descrio do Processo
A soldadura MIG/ MAG (Metal Inert Gas/ Metal Active Gas) tambm designada por
GMAW (Gs Metal Arc Welding) um processo de soldadura por arco elctrico no qual se
utiliza um fio elctrodo consumvel de alimentao contnua, na ponta do qual se estabelece
o arco elctrico sob uma proteco gasosa. O elctrodo, o arco, a zona fundida e a pea so
protegidos da contaminao atmosfrica por um fluxo de gs inerte, ou activo, que passa
atravs da tocha de soldadura [15].
O modo de transferncia do metal do elctrodo para o banho de fuso determina, em grande
parte, as caractersticas de funcionamento do processo. H trs modos principais de
transferncia de metal:
por curto-circuito
por spray ou pulverizao
por corrente pulsada
O MAG Sinrgico pulsado refere-se a um tipo especial de controlador que permite que a
fonte de energia seja ajustada para o tipo de metal de adio e dimetro do fio, e a
frequncia do pulso seja definida de acordo com a velocidade de sada do fio.
As transferncias por curto-circuito e pulsada so utilizadas em baixa corrente de soldadura
e em posio, em passes de raiz e de vista feita por um s lado (OSW-one side welding) e a
entrega trmica de calor muito baixa. As caractersticas de baixa entrega trmica no
processo tornam-no ideal para a soldadura de estruturas, onde a forma importante por
razes estticas.
-
17
Figura: 2.9: Fio Fluxado
A transferncia por spray usada com elevadas intensidades de corrente de soldadura na
posio ao baixo.
2.5.2.2. Os Gases Usados na Soldadura MIG/MAG dos Aos EHS 690
Os gases que so normalmente utilizados na soldadura dos aos EHS 690 so [9;11;13]:
CO2
rgon + 2 a 5 % oxignio
rgon + 5 a 25 % CO2
O rgon e as misturas base de rgon, em comparao com o CO2, so geralmente mais
tolerantes definio de parmetros e geram nveis mais baixos de salpicos. O CO2 origina
maior penetrao em comparao com o rgon ou misturas base de rgon e a proteco do
banho de fuso melhor. No caso de soldadura de chapa com primrio, a sensibilidade
porosidade menor quando se usa CO2. No caso de soldadura MAG de materiais com
primrio, para evitar a porosidade melhor remover o primrio localmente.
2.5.3. Soldadura Elctrica por Arco com Fio Fluxado
2.5.3.1. Descrio do Processo
A soldadura por arco elctrico com fios fluxados
(FCAW-Fluxo Cored Arc Welding) semelhante
soldadura MIG/MAG no que diz respeito aos aspectos
relacionados com a operao e com o equipamento.
Contudo, o fio elctrico utilizado neste processo um
tubo contendo um fluxo [16]. Um fio fluxado nasce a
nvel de produo como uma fita de metal plana que
dobrada em forma de U. O fluxo e os materiais de
liga so depositados dentro desta fita em U que
fechada em forma de tubo e trefilada para as dimenses finais (ver Figura 2.9).
Tal como na soldadura MIG/MAG, o processo com fios fluxados tambm utiliza um gs
que protege a zona de soldadura da contaminao atmosfrica. O gs de proteco tanto
pode ser aplicado em separado, caso em que o fio referido como um fio fluxado com
proteco gasosa, como pode ser gerado pela decomposio dos elementos que constituem o
fluxo, caso em que o fio referido como um fio fluxado auto-protegido. Os fios fluxados
-
18
produzem tambm uma escria que permite uma proteco adicional do metal depositado
durante o perodo de arrefecimento aps o qual removida.
2.5.3.2. Soldadura Elctrica por Arco com Fio Fluxado dos Aos EHS 690
Este processo muito adequado para a soldadura dos aos EHS 690 [9;11;13]. facilmente
mecanizado ou automatizado montados em calhas que transportam a tocha de soldadura.
Fundamentalmente, o processo utiliza o mesmo equipamento que o do fio slido MAG
embora em alguns casos de maior capacidade. A diferena importante entre a soldadura
MAG com arame slido e com arame fluxado a maior produtividade, as caractersticas de
soldadura e a integridade do metal de adio. Os fios tubulares so agrupados normalmente
em: rutlicos, rutlicos micro ligados, bsicos, e fios metlicos fluxados que no contm
adies de fluxo significativas.
Os fios rutlicos podem ser designados para diferentes aplicaes. Tm uma certa limitao
quando se trata de boas propriedades mecnicas, especialmente resistncia ao impacto a
temperaturas abaixo de zero. Durante os ltimos anos os fios rutlicos foram melhorados no
que diz respeito adio de elementos na sua composio. Para fios rutlicos, mesmo o
contedo de hidrognio do metal depositado pode ser garantido abaixo dos 5ml/100g de
metal depositado. Isto tem expandido o uso deste tipo de fios incluindo para os aos EHS, e
podem ser adoptados para temperaturas de servio inferiores a -50 C.
Os fios rutlicos so de uso fcil, o arco suave, d soldadura uma excelente aparncia
com fcil destacamento da escria. A taxa de deposio muito alta, especialmente quando
se solda em posio. Contudo, a soldadura de ngulo com uma garganta menor que 3,5 mm
na posio vertical (PF) difcil.
Os fios bsicos tm sido sempre caracterizados por um muito bom e consistente nvel de
propriedades mecnicas, praticamente as mesmas que para elctrodos bsicos. Estes
tambm produzem depsitos com boa qualidade radiogrfica quando comparados com os
rutlicos e os fios fluxados de alma metlica.
A maioria do tipo de muito baixo hidrognio (2-3 ml/100g) no entanto, a soldabilidade
no to boa como a dos rutlicos. A soldadura em posio muito mais difcil e o passe
final apresenta uma maior convexidade. O modo de transferncia de metal mais globular,
originando mais salpicos.
Os fios tubulares de fluxo bsico apresentam uma excelente penetrao da raiz em soldadura
topo a topo, com ou sem cobre junta de cermica. Estes fios so menos sensveis
porosidade em chapas oxidadas ou pintadas com primrio.
-
19
Os fios fluxados metlicos contm p de ferro como substituto para a maioria dos elementos
que formam a escria. Por este motivo, o metal depositado quase no apresenta escria.
Passos mltiplos podem ser depositados, sem ser necessrio remover a escria, aps cada
passe. No caso de soldadura em posio necessrio usar o modo de transferncia de arco
curto. Estes fios oferecem vantagens nas posies ao baixo e horizontal, devido s altas
taxas de depsito, boas caractersticas e alta velocidade de soldadura. Este tipo de fio
deposita um metal de adio, com um teor de hidrognio muito baixo e pode ser usado para
temperaturas de servio abaixo de -50 C.
Os fios fluxados com p de ferro apresentam excelentes penetrao na raiz em soldaduras
topo a topo, com ou sem cobre junta cermica.
Os gases mais usados para proteco dos fios fluxados tubulares so, o CO2, ou
combinaes de rgon com CO2.
O gs CO2 o mais econmico e pode ser usado com muitos fios fluxados. Este gs d uma
boa proteco, devido sua alta densidade. O arco mais concentrado, isso vantajoso para
a soldadura vertical ascendente, usando a transferncia por curto-circuito a baixas
intensidades de corrente, e tambm para os passos de raiz, onde obtida uma boa
penetrao.
A mistura de gases produz uma soldadura suave e mais regular. Os salpicos diminuem,
devido ao arco ser mais estvel e formado por muito finas gotculas. O risco de porosidade
, porm, maior do que com o CO2.
2.5.4. Consumveis de Soldadura para os Aos EHS 690
Os consumveis devem ser seleccionados com base em requisitos de resistncia e tenacidade
na junta soldada, bem como sobre as condies de restrio prevalecentes. Deve ser dada
ateno que, como resultado da diluio do metal de adio com o metal base as
propriedades do metal depositado podem diferir dos valores normalizados do metal de
adio ou daqueles especificados nos catlogos dos fabricantes de consumveis de
soldadura.
A fim de alcanar uma combinao ptima de resistncia e tenacidade na junta soldada,
selecciona-se um consumvel com uma resistncia to baixo quanto possvel, mas que
continua a reunir os requisitos de resistncia para a junta [17]. As propriedades do metal de
adio tambm so influenciadas pelas condies de soldadura. A regra geral que um
-
20
aumento na entrega trmica conduz a uma diminuio do limite de elasticidade, resistncia
traco e energia de impacto do metal depositado.
No caso dos passes raiz e soldadura de ngulo com um s passe, o metal depositado sofre
uma perda nos elementos de liga atravs da diluio com o material de base. Como
resultado, o limite elstico e a resistncia traco do metal depositado aumentam quando
comparados com os do material base. Por este motivo, geralmente, o material de menor
resistncia mais usado para os passes de raiz e soldadura de ngulo de um s passe, do que
para o enchimento e cordes de vista.
Quando se usa metal de adio de menor resistncia, a soldadura normalmente mais
resistente fissurao na fabricao. O aumento da ductilidade a baixa resistncia do metal
de adio e a reduo de tenses residuais podem reduzir tambm as tendncias ao
arrancamento lamelar. Algumas recomendaes gerais para a seleco dos consumveis so:
Fluxos bsicos devem ser sempre utilizados nos processos de soldadura SAW,
FCAW e SMAW.
A resistncia ao impacto do metal de adio deve ser, pelo menos, a mesma que a do
material base.
Usar sempre um material de enchimento com baixo teor de hidrognio
(HD5ml/100g).
A Tabela 2.8 mostra os cdigos AWS e Europeu para os consumveis adequados
soldadura dos aos EHS 690. Para uma combinao de EHS 690 e ao carbono, deve ser
utilizado o consumvel para a soldadura do ao carbono. Na verdade, pode ser uma
vantagem usar o metal de soldadura de menor resistncia possvel para minimizar as tenses
em ambas as ZAC e metal depositado [9;11;13].
Tabela 2.8: Consumveis para a soldadura dos aos EHS 690
AWS A 5.5 EN 757Passe de raiz e passe
simples em soldadura de
ngulo
E9018-M/E110-ME55 4 1NiMo B/
E 69 5 Mn2NiMo B
Enchimento e passes de
vista
E11018-M E 69 5 Mn2NiMo B
AWS A5.29 EN12535
Passe de raiz e passe
simples em soldadura de
ngulo
Enchimento e passes de
vista
Soldadura Semi-Automtica
com Fio Fluxado
(FCAW)
E111T-G
E111T5-K4 MH4
T 69 5Mn2NiCrMo
B M2 H5
Tipo de ConsumvelProcesso de Soldadura Aplicao
Soldadura Elctrico Manual
(SMAW)
-
21
2.5.5. Qualificao de Processos de Soldadura e Soldadores
Os procedimentos de soldadura para aos de alta resistncia e novas qualificaes de
soldadores tm de ser aprovados. As orientaes para realizar as qualificaes podem ser
encontradas nas Regras e Regulamentos das Sociedades Classificadoras e nas normas
europeias. Para soldadura por arco, EN 288-3 [18] e EN 287-1 [19] e para a soldadura de
pernos por arco EN-ISO 14555:2006 [20].
O cliente tem de redigir por escrito uma Especificao de Soldadura (WPS-Welding
Procedure Specification) para cada teste de qualificao do procedimento. As principais
variveis que precisam ser includas no WPS so especificados nas Regras e Normas.
Quando se solda ao EHS 690, a entrega trmica, pr-aquecimento e temperatura
interpasses, largura mxima do cordo de soldadura e espessura da camada so variveis
importantes.
O material de origem para os provetes deve ser do mesmo grau que o previsto para a
construo do trabalho. Este material deve ser acompanhado do certificado de fabrico com
registros mostrando a composio qumica e os resultados dos testes mecnicos para
garantir a conformidade do material com a especificao de materiais aplicveis.
Antes de comear com as qualificaes cada soldador dever ter a possibilidade de aprender
a manter o intervalo recomendado de entrega trmica, espessura da camada, largura do
cordo e o controle do pr-aquecimento e temperatura interpasses.
O armazenamento e manuseio do material de soldadura deve ser o mesmo que durante a
produo.
2.6. Melhoria das Juntas Soldadas Fadiga
A fadiga em estruturas soldadas quase exclusivamente restrita soldadura das diversas
partes de uma estrutura [21].
As soldaduras inevitavelmente contm defeitos. Estes defeitos podem ser divididos em dois
tipos:
1. Concentradores de tenses
2. Ncleos potenciais de iniciao de fendas (Crack nuclei)
Os defeitos mais importantes como concentradores de tenses so os ngulos dos cordes
formado entre este e a base, bordos queimados e defeitos de raiz, ver Figura 2.10.
Um ncleo de fenda um defeito em forma de fenda, que depois de sujeito a um pequeno
nmero de ciclos de carga comea a propagar-se em fenda [22].
-
22
Os ncleos mais importantes de fendas so:
1. Falta de fuso/penetrao
2. Incluses microscpicas de escria e entalhes
As incluses de escria tm uma profundidade tpica e mxima de aproximadamente 0,05
mm e 0,2 mm, respectivamente. Eles esto situados na transio do material base/ metal
depositado na parte inferior do bordo queimado ver Figura 2.10. Estes ncleos
microscpicos de fendas esto presentes no ngulo formado entre o cordo e o material
base. A qualidade da soldadura influencia a concentrao de tenses e a quantidade de
outros ncleos de micro fendas presentes.
Para aumentar a resistncia fadiga da junta soldada, existem duas opes.
1. Melhorar a geometria da junta de modo a obter um raio maior e uma transio suave
entre o cordo de soldadura e o material base. Suavizar o ngulo do cordo de
soldadura, melhora a vida fadiga.
2. Introduzir tenses de compresso na regio dos defeitos; uma fenda s se propaga
sob o efeito de tenses de traco.
H uma srie de mtodos de ps-tratamento, onde esses mecanismos esto envolvidos
isoladamente ou em combinao. O mais prtico , esmerilagem, martelagem e a fuso pelo
processo TIG (TIG-dressing) [23;24] da transio entre o cordo e o material base.
Figura 2.10: Descrio esquemtica dos detalhes de uma soldadura que influenciam a fadiga
Esmerilagem o mtodo mais utilizado actualmente. Uma correcta esmerilagem envolve a
limagem da transio entre a soldadura e o material base (weld toe) tal que as micro-fissuras
-
23
e incluses de escria so removidas. Ao mesmo tempo criada, uma transio mais suave,
com um maior raio.
Os bordos queimados devem ser esmerilados at cerca de 0,5 mm de profundidade a chapa,
a fim de garantir que todas as origens de tenses foram removidas.
Martelagem um processo de trabalho a frio em que uma ferramenta como um martelo
pneumtico com uma ponta arredondada usado para encalcar a zona de transio entre o
metal depositado e o material base ver (Fig. 2.11). Desta maneira, so introduzidas tenses
de compresso e a iniciao de fendas retardada. Isto funciona muito bem at que a junta
soldada seja sobrecarregada, onde o estado das tenses de compresso eliminado. Os
resultados do processo de martelagem so quase impossveis de verificar e existem
problemas ambientais associados martelagem como o rudo. (2.12 e 2.13)
a) b)
Figura 2.11: Martelo pneumtico a) e orientao da ponteira b)
Para se garantir a correcta aplicao da martelagem necessrio realizar uma primeira
inspeco visual [25].
Figura 2.12: Aspecto do cordo de soldadura antes da Figura 2.13: Profundidade das indentaes martelagem a) e aps a martelagem b) provocadas pela martelagem
-
24
TIG dressing um mtodo relativamente novo. A tocha TIG usada para refuso do metal
depositado na concordncia do cordo de soldadura sem o uso de material de adio (Fig.
2.14) [26].
Figura 2.14: Macros de juntas soldadas a) como soldado b) TIG dressed
Desta forma, obtida uma transio muito lisa e fina entre o metal depositado e o metal de
base, ao mesmo tempo, as incluses de escria presas so libertadas e podem flutuar at a
superfcie.
O processo TIG mtodo prefervel dos trs no que diz respeito higiene ambiental e
facilidade de execuo e inspeco. As vantagens ambientais da soldadura TIG sobre
esmerilagem so bvias.
A acessibilidade muito boa. Em princpio, a soldadura TIG pode ser feita em qualquer
local onde for possvel soldar. Os resultados so muito fceis de verificar, atravs de
inspeco visual.
Tratamento de Impacte por Ultra-sons (UIT-Ultrasonic Impact Treatment) uma tcnica
de tratamento de alvio de tenses [27] que modifica as propriedades fsicas e metalrgicas
da soldadura. Esta tecnologia baseada na utilizao de um transdutor ultra-snico para a
converso de oscilaes harmnicas de energia elctrica em impulsos fsicos na mesma
frequncia. Estes impulsos transferem a energia da superfcie tratada atravs dos pinos de
ao que so livres e movem-se axialmente entre o transdutor e a superfcie. O objectivo do
tratamento introduzir tenses residuais de compresso benficas nas zonas da
concordncia da soldadura para reduzir as tenses induzidas pela soldadura, melhorando o
perfil da mesma (Fig. 2.15 e 2.16).
a) b)
-
25
Figura 2.15: UIT equipamento Figura 2.16: Pinos do UIT equipamento
Vrios investigadores tm demonstrado a tecnologia do UIT e os resultados dos testes de
fadiga indicam que o desempenho fadiga de juntas soldadas melhora substancialmente
aps o tratamento UIT.
O equipamento composto por uma ferramenta manual que contm os pinos e uma caixa
electrnica de controlo (fig. 2.15). A frequncia do movimento da cabea cerca de 27kHz.
O rudo insignificante comparado com a de outros dispositivos de martelagem.
2.6.1. Tratamento Trmico de Alivio de Tenses
Os aos EHS e juntas soldadas apresentam um grau de dureza suficiente para serem
utilizados em componentes altamente carregados, em geral, sem necessidade da realizao
de tratamento de alvio de tenses [3].
Em geral, a temperatura do alvio de tenses mais elevada deve ser de 40 Kelvin abaixo da
temperatura de tmpera. Esta temperatura de tmpera parte integrante do certificado de
fabrico emitido pelo fabricante. O tempo de patamar quando recozido no deve exceder 60
minutos. Se forem prescritos longos tempos de patamar, a temperatura de alvio de tenses
deve ser ainda mais reduzida em relao temperatura de tmpera. Em especial, quando o
nvel de tenses residuais dos componentes alto e a espessura elevada, devem ser
tomados cuidados para evitar diferenas de temperatura muito pronunciadas no componente,
a quando do aquecimento para o recozimento [28].
-
26
3. Problemas de Soldabilidade dos Aos EHS
3.1. Fissurao a Frio
Como com todos os aos de alta resistncia, temperado e revenido ou aos estruturais de
gro fino, os aos EHS 690 so tambm susceptveis fissurao pelo hidrognio na zona
da soldadura.
A fissurao pelo hidrognio tambm conhecida como fissurao a frio [29]. Ambos os
nomes se referem s caractersticas do fenmeno. Fissurao a frio indica que a fissurao
ocorre normalmente quando a soldadura arrefeceu, ou, s vezes, durante o arrefecimento at
temperatura ambiente. Fissurao pelo hidrognio refere-se presena de hidrognio
envolvido no processo, tem incio no metal depositado (especialmente para consumveis
com um limite elstico acima dos 600N/mm2), bem como na zona afectada pelo calor
(ZAC), ver figura 3.1, para os tipos mais comuns de fissuras.
As fendas de hidrognio so orientadas transversalmente s tenses de traco mximas.
Da, elas serem geralmente orientadas transversalmente ou longitudinalmente junta
soldada. Quanto maior a resistncia do material, o mais comum a orientao transversal.
Este tipo de fendas normalmente ocorre no prazo de 48 horas aps a soldadura e isso deve
ser levado em conta quando da inspeco de fendas.
Figura 3.1: Fendas induzidas pelo hidrognio na ZAC do cordo de ngulo e na junta topo a topo
A Fissurao a frio constitui, sem dvida, uma das maiores dificuldades sob o ponto de vista
de soldabilidade metalrgica, surgidas na soldadura dos aos ao carbono, carbono-mangans
e baixa liga.
A fissurao a frio ocorre essencialmente de trs formas, como se ilustra na figura 3.2 sendo
uma orientao longitudinal e aparecendo geralmente na ZAC
-
27
Figura: 3.2 Tipos de fissurao a frio
A fissurao a frio ocorre quando coexistem em simultneo os seguintes factores:
Hidrognio no material depositado
Elevado nvel de tenses na junta
Microestruturas duras e frgeis, como sejam martensites
Um aumento do teor dos elementos de liga, a espessura da chapa e o teor de hidrognio,
aumenta o risco de fissurao a frio. Um aumento da entrega trmica, pelo contrrio, reduz
o risco de fissurao a frio [30;31] uma vez que a velocidade de arrefecimento menor.
O hidrognio introduzido durante o processo pode ter vrias fontes:
Produtos de combusto na soldadura
Produtos de decomposio de revestimento celulsicos de elctrodos em soldadura
por arco elctrico
xidos hidratados
Humidade ou gorduras na superfcie das peas ou dos elctrodos
Humidade nos fluxos
Presena de hidrognio no material base ou nos gases de proteco.
Normalmente, a influncia da composio qumica na susceptibilidade ao endurecimento ou
ao comportamento da fissurao a frio dos aos caracterizada por meio do carbono
equivalente "Ceq" [32]. A equao do Ceq baseada na experincia e dados que so,
principalmente, mas no exclusivamente, para aos de baixo liga e de alta resistncia como
os aos EHS 690. Um valor elevado indica um aumento da susceptibilidade fissurao
pelo hidrognio. Um aumento da espessura da chapa aumenta o risco de fissurao a frio.
Ceq=1556
NiCuVMoCrMnC
(3)
Tipos de