Soldagem com Arco Submerso Utilizando Fluxo Aglomerado com Polímero

7/25/2019 Soldagem com Arco Submerso Utilizando Fluxo Aglomerado com Polmero

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Soldagem com Arco Submerso Utilizando Fluxo Aglomerado com Polmero

(Submerged Arc Welding Using Flux with Polymer Binder)

Alexandre Manoel da Silva 1 , Alexandre Queiroz Bracarense 21,2 Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Mecnica/Laboratrio de Robtica,Soldagem e Simulao, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil. [email protected], [email protected].

Resumo

O processo de soldagem com arco submerso SAW (Submergerd Arc Welding) consiste em fazer a unio demetais atravs do calor fornecido por um arco eltrico entre a pea e um eletrodo. O diferencial deste processoest no fato de o arco eltrico e o metal fundido ficarem submersos em uma cobertura formada por um fluxo

granular, que tem como funo principal proteger a poa de fuso da contaminao atmosfrica durante a soldagem. Um dos grandes problemas enfrentados pelas empresas que usam o processo a manuteno do fluxo, que deve ser mantido a temperaturas controladas isento de umidade. A proposta deste trabalho aplicar,no processo, um fluxo impermevel aglomerado com polmero e posteriormente analisar os resultados, levandoem considerao a qualidade da solda e a microestrutura obtida com a utilizao deste novo fluxo.

Palavras-chave: Soldagem com Arco Submerso. Fluxo Aglomerado. Microestrutura.

Abstract: Submerged Arc Welding process consists in the union of metals through the heat provided by anelectric arc between the work piece and an electrode. The spread of this process is the fact that the arc and themolten metal become submerged in a coating formed from a granular flux, whose main function is to protect theweld pool from atmospheric contamination during welding. A great problem found by companies in the processis to maintain the flux at controlled temperatures free from humidity. The purpose of this paper is to apply in thecase, an impermeable flux that is agglomerated with polymer and then analyze the results, taking into accountthe quality of welding and the microstructure obtained with the use of this new flux.

Key-words: Submerged Arc Welding. Agglomerated Flux. Microstructures.

1. Introduo

A utilizao de polmero na rea de soldagem tem sido motivo de pesquisas nos ltimos anos. Em estudorecente, um polmero foi utilizado como aglomerante em revestimentos de eletrodos. Tal proposta foiinicialmente sugerida para aplicao nos eletrodos revestidos utilizados em soldagem subaqutica molhada, afim de obter a impermeabilidade do eletrodo e analisar o comportamento deste revestimento na condio deumidade extrema em que o eletrodo submetido [1].

Atravs desta pesquisa foi comprovado no apenas a eficincia da adio do polmero na impermeabilizaodo eletrodo, mas tambm foi constatada, na anlise microestrutural do cordo de solda, a presena de grandequantidade de ferrita acicular [2]. Este constituinte importante na microestrutura da solda por apresentar propriedades de alta tenacidade pelo fato dos gros formados por esta estrutura apresentarem maior resistncia propagao de trincas [3].

Pelos resultados positivos da adio do polmero na composio do revestimento de eletrodos na soldagemsubaqutica, os estudos foram estendidos soldagem em ambientes secos, onde o polmero foi aplicado tambmna composio de eletrodos revestidos bsicos [4] utilizados no processo de soldagem com eletrodo revestido(SMAW Shielded Metal Arc Welding).

Outros estudos, envolvendo o processo de soldagem com arco submerso (SAW Submerged Arc Welding),tambm vem sendo observados ao longo dos ltimos anos, uma vez que este processo tem grande aplicao narea industrial. Atravs deste processo possvel soldar peas tanto de pequenas como de grandes espessuras, proporcionando soldas de alta qualidade, altas taxas de deposio e penetrao profunda [5]. Estes estudos tmabrangido tanto o desenvolvimento de novos fluxos [6, 7] como tambm as caractersticas e a influncia daaplicao dos fluxos de soldagem no processo SAW [8, 9].

XLI CONSOLDA CONGRESSO NACIONAL DESOLDAGEM

SALVADOR - BA 12 a 15 de Outubro de 2015
mailto:[email protected]:[email protected]


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A composio dos fluxos de soldagem muito importante, devido ao efeito de seus constituintes nocomportamento fsico do fluxo e tambm na geometria do cordo de solda. Caractersticas como estabilidade doarco eltrico, facilidade da escria em se soltar, reforo do cordo e penetrao da solda, so afetadas pelosconstituintes do fluxo de soldagem utilizado [10].

Alm disto, a composio qumica do metal de base e do metal de adio muito importante no resultadofinal da solda, uma vez que a diluio, que a proporo com que o metal de base participa na formao da zona

fundida, depende da participao relativa de seus constituintes [5]. A diluio() pode ser definida como:

A diluio pode ser medida na seo transversal das soldas atravs de macrografias, como mostra a Figura 1.

Figura 1: Diluio medida na seo transversal de um cordo depositado sobre chapa.

Dos vrios processos de soldagem a arco eltrico, possvel verificar certa semelhana entre o processo desoldagem com arco submerso (SAW) e soldagem MIG/MAG (GMAW Gas Metal Arc Welding). Em ambos os processos, o metal de adio alimentado de maneira contnua at a pea de trabalho atravs de uma unidade dealimentao de eletrodo, com a corrente sendo transferida pea atravs de um bico de contato [11].

Contudo, no processo de soldagem a arco submerso o arco eltrico e a poa de fuso so mantidoscompletamente cobertos por um fluxo durante sua execuo, proporcionando que a soldagem se desenvolva semrespingos ou luminosidades, j no processo MIG/MAG a proteo do arco eltrico e da poa de fuso feita a partir de um gs que pode ser inerte (MIG), ativo (MAG), ou pela mistura dos dois gases [5]. Outra diferenaentre os dois processos, que pode ser observada atravs da Figura 2, que na soldagem MIG/MAG no hformao de escria, o que o torna um processo mais limpo.

Figura 2: Comparativo entre os processos de soldagem MIG/MAG (GMAW) e arco submerso (SAW).

O objetivo deste trabalho aplicar um fluxo a base de polmero desenvolvido por Vaz et al [4] como fluxo desoldagem com arco submerso, porm utilizando um equipamento MIG/MAG. Pretende-se analisar a aplicaono processo e apresentar os resultados obtidos com a utilizao deste novo fluxo aglomerado com polmero.

2. Matrias e Mtodos

O metal de base utilizado neste trabalho foi o ao ASTM A36 com 5 mm de espessura, cortado em peas de100 x 150 mm. O metal de adio empregado foi o arame ER70S-6, com dimetro de 1,2 mm fabricadoconforme AWS A5.18. As Tabelas 1 e 2 mostram a composio qumica do metal de base e adio.

Tabela 1. Composio qumica nominal dos aos ASTM A36.C Cu Mn Si P S Fe

0,29% 0,20% 1,00% 0,28% > 0,04% > 0,05% Rest.

Tabela 2. Composio qumica tpica do arame ER70S-6.C Mn Si S P Cu Ni Cr Mo

0,086% 1,57% 0,86% 0,012% 0,014% 0,018% 0,019% 0,01% 0,006%.


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Levando em considerao que o fluxo aglomerado o tipo de fluxo mais utilizado no processo SAW [5], ofluxo comercial empregado como padro e referncia neste estudo foi o fluxo aglomerado OK Flux 10.71,fabricado pela Esab, conforme AWS 5.17/AWS 5.23.

O fluxo polimrico foi obtido a partir do revestimento de eletrodos revestidos impermeveis. A Tabela 3apresenta a composio qumica do fluxo comercial e a Tabela 4, a frmula do fluxo polimrico obtido a partirdo revestimento do eletrodo impermevel [12].

Tabela 3. Composio qumica fluxo OK Flux 10.71 Norma C Si Mn Ni Mo Cu

AWS A5.17 0,05% 0,50% 1,40% - - 0,10%AWS A5.23 0,04% 0,50% 1,85% 2,20% 0,40% 0,35%

Tabela 4. Frmula do revestimento do eletrodo impermevel.Calcrio P de

ferroFluorita Polmero Silicato Ferro

SilcioFerro

MangansRutilo Feldspato Outros

24% 23% 12% 11% 9% 6% 5% 4% 3% 3%

Foi feita uma separao granulomtrica do fluxo comercial, a fim de adotar uma referncia para os gros dofluxo polimrico. Os revestimentos dos eletrodos polimricos foram modos em um moinho de bola e depois peneirados em malhas padro Mesh Tyler com abertura de #10 a #65, que foi a distribuio granulomtricamdia do fluxo comercial aps a separao nas peneiras. As Tabelas 5 e 6 mostram a granulometria mdia dofluxo comercial e do fluxo polimrico aps o peneiramento.

Tabela 5. Distribuio granulomtrica mdia do fluxo comercial.Padro Mesh Tyler #10 #14 #20 #28 #35 #65 < #65 TotalTela peneira(m) 1700 1180 850 600 425 212 < 212Massa retida (g) 77,2 465,3 421,9 78,8 32,2 13,1 - 1088,5Total percentual 7,1% 42,7% 38,8% 7,2% 3,0% 1,2% - 100%

Tabela 6. Distribuio granulomtrica mdia do fluxo polimrico.Padro Mesh Tyler #10 #14 #20 #28 #35 #65 < #65 TotalTela peneira (m) 1700 1180 850 600 425 212 < 212Massa retida (g) - 15,7 36,2 55,9 83,1 214,7 355,5 761,1Total percentual - 2,1% 4,8% 7,3% 10,9% 28,2% 46,7% 100%

O fluxo polimrico, por ser um material de caractersticas fibrosas, no obteve a forma de gros como o fluxocomercial, mas apresentou um formato de flocos. possvel observar nas tabelas acima que a quantidade definos do fluxo polimrico bem maior que a do fluxo comercial, sendo assim, foi definido que seria utilizadosomente o material retido nas malhas com abertura de #14 a #35 para os dois fluxos. A Tabela 7 apresenta anova distribuio granulomtrica, aps a definio deste parmetro.

Tabela 7. Nova distribuio granulomtrica mdia dos fluxos.

Dados Fluxo Comercial Fluxo PolimricoPadro Mesh Tyler #14 #20 #28 #35 Total #14 #20 #28 #35 TotalTela peneira (m) 1180 850 600 425 1180 850 600 425Massa retida (g) 168,5 153,1 41,1 32,1 394,8 15,7 36,2 55,9 83,1 190,6Total percentual 42,7% 38,8% 10,4% 8,1% 100% 8,2% 19,0% 29,3% 43,5% 100%

As soldagens foram feitas com deposio sobre chapas (bead-on-plate) atravs de um equipamentoMIG/MAG, marca Esab, modelo Smashweld 408, com fonte de energia de tenso constante e corrente contnua.Um dispositivo foi especialmente desenvolvido para deposio e escoamento dos fluxos, permitindo realizar assoldas de forma similar ao processo arco submerso. Alm disto, a tocha de soldagem foi fixada em um carrinhotipo "tartaruga", adaptado com opes de regulagem vertical, horizontal e variao angular da tocha. A Figura 3apresenta o dispositivo desenvolvido, juntamente com a tocha de soldagem e o carrinho tipo tartaruga" .


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Figura 5. Cordo de solda obtido a partir do fluxo polimrico, sem gerar escria.

Devido ao fato do fluxo polimrico apresentar formato de flocos, foi levantada a hiptese da deposio nohaver gerado escria pelo fato deste fluxo apresentar aspectos mais finos pela sua caracterstica fibrosa. Sendoassim, houve uma nova separao granulomtrica do fluxo comercial utilizando as peneiras de telas menores, demalha Mesh Tyler #35 e #65, para seleo somente dos gros mais finos para execuo de outra solda. Umanova soldagem foi realizada, utilizando apenas os gros retidos nestas peneiras e os gros menores (


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Figura 7. Cordo obtido e escria gerada com o fluxo comercial aps nova soldagem.

Figura 8. Escrias geradas utilizando gros padro (A) e gros mais finos (B) do fluxo comercial.

A Figura 9 apresenta o aspecto macrogrfico da seo transversal das soldagens, onde tambm estoindicadas as regies onde foram realizadas as anlises microestruturais e as microdurezas na seo transversal docordo de solda obtido com o uso do fluxo polimrico (A).

Figura 9. Macrografia do metal de solda depositado com o fluxo polimrico (A) e com o Comercial (B).

Foi constatado que o cordo de solda depositado sobre chapa com o fluxo polimrico obteve maior reforo etambm maior penetrao. Dentre as vrias hipteses levantadas por Vaz [13], encontra-se a possibilidade damaior penetrao estar relacionada com o aumento da fora do jato de plasma, devido aos gases oriundos dadecomposio do polmero.

A Tabela 9 apresenta as medies realizadas a partir da seo transversal das macrografias obtidas, assimcomo os valores da diluio e da razo R/L (reforo/largura do cordo) calculados.

Tabela 9. Medies realizadas a partir da macrografia.Fluxo Utilizado I P L R A P AR R/L

Comercial 236 1,1 9,2 1,9 6,77 12,88 34,4 0,21Polimrico 212 1,3 8,8 3,0 6,52 18,74 25,8 0,34

Onde:I corrente (A);P penetrao (mm)L largura do cordo (mm);R altura do reforo (mm);

(B)(A)

AP rea de penetrao (mm);AR rea de reforo (mm); diluio (%);R/L relao reforo/largura.


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Figura 11. Detalhe da ferrita acicular (FA) na microestrutura do cordo depositado com o fluxo polimrico.Ampliao: 500X.

A Tabela 10 mostra os valores das medies de dureza Vickers (HV100) realizadas na seo transversal docordo de solda, nas mesmas regies onde as anlises microestruturais, indicadas na macrografia da Figura 9,foram realizadas.

Tabela 10. Valores das medies de dureza (HV100).Regio Valores Encontrados Mdia

T 250 210 229 244 216 230C 220 251 255 247 232 241R 245 251 257 243 254 250E 243 220 243 237 234 235D 245 235 240 243 234 239

Considerando que o valor mdio encontrado na aplicao do eletrodo com o revestimento polimrico foi de270HV [14] e os valores mdios encontrados com a utilizao do fluxo polimrico foram mais baixos, este umindicativo de uma estrutura tenaz, devido grande quantidade de ferrita acicular contida na microestrutura docordo obtido na soldagem com este novo fluxo.

4. Concluses

A partir do estudo desenvolvido neste trabalho possvel concluir que:

A aplicao do fluxo polimrico no processo de soldagem com arco submerso se mostrou eficaz, proporcionando um bom aspecto visual no cordo de solda depositado.

A impermeabilidade do revestimento foi, mais uma vez, comprovada atravs dos resultados obtidos, vistoque o fluxo foi utilizado sem secagem em forno mesmo aps armazenagem em temperatura ambiente.

Foi constatada a presena de ferrita acicular atravs da anlise da microestrutura das soldagens realizadas,resultando em uma solda com boa tenacidade, o que foi comprovado pelos resultados das microdurezas.

Na deposio feita a partir do fluxo polimrico constatou-se que no foi produzida escria aps a soldagem,contudo este fenmeno precisa ser mais bem investigado, uma vez que ainda no h explicao plausvel para este fato.

5. Agradecimentos

Aos colaboradores do Laboratrio de Robtica, Soldagem e Simulao da UFMG, ao professor Luiz Cludioe ao Alberto do Laboratrio de Tratamento de Minrios do Departamento de Engenharia de Minas da UFMG e FAPEMIG (Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de Minas Gerais), que promove atividades de fomento,apoio e incentivo a pesquisas cientficas e tecnolgicas em Minas Gerais, pela concesso de bolsa de estudo.

6. Referncias Bibliogrficas

[1] FICHEL, I. et al. Desenvolvimento de Eletrodos Revestidos Impermeveis. In: XXXV Congresso Nacional deSoldagem , Piracicaba, SP, 2009.[2] VAZ, C. T. et al. Desenvolvimento de Eletrodos Revestidos de Baixo Hidrognio Impermeveis. In: XXXVICongresso Nacional de Soldagem , Recife, PE, 2010.[3] LIU, S.; OLSON, D.L. The Role of Inclusions in Controlling HSLA Steel Weld Microstructures. WeldingJournal. v.65, 1986. p.139 149.


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