Revestimento duro é amplamente utilizado pela indústria metal mecânico para manutenção de chapas de aço quando há o caso de corrosão ou falha mecânica cuja eficiência e resistência estão relacionadas a diluição do cordão de solda, a diluição apresenta a porcentagem do metal de base no depósito, ou seja, a porcentagem do metal de base que participa da zona fundida. É geralmente mais problemática em revestimentos com processo ao arco elétrico, na faixa de 5% para soldagem a arco plasma, até 60% na soldagem por arco submerso, onde se torna fundamental as analises deste estudo. O revestimento foi realizado pelo processo SAW sobre chapas de aço SAE 1020, com metal de adição AWS F7AZ-EM12K (teor médio de Manganês) e fluxo ligado 10.81. O parâmetro utilizado foi de 300 A e 25 V, com velocidade de soldagem em 0,01 m/s.

da Silva Leite Junior, Julio Cesar

Nascimento, Marcelino Pereira

Portuguese

Universidade do Centro Oeste do Paraná (UNICENTRO): Revistas eletrônicas

Efeito da conservac¸a˜o de energia e temperatura no revestimentoduro aplicado pelo processo SAW em ac¸o de construc¸a˜o mecaˆnicaEffect of energy conservation and temperature on hard coatingapplied by the SAW process in mechanical steelJu´lio Cesar da Silva Leite JuniorFaculdade de Engenharia de Guaratingueta´ - UNESP, Guaratingueta´, SPjulio.junior6@outlook.comMarcelino Pereira NascimentoFaculdade de Engenharia de Guaratingueta´ - UNESP, Guaratingueta´, SPpereira@feg.unesp.brResumo: Revestimento duro e´ amplamente utilizado pela indu´stria metal mecaˆnica paramanutenc¸a˜o de chapas de ac¸o quando ha´ o caso de corrosa˜o ou falha mecaˆnica. A eficieˆncia ea resisteˆncia do revestimento duro esta˜o relacionadas a diluic¸a˜o do corda˜o de solda, definidacomo a porcentagem do metal de base no depo´sito, ou seja, a porcentagem do metal de baseque participa da zona fundida. A diluic¸a˜o e´ geralmente mais problema´tica em revestimentoscom processo ao arco ele´trico, na faixa de 5% para soldagem a arco plasma, ate´ 60% nasoldagem por arco submerso, raza˜o pela qual se torna fundamental as ana´lises deste estudo.O objetivo deste trabalho e´ analisar a relac¸a˜o entre diluic¸a˜o, microestrutura e propriedadesmecaˆnicas do corda˜o de solda, a maior porcentagem para cada corda˜o e qual o numero docorda˜o para corresponder com aporte termico. O revestimento foi realizado pelo processoSAW sobre chapas de ac¸o SAE 1020, com metal de adic¸a˜o AWS F7AZ-EM12K (teor me´diode manganeˆs) e fluxo ligado 10.81. Os paraˆmetros utilizados foram de 300 A e 25 V, comvelocidade de soldagem em 0,01 m/s. Os resultados obtidos indicaram que a diluic¸a˜o e amicrodureza da junta soldada aumentaram com a sequeˆncia de cordo˜es de solda pre´vios,devido a` temperatura entrepasses que atuou como pre´-aquecimento, conservando a energialocalmente.Palavras-chave: soldagem; aporte te´rmico; diluic¸a˜o.Abstract: Coating hard is widely used by the metalworking industry for maintenance ofsheet steel when there is the case of corrosion or mechanical failure. The efficiency andstrength of the hard coating are related to the dilution of the weld bead, defined as thepercentage of the base metal in the shell, i.e. the percentage of the base metal that partici-pates in the melt zone. Dilution is generally more problematic in coatings with an arc arcprocess, in the range of 5% for plasma arc welding, up to 60% in submerged arc welding,and which is why the analysis of this study becomes fundamental. The objective of thiswork is to study the correspondence between dilution and mechanical properties of the jointwelded by the SAW process considering the energy conservations generated by the adjacentand parallel weld pools. The coating were done by the SAW process on SAE 1020 steelplates, with AWS F7AZ-EM12K (average manganese content) addition metal and boundRecebido em 16/09/2017 - Aceito em 21/09/2018RECEN 20(2) p.60-68 jul/dez 2018 DOI:10.5935/RECEN.2018.02.02LEITE JUNIOR, J. C. S. e NASCIMENTO M.P.flux 10.81. The parameters used were 300 A and 25 V, with a welding speed of 0.01 m / s.The results obtained indicate that the dilution and the microhardness of the welded jointincreased with the sequence of previous weld beads due to the interpass temperature whichacted as preheating, conserving the energy locally.Key words: welding; thermal input.1 Introduc¸a˜oA aplicac¸a˜o de revestimento por soldagem vem sendo altamente empregada desde se´culopassado, muito em func¸a˜o da sua alta variedade de aplicac¸o˜es e prevenc¸a˜o para as maisdiversas intempe´ries como corrosa˜o e abrasa˜o dos metais. Mais especificamente revestimentocontra desgaste (hardfacing) e´ aplicado como uma camada tendo a finalidade de protec¸a˜ocomo um metal de sacrif´ıcio [1]. Inicialmente e tradicionalmente, o revestimento duro e´aplicado por eletrodo revestido (SMAW) [2], porem, desejando garantir alta deposic¸a˜o dosubstrato e tambe´m uma analise satisfato´ria, o estudo foi feito com soldagem a arco submerso(SAW).A partir da utilizac¸a˜o do revestimento duro, e´ poss´ıvel o estudo da conservac¸a˜o da tem-peratura de soldagem com base na diluic¸a˜o do metal-base no metal fundido da solda, umavez que a diluic¸a˜o esta´ estritamente vinculada a` largura e a` penetrac¸a˜o de metal fundido eao aporte te´rmico empregado [3].A diluic¸a˜o ocorre sempre em soldagem por fusa˜o para garantir homogeneidade do con-junto soldado [4]. E´ importante nesse caso, uma vez que a diluic¸a˜o resulta numa trans-formac¸a˜o do metal de adic¸a˜o pelo aporte te´rmico do metal base. Mais adentro do corda˜ode solda se localiza a regia˜o que comec¸a a liquac¸a˜o do corda˜o de solda, denominada ZTA:Zona termicamente afetada. Em soldagem de metais diferente, como o do estudo, a diluic¸a˜oapresentara´ caracter´ısticas de ambos os metais[5]. A zona fundida e´ a regia˜o onde o metalde adic¸a˜o foi incorporado ao metal base, alterando a composic¸a˜o qu´ımica do material que,por consequeˆncia, altera a microestrutura e suas propriedades te´rmicas e mecaˆnicas prin-cipalmente. A variac¸a˜o dos paraˆmetros tambe´m influencia na deposic¸a˜o do material paraformac¸a˜o de microestrutura, principalmente referente a amperagem sobre a profundidadedo corda˜o de solda[6].Devido a` alta deposic¸a˜o do metal de solda (pro´ximo a` 100% do metal base) e customoderado [7, 8], o processo de soldagem com Arco Submerso aplicado em chapas de ac¸oSAE ABNT 1020 foi o escolhido para atingir os objetivos do presente estudo. Ana´lisesmicroestruturais e de microdureza foram adicionadas ao estudo vinculando-as a` diluic¸a˜oresultante do aporte te´rmico empregado da proximidade dos cordo˜es de solda adjacentes.2 Procedimento Experimental2.1 MateriaisPara a caracterizac¸a˜o do revestimento duro, os materiais utilizados, como metal base,fluxo e arame de adic¸a˜o, bem como os paraˆmetros de soldagem como velocidade, correnteele´trica e tensa˜o (que definem o aporte te´rmico empregado), foram escolhidos para que seadequassem e gerassem um bom resultado no corda˜o de solda. Na tabela 1 sa˜o apresentadasa composic¸a˜o qu´ımica de cada material utilizado no estudo (porcentagem em massa).61Revista Cieˆncias Exatas e Naturais, Vol.20 , no.2, Jul/Dez, 2018Tabela 1. Composic¸a˜o qu´ımica dos materiais utilizados (%wt).Materiais C Si Mn Cr Ni CuAc¸o SAE 1020 0,2 0,25 0,45 - - -Arame EM12 K 0,1 0,2 1 - - -Fluxo D 10.81 0,06 0,6 1,3 0,45 0,5 0,52.2 SoldagemO processo de soldagem com arco submerso foi efetuado em uma ma´quina Power WaveS-350, da fabricante Lincoln. O processo foi realizado em duas chapas de 200 mm de largurapor 9,35 mm de espessura por 400 mm de comprimento, submetidas a quatro cordo˜es desolda paralelos e aplicados na superf´ıcie e no sentido longitudinal das chapas, caracterizandoassim o revestimento duro.Na Tabela 2, sa˜o apresentados os paraˆmetros empregados no revestimento duro porarco submerso. Como este e´ um processo semiautoma´tico, ele permite a aplicac¸a˜o de umavelocidade constante, diferentemente de outros processos manuais como o processo SMAW.Tabela 2. Relac¸a˜o de paraˆmetros de fonte e aporte te´rmico.Paraˆmetros de FonteCorrente (I) Tensa˜o (V) Velocidade (v) Aporte Te´rmico (H)(A) (V) (m · S−1) (kj ·mm−1)300 25 0,01 0,7O tempo de execuc¸a˜o de soldagem, de corda˜o para corda˜o, foi de dois minutos. Issoresultou em uma conservac¸a˜o de temperatura que sera´ avaliada mais adiante. Refere-se aoaporte te´rmico como a energia de soldagem, definida pela equac¸a˜o (1) [9].H =V · Iv(1)Onde: V tensa˜o, I corrente de soldagem e v velocidade do carro de soldagem. Como setrata de arco submerso, com modelo automa´tico, ambas as varia´veis sa˜o de fa´cil ajuste nama´quina.2.3 MetalografiaNo estudo foi utilizado o me´todo de corte transversal (figura 1), pois este proporciona aobservac¸a˜o dos gra˜os, a verificac¸a˜o da homogeneidade da microestrutura, posic¸o˜es, forma ebolhas (defeitos) e perfil do corda˜o.Apo´s todas as lixas serem utilizadas (#80, #120, #180, #220, #360#, #400, #800,#1000, #1200) e a ana´lise feita a olho nu no estereosco´pio, o ataque do reagente pararevelac¸a˜o das zonas de soldagem foi feito pelo me´todo convencional, que consiste no esfrega-mento com algoda˜o umedecido de acido n´ıtrico 10% (por ser um ac¸o-carbono, este reagentee´ indicado), por 8 segundos, dentro de uma capela para exausta˜o de gases. Apo´s a ac¸a˜o, aamostra foi enxaguada e seca com ar quente ventilado.62LEITE JUNIOR, J. C. S. e NASCIMENTO M.P.Figura 1. Amostras: a) Secc¸a˜o, b) Amostra embutida.2.4 Regio˜es de Ana´liseOs pontos interessantes para estudo da solidificac¸a˜o do ac¸o 1020 e´ demonstrado na figura2.Figura 2. Ilustrac¸a˜o das zonas de estudo da macrografia.Na figura 2, a regia˜o 1 indica o metal base observado e o ma´ximo de alcance da ZonaTermicamente Afetada. A zona 2 e´ a ZTA (Zona Termicamente Afetada), que se localizamais pro´xima da poc¸a de fusa˜o, porem sem adic¸a˜o do metal de solda. A regia˜o 3 e´ azona fundida, ocasionada pelo aporte te´rmico e a conservac¸a˜o de temperatura entre outrosfatores. As micrografias foram apenas realizadas nesta regia˜o para desenvolvimento dasanalises microestruturais.2.5 MicrodurezaAs localizac¸o˜es das endentac¸o˜es dos ensaios de microdureza na amostra esta˜o indicadasna figura 3. O ensaio de microdureza foi apenas executada no corda˜o de solda com maiordiluic¸a˜o dos paraˆmetros indicados na tabela 2, tendo em vista o foco de estudo do corda˜ode solda.63Revista Cieˆncias Exatas e Naturais, Vol.20 , no.2, Jul/Dez, 2018Figura 3. Mapa de microdureza (LEITE JUNIOR, J.C.S. 2013).3 Resultados e Discussa˜o3.1 Diluic¸a˜oNa figura 4 sa˜o apresentadas as macrografias obtida nos quatro cordo˜es de solda, paraos paraˆmetros de soldagem 25V/300 A.Figura 4. Macrografias dos 4 cordo˜es de solda com paraˆmetro 300 A -25 V.A fim de auxiliar na visualizac¸a˜o das imagens do ataque macrogra´fico, na tabela 3 sa˜oapresentadas todas as dimenso˜es dos cordo˜es de solda encontradas nos ensaios.64LEITE JUNIOR, J. C. S. e NASCIMENTO M.P.Tabela 3. Dimenso˜es dos cordo˜es de solda [mm].25V/300ACorda˜o Altura Largura Penetrac¸a˜o1 3,83 7,73 2,12 3,48 8,81 4,323 3,10 9,31 4,14 2,87 10,35 3,81Com base na equac¸a˜o sobre diluic¸a˜o (2) [9], na Tabela 4 sa˜o apresentados os resultadosdas medic¸o˜es das geometrias dos cordo˜es de solda feiras nas macrografias da Figura 4.%Diluic¸a˜o =ZTAZTA + Corda˜o(2)Tabela 4. Diluic¸a˜o dos cordo˜es de solda com a velocidade de 0, 01m · s−1.Paraˆmetros de fonteCorda˜o 25V/300 A1 35%2 55%3 54%4 57%A partir dos valores apresentados na Tabela 4, foi selecionado o corda˜o de solda 4, o qualapresentou a maior diluic¸a˜o dentre as demais. Portanto, escolheu-se para ana´lise:• Corda˜o 4 – 25V – 300 AO calor gerado pelo arco ele´trico, portanto, e´ considerado como uma forma de pre´-aquecimento.Este pre´-aquecimento e´ indicado para evitar fissuras, trincas ou problemas na microestru-tura.3.2 MicroestruturaNa figura 5, nota-se o efeito da taxa de resfriamento que sera´ bem lenta quando ja´ estiverno corda˜o 4, onde a chapa preservara´ mais calor do fluxo advindo do processo SAW, refinandoo gra˜o em um processo semelhante ao de normalizac¸a˜o (tratamento te´rmico). O corda˜o 4tem como caracter´ıstica uma temperatura na chapa de aproximadamente 540◦C, resultantedos treˆs cordo˜es executados anteriormente (contando tambe´m os tempos dos entrepasses);portanto, e´ observado que este calor preservado atue como um tratamento te´rmico. O pre´-aquecimento e´ aplicado para diminuir tensa˜o de contrac¸a˜o, dureza e a trinca por hidrogeˆnioale´m de reduzir a taxa de resfriamento (contribuindo para o crescimento do gra˜o). Tambe´ma perlita (fina ou grosseira) ja´ esta´ em pouca quantidade.Na ZTA e zona fundida houve a presenc¸a de ferrita Widmansta¨tten, caracterizada pelasripas, e ferrita alotriomo´rfica, que geralmente esta´ ligada ao primeiro tipo de ferrita.65Revista Cieˆncias Exatas e Naturais, Vol.20 , no.2, Jul/Dez, 2018Figura 5. Micrografia do corda˜o 4 de 635 mm/min com 25 V e 300 A. a) Metal base, b)ZTA, c) Zona fundida (aumento de 1000×). FW - Ferrita Widmansta¨tten; FAt - FerritaAlotriomo´rfica.3.3 MicrodurezaComo informado na Introduc¸a˜o deste estudo: diluic¸a˜o, microestrutura e dureza esta˜ointerligadas uma vez que a composic¸a˜o qu´ımica do material ao ser soldado e´ alterada. NaFigura 6 sa˜o apresentados os valores de microdureza obtidas transversalmente ao longo docorda˜o de solda 4, conforme esquematizado na Figura 3.66LEITE JUNIOR, J. C. S. e NASCIMENTO M.P.Figura 6. Perfil de microdureza da junta soldada do corda˜o 4 (paraˆmetros 300 A -25 V).4 Concluso˜esA diluic¸a˜o do material base no u´ltimo corda˜o de solda aplicado foi maior que a di-luic¸a˜o apresentada pelos cordo˜es pre´vios. E´ consequeˆncia direta da conservac¸a˜o de energiaassociada a` temperatura entrepasses. Neste caso, a temperatura entrepasses age como pre´-aquecimento do corda˜o de solda subsequente, alterando sua microestrutura e propriedadesmecaˆnicas.Os valores de microdureza do metal de solda do u´ltimo corda˜o foram altos e associadosao refinamento dos gra˜os normalizados. O efeito de ‘’onda” no gra´fico de microdureza indicamaiores valores de dureza na regia˜o identificada como zona fundida, ou o corda˜o do material.Em comparac¸a˜o a` microestrutura, a ZTA em geral sofreu apenas refino de gra˜o. Asoldagem por arco submerso ocasionou na transformac¸a˜o termomecaˆnica, sem que o metalbase fosse atingido.Com todos estes dados relacionados e´ indicado para a manutenc¸a˜o o corda˜o de revesti-mento duro, sendo os paraˆmetros de soldagem empregados mais indicados para aplicac¸o˜escom desgastes abrasivos.Refereˆncias[1] LIMA, C.R.C.; CAMARGO, F.; MARQUES, P. V. Estudo comparativo das proprie-dades de revestimentos a base de cobalto (stellite) aplicado por soldagem e aspersa˜ote´rmica. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DE SOLDAGEM, 24.,1998. Fortaleza. ABS.[2] LIMA, A.C.; FERRARESI, V. A. Analise da microestrutura e da resisteˆncia ao des-gaste de revestimento duro utilizado pela indu´stria sucroalcooleira. Soldagem Insp.Sa˜o Paulo, Vol. 14, No. 2, p.140-150, Abr/Jun 2009.[3] BICALHO VIEGAS, D. Avaliac¸a˜o da Resistencia ao desgaste de um ac¸o Hardox R©450 submetido a solda de revestimento duro com arame tubular DIN 8555/MF-10-GF-60-GR utilizando o processo FCAW. Dissertac¸a˜o de Mestrado. CEFET-MG. BeloHorizonte. 2016.67Revista Cieˆncias Exatas e Naturais, Vol.20 , no.2, Jul/Dez, 2018[4] FILHO, P.P.R., CAVALCANTE, T.S., ALBUQUEREQUE, V. H. C, SILVA, C.C.,TAVARES, J.M.R.S. ‘’Sistema Computacional para determinac¸a˜o de taxa de diluic¸a˜oem soldadura”. Revista Mecaˆnica Experimental. Portugal, Vol. 18, pp. 55-61, 2010.[5] RIBEIRO, Rubens. Avaliac¸a˜o da resisteˆncia ao desgaste abrasivo de revestimentossoldados do tipo Fe-C-Cr utilizados na indu´stria sucroalcooleira. 2004. xviii, 104 f.Dissertac¸a˜o (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenhariade Ilha Solteira, 2004. Dispon´ıvel em: <http://hdl.handle.net/11449/90838>.[6] MARQUES, P.V., MODENESI, P.J. ‘’Algumas equac¸o˜es u´teis na soldagem”. RevistaSoldagem e Inspec¸a˜o. Sa˜o Paulo, v. 19, no 1, pp. 091-102. 2014.[7] BUCHELY, M.F. GUTIERREZ, LE´ON, J.C., TORO, A. The effect of microstructureon abrasive wear of hardfacing alloys. Wear, 259. Pag 52-61. 2005.[8] FILHO, P.P.R.; CAVALCANTE, T.S.; ALBUQUERQUE, V.H.C.; SILVA, C.C.; TA-VARES, J.M.R.S. Sistema computacional para determinac¸a˜o de taxa da diluic¸a˜o dasoldadura. Mecaˆnica Experimental, 2010, Vol 18, Pg 55-61.[9] MODENESI, P. BRACARENSE, A. Q. Soldagem – Fundamentos e tecnologia. 3aedic¸a˜o. Juiz de Fora. Editora UFMG. Brasil.68

Efeito da conservação de energia e temperatura no revestimento duro aplicado pelo processo SAW em aço de construção mecânica

https://revistas.unicentro.br/index.php/RECEN/article/download/5041/pdf

Efeito da conservação de energia e temperatura no revestimento duro aplicado pelo processo SAW em aço de construção mecânica

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Universidade do Centro Oeste do Paraná (UNICENTRO): Revistas eletrônicas