Analise microestrutural de uma junta soldada de um aço 1045 soldado pelo processo eletrodo revestido com consumivel E7018

CENTRO PAULA SOUZAFACULDADE DE TECNOLOGIA DE ITAQUERA PROFESSOR MIGUEL REALE ANALISE MICROESTRUTURAL MEDIANTE AOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO E6013 COM AÇO ABNT 1045 DENILSON RIBEIRO JEFERSON JOSÉ DE CARVALHO São Paulo 2015 CENTRO PAULA SOUZA FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ITAQUERA PROFESSOR MIGUEL REALE ANALISE MICROESTRUTURAL MEDIANTE AOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO E6013 COM AÇO ABNT 1045 DENILSON RIBEIRO JEFERSON JOSÉ DE CARVALHO Trabalho realizado como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem. Orientador: Prof. Henrique Ogata. São Paulo 2015 Dr. Paulo Resumo O presente trabalho visa investigar duas peças de aço ABNT 1045 soldadas pelo processo eletrodo revestido E6013 com polaridade direta e inversa sem préaquecimento da chapa. As microestruturas da zona afetada pelo calor (ZAC) foram comparadas em diferentes regiões, caracterizando o início, duas regiões intermediárias e o final do procedimento de soldagem. As microestruturas foram correlacionadas aos cálculos de taxa de resfriamento, aporte térmico e determinação da espessura chapa pela equação de Adams. Houve engrossamento das ripas de martensita nas duas condições de polarização. As propriedades mecânicas foram obtidas a partir de medidas de dureza Vickers. Palavras-chave: Aço ABNT 1045, processo eletrodo revestido E6013, martensita, polarização direta e inversa. The mechanical properties were obtained from Vickers hardness measurements. There was thickening of martensite laths in the two polarity conditions. heat input and determining the thickness plate by Adams equation. Keywords: AISI 1045. martensite. featuring the outset. two intermediate regions and end of the welding procedure to cooling rate calculations. . The microstructure of the heat affected zone (HAZ) were compared in different regions. shielded metal arc welding E6013 process. forward and reverse polarity.Abstract This study aims to investigate two steel pieces of ABNT 1045 welded by shielded metal arc welding E6013 process with forward and reverse polarity without preheating the plate. ..................... [7] ..... [5] .................Error! Bookmark not defined......................................................................................................... 36 Figura 13: Diagrama de transformação isotérmica de aço hipoeutetóide................................. [10].............................. 40 Figura 15: Indentador de dureza Vickers......................... 29 Figura 6: Gráfico exemplo de repartição térmica...... 20 Figura 3: Eletrodo revestido.......... ..... 26 Figura 5: Ciclo térmico................ 33 Figura 10: Representação esquemática da microestrutura para uma liga ferro carbono hipoeutetóide....... [1]... CC.......................................................................................................... [8] ....... 30 Figura 7: Representação da distribuição de calor chapa fina (bidimensional).............. Figura 20: Penetração em função do aporte térmico e polaridade de corrente............. ......................................................................................................................... [9] .............. 54 Figura 21: Área do metal de solda em relação ao aporte térmico e polaridade da corrente .................. 44 Figura 18: Corte das amostras após procedimento de soldagem ........ 37 Figura 14: Zona afetada pelo calor......................Polaridade inversa........................................................................................................................ [9] .................................... [1] ... [1] 32 Figura 9: Diagrama de fases Fe-Fe3C................................................................LISTA DE FIGURAS Figura 1: Esquema básico de interligação do equipamento de soldagem por eletrodo revestido [2] ........................................................... 43 Figura 17:Equipamento utilizado no processo de soldagem ...................... [1] ......................................... Ferrita-α fase clara e Fe3C camadas finas...... B............................. 45 Figura 19: Sentido do processo de soldagem nas chapas de aço ABNT 1045 nas polaridades da corrente direta (a e b) e inversa (c e d)....... 55 . 18 Figura 2: Juntas típicas e posições de soldagem segundo ASME...... 55 Figura 22: Área da ZAC em função do aporte térmico e polaridade da corrente .............. .. 35 Figura 12: Esquema de uma curva de resfriamento continuo de um aço ABNT 1045...................e CC+ respectivamente A – Polaridade alternada.. 34 Figura 11: Fotomicrografia de um aço hipoeutetóide mostrando a microestrutura da perlita......... CPolaridade direta.................................................... 42 Figura 16: Fresa VEKER modelo VK-430VP......... 31 Figura 8: Representação da distribuição de calor chapa grossa (tridimensional)........................................ [11] . [1]..... 20 Figura 4: Vista frontal de uma chapa soldada com eletrodo rutílico nas polaridades CA..................................................... ... (b) amostra 2B................ 62 Figura 27: Zona de ligação..................... 58 Figura 25: macrografia referenciando regiões de obtenção de micrografias com aumento de 50x... .h)............................... (d) amostra 2D ... 56 Figura 24: Macrografia dos cordões de solda depositados sobre a chapa de aço ABNT 1045 nas polaridade direta (a................................... 61 Figura 26: Espessura média em micrometros das ripas de martensita...............................g......................................b..... (a) amostra 2A...d) e inversa (e.............. 63 Figura 28: Zona de ligação........................ (a) amostra 1A. (c) amostra 1C......c..... 200x e 1000x com microscópio óptico............................ (b) amostra 1B..Figura 23: Diluição em função do aporte térmico e polaridade da corrente ....... (d) amostra 1D ........................................... ..............f... 65 ... (c) amostra 2C............. ....................... 23 Tabela 4: Especificações AWS para eletrodos revestidos........ [2] ................................... [6] .....Elementos adicionados ao revestimento................................. 23 Tabela 3 .......................................................................................... 45 ............ [1] .......LISTA DE TABELAS Tabela 1: Diâmetros recomendados de cabos para soldagem segundo a norma NBR 68850-85...... 24 Tabela 5 .............................. 28 Tabela 6 – composição química do aço ABNT 1045 .........................Eficiência térmica de alguns processos de soldagem............................................. 43 Tabela 7 – Parâmetros de soldagem ............................................... 18 Tabela 2: Valores de referência para eletrodos de 4mm [1] . [1] .......... LISTA DE SÍMBOLOS °C Temperatura em graus Celsius O2 Molécula de oxigênio N2 Gás nitrogênio TiO2 Oxido de titânio MPa Megapascal CO Óxido de carbono CO2 Dióxido de carbono Mn3O4 Óxido de manganês SiO2 Sílica Fe(NO3)3 Nitratos de ferro A Ampère CaCO3 Carbonato de cálcio Fe-Mn Ferro manganês FeO Óxido de ferro (II) Na Sódio K Potássio Fe-Si Ferro silício Fe-Cr Ferro cromo Fe-Ni Ferro níquel C Carbono Mn Manganês S Enxofre P Fósforo Si Silício . CA (±) Corrente alternada CC (+) Corrente continua com polaridade direta CC (-) Corrente continua com polaridade inversa ƞ Eficiência de transferência V Tensão em volts I Corrente elétrica v Velocidade de soldagem CE Carbono equivalente Mo Molibdênio V Vanádio Cu Cobre gf Grama força µm Micrometro mm/s Milímetros por segundo J/s Joule por segundo kJ/mm Quilo Joule por milímetro T Adimensional de Adams kg Quilo grama m³ Metro cubico kgK Quilo grama multiplicado por Kelvin K Kelvin K/s Kelvin por segundo . temperatura e transformação.ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Aço 1045 Aço com 0.45% de carbono NBR 6880-85 Norma brasileira para a classificação dos cabos de cobre ASME Sociedade Americana dos Engenheiros Mecânicos AWS Sociedade Americana de Solda TIG Tungstênio inerte gás MIG/MAG Gas Metal Arc Welding ZAC Zona afetada pelo calor CCC Cubico de corpo centrado CFC Cubico de face centrada TTT Tempo. RPM Rotações por minuto ZF Zona fundida N-133 Norma de soldagem estabelecida pela Petrobrás DIN -50133 Ensaios de materiais metálicos . .......5....................................................................................8 Classificação em relação à espessura .....3 Pinça de ligação ....................2 Fundamentos do processo . 16 3................................... 19 3................ 17 3.5 Consumíveis ......................................................2... 14 2 Objetivo ................................................... 20 3....................3............................................................................ 20 3........................5.................................................................2 Cabos flexíveis .............................................. 21 3......... 21 3....... Revisão Bibliográfica...........6 Função mecânica e operatória .2 Revestimento .... 16 3............................ 15 3........... 17 3.....1 Porta eletrodos .....................1........... 21 3................5 Função metalúrgica ...................2..........5......................... 22 3..................................4 Função elétrica .1 Influência da atmosfera na poça de fusão ........................................................................... 16 3................................................................................9 Determinação da corrente através da classificação da espessura do revestimento ............................ 17 3....................... SUMÁRIO 1 Introdução e justificativas ............3...........2....... 16 3...5............................................................................4 Posições de soldagem .......................................................................................................................................................1 Características do processo ....................................5........1 Alma ............................................................................................ 20 3.....................................5........................................................5.....................2 Oxigênio ..............................3 Processo de eletrodo revestido ..........................................................................................................5.................................................................................................................5....... 22 3.......7 Classificação dos eletrodos revestidos.......................................... 20 3........................................ 18 3......................... 21 3.................................. 22 3...................................................................... 18 3....................................3 Nitrogênio .................3....................................3..............................................................................................3 Funções do revestimento ........ 22 .....4 Fonte de energia .......................................................................................... ...10 Ciclo térmico....................................... 41 3............................................. 41 3.......17 Transformação da zona fundida ........3....5................................................................... 38 3...7 (Zona 7) Região não afetada (metal de base) ..................................................................................................11 Classificação do eletrodo rutílico .............................. 45 4............................. 41 3..................................................................................18........................................................................................................................................18...... 24 3...19 Ensaio mecânico de microdureza Vickers (HV) ................................................. 28 3..................................5 (Zona 5) Região intercrítica ................................................................................. 30 3..14 Diagrama de transformação tempo e temperatura ......11 Gradiente térmico .18................................. 42 4.... 47 .18 Zona afetada pelo calor do aço ABNT 1045......18............................................... Materiais e Métodos .6 (Zona 6) Região subcrítica ............................................... 29 3.................................... 33 3... 25 3...... 41 3......................................18.....................18...................................................................................................................2 (Zona 2) Linha de fusão .......16 Solidificação da poça de fusão ...... 23 3...........................13 Diagrama de equilíbrio Fe-C de um aço hipoeutetóide ..... 39 3................5.................................................4 (Zona 4) Grãos finos................................................. 41 3....................1 (Zona 1) Solidificação do metal de solda...............................2 Equipamentos para os ensaios mecânicos .....................................................................................................................................1 Preparação das amostras para ensaios metalográficos ...... 43 4..........................................12 Especificação AWS para eletrodos revestidos ....... 46 5..... 42 3...... 23 3.................................. 42 3.............................................18........9 Diluição.................................................8 Energia de soldagem ou aporte térmico ....5........................................................ Resultados e Discussões ........12 Diagrama de equilíbrio Fe-C ...................10 Classificação em relação à composição química ...........................6 Parâmetros de soldagem ................................... 35 3........................................... 34 3......................... 39 3....... 27 3.... 38 3...................15 Nucleação e crescimento do grão .............3 (Zona 3) Grãos grosseiros ....... ...........9................................ 52 5.. 50 5...........................3 MICRODUREZA VICKERS ............... 69 .......................... 51 5.........................2 Polaridade inversa ............................1 Polaridade direta ......................1 Identificação das regiões analisadas após procedimento de soldagem 47 5...........................................................................................................2 Polaridade inversa ......................1 Polaridade direta ..............5..................................................4.................... 51 5......................2 Polaridade inversa ....................5........... 60 5.............................. 62 5........................................................... 50 5...................... 63 5...............3 Aporte de calor .................3.................................................................................................................................................................................3......... 56 5.............................................5 Cálculo da velocidade de resfriamento...................1 Polaridade direta ....................................................................2... 52 5........1 Polaridade direta ................................................................................................ 54 5... Referências Bibliográficas ............................... Conclusões ............................................... 66 6...............2..................9..........4 Determinação chapa fina ou chapa grossa .............2 Polaridade inversa . 68 7......... 53 5......5......................................................................................................8 Analise microestrutural .................... 49 5..............4.............................................................................. 49 5..............................................................................................2 Cálculo da velocidade de soldagem ............. 49 5.............................7 Macrografias das amostras soldadas com polarização direta e inversa ......................6 Determinação de resultados utilizando metalografia quantitativa via software ImageJ® ..................... 65 5..................................1 Polaridade direta ................ 49 5... 51 5.9.............9 Caracterização da zona de ligação para as polarizações direta e inversa ....................................................2 Polaridade inversa ....................................................................... Em um aço com 0. assegurando a continuidade das propriedades físicas e químicas do material. sendo que para solda-lo. recomenda-se a utilização de um préaquecimento com temperatura média de 200°C. custo e facilidade de execução do processo. Nesse contexto. ou até mesmo riscos a integridade física de pessoas. o processo de soldagem por eletrodo revestido. assim como.14 1 Introdução e justificativas Soldagem é a operação responsável pela união de duas ou mais peças. em relação às propriedades mecânicas obtidas no final da operação é muito importante. o desconhecimento do soldador ou a simples desconsideração de certos parâmetros como: temperabilidade e velocidade de resfriamento do aço 1045 podem resultar em problemas graves e inesperados. sendo largamente usada na fabricação de peças equipamentos e estruturas. ocasionar prejuízos econômicos a uma indústria.45% de carbono. como a queda de uma ponte. dentre tantos outros. Investigar a influência da temperabilidade e a ausência do préaquecimento durante o procedimento de soldagem nas polaridades direta e inversa. o aço ABNT 1045 ainda é muito utilizado no Brasil para esses fins. assegurando a qualidade do resultado final do processo. Para evitar problemas. A desconsideração desses parâmetros podem causar falhas e danos a estruturas e equipamentos. para que diminua o gradiente de temperatura fornecida pela energia de soldagem e evite a formação de fases frágeis como a martensita. . Considerando a necessidade de se obter uma boa relação entre resistência mecânica e resistência à fratura. como por exemplo uma parada na produção para reparos em peças que quebraram por algum defeito de fabricação. Após uma operação de soldagem o material pode se tornar extremamente frágil e suscetível a trincas. ainda pode ser considerado uma excelente opção devido a sua versatilidade. o projeto de soldagem deve correlacionar a microestrutura com as propriedades mecânicas desejadas. As variáveis estudadas foram correlacionadas as microestruturas resultantes na zona afetada pelo calor com os cálculos de aporte de calor.15 2 Objetivo Este trabalho tem como objetivo correlacionar as variáveis envolvidas no processo de soldagem por eletrodo revestido usando polarização direta e inversa sem preaquecimento da chapa. espessura da chapa e taxa de resfriamento. . 1 Influência da atmosfera na poça de fusão A falta de revestimento do eletrodo causa a perda da resistência mecânica podendo se tornar inferior a 250 Mpa. estabelecido entre o metal base e o eletrodo. a gravidade se opõe a essas forças. como também por meio de um banho de escória (resíduo originado da fusão de certos componentes químicos.1 Características do processo Soldagem com eletrodo revestido é um processo do qual ocorre a abertura de um arco elétrico. como o óxido de titânio (TiO2) provenientes da queima do revestimento do eletrodo.2] . pois à falta da proteção gasosa proporciona contaminações dos gases nitrogênio e oxigênio em relação ao metal do eletrodo que por sua vez acaba se tornando nitretado e oxidado.2] 3. [1. que se transferem através do arco para a poça de fusão adicionando o material desejado. O calor intenso do arco derrete o metal base e a extremidade do eletrodo. [1] A soldagem começa quando um curto circuito é estabelecido através de um contato entre a extremidade do eletrodo e a superfície da peça de trabalho gerando um arco elétrico.16 3 Revisão Bibliográfica 3. Para soldas em outras posições.2 Fundamentos do processo 3. Durante o processo a peça de trabalho e o eletrodo são fundidos e esta região é protegida dos gases oxigênio e nitrogênio presentes na atmosfera por uma coluna gasosa (O2 e N2). a transferência de metal é induzida pela força da gravidade.2. Durante o processo formam-se rapidamente glóbulos de metal fundido na ponta do consumível. expansão do gás e por forças elétricas e eletromagnéticas. [1. Tanto na posição plana como na horizontal. 2.2 Oxigênio Mediante a presença de oxigênio durante a fusão.3 Nitrogênio As altas temperaturas. O oxigênio envolvido em todo processo proporciona a formação de uma escória de sílica (SiO2). metal base. ocorre à transformação do carbono em óxido de carbono (CO). geradas pelo estabelecimento do arco elétrico.2] 3. fadiga e resiliência.2] . [1. Um dos dois cabos a partir da fonte de alimentação está ligado a garra negativa e o outro ao porta eletrodo. [1. a solda se tornará frágil devido à baixa resiliência obtida no resultado final.2] A presença de nitratos de ferro Fe(NO3)3 proporcionam um aumento substancial da dureza e resistência à tração. proporcionam a formação do nitrato de ferro. Todas essas transformações podem proporcionar a perda das propriedades mecânicas no resultado final. [1] 3. pinça para ligação a peça. devido a preferência do silício por esse gás. [1. e um eletrodo (figura 1). Nessas condições. estricção. dióxido de carbono (CO 2) e manganês em óxido de manganês (Mn3O4).2. por esse motivo é necessário à presença de elementos de liga no revestimento do eletrodo para que seja atingida uma composição química desejada. mesmo que seja em pequenas proporções.3 Processo de eletrodo revestido O curto circuito começa com uma fonte geradora de energia que estabelece uma conexão elétrica através dos cabos de solda.17 3. um porta eletrodo. porém diminui rapidamente o alongamento a ruptura. 18 Figura 3-1: Esquema básico de interligação do equipamento de soldagem por eletrodo revestido [2] 3.3.1 Porta eletrodos Serve para prender o eletrodo através de suas garras de contato. Possui as partes externas totalmente isoladas e varia seu tamanho, peso e isolação de acordo com a intensidade de corrente aplicada durante o processo. Esses fatores de dimensionamento influenciam diretamente na fadiga do soldador, devendo ser considerado na aplicação do projeto de soldagem. [1,2] 3.3.2 Cabos flexíveis São responsáveis pelo transporte da corrente elétrica que transita da fonte de energia para peça de trabalho, como também seu caminho contrário. [1,2] Segundo a norma NBR 6880-85, mostra os diâmetros recomendados para cabos de soldagem, porém para o seu dimensionamento também devem ser considerado os seguintes parâmetros: [2] 19 Tabela 3-1 Diâmetros recomendados de cabos para soldagem segundo a norma NBR 68850-85 [2]. Corrente de soldagem: Quanto mais elevada a sua intensidade maior será o diâmetro do cabo, pois proporcionará uma menor chance de superaquecimento, devido a um menor numero de colisões dos átomos do seu interior com os elétrons em deslocamento. [1,3] Ciclo de trabalho do equipamento: É a relação entre o período de soldagem (Arco Aberto) em um determinado período de tempo. O cabo segue o mesmo propósito de dimensionamento em relação a corrente de soldagem. [1] Comprimento total dos cabos do circuito: a fuga de corrente em cabos elétricos de longa distância se traduz em queda de tensão e aumento da corrente em ampères devido à resistência à passagem dos elétrons pelo condutor (fio) de acordo com a distância a ser percorrida. [1,3] 3.3.3 Pinça de ligação Proporciona o aterramento e fechamento do circuito para o deslocamento da corrente elétrica e são conectados ao cabo de interligação. [2] 20 3.3.4 Fonte de energia Tem função de produzir saídas, variar e permitir os ajustes de corrente e tensão para que possa ser possível obter os seus valores desejados durante o procedimento de soldagem. [4] 3.4 Posições de soldagem As juntas típicas e posições de soldagem são regidas pela norma QW-461.3 ASME seção IX e podem variar de acordo com à especificação do eletrodo, porém o eletrodo E6013 que será utilizado no projeto poderá ser usada na posição plana 1G [5]. Figura 3-2: Juntas típicas e posições de soldagem segundo ASME IX. [5] 3.5 Consumíveis Os eletrodos revestidos são constituídos de uma alma metálica, um revestimento orgânico e/ou mineral figura 3-3. [1] Figura 3-3: Eletrodo revestido. [1] 3.5.1 Alma O eletrodo, devido ao seu núcleo metálico do qual é denominado de alma, proporciona a condução da corrente elétrica. Não há necessidade de que a 21 composição química do núcleo metálico do eletrodo seja a mesma do metal de base.2 Revestimento Tem como objetivo proporcionar a melhora da condução e estabilidade do arco elétrico. permitindo uma melhor condução e estabilidade do arco.4 Função elétrica No processo de soldagem por eletrodo revestido o surgimento do arco elétrico proporciona a formação de uma coluna gasosa (O2 e N2). adicionar elementos químicos para a obtenção da composição química desejada. Também tem o objetivo de evitar a formação de poros devido à liberação dos gases retidos no interior do metal depositado. funcionando como um importante isolante térmico. onde está presente uma grande quantidade de íons.5. [1] 3. Essa ação ionizante pode ser atribuída aos silicatos presentes no revestimento. [1. [1] 3.5 Função metalúrgica Depositará escória que protegera o banho de fusão do resfriamento rápido.5.2] 3. proporcionado pelo grande numero de íons positivos e elétrons que se atraem. proteger a poça de fusão contra os gases presentes na atmosfera externa a ela.5.3 Funções do revestimento As funções do revestimento podem ser classificadas nos seguintes grupos: 3. pois o ajuste da composição química desejada será feito por componentes presentes no revestimento.5. [1] . também determina a classifica-los em:  Peculiar ou fino: espessura inferior a 10% do diâmetro da alma.7 Classificação dos eletrodos revestidos Os eletrodos revestidos são classificados em relação aos seguintes parâmetros: 3. é empregado quando se realiza serviços que exigem baixos níveis de corrente. O limite máximo da faixa é aquele no qual a intensidade da corrente queima e danifica o revestimento. pois não alcança valores que variam de acordo com a espessura do revestimento (2). que permitam condições de criar uma coluna gasosa e ionizante boa o suficiente para o deslocamento e atração dos elétrons em relação aos íons positivos.9 Determinação da corrente através da classificação da espessura do revestimento Todos os eletrodos trabalham com uma faixa de corrente da qual permite uma execução de soldagem ideal.6 Função mecânica e operatória A fusão do eletrodo permite a formação de uma concavidade denominada de cratera. [1]  Semi-espesso: Espessura entre 10 a 20% do diâmetro da alma. [1] 3.5. Essa depressão proporciona o direcionamento do arco elétrico e das gotas do metal fundido. [1]  Espesso: Espessura entre 20 a 40% do diâmetro da alma.5.5. O limite mínimo não proporciona uma boa estabilidade do arco. [1]  Muito espesso: espessura superior a 40% do diâmetro da alma. [1] . pois está é proporcional a espessura do revestimento.8 Classificação em relação à espessura De acordo com a espessura do revestimento é possível determinar os níveis de corrente a serem empregados. [1] 3.22 3. por tal motivo.5. 5. Fe-Cr. dos quais realizam funções diferentes.23 Tabela 3-2: Valores de referência para eletrodos de 4mm [1] Tipo de revestimento Intensidade de corrente Fino 130A Semi-espesso 150A Espesso 170A Muito espesso 200 a 220A 3. dolomita. Formadores de escória e materiais Argila. Fe-Mn. CaCO3. etc. ilmenita. TiO2. CaCO3. Este componente permite uma . etc.11 Classificação do eletrodo rutílico Esses eletrodos possuem em sua composição química mais de 20% de óxido de titânio TiO2. O elemento usado como base é aquele que está mais presente no revestimento. silicatos de Na e K. Fe-Cr. talco. [1] Tabela 3-3 . celulósico e básico) apenas o revestimento rutílico será utilizado. devido as exigências do projeto. Fe-Mn. [1] Dentro de 5 grupos de revestimentos (oxidante.5. asbestos. Fe-Mn. etc. Elementos de liga Fe-Ni.10 Classificação em relação à composição química Um conjunto de diferentes elementos químicos faz parte do revestimento do eletrodo.Elementos adicionados ao revestimento. etc. rutílico. 3. [1] Funções desejadas Elementos adicionados Formadores de gás Celulose. Estabilizadores de arco TiO2. FeO. sendo este o elemento predominante. ácido. etc. Desoxidante Fe-Si. fundamentais feldspato. 035. [6] 3.35). S: ≤0.24 boa estabilidade do arco e uma pequena quantidade de respingos.12. 0. será a (AWS A 5. devido ao aço carbono 1045. [1]  Corrente: Podem ser utilizados tanto na corrente contínua com na alternada. Si: ≤0. Enxofre S. padrão aceito em todo o mundo. P: ≤0.1) para o E6013.3≤Mn≤0.1 para o eletrodo E6013: Carbono C. [1]  Posição de soldagem: Todas. Manganês Mn.04. abundante e de fácil destacamento.12 Especificação AWS para eletrodos revestidos A tabela 3-4 mostra a identificação dos eletrodos segundo a AWS – American Welding Society (Sociedade Americana de Solda). Fósforo P.6. Silício Si (C: ≤0. [1]  Composição química segundo a norma AWS A5. [7] . [1] Características decorrentes do eletrodo rutílico:  Escória: Densa. sendo que produzira um cordão de bom aspecto de média e baixa penetração. [6] A especificação utilizada com base no projeto. [1] Tabela 3-4: Especificações AWS para eletrodos revestidos.5. a corrente utilizada para realizar a fusão do eletrodo não será suficiente para fundir o metal base. CC+ (inversa) ou CC-(direta).25 Figura 3-4 Especificação AWS A5.5. [7] 3. pois a polaridade muda o tipo de transferência da corrente proporcionando diferenças na . Se um eletrodo tiver um diâmetro muito pequeno em relação ao metal base.[1] Polaridade da corrente: Influencia diretamente na geometria do cordão.13 E6013 – A resistência mínima à tração do metal depositado é de 60ksi. em correntes CA (alternada).1. corrente. [1] Diâmetro do eletrodo: A intensidade da corrente varia em relação à espessura do eletrodo (maior diâmetro necessita de maior corrente). Estes parâmetros foram discutidos a seguir. comprimento do arco e velocidade de soldagem. [6] 3. A soldagem com este eletrodo pode ser realizada em todas as posições e. aproximadamente 430 MPa. O diâmetro do eletrodo é escolhido em função da espessura do metal base. polaridade. O seu revestimento é do tipo rutílico e ligado com silicato de potássio.6 Parâmetros de soldagem Para o processo soldagem eletrodo revestido existem alguns parâmetros que devem ser levados em consideração como o diâmetro do eletrodo.  Polaridade direta CC (-): a polaridade direta tem como característica maior taxa de fusão do metal base e menor penetração e taxa de deposição do eletrodo.e CC+ respectivamente A – Polaridade alternada. [8] A figura A representa a polaridade em soldagem por corrente alternada. maior fusão do metal base. a figura B representa a polaridade inversa com maior penetração e a figura C representa a soldagem na polaridade direta menor penetração.  Polaridade inversa CC (+): a polaridade inversa tem como característica maior penetração e taxa de deposição do eletrodo e uma menor taxa de fusão. [1] . como: volume. porém. 1. largura e penetração da poça de fusão.Polaridade inversa. A B C Figura 3-5: Vista frontal de uma chapa soldada com eletrodo rutílico nas polaridades CA. [8] O presente trabalho irá utilizar a polaridade inversa e direta. Corrente de soldagem: A intensidade da corrente influencia na geometria do cordão. B. com media deposição de material. CPolaridade direta.26 relação de calor entre a peça de trabalho e o eletrodo. Existem três tipos de polaridade aplicados ao processo. CC. como:  Corrente alternada CA (±): a corrente alternada tem como característica penetração e taxa de fusão média. A figura 3-5 apresenta as características do cordão de solda em relação a polaridade da corrente aplicada ao processo de soldagem por eletrodo revestido. 27 2.Distância t – Tempo 3.8 Energia de soldagem ou aporte térmico É a quantidade de calor por unidade de comprimento fornecida a um material como mostra a equação 3-2.7 Velocidade de soldagem É a relação entre a distância de soldagem pelo tempo de execução do procedimento. se o tempo é muito alto. Quando adicionado. a realização da operação é prolongada). Comprimento do arco: É um parâmetro que depende da habilidade do soldador. [1] 𝑣= 𝑑 𝑡 (3-1) v – Velocidade de soldagem d . [1] 3. proporciona ciclos térmicos de curta duração que causam modificações microestruturais e consequentemente nas propriedades mecânicas do metal base. Caso o arco seja formado a grandes distâncias causa muitos respingos e uma má proteção da poça de fusão. velocidade baixa resulta em cordões largos (este fato pode ser compreendido se pensarmos na quantidade de calor por unidade de área. [1] 3. [1] . Velocidade de soldagem: Também influencia na geometria do cordão. Velocidade alta proporciona cordões estreitos. podendo ser verificada pela equação 3-1. em contrapartida um arco formado a curta distância gera uma largura desproporcional do cordão de solda. [1] Processo EficiênciaTérmica (%) TIG 20 . ela pode variar pouco dentro de cada processo.Eficiência térmica de alguns processos de soldagem.85 EletrodoRevestido 70 .28 𝐸=𝜂 𝑉. sendo assim para aumentar a energia de soldagem e consequentemente a quantidade de calor por unidade de área fornecido a peça. [1] Tabela 3-5 . .80 Arco Submerso 90 . será necessário realizar a modificação de alguns parâmetros como diminuir a velocidade de soldagem e ou aumentar a tensão e corrente. 𝐼 𝑣 (3-2) Embora cada processo tenha uma eficiência térmica diferente Tabela 3-55.9 Diluição Representa a quantidade de massa fundida de metal de base em relação à massa total do cordão de solda e pode ser verificada pela equação a seguir. [1].99 3.50 MIG 70 . [1] Figura 3-6: Ciclo térmico. [1] 𝑑𝑇 𝑉𝑟 = 𝐷𝑡 Vr = Velocidade de resfriamento dT = Variação de temperatura (3-4) . Através da (3-6) é possível compreender o comportamento do resfriamento em função desses dois parâmetros.10 Ciclo térmico Ciclo térmico é a variação de temperatura (T) em função do tempo (t).29 (3-3) A: Área com participação do metal (metal de solda) B: Área total do cordão de solda 3. permitindo que seja possível prever a microestrutura que será obtida. [1] Na equação a seguir é possível calcular a velocidade de resfriamento através da variação de temperatura pela variação de tempo em um dado ponto. 30 Dt = Variação de tempo de resfriamento O ciclo térmico está altamente relacionado com as transformações de fase que ocorrem em função do resfriamento. 3.  Tanto a temperatura máxima quanto a velocidade de resfriamento estão diretamente ligadas às propriedades físicas do metal de base. [1] Figura 3-7: Gráfico exemplo de repartição térmica. [1] .  A área da ZAC é diretamente proporcionou a temperatura de preaquecimento.11 Gradiente térmico São picos de temperatura. obtidos através dos ciclos térmicos. atingidos em função de cada região extensão da zona afetada pelo calor (ZAC).  A velocidade de resfriamento é inversamente proporcional á temperatura inicial da peça e aporte térmico empregado. permitindo obter o entendimento da microestrutura que será formada pode sofrer alterações devido aos seguintes fatores [1].  O aumento do aporte térmico é responsável por reduzir o gradiente térmico e diminui a velocidade de resfriamento. [1] Através das dimensões de uma chapa é possível se determinar a velocidade de resfriamento e assim ter parâmetros para determinar os picos de temperatura em função do tempo figura 11. devido a sua capacidade de conduzir calor ser maior.31 Dois materiais iguais em sua composição química. pois os ciclos térmicos para materiais mais espessos são diferentes. logo a microestrutura não será a esperada. [1] 𝑒 𝑉𝑟 = 2𝜋𝑘𝑝𝑐 ( ) ² (𝑇𝑐 − 𝑇𝑜)³ 𝐸 (3-5) . Figura 3-8: Representação da distribuição de calor chapa fina (bidimensional). [1] Em uma chapa fina o fluxo de calor é bidimensional figura 3-8 é representado pela equação 3-4. porém diferentes em suas dimensões não terão repartições térmicas iguais. 𝜌𝐶(𝑇𝑐 − 𝑇𝑝𝑟é) 𝑇 = 𝑡√ 𝐸 𝑡 − 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑝𝑎 𝜌 − 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝐶 − 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑇𝑐 − 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑇𝑝𝑟é − 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑝𝑎 𝐸 − 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑑𝑎𝑔𝑒𝑚 (3-7) .75 caracteriza uma chapa bidimensional e superior uma tridimensional. onde é utilizado o adimensional de Adams.32 Em uma chapa grossa os fluxos de calor são tridimensionais. sendo que um valor abaixo de 0. Figura 3-9: Representação da distribuição de calor chapa grossa (tridimensional). [1] 𝟐𝛑𝐤(𝐓𝐜 − 𝐓𝐨)𝟐 𝐕𝐫 = 𝐄 (3-6) A definição de uma chapa fina ou grossa é dada na equação 3-6. ferro (Fe) e carbono (C).008% de C a temperatura ambiente é de no máximo 0.33 3.02% a 727°C.10] Figura 3-10: Diagrama de fases Fe-Fe3C. Apresenta solubilidade de 0. pois envolve dois componentes. É considerado um diagrama binário. [9.12 Diagrama de equilíbrio Fe-C São mapas que permitem prever as fases e microestrutura do aço carbono em função da temperatura e composição de cada componente figura 3-10. . [8] Através do diagrama pode se identificar as seguintes fases:  Ferro-α: Solução sólida de carbono em Ferro-α (CCC). 3. É representada por uma linha vertical passando pela composição de 6.  FERRO-δ: solução de carbono em ferro com estrutura CCC. Consegue dissolver um teor de C muito mais alto do que a ferrita (até 2.022% e inferior a 0.7% C. existente a altas temperaturas (acima de 1394°C). [10] Figura 3-11: Representação esquemática da microestrutura para uma liga ferro carbono hipoeutetóide.  Cementita: Carboneto de ferro de estrutura ortorrômbica.13 Diagrama de equilíbrio Fe-C de um aço hipoeutetóide Esse aço é uma liga de ferro-carbono com composição superior a 0.45% de carbono.11% a 1148 ºC).34  Austenita-: Solução sólida intersticial de carbono no ferro-CFC). A formação de suas microestruturas está representada na figura 3-11.76% de carbono. Será abordada devido ao aço empregado no projeto possuir 0. [10] . [10]. A figura 3-12 representa uma imagem obtida de uma microestrutura de um aço hipoeutetóide onde é possível de visualizar os diferentes microconstituintes como a ferrita e perlita. encontrável em alguns aços e no ferro fundido sob a forma de lâminas ou plaquetas). existe uma maior proporção de ferro-α sendo que as partículas de α cresceram mais ainda.35 Nesse tipo de aço forma-se uma fase denominada de perlita figura 3-12. A sua formação consiste em camadas alternadas de ferrita-α e Fe3C (carboneto de ferro. duro e quebradiço. No ponto e. temperatura e transformação). toda a austenita anteriormente presente se tornará em perlita. porém a que se forma depois é denominada de ferrita eutetóide. a microestrutura presente será constituída de apenas austenita. A ferrita formada antes da linha de temperatura Te é denominada de ferrita-proeutetóide. No ponto f. . A figura 3-13 apresenta a gráfico de temperatura em relação ao Log do tempo. aproximadamente 775°C.14 Diagrama de transformação tempo e temperatura Para a analise de cada transformação é elaborado um estudo através da curva TTT (tempo. Quando o resfriamento atingir o ponto d. um composto cristalino. [10] Por volta de 875°C. começara a se formar o ferro-α nos contornos de grãos da austenita presente. [10] 3. ponto c. Figura 3-12: Fotomicrografia de um aço hipoeutetóide mostrando a microestrutura da perlita. Ferrita-α fase clara e Fe3C camadas finas. É uma fase extremamente dura e frágil. cada um desses constituintes está ligado ao ferro-carbono. A bainita é uma dispersão de carbetossubmicroscópicos em uma matriz altamente deformada e que contém mais de 0. como no tratamento térmico de têmpera. P perlítico e B bainítico. tornando-a tetragonal de corpo centrado (TCC).02% C. e estabilizada sua temperatura por certo tempo. [12] Altas velocidades de resfriamento fazem com que o material transforme em uma das microconstituintes a seguir:  Bainita: constituinte formado quando a austenita é resfriada rapidamente até certa temperatura.36 Figura 3-13: Esquema de uma curva de resfriamento continuo de um aço AISI 1045 temperado. na qual todo o carbono fica aprisionado em solução sólida supersaturada. Aplicado para analise microestruturais durante o resfriamento de uma junta soldada. que ao ser esfriado em . da seguinte forma: obtenção de corpos de prova de aço de pequenas dimensões. [12] Ensaio facilmente reproduzido em laboratório. usualmente na faixa entre 200 e 400°C. O carbono em excesso distorce a estrutura cristalina. [11]. [12]  Martensita: constituinte que pode ser formado quando a austenita é resfriada de maneira brusca. as linhas Ms e Mf indicam inicio e fim da transformação martensitica. Podendo haver alterações em analises devido a presença em diferentes concentrações de elementos de liga e composição química presentes. o que permite determinar diferentes formações de fase em relação ao resfriamento. em seguida são mergulhados em banho liquido (Sal ou Chumbo fundido) em temperaturas variáveis (720°C a 670°C) abaixo da zona critica de maneira controlada e de forma decrescente até se formar sua estrutura característica (ferrita mais perlita. O que se evidenciará através do diagrama de transformação isotérmica conforme figura 3-14 apresenta o diagrama de transformação isotérmica. ou perlita mais cementita). [13] .37 velocidades diferentes. somente perlita. F e A indicam campo perlítico. São aquecidos até o campo austenítico. se não houve transformação. que necessita de uma alta taxa de resfriamento para sua formação. [13] O diagrama de transformação isotérmica demonstra as diferentes microestruturas possíveis de se obter a partir do tempo de resfriamento. tendo como exemplo a formação da martensita. [12] O processo de transformação é acompanhado pelo exame da microestrutura através de microscópio óptico. [13] Figura 3-14: Diagrama de transformação isotérmica de aço hipoeutetóide as linhas Mi e Mf indicam inicio e fim da transformação martensitica. sendo que o resfriamento ocorre em toda sua seção ao mesmo tempo. P. respectivamente. a observação evidenciará o fato detectando a presença de outro constituinte estrutural. ferrítico e austenitico. formando sua rede cristalina CCC. que pode ser determinado na poça de fusão pela diferença entre temperatura media do arco na poça e a temperatura líquidos do material. . geralmente em metais ou ligas. [2. além de existir o crescimento competitivo que é determinado pela direção do gradiente de extração de calor e direção do reticulado cristalino (100). inoculantes como: carbetos de titânio ou vanádio. [2] O crescimento epitaxial e o competitivo podem ser influenciados pelo gradiente térmico. provocando a contração de volume no metal analisado. os mesmos podem servir como núcleos existentes no material e esta condição é chamada de nucleação heterogênea. Caso o material apresente impurezas. [2] A solidificação do metal acorre através da nucleação e crescimento do grão. O crescimento passando pela interface sólido-líquido pode ser atomicamente difusa ou plana.13] A velocidade de solidificação é proporcional ao gradiente térmico. envolvendo a mudança da estrutura cristalina: Amorfo para CCC (Cubico Corpo Centrado).16 Solidificação da poça de fusão Na zona de ligação entre a solda e o metal base é gerada uma zona de fusão parcial. [2] 3. a partir desta zona ocorre à solidificação da solda e o crescimento dos grãos seguindo a orientação da rede cristalina dos grãos da região parcialmente fundida (crescimento epitaxial). aproximadamente 1520ºC para o aço ABNT 1045.15 Nucleação e crescimento do grão A solidificação ocorre na passagem do estado liquido da poça de fusão para o estado solido. velocidade de solidificação e concentração de soluto e esses parâmetros determinam durante a solidificação da poça de fusão se a estrutura final será grosseira ou refinada.38 3. ainda podendo ocasionar a mudança das propriedades químicas devido aos fenômenos de micro e macro segregação. químicas e físicas do material. caso não haja interferência de agentes externos a nucleação é homogênea. O que determina as propriedades mecânicas. apresenta em uma mesma variação de temperatura um crescimento continuo e rápido. 17 Transformação da zona fundida A transformação do metal de solda ocorre em condições fora do equilíbrio e com velocidade de resfriamento alta. para 0. que irá proporcionar a formação da zona afetada pelo calor com menores valores de dureza e menores possibilidades de concentradores de tensões formadores de trincas. [2. Essa região que sofreu alteração .45% de carbono. inclusões não metálicas. composição química. levando em consideração no máximo 0.13] 3.18 Zona afetada pelo calor do aço ABNT 1045 O aço carbono 1045 apresenta média soldabilidade como pode ser verificado pela equação 3-8 (formula do carbono equivalente (CE)) que tem como objetivo fornecer informações sobre a temperabilidade do aço (capacidade de endurecer o aço através do arrefecimento brusco). existirá a necessidade do preaquecimento do material para introduzir uma fonte de calor na soldagem com o objetivo de diminuir a velocidade de resfriamento de uma junta soldada. tamanho do grão da austenita anterior e ciclo térmico de soldagem.90% de manganês e 0. [1] Na soldagem por fusão sempre haverá a alteração da microestrutura do metal base e consequentemente das propriedades mecânicas devido a diferentes gradientes térmicos gerados durante o processo. concentração.70. aplicando-se a formula será obtido um valor aproximado de 0.60% de carbono equivalente. Os fatores consideráveis para determinar a microestrutura final do metal de solda são: elementos de liga. Portanto. e também o quanto está suscetível a trincas mediante a aplicação de calor.40<CE<0.39 3. tornando menores as tensões residuais e ao mesmo tempo favorecendo a difusão do hidrogênio. [1] (3-8) Para este material. [14] As regiões da figura 3-15 são abordadas a seguir.40 em sua estrutura é denominada de Zona Afetada pelo Calor (ZAC) podendo ser subdividida em outras regiões conforme indicado na figura 3-15. (zona 4) região de grãos finos. (zona 3) região de grãos grosseiros. . Figura 3-15: Zona afetada pelo calor. Nestas regiões do aço carbono que são afetadas pelo calor encontra-se diferentes características da microestrutura das quais podem ser listadas como (zona 1) zona de solidificação do metal de solda. (zona 7) metal base. (zona 5) região intercrítica. [14]. (zona 2) linha de fusão. (zona 6) região subcrítica. 3 (Zona 3) Grãos grosseiros Região adjacente à linha de fusão com temperaturas de 1100 e 1500 °C aproximadamente. [14] . [14] 3.18. A microestrutura resultante será refinada.18. [14] 3. A alta velocidade de aquecimento causada pelos ciclos de soldagem proporciona um superaquecimento dessa fase resultado em uma microestrutura de grãos grosseiros.1 (Zona 1) Solidificação do metal de solda É a região na qual a temperatura de processamento é suficiente para fundir os materiais envolvidos.18. porém dependendo da velocidade de resfriamento. onde se obtém a fase austenita. [14] 3. esta austenita pode decompor-se em perlita.2 (Zona 2) Linha de fusão Região de ligação que está entre a zona fundida e a zona afetada pelo calor. ou seja.18.5 (Zona 5) Região intercrítica Região com aquecimento entre 727 a 910°C aproximadamente.18. sendo que quanto mais afastada da poça de fusão mais finos serão os grãos e consequentemente maior sua tenacidade. bainita.41 3. é caracterizada pela transformação parcial da austenita.4 (Zona 4) Grãos finos ZAC de grãos finos – Região com aquecimento de 900 a 1100 °C é caracterizada pelo menor tamanho de grão na microestrutura do aço.[14] 3. parte de metal base juntamente com parte do metal de adição passam para a forma líquida formando a poça de fusão. . a temperaturas de por volta de 50°C abaixo da linha inferior de transformação do aço) e consequentemente. pois esta região pode ser revenida (reaquecimento das peças temperadas. porém o aço pode sofrer efeitos da temperatura.6 (Zona 6) Região subcrítica Região com aquecimento entre 600 a 727°C. através do surgimento de microestruturas que fragilizem ou comprometam o bom desempenho do projeto. [14] 3. da qual não possui nenhuma transformação austenítica.19 Ensaio mecânico de microdureza Vickers (HV) O ensaio de dureza Vickers é empregado de maneira a detectar as heterogeneidades na junta soldada. [1] 3. O método de ensaio tem como referência a norma Petrobrás N-133 e os valores são estabelecidos conforme norma DIN 50133 [15]. [15] O indentador possui forma de pirâmide. e a carga aplicada para ensaio de mico dureza pode variar de 1gf a 1000 gf.7 (Zona 7) Região não afetada (metal de base) É a região constituinte da junta soldada que não sofreu qualquer alteração em suas características físicas. apresentar queda da resistência mecânica ou dureza.18. devido às transformações metalúrgicas associadas ao ciclo térmico durante a soldagem.18. Figura 3-16: Indentador de dureza Vickers. químicas ou metalúrgicas mediante a aplicação de calor.42 3. De maneira que permita identificar as transformações que comprometam a qualidade no material soldado. em relação ao metal base. de maneira a simular uma soldagem em campo.020 As superfícies foram retificadas com fresa VEKER modelo VK-430VP (Figura 4-1) com pastilha de aço duro a 1000 RPM para manter as mesmas condições da superfície a ser depositado o metal de solda sem intervenção da camada de óxido. Tabela 4-1 – composição química do aço ABNT 1045 C Mn 0.013 S 0. cuja composição química encontra-se na Tabela 4-1.470 0. O .008 Cr 0.010 Ni 0. evitando assim a perda de suas propriedades químicas e mecânicas.680 Si 0. A profundidade de penetração e a taxa de deposição foram analisadas usando duas condições de polarização: direta e inversa. Figura 4-1: Fresa VEKER modelo VK-430VP As chapas foram soldadas pelo processo eletrodo revestido em ambiente sem controle de agentes externos.43 4 Materiais e Métodos Os procedimentos de soldagem foram realizados em chapas de aço ABNT 1045 com 60 x 120 X 16 mm. Todos os parâmetros aplicados ao processo foram determinados dentro do limite estabelecido pelo fabricante do eletrodo.310 P 0. . A corrente de soldagem aplicada no material foi conferida durante todo o processo de modo simultâneo no próprio equipamento de soldagem.44 equipamento utilizado no processo de soldagem foi da marca MILLER ELECTRIC DYNASTY 200 (Figura 4-2) e o eletrodo revestido Eletrodo GD 13 3. Figura 4-2: Equipamento utilizado no processo de soldagem Os parâmetros utilizados no procedimento de soldagem encontram-se na tabela 4-2.25. O tempo de soldagem foi de 55 segundos para a polaridade direta e 63 segundos para a polaridade inversa. O material base não foi submetido à pré-aquecimento e após o procedimento de soldagem não foi realizado tratamento térmico. 5 Retificado 16 1B 115 Inversa 27.45 Tabela 4-2 – Parâmetros de soldagem Nº Peça Corrente (A) Polaridade Tensão (V) Aspecto superficial Espessura (mm) 1A 115 Inversa 27. Figura 4-3: Corte das amostras após procedimento de soldagem . Os detalhes podem ser observados na Figura 4-3.2 Retificado 16 4.5 Retificado 16 1D 115 Inversa 27.1 Preparação das amostras para ensaios metalográficos As chapas soldadas usando polarização direta e inversa foram cortadas com uma serra de fita com lubrificação.2 Retificado 16 2D 115 Direta 22.2 Retificado 16 2B 115 Direta 22.5 Retificado 16 1C 115 Inversa 27.2 Retificado 16 2C 115 Direta 22.5 Retificado 16 2A 115 Direta 22. 46 As amostras cortadas foram preparadas metalograficamente para a visualização macroscópica e microscópica. A caracterização da área da zac. 600. 800. 320. diluição e penetração do metal de solda foi realizada no equipamento Trinocular com iluminação da marca Quimis modelo Q764ZT-Led com câmera de vídeo acoplada e conectada ao computador com software de aquisição de imagem. 2500. onde a superfície é lixada por lixas 180. As micrografias foram realizadas no Microscópio Óptico (Carl Zeiss.3000 girando 90° ao mudar de uma lixa para outra. A seguir as amostras foram polidas usando um pano de polimento com pasta de diamante 3µm. Figura 4-4: Microdurômetro ZWICK . 4. AXIO vertical A1). Em seguida atacada com nital 5% (ensaio macroscópico) e nital 2% (ensaio microscópico) por 2 segundos. O procedimento de preparação foi o mesmo para as duas visualizações.2 Equipamentos para os ensaios mecânicos O microdurômetro da marca ZWICK (Figura 4-4) foi utilizado para realização do ensaio de microdureza Vickers com carga de 500 gf. 1200. Iniciando pela etapa de lixamento. Esse procedimento foi feito para verificar a influência do gradiente de temperatura na microestrutura da zona afetada pelo calor. O início e o fim do procedimento de soldagem foram indicados na Figura 5-1.47 5 Resultados e Discussões a. onde é possível de visualizar a diferença no aspecto do cordão de solda em relação as polaridades de soldagem. . Identificação das regiões analisadas após procedimento de soldagem As amostras foram cortadas em três partes e caracterizadas em quatro regiões distintas. Figura 5-1: Sentido do procedimento de soldagem As imagens referenciadas na figura 5-1 destacam o sentido do procedimento de soldagem por eletrodo revestido. A caracterização da zona de ligação será detalhada no ítem 5. Destaca-se a diferente estrutura entre as amostras analisadas.8 e 5.9. Figura 5-2: Microestrutura da zona de ligação com aumento 50x. . lixamento e polimento da amostra e ataque químico com nital 2%. com intuito de analisar a microestrutura resultante do processo de soldagem por eletrodo revestido. A partir das figuras apresentadas verifica-se a evolução microestrutural da zona de ligação ao longo do procedimento de soldagem adotado. conforme figura 5-2.48 A partir do sentido de soldagem destacam-se determinadas regiões por meio de corte com serra de fita. 2 Cálculo da velocidade de soldagem A velocidade de soldagem define a quantidade de calor cedido à peça. 𝑣= 120 𝑚𝑚 = 2. 5. da qual demonstra a relação de milímetros por segundo obtida durante o procedimento. sendo necessário um dimensionamento de forma a evitar a perda de energia ou a .49 5.9 𝑚𝑚/𝑠 63 𝑠 (3-1) 5.2 Polaridade inversa O cálculo da velocidade de soldagem para a polaridade inversa foi efetuado a partir da equação 3-1. sendo necessário uma velocidade media onde seja possível ceder uma quantidade de calor necessária sem causar alterações bruscas metalúrgicas devido a concentração térmica resultante de uma baixa velocidade ou caso seja alta a velocidade a quantidade de energia cedida não será suficiente para uma soldagem adequada.2. 𝑣= 120 𝑚𝑚 = 1.1 Polaridade direta O cálculo da velocidade de soldagem para a polaridade direta foi efetuado a partir da equação 3-1.18 𝑚𝑚/𝑠 55 𝑠 (3-1) 5.3 Aporte de calor A energia de soldagem é a energia introduzida no arco elétrico.2. da qual demonstra a relação de milímetros por segundo obtida durante o procedimento. 50 concentração de energia. . ocorre uma menor velocidade de resfriamento do que para a polaridade direta.9 𝑚𝑚/𝑠 𝐽/𝑠 = 115𝐴 × 27.75 × 2668 𝐽/𝑠 = 0. 𝐽/𝑠 = 115𝐴 × 23. fato que pode ser atribuído a uma maior variação da distância de trabalho entre o eletrodo e a peça. Para essas condições.2 𝑉 = 2668 𝐽/𝑠 𝐸 = 0. 5. diferente e não proposital estabelecida para cada uma das peças (polaridade direta e inversa) em relação ao eletrodo.1 Polaridade direta O cálculo do aporte térmico de soldagem para a polaridade direta foi efetuado a partir da equação (3-2).18 𝑚𝑚/𝑠 (3-2) 5. sendo respectivamente: 0. Quando efetuado a soldagem na polaridade inversa verifica-se o aumento da energia de soldagem.2 Polaridade inversa O cálculo do aporte térmico de soldagem para a polaridade direta foi efetuado a partir da equação (3-2).918𝑘𝐽/𝑚𝑚 2.24 kJ/mm.24 𝑘𝐽/𝑚𝑚 1.5 𝑉 = 3162.918 kJ/mm e 1.3.3.75 × 3162. Essas variações de energia podem provocar alterações metalúrgicas e possível formação de microestruturas frágeis. 𝐸 = 0.5 𝐽/𝑠 = 1.5 𝐽/𝑠 (3-2) Os aportes térmicos variaram devido à distância de trabalho. 4.2 Polaridade inversa O cálculo para a determinação de chapa para a peça soldada na polaridade inversa foi efetuado a partir da equação (3-7).486𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 × 1786. 5. não se relaciona diretamente a espessura da peça.016𝑚 × 7404 𝑚² 86. Este procedimento é fundamental para se determinar o possível tratamento térmico ou o controle da velocidade de resfriamento evitando a formação de martensita.4.15𝐾 918𝑘𝐽/𝑚 (3-7) 𝑇 = 0.4 Determinação chapa fina ou chapa grossa A determinação do termo chapa fina ou chapa grossa é feito pela transferência de calor na peça.04 𝑚 𝑇 = 1.1 Polaridade direta O cálculo para a determinação de chapa para a peça soldada na polaridade direta foi efetuado a partir da equação (3-7).37 5.51 5.016m × √ 𝑚3 × 0.016 × √ 𝑇 = 0. 7830𝑘𝑔 T = 16mm × √ 𝑚3 × 486𝐽 𝑘𝑔𝐾 × (1538°𝐶 − 25°𝐶) 0.918𝑘𝐽/𝑚𝑚 7830𝑘𝑔 T = 0. . 5 Cálculo da velocidade de resfriamento A velocidade de resfriamento permite a analise dos caminhos para a extração do calor. tendo em vista que uma chapa grossa resfria de maneira mais rápida que uma chapa fina.486𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 × 1786.016 × √ 𝑇 = 0.18 As duas peças entram em condição de chapa grossa.5.03 𝑚 𝑇 = 1. proporcionando uma maior condição de velocidade de resfriamento para essa variável do que a polarização direta. . porém à peça referente à polaridade direta apresenta um valor maior do adimensional de Adams. 5. 5.52 7830𝑘𝑔 T = 16mm × √ 𝑚3 × 486𝐽 𝑘𝑔𝐾 × (1538°𝐶 − 25°𝐶) 1.15𝐾 1240𝑘𝐽/𝑚 (3-7) 𝑇 = 0.24𝑘𝐽/𝑚𝑚 7830𝑘𝑔 T = 0.1 Polaridade direta O cálculo para a determinação da velocidade de resfriamento da peça soldada na polaridade direta foi efetuado a partir da equação (3-6).016𝑚 × 5481 𝑚² 74.016m × √ 𝑚3 × 0. .332 × 3190 J 𝑚𝑚 × × × 𝐾² 918 s x mm x K 𝐽 (3-6) Vr = 1.0529 s x mm x K × (1786. pois quantidades menores de energia de soldagem cedida à peça proporcionam velocidades de resfriamento maiores.15 K/s 5. podendo ser consideradas inversamente proporcionais.24 𝑘𝐽/𝑚𝑚) da polaridade inversa.918𝑘𝐽/𝑚𝑚) contra (1.53 J Vr = Vr = 2π0.0529 s x mm x K × (1786.85 K/s O resfriamento da peça foi maior na polaridade direta.15𝐾)² 918 𝐽 𝑚𝑚 0.2 Polaridade inversa O cálculo para a determinação da velocidade de resfriamento da peça soldada na polaridade inversa foi efetuado a partir da equação (3-6).15𝐾)² 1240 𝐽 𝑚𝑚 0. ao fato atribui-se um menor aporte térmico a ela empregado (0.332 × 3190 J 𝑚𝑚 Vr = × × × 𝐾² 1240 s x mm x K 𝐽 (3-6) Vr = 0.5. J Vr = 2π0. pois na polaridade inversa essa área tende a ser maior devido a uma maior taxa de deposição do metal de adição. Direta Inversa 20 18 Extensão (mm) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 A B C D Figura 5-3: Extensão do cordão de solda em função do aporte térmico e polaridade de corrente. . sendo fundamental para se dimensional os possíveis efeitos na zona afetada pelo calor (ZAC).54 5. além de implicar na energia de soldagem tornando-se um fator a ser considerado na formação de rede cristalina. demonstrado na figura 5-3.6 Determinação de resultados utilizando metalografia quantitativa via software ImageJ® A polaridade da corrente sendo uma variável essencial da soldagem por eletrodo revestido tem influência na extensão atingida pelo cordão de solda. A área do metal de solda é altamente influenciada pela polaridade e aporte térmico. porém esse efeito é intensificado quando ocorre o aumento do aporte térmico conforme se observa na figura 5-4. e possível formação de microconstituintes que podem fragilizar a estrutura. Apresentou um elevado valor no inicio da soldagem .55 Direta Inversa 30 Área (mm²) 25 20 15 10 5 0 A B C D Figura 5-4: Área do metal de solda depositado em relação ao aporte térmico e polaridade da corrente A energia de soldagem em decorrência do processo é fundamental para definir a zona afetada pelo calor (ZAC). podendo ser notado figura 5-5 que o calor transferido pera a peça em trabalho com polaridade inversa ocasionou uma região maior da ZAC no inicio do processo e ao final do processo a taxa de resfriamento foi fundamental para definir uma área menor afetada devido à condução de calor da peça. Direta Inversa 45 Área (mm²) 40 35 30 25 20 15 A B C D Figura 5-5: Área da ZAC em função do aporte térmico e polaridade da corrente A diluição definida pela quantidade percentual de metal base que entra na composição do metal de solda. 5-7 são apresentadas as macrografias das chapas soldadas pelo processo eletrodo revestido (E6013) com polaridade direta e inversa para cada uma das amostras do aço 1045.56 conforme figura 5-6. possivelmente a distancia entre o eletrodo e a .7 Macrografias das amostras soldadas com polarização direta e inversa Na Error! Reference source not found. (g) e (h) da figura 5-7 na polaridade inversa. Comparando as macrografias para as duas condições. (b). As amostras (a). evitando o surgimento de microconstituintes como a martensita o que fragiliza a estrutura se não passar por tratamento térmico posterior para alivio de tensões. (f). tornando o pré-aquecimento fundamental por se tratar de um aço médio carbono. Verifica-se nestas macrografias que existe uma influência do aporte de calor e da polaridade nas dimensões dos cordões de solda. verificou-se que houve influencia do operador na formação da ZAC. da zona fundida (ZF) e nas respectivas zonas afetadas pelo calor (ZAC). O aporte térmico utilizando polarização inversa foi maior se comparado com a polarização direta. (c) e (d) da figura 5-7 foram efetuadas na polaridade direta e as amostras (e). Direta Inversa 80 75 Diluição (%) 70 65 60 55 50 45 40 35 30 A B C D Figura 5-6: Diluição em função do aporte térmico e polaridade da corrente 5. sendo que para cada amostra foi utilizado o mesmo material de adição. o que pode implicar no aparecimento de possíveis falhas no equipamento. na área e altura da ZAC. comprimento do cordão. Os parâmetros de soldagem. . Quanto maior à distância de trabalho. corrente e tensão são primordiais para obtenção de maiores ou menores aportes térmicos. embora fosse esperado uma menor área da ZAC para amostra 2. maior a diferença de potencial entre o eletrodo e o corpo de prova. velocidade. Esta ocorrência resulta em um aumento na penetração do metal de adição sobre o metal base. haverá uma maior: diluição. ou seja. Verifica-se nesta amostra uma menor taxa de fusão para a polaridade inversa.57 peça foi maior neste caso. possivelmente esta maior energia de soldagem pode ser resultado do aumento da tensão ocasionada por uma maior distância de trabalho. desse modo. g.c. .h).d) e inversa (e.f.58 Figura 5-7: Macrografia dos cordões de solda depositados sobre a chapa de aço ABNT 1045 nas polaridade direta (a.b. Embora na polaridade direta apenas 30% do calor esteja concentrado na peça e consequentemente a ZAC acabe por ter uma menor área devido a uma menor taxa de fusão. A esse fato pode ser atribuído a um . área do cordão. porém houve uma maior penetração do metal de adição 1. porém a grande área da ZAC não está relacionada apenas com o grande aporte térmico. assim percebe-se que houve uma variação em suas respectivas áreas.24kJ/mm. devido ao grande aporte térmico a ela empregado 1. A polaridade inversa empregada na segunda peça proporciona cordões com maior área do metal de base. A figura 5-7 (e) apresenta o cordão de maior área do metal de base entre todas as amostras. mostram cordões de menor área do metal de solda do que em relação à primeira amostra (figura 5-4) fato que pode ser atribuído a uma menor energia de soldagem nessas duas regiões do que em relação à primeira. fato do qual pode ser atribuído não só à polaridade.59 A área correspondente ao metal de adição foi medida para as diferentes regiões da chapa. foi possível verificar que essa foi uma região que recebeu um elevado aporte térmico figura 5-5. 5-4. região da qual a energia de soldagem é interrompida. A esse fato atribui-se a uma maior energia de soldagem inicial que permitiu grande diluição. consequência de uma maior temperatura proveniente dos ciclos térmicos da qual proporcionou uma maior quantidade de calor nessas amostras que por sua vez facilitou a penetração. ZAC e diluição (figuras 5-3. A figura 5-7(b) e (c). devido a sua maior taxa de deposição. como também a uma grande energia de soldagem empregada no início do processo. a polaridade direta proporcionaram a obtenção de um cordão com uma menor área do metal base em relação as demais amostras da peça 1. O final da solda figura 5-7 (d). mas também a temperatura inicial da peça (temperatura ambiente) e ao grande gradiente térmico gerado pela condução do calor devido à espessura deste aço. As amostras da figura 5-7 (f) e (g) possuem características semelhantes apresentando valores parecidos em relação à extensão do cordão. é possível identificar o contrário em relação a essa amostra. 5-5 e 5-6). A extensão do cordão de solda e a ZAC para as diferentes amostras usando uma mesma polaridade podem ser acompanhadas nas figuras 5-3 e 5-4. A figura 5-7 (a) mostra um cordão com uma área do metal de solda relativamente maior em relação às demais amostras dessa mesma peça (figura 5-4). Porém devido a ZAC de maior área em relação às demais. Na microestrutura da região 1 percebe-se o crescimento de dendritas. sendo que pode se atribuir ao fato uma menor energia de soldagem empregada nesse momento. 5.8 Analise microestrutural A figura 5-8 mostra a microestrutura do metal de adição (região 1). nota-se a presença de ferrita e martensita em toda a região analisada. A formação de martensita é atribuída à execução do procedimento de soldagem sem a realização do pré-aquecimento de aproximadamente (200 °C). isso porque a energia de soldagem é interrompida repentinamente. esse cordão ira apresentar menor ZAC. . A microestrutura do metal base (região 3) é composta por ferrita no contorno de grão e matriz perlítica. porém ao contrário da última amostra da primeira peça. decorrente da alta taxa de resfriamento nesta região.60 aporte térmico e padrões de soldagem (distância e velocidade) semelhante para essas duas regiões. zona afetada pelo calor (região 2) e metal base (região 3). possui características semelhantes ao do cordão apresentado na figura 5-7 (d). região próxima a zona afetada pelo calor. O cordão da figura 5-7 (h). Na zona ligação. 200x e 1000x com microscópio óptico. respectivamente a região (1) representa o metal de solda. região (2) zona de ligação e região (3) metal base. .61 Figura 5-8: macrografia referenciando regiões de obtenção de micrografias com aumento de 50x. quando soldado na polaridade direta. ou seja. a microestrutura resultante para esta região sofreu o maior gradiente de temperatura. Nos instantes iniciais. A velocidade de resfriamento é brusca no início do procedimento de soldagem. como se observa na figura 5-8.. é relativamente menor que na inversa. devido à rápida extração de calor pela chapa (temperatura ambiente). criam condições de transformação fora do equilíbrio. D . é possível notar que o gradiente térmico. Caracterizando estas regiões percebe-se que a matriz é martensítica. Em relação à amostra 2A devido a espessura média das agulhas de martensita.9 Caracterização da zona de ligação para as polarizações direta e inversa As zonas de ligação obtidas por soldagem com polarização direta e inversa para as diferentes regiões da chapa podem ser acompanhadas respectivamente na Error! Reference source not found. proporcionando a formação inicial de martensita fina.918KJ/mm) Inversa (1. e Error! Reference source not found. Nas demais regiões. o material está na temperatura ambiente.62 5.24KJ/mm) 9 8 Espessura (µm) 7 6 5 4 3 2 1 0 A B C Figura 5-9: Espessura média em micrometros das ripas de martensita. a martensita apresenta ripas mais grossas se comparadas com as martensitas presentes no início do procedimento. A formação de martensita está relacionada a rápida extração de calor desta região. Direta (0. ainda não é completa e uniforme para todas as .1 Polaridade direta 50 µm 20 µm 10 µm Figura 5-10: Zona de ligação. que proporcionam sucessivos aquecimentos nas demais regiões da peça. O aquecimento involuntário criado no material. (a) amostra 1A. fato atribuído aos ciclos térmicos.63 5. devido à alta energia de soldagem empregada na região do início da solda (amostra 1A) proporcionou um menor gradiente de temperaturas entre o calor gerado pelo metal de adição e o metal base. É possível observar que essa condição ainda não é suficiente para proporcionar um aumento significativo da espessura das agulhas dessa fase (figura 5-9). também existe uma maior quantidade de calor gerado no metal base devido à polaridade ser direta.9. (d) amostra 1D A amostra 1B mostra uma espessura média um pouco maior das agulhas de martensita em relação à amostra 1A. (b) amostra 1B. e consequentemente aumentou a espessura médias das agulhas de martensita para 1B. pois a distribuição de calor embora exista. (c) amostra 1C. . gerados pelo aporte térmico. A amostra 1C mostra que os ciclos térmicos. eleva à temperatura possibilitando o aumento da difusão do carbono (que é inexpressiva em baixas temperaturas). também foi possível identificar uma modificação em relação a sua forma se tornando mais grosseira. pois o calor já está bem distribuído por todo metal base. Na amostra 1D ocorre um aumento considerável da espessura das agulhas de martensita. Este fato pode ser atribuído a uma maior energia de soldagem fornecida à peça neste estágio. Uma alta energia de soldagem proporciona uma menor velocidade de resfriamento. Embora a amostra 1B se assemelhe a essa em relação ao aporte térmico a ela fornecido. proporciona a formação das agulhas de martensita com aspectos mais grosseiros possuindo maior espessura média. a temperatura se estabiliza a um patamar que. embora ainda esteja em uma condição metaestável.64 regiões da peça e não evita os danos causados pela grande extração do calor e velocidade de resfriamento. de forma que ficam facilitadas reações metalúrgicas que levem à formação de uma maior espessura média das agulhas de martensita. Uma vez que a ZAC dessa amostra é a maior dessa peça e o gradiente térmico já é muito baixo. sendo que devido ao calor já presente na peça proveniente dos ciclos térmicos das regiões passadas. (b) amostra 2B. que por sua vez possivelmente proporcionou uma menor velocidade de resfriamento desde a amostra anterior. (a) amostra 2A. assim houve condições suficientes para aumentar as condições . (d) amostra 2D Mesmo com um maior aporte térmico do que em relação à primeira peça.9. podemos levar em consideração que há apenas uma concentração de 30% de calor empregado na peça.65 5.27 µm na amostra 2A. A amostra 2B mostra que houve aumento na espessura das ripas de martensita em relação à amostra 2A e 1B (figura 5-9). proporcionando uma formação de matriz martensitica com ripas de espessura média de 0. Esse fato pode ser atribuído a grande quantidade de calor extraída pelo material proveniente da amostra 2A.2 Polaridade inversa 50 µm 20 µm 100 µm 50 µm Figura 5-11: Zona de ligação. que reduziria a velocidade de resfriamento. (c) amostra 2C. assim proporcionase maiores condições para uma maior extração do calor influenciando diretamente no aumento do gradiente térmico e menores condições para que se ocorra a difusão do carbono. Essa formação possivelmente pode ser atribuída ao fato de que o gradiente térmico tenha se reduzido ainda mais devido a uma menor extração de calor nesta região. Na amostra 2D.5664µm). é possível notar a formação de martensita mais grosseira do que em relação as duas regiões anteriores.5 450 400 350 300 250 200 150 Região A Região B Região C Região D Metal Base Metal de Solda Figura 5-12: Perfil de microdureza HV0. uma vez que o gradiente de temperatura e a velocidade de resfriamento diminuem até certo limite. embora mantenha o mesmo padrão quanto ao gradiente térmico apresentado na amostra 2C. para a soldagem com polaridade da corrente direta e inversa. é possível identificar pela figura 5-9 que a espessura média das agulhas teve um aumento considerável (8.66 para difusão do carbono proporcionando um aspecto mais grosseiro das ripas de martensita em relação à amostra 2A. 5. . principalmente nas duas regiões finais onde a velocidade de resfriamento possivelmente é menor. Porém claramente é possível notar que a soldagem na polaridade inversa cria maiores condições para o aumento da espessura das ripas de martensita.9. Na amostra 2C. 500 Microdureza HV0.5 na amostra soldada com polaridade direta.3 MICRODUREZA VICKERS As figuras 5-12 e 5-13 estão ilustrando o perfil de dureza obtido ao longo do corpo de prova. A martensita nesta região se assemelha com martensita revenida. embora o aporte térmico seja semelhante a da amostra 2B. Nessa amostra o calor já esta uniformemente distribuído. . estão com valores acima do metal base. O ponto A na soldagem com polaridade direta teve uma dureza maior em relação ao ponto B. o que não ocorre na polaridade inversa. O ponto C e D apesar de possuir dureza menor que no inicio da soldagem (A).67 700 650 Microdureza HV0.5 na amostra soldada com polaridade inversa. mas com o aporte de calor reduzido teve um valor menor.5 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 Região A Região B Região C Região D Metal Base Metal de Solda Figura 5-13: Perfil de microdureza HV0. acarretando uma menor difusão do carbono e consequentemente maiores valores de dureza.  A análise do perfil de dureza.68 6 Conclusões  Na amostra usando polarização direta. com exceção da amostra 1D. as ripas de martensita apresentaram-se refinadas. apresentou uma maior ZAC. região que recebeu maior aporte térmico e da qual já estava com uma maior concentração de calor proveniente dos ciclos térmicos das regiões anteriores da peça.  Na amostra usando polarização inversa. .  A espessura das ripas de martensita está relacionada à taxa de resfriamento. pode-se verificar que o refinamento das ripas de martensita está relacionada com uma condição de maior velocidade de resfriamento. As ripas de martensita apresentaram-se mais grosseiras em relação a amostra utilizando polarização direta. Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) . 1986. 2011. Estudo da técnica de dupla camada na soldagem de aço AISI 1045. SP: Edgard Blücher LTDA. Soldagem: processos e metalurgia. Paulo J. 2012. Minas Gerais. SP: McGraw – Hill LTDA. Universidade de São Paulo. 4ª. 2004. 2011. Ed. [10] CALLISTER. São Paulo. Universidade Federal de Minas Gerais. Especificação de eletrodos revestidos para aço carbono.Ed. H. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais. [7] AWS . Sérgio D. Introdução à Metalurgia da Soldagem. MELLO. W. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução.50133 (1985-02).. Paulo V.br/anais/creem/2001/anais/a05_18. 2004. Sergipe. Universidade Federal de Minas Gerais.III. Ed. SP: Prentice Hall/Pearson. Paulo J.69 7 Referências Bibliográficas [1] Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial.A5.abcm. SP: Editora Senai-SP. [12] SILVA. [5] ASME IX – QW-461. 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