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Eletrodos Revestidos Impermeáveis do Tipo Baixo Hidrogênio Prof. Alexandre Queiroz Bracarense, PhD Professor Titular do DEMEC – UFMG Ivan Fichel Diretor.

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1 Eletrodos Revestidos Impermeáveis do Tipo Baixo Hidrogênio Prof. Alexandre Queiroz Bracarense, PhD Professor Titular do DEMEC – UFMG Ivan Fichel Diretor Presidente da Elbras

2 QUESTÃO: E se o polímero fosse colocado diretamente no revestimento como impermeabilizante e aglomerante? Condição Extrema onde o eletrodo (6013) Tudo começou com Soldagem subaquática molhada Precisa ser envernizado Poderiamos eliminar envernizamento e.... Testou-se vários vernizes, inclusive um polímero a base de poliestireno - ISOPOR

3 Eletrodos produzidos em Laboratório No laboratório

4 Na Fábrica

5 Avaliação da extrudabilidade E6013

6 F W + F W + F P + F P + 500x 100x Microestrutura de eletrodo E6013 impermeabilizado com verniz VINÍLICO em soldagem subaquática molhada Surpresa maior e ainda inexplícavel!!

7 100x 500x Microestrutura de eletrodo E6013 aglomerado com POLIESTIRENO Foi encontrada Ferrita acicular!!!! E em quantidade razoável!!!!

8 Ferrita acicular é sinônimo de excelentes propriedades mecânicas. A priori é muito difícil conseguir ferrita acicular em solda subaquática!! Usando o polímero isto foi facilmente conseguido!!!

9 O projeto para soldagem subaquática continua Soldagem convencional fora d´água E7018 Eliminando ressecagem, manutenção em estufa e mais porem, usando o mesmo conceito, focou-se na

10 Na Fábrica

11 Metodologia 1 Primeira Etapa: fabricação em laboratório fazendo ajustes na formulação de eletrodos revestidos convencionais do tipo básico E7018, substituindo o silicato, comumente usado como aglomerante, por polímeros em solução. Segunda Etapa: produção em escala industrial de lotes de eletrodos impermeáveis básicos 7018.

12 Testes de Validação da Produção: Soldagens sobre chapa 1)avaliar a estabilidade do arco elétrico e a aparência do cordão de solda. 2)Análise química do metal de solda visando validar as alterações de fórmula e criar subsídios para as novas alterações. 3)Análise metalográfica, avaliação microestrutural, 4)Teste de hidrogênio difusível e 5)Teste de dureza para complementar o desenvolvimento do consumível. (B2) Impermeável Fábrica (B1) Impermeável Laboratório

13 Ajustes na Formulação do Eletrodo Revestido Impermeável Norma * PadrãoB2B3B4B5B6B7B8B9 C0,150,090,180,260,140,080,17 0,230,13 Si0,750,450,611,610,310,090,680,950,970,61 Mn1,61,111,571,991,080,491,211,491,581,57 P0,0350,02 0,03 0,02 S0,0350,030,01 Cr0,20,100,050,090,160,110,050,060,040,06 Ni0,30,050,020,01 0,020,01 Mo0,30,01 V0,080,01 0,110,01 0,020,030,01 Análise Química do Metal de Solda Resultados FórmulaAlteraçõesObjetivos B3 Calcário Rutilo Fluorita Aumentar a estabilidade e reduzir a potência do arco. B4 FeSi FeMn Ajustar a composição B5Hematita +Aumentar o volume de escória - oxidação B6 FeSi FeMn Ajustar a composição B7 Hematita Reduzir a oxidação B8 Calcário Rutilo Fluorita Hematita - Aumentar a potência do arco B9 Calcário Fluorita Silicato em pó + Controlar a viscosidade

14 Metalografia do Metal de Solda em Diferentes Posições (Ataque Nital 2%, 200X) E7018 Padrão Impermeável B4 Impermeável B9

15 E7018 Padrão Impermeável B4 Impermeável B9 Detalhe Microestrutura do Metal de Solda (1000X)

16 Porcentagem de Ferrita Acicular no Metal de Solda

17 Dureza HV 100 B B Dureza Medida em Regiões com Ferrita Acicular BABU, S.S., BHADESHIA, H.K.D.H. Transition from Bainite to Acicular Ferrite in Reheated Fe-Cr-C Weld Deposits. Materials Science and Techonology, v.6, p , BABU, S.S., BHADESHIA, H.K.D.H. Mechanism of the Transition from Bainite to Acicular Ferrite. Materials Transation, JIM, v.32, n. 8, p , ~ 237 HV

18 A fabricação em escala industrial de eletrodos revestidos impermeáveis aglomerados com polímeros é tecnologicamente viável; Ajustes nas quantidades de polímero em solução foram necessários para obtenção de uma massa úmida com consistência adequada a uma boa extrusão e resistência do revestimento; Eletrodos revestidos impermeáveis apresentaram microestrutura, no mínimo, similar a do eletrodo revestido padrão e composta fundamentalmente de ferrita acicular; Como ocorre com eletrodos convencionais, os eletrodos revestidos impermeáveis podem sofrer ajustes de formulação para adequação da operacionabilidade e da composição química do metal de solda. Observações

19 Alteração na formulação com o objetivo de aumentar a quantidade de ferrita acicular, ajustar a dureza e ajustar a composição química no metal de solda Análise de Dureza da Ferrita Acicular (HV 100 ) Média Metodologia 2

20 Análise Química do Metal de Solda % C% Si% Mn% P% S% Cr% Ni% Mo% V Especificado E7018 (valores máximos) AWS 5.1 0,150,751,600,04 0,200,30 0,08 Eletrodo comercial0,090,451,110,020,030,100,050,01 % C% Si% Mn% P% S% Cr% Ni% Mo% V Eletrodo IMPERMEÁVEL0,080,470,840,020,010,020,010,0060,01

21 Análise Metalográfica Ampliação 1000X Ampliação 500X Ampliação 100X Topo do Cordão Centro do Cordão Base do cordão

22 Base do cordão – 1000X

23 Ensaio de Tração Resistência a tração 677,9 MPa Limite superior de escoamento 554,3 MPa Alongamento percentual após ruptura 29,1 % Eletrodo Convencional Limite de resistência a tração 530 a 590 Mpa Alongamento 27 a 32 % Eletrodo Convencional Limite de resistência a tração 530 a 590 Mpa Alongamento 27 a 32 %

24 Ensaio de Impacto – Charpy V (- 30 o C) (- 45 o C) Energia absorvida a -30 o C = 68 J Energia absorvida a -45 o C = 50 J Eletrodo Convencional Charpy -30 o C 35 a 67J Charpy – 45 o C 27 a 40J Eletrodo Convencional Charpy -30 o C 35 a 67J Charpy – 45 o C 27 a 40J

25 Difratometria de raio X da ESCORIA E7018 Padrão - convencional Impermeável A análise da escoria da solda usando eletrodo convencional mostrou que os ingredientes não foram todos queimados através do arco e provavelmente estão em excesso na formula Por outro lado o resultado da escoria do eletrodo impermeável mostram poucos picos (não usual na morfologia de escórias) indicando que provavelmente todos ou quase todos ingredientes são usados durante a soldagem. Provavelmente o fenômeno associado com todos os benefícios observados no metal de solda.

26 Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa

27

28 AmostraData da Fabricação LoteData dos testesHidrogênio Difusível (ml/100g metal depositado) 126/07/ /08/20103,4 226/07/ /08/20103,9 326/07/ /08/20104,7 426/07/ /09/20102,1 526/07/ /09/20101,8 626/07/ /09/20102,1 726/07/ /09/20101,8 801/09/ /09/20101,9 901/09/ /09/20101,7 1001/09/ /09/20101,9 1101/09/ /09/20101,9 v 15 dias 60 dias 30 dias v Lote 1 – misturador de pá Lote 2 – misturador de parafuso Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa Eletrodo convencional: 5 a 8 ml/100gr metal depositado

29 Observação importante: Parece que o eletrodo impermeável exposto não promove aumento do teor de hidrogênio e talvez até reduza….. Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa

30 Eletrodo com excelente soldabilidade – corrente 20% mais baixa que para um eletrodo convencional; Durabilidade indeterminada – revestimento hidrofugante; Dispensa cuidados especiais de manutenção e conservação; Excelente resistência mecânica do revestimento; Resultados metalúrgicos e mecânicos superiores aos convencionais; Eletrodo de baixíssimo hidrogênio – possibilidade de homologação como E7018-1H4R??? Ou H2 se a norma permitir………………… Observações

31 Tem uma tendência que precisa ser mais bem entendida: Porque é possível obter uma microestutura com quantidade tão alta de ferrita acicular (acima de 75%) comparado com o eletrodo convencional? Será uma tese a ser defendia em 2 anos. Produzir eletrodo celulósicos para verificar o que ocorre – já começamos!! Produzir fluxo para soldagem com arco submerso Produzir arame tubular recheando com o material. Na verdade tambem já começamos esta etapa. Próximas etapas

32 Desenvolvimento do eletrodo celulósico = 4 mm I = 120A

33 Hdif 29/09/11 Massa inicial (g) Massa Final (g)Δ m (g)H (ml) H (dif) (ml/100g) Eletrodo sem cura Amostra 636,0340,6934,6631,123, Amostra 735,69439,0953,4011,13333, Amostra 835,82640,0624,2360,96222, Amostra 934,12238,0873,9651,00425, média35,439,54,11,026,22

34 Desenvolvimento do arame tubular

35 Alexandre Queiroz Bracarense Ivan Fichel


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