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

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

Eletrodos produzidos em Laboratório No laboratório Eletrodos produzidos em Laboratório

Na Fábrica

Avaliação da extrudabilidade

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

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

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!!!

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

Na Fábrica

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.

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

Ajustes na Formulação do Eletrodo Revestido Impermeável Resultados Ajustes na Formulação do Eletrodo Revestido Impermeável Fórmula Alterações Objetivos B3 Calcário  Rutilo  Fluorita  Aumentar a estabilidade e reduzir a potência do arco. B4 FeSi  FeMn  Ajustar a composição B5 Hematita + Aumentar o volume de escória - oxidação B6 FeSi  FeMn  B7 Hematita  Reduzir a oxidação B8 Calcário  Rutilo  Fluorita  Hematita - Aumentar a potência do arco B9 Calcário  Fluorita  Silicato em pó + Controlar a viscosidade Análise Química do Metal de Solda Norma* Padrão B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 C 0,15 0,09 0,18 0,26 0,14 0,08 0,17 0,23 0,13 Si 0,75 0,45 0,61 1,61 0,31 0,68 0,95 0,97 Mn 1,6 1,11 1,57 1,99 1,08 0,49 1,21 1,49 1,58 P 0,035 0,02 0,03 S 0,01 Cr 0,2 0,10 0,05 0,16 0,11 0,06 0,04 Ni 0,3 Mo V

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

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

Porcentagem de Ferrita Acicular no Metal de Solda

Dureza Medida em Regiões com Ferrita Acicular Dureza HV100 B4 254 264 268 B9 245 236 206 228 ~ 237 HV 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. 1005-1019, 1990. 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. 679-688, 1991.

Observações 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.

Análise de Dureza da Ferrita Acicular (HV100) Metodologia 2 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 (HV100) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Média 274 269 261 255 251 285 275 279 252 286 277 270

Análise Química do Metal de Solda % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % V Especificado E7018 (valores máximos) AWS 5.1 0,15 0,75 1,60 0,04 0,20 0,30 0,08 Eletrodo comercial 0,09 0,45 1,11 0,02 0,03 0,10 0,05 0,01 % C % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % V Eletrodo IMPERMEÁVEL 0,08 0,47 0,84 0,02 0,01 0,006

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

Base do cordão – 1000X

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

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

Difratometria de raio X da ESCORIA E7018 Padrão - convencional 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. Impermeável

Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa

Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa (ml/100g metal depositado) Amostra Data da Fabricação Lote Data dos testes Hidrogênio Difusível (ml/100g metal depositado) 1 26/07/2010 12/08/2010 3,4 2 3,9 3 4,7 4 30/09/2010 2,1 5 1,8 6 7 8 01/09/2010 1,9 9 1,7 10 11 15 dias v 60 dias v 30 dias Lote 1 – misturador de pá Lote 2 – misturador de parafuso Eletrodo convencional: 5 a 8 ml/100gr metal depositado

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

Observações 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…………………

Próximas etapas 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.

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

Hdif 29/09/11   Massa inicial (g) Massa Final (g) Δ m (g) H (ml) H (dif) (ml/100g) Eletrodo sem cura Amostra 6 36,03 40,693 4,663 1,1 23,58996354 Amostra 7 35,694 39,095 3,401 1,133 33,31373126 Amostra 8 35,826 40,062 4,236 0,962 22,71010387 Amostra 9 34,122 38,087 3,965 1,004 25,32156368 média 35,4 39,5 4,1 1,0 26,22

Desenvolvimento do arame tubular

Alexandre Queiroz Bracarense (bracarense@ufmg.br) Ivan Fichel (ivan@elbras.com.br)