LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação “The low hydrogen covered electrode” Alexandre Queiroz Bracarense Claudio Turani Ezequiel Caires Pereira Pessoa Ivanilza Felizardo Federal University of Minas Gerais Belo Horizonte, MG, BRAZIL

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação QUESTION: What could happens if the polymer is placed directly on the coating as a binder and sealer? It is an extreme condition, where the electrode (usually E6013) Everything started with underwater wet welding needs to be varnished Could it eliminates the varnishing needs? Many varnishes were tested including Expanded polystyrene (Styrofoam™) dissolved in chloroform

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Electrodes produced in the laboratory In the Laboratory

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Manufacturing Balance Raw material Mixer Binder Dry mix areaWet mix area Briquette press Briquette Dry mix Dry mix Wet mix Covered electrode Briquette Wire Extrusion area Electrode extruder Drying 150°C 2hours Air drying Traditional flow NEW FLOW (Impermeable E6013 covered electrode) Drying area Air cooling Package Varnishing For undewater

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Evaluation of extrudability E6013

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação WF + WF + PF + PF + 500x 100x Microstructure of underwater wet weld made with E6013 electrode waterproofed with VINILIC varnish Important surprise, yet inexplicable! Typical!!!!

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação F P + 100x 500x Microstructure of underwater wet weld made with E6013 electrode binded with POLYSTYRENE AF + AF +

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Full with ACICULAR FERRITE!!!! Acicular ferrite is an indication of good mechanical properties. It is difficult to obtain acicular ferrite in underwater wet welding!! Using the polymer it was easily obtained!!!

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação The underwater project still goes on, however…. the focus turned to…......conventional welding with E7018 This new technology could eliminates redrying, maintenance and more......

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Basic electrode fabrication Balance Raw material Mixer Binder Dry mix areaWet mix area Briquette Press Briquette Dry mix Dry mix Wet mix Covered electrode Briquette Wire Extrusion area Electrode extruder Package Drying 150°C 2hours Baking 400°C 9hours Air drying New flow (Impermeable E7018 covered electrode) Drying area Air cooling Package

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Methodology 1st PHASE: Adjustments in the conventional formulation of basic type E7018 covered electrodes, replacing the silicate by polymer in solution and manufacturing in laboratory. Electrodes produced in the laboratory

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Methodology 2nd PHASE: Production, in industrial scale, of batches of impermeable E7018 electrodes. Electrodes produced in the factory

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Production Validation tests: Bead on plate Arc stability Bead appearance Chemical composition Microstructure Diffusible hydrogen Hardness Methodology Validate formulae changes Direction for new changes

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação First good results – Economy of water and energy!!! Results Considering the annual E7018 (3,25mm) Brazilian market: 2,000 tons per month In the factory Conventional electrodes In 12 months = 24,000 tons = 8,500 tons of powder = 2,300 tons of silicate = 1,400,000 liters of water + drying energy with natural gas = Impermeable electrodes In 12 months = 24,000 tons = 8,500 tons of powder = Economy 648, USD/year 0 liters of water + no pre-drying 648, USD

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Results Welds of Electrodes produced in the laboratory Weld of Electrodes produced in the factory

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Results More good results – Economy in maintenance In the Client Conventional electrodes Pre-drying and maintenance: 538,700 KwH/year Impermeable electrodes Pre-drying and maintenance: 0 KwH/year Economy 120, USD/year

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Results welding current Considering an E7018 (3,25mm) with a deposition rate of 1,09Kg/h Conventional electrodes Voltage: 24Volts and Current: 130A Consume (24,000 Tons/year): 68,697,247 KwH/year Impermeable electrodes Voltage: 24Volts and Current: 110A Consume (24,000 Tons/year): 58,128,440 KwH/year Difference = Economy 10,568,807 KwH/year

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Weld Metal chemical analyses % C% Si% Mn% P% S% Cr% Ni% Mo% V Standard0,150,751,600,04 0,200,30 0,08 Electrode0,180,721,140,030,010,050,020, Hardness at acicular ferrite regions ~ 270 HV Results impermeable conventional

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação 100X Top Center Root Weld metal microstructure – different positions Nital 2% 500X 1000X Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Still Acicular ferrite!!!!! Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Tensile test Tensile stress 677,9 MPa Yield stress 554,3 MPa Elongation after rupture 29,1 % Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Impact Test– Charpy V (- 30 o C) (- 45 o C) Absorbed energy at -30 o C = 68 J Absorbed energy at -45 o C = 50 J Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Impermeable The slag analysis for the conventional electrode showed that the compounds were not all used during the burning through the arc, probably indicating that they are in excess in the formulae. On the other side, for the impermeable covered electrode, the x-ray pattern showed few peaks (an unusual morphology for slags) indicating probably that most of the compounds were burned during the welding. SLAG X-ray Diffractometry Conventional This is probable the phenomena associated with all the benefits observed in weld metal. Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Fume analysis – ion chromatography Conventional electrode Particulates Probable due CaF 2 - traces Fumes Went up until stabilize Dangerous materials: aluminum, Fluor, iron oxides, magnesium, manganese and vanadium. Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Fume analysis – ion chromatography Impermeable electrode Particulates Fumes No indication Larger scale No indication Gas flow was turned off Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Diffusible Hydrogen – Cromatography Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação AWS Standard

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação SampleFabrication date LotTests date (ml/100g deposited metal) 107/26/ /12/2010 3,4 207/26/ /12/2010 3,9 307/26/ /12/2010 4,7 407/26/ /30/2010 2,1 507/26/ /30/2010 1,8 607/26/ /30/2010 2,1 707/26/ /30/2010 1,8 809/01/ /30/2010 1,9 909/01/ /30/2010 1,7 1009/01/ /30/2010 1,9 1109/01/ /30/2010 1,9 Diffusible hydrogen (Commercial E7018 – 7,5m/100gr) v 15 days 60 days 30 days v Lot 1 – mixer type “paddle mixer” Lot 2 – mixer type “screw blender” Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação IMPORTANT OBSERVATION: Seems that the impermeable electrode “exposure” doesn’t promote the hydrogen content increase and even reduce it ….. Diffusible hydrogen Results

LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação It is possible to be produced the electrode in large scale; Electrode with excellent operacionability (lower current); Undetermined durability – hydrophobic coating; Excellent coating mechanical resistance; Can save a lot of money; Waive special maintenance and conservation; Superior mechanical and metallurgical results related to conventional electrodes; Technology applies for others coatings types; Very low hydrogen weld metal - the possibility of approval the electrode as E7018-1H4R, H2(??) or whether the standard permits…. Remarks regarding to the findings