ESTUDO DO APORTE TÉRMICO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE METAIS DE SOLDA DE AÇO C-Mn OBTIDOS PELO PROCESSO ARCO SUBMERSO

Abstract

ResumoO presente trabalho faz parte de um programa de pesquisas que tem por objetivo a avaliação da viabilidade técnica do aumento de produtividade na fabricação de componentes tubulares utilizados no segmento offshore, soldados integralmente pelo processo a arco submerso automatizado com elevado aporte térmico, sem prejuízo da tenacidade ao impacto do metal de solda. Foram soldadas juntas multipasse, pelo processo a arco submerso com combinação de arame/fluxo do tipo F7A4-EM12K com arame de 3,2 mm de diâmetro, com preaquecimento de 80°C, corrente contínua, posição plana e aporte térmico variando de 3,5 kJ/mm até 12 kJ/mm. Após a soldagem, realizaram-se ensaios de tração, impacto Charpy-V às temperaturas de -60°C, -40°C, -20°C, 0°C e 20ºC e metalográficos pelas técnicas de microscopia óptica (MO) e de microscopia eletrônica de varredura (MEV) em corpos-de-prova retirados integralmente do metal depositado, objetivando a avaliação da relação tenacidade/microestrutura. Foi verificado que os metais de solda obtidos mostraram níveis de tenacidade superiores aos mínimos requeridos para a utilização na soldagem de aços C-Mn baixa liga com requisitos de tenacidade ao impacto de 27 J a 0ºC, para aportes térmicos até 12 kJ/mm. Desta forma é possível um aumento de produtividade de 58% nos tempos efetivos de fabricação. Palavras-chave: Metal de solda; Tenacidade; Processo arco submerso; Produtividade. STUDY OF THE INFLUENCE OF THE HEAT INPUT ON MECHANICAL PROPERTIES OF C-Mn STEEL WELD METALS OBTAINED BY SUBMERGED ARC PROCESS AbstractThe present work is part of a research program that aims to evaluate the technical feasibility of increasing productivity in the manufacturing of tubular components for offshore oil industry, which are fully welded by automatic submerged arc welding process, with high heat input, but with no impairment on the impact toughness of the weld metal. Multipass welds were produced by the submerged arc welding process, with a combination of F7A4-EM12K (wire/flux), by using a 3.2 mm-diameter wire, preheating at 80°C, with direct current, in flat position, with heat input varying from 3.5 kJ/mm to 12 kJ/mm. After welding, tensile tests and Charpy-V impact tests at -60°C, -40°C, -20°C, 0°C and 20°C were carried out, as well as metallographic examination by both optical (OM) and scanning electron microscopy (SEM), of specimens obtained entirely from the weld metal, allowing the discussion over the toughness X microstructure relationship. The weld metals have shown higher toughness levels in relation to the minimum required for use with low-alloy C-Mn steels welding with requirements of impact toughness of 27 J at 0°C for heat input up to 12 kJ/mm allowing an increase in productivity of 58% on the effective manufacturing time.

Microestrutura e Características Mecânicas da Zona Fundida de um Aço Naval Soldado ao Arco Submerso com Aporte Térmico Muito Elevado

“…As baixas velocidades de resfriamento e longos tempos de permanência a alta temperatura favorecem a formação de estruturas de solidificação com grande espaçamento, o crescimento de grão austenítico e a consequente formação de estruturas grossas formadas predominantemente por ferrita de contorno de grão e ferrita intragranular, bem como com a redução da fração volumétrica de ferrita acicular [5,10]. A microestrutura resultante contribui diretamente para degradar a tenacidade à fratura da zona fundida e espera-se que essa região apresente tendência à fratura dúctil e menor dureza [11,12] tornando-a menos resistente que a ZTA e o metal base.…”

“…Nas Figuras 10 e 11 são mostrados os mapas de dureza obtidos na seção transversal dos cordões de solda. De maneira geral, como esperado [5,8,11,12,15], a dureza Vickers da zona fundida reduziu com o aumento do aporte térmico. Isso está relacionado principalmente ao aumento do tamanho de grão e à variação dos constituintes microestruturais, consequência dos maiores tempos de permanência em elevadas temperaturas [25,28].…”

Propriedades Mecânicas e Microestruturais de Juntas Soldadas pelo Processo a Arco Submerso com Elevado Aporte Térmico

“…A busca pela otimização dos custos e do tempo de fabricação de equipamentos navais e offshore [5][6][7][8] tem sido uma das principais questões na discussão da seleção dos processos e procedimentos de soldagem que, dentro dos requisitos técnicos de resistência e tenacidade, aliada a produtividade, questiona o estabelecimento do processo que pode oferecer a melhor combinação entre qualidade e produtividade. No aspecto da produtividade, a maior vantagem do processo ao arco submerso em relação a outros está associada a uma melhor eficiência e taxa de deposição, assim como da possibilidade da realização de soldagens completamente mecanizadas, evitando-se as limitações da dependência de mão-de-obra especializada [6].…”

“…No aspecto da produtividade, a maior vantagem do processo ao arco submerso em relação a outros está associada a uma melhor eficiência e taxa de deposição, assim como da possibilidade da realização de soldagens completamente mecanizadas, evitando-se as limitações da dependência de mão-de-obra especializada [6]. Entretanto, a vantagem do processo ao arco submerso sob o ponto de vista produtivo deve ser acompanhada de uma analise das propriedades mecânicas do metal de solda e zona termicamente afetada (ZTA) produzidos por este processo, já que a melhoria da produtividade envolve a utilização de elevadas energias de soldagem, o que normalmente está associada à obtenção de valores mais baixos de tenacidade na junta soldada [8][9][10][11][12].…”

“…No presente trabalho realizou-se uma análise com enfoque na tenacidade, devido a reduzida variação da resistência mecânica com o aumento da energia de soldagem para metais de solda C-Mn [6,15].…”