Eletrodos Revestidos Impermeáveis do Tipo Baixo Hidrogênio
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Eletrodos Revestidos Impermeáveis do Tipo Baixo
Hidrogênio
Prof. Alexandre Queiroz Bracarense, PhDProfessor Titular do DEMEC – UFMG
Ivan FichelDiretor Presidente da Elbras
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
Eletrodos produzidos em Laboratório
No laboratório
Na Fábrica
Avaliação da extrudabilidade
E6013
E6013
F W +
F W +
F P+
F P+
500x
500x
100x
Microestrutura de eletrodo E6013 impermeabilizado com verniz VINÍLICO em soldagem subaquática molhada
Surpresa maior e ainda inexplícavel!!
100x
500x
500x
Microestrutura de eletrodo E6013 aglomerado com POLIESTIRENO
Foi encontrada Ferrita acicular!!!!
E em quantidade razoável!!!!
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!!!
O projeto para soldagem subaquática continua
Soldagem convencionalfora d´água
E7018
Eliminando ressecagem,manutenção em estufa e
mais........
porem, usando o mesmo conceito, focou-se na
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 chapa1)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) ImpermeávelLaboratório
Ajustes na Formulação do Eletrodo Revestido Impermeável
Norma* Padrão B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9C 0,15 0,09 0,18 0,26 0,14 0,08 0,17 0,17 0,23 0,13Si 0,75 0,45 0,61 1,61 0,31 0,09 0,68 0,95 0,97 0,61
Mn 1,6 1,11 1,57 1,99 1,08 0,49 1,21 1,49 1,58 1,57P 0,035 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,02 0,02S 0,035 0,03 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01Cr 0,2 0,10 0,05 0,09 0,16 0,11 0,05 0,06 0,04 0,06Ni 0,3 0,05 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01
Mo 0,3 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01V 0,08 0,01 0,01 0,11 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,01
Análise Química do Metal de Solda
Resultados
Fórmula Alterações Objetivos
B3 Calcário Rutilo Fluorita Aumentar a estabilidade e reduzir a potência do arco.
B4 FeSi FeMn Ajustar a composiçãoB5 Hematita + Aumentar o volume de escória - oxidação B6 FeSi FeMn Ajustar a composiçãoB7 Hematita Reduzir a oxidaçãoB8 Calcário Rutilo Fluorita Hematita - Aumentar a potência do arcoB9 Calcário Fluorita Silicato em pó + Controlar a viscosidade
Metalografia do Metal de Solda em Diferentes Posições (Ataque Nital 2%, 200X)
E7018 Padrão
Impermeável B4
Impermeável B9
E7018 Padrão
Impermeável B4
Impermeável B9
Detalhe Microestrutura do Metal de Solda (1000X)
Porcentagem de Ferrita Acicular no Metal de Solda
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Linh
a de
fusã
o
Cent
ro d
o co
rdão
Topo
do
cord
ão
Linh
a de
fusã
o
Cent
ro d
o co
rdão
Topo
do
cord
ão
Linh
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fusã
o
Cent
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o co
rdão
Topo
do
cord
ão
Ferr
ita
acic
ular
(%)
Posição
E7018 Padrão Impermeável B4 Impermeável B9
Dureza HV100
B4 254 264 268 254 254 254B9 264 245 245 236 206 228
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. 1005-1019, 1990.
BABU, S.S., BHADESHIA, H.K.D.H. Mechanism of the Transition from Bainite to Acicular Ferrite. MaterialsTransation, JIM, v.32, n. 8, p. 679-688, 1991.
~ 237 HV
• 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
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
274 269 261 255 251 285 274 275 279 252 286 277 270
Metodologia 2
Análise Química do Metal de Solda
% C % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % VEspecificado E7018
(valores máximos) AWS 5.10,15 0,75 1,60 0,04 0,04 0,20 0,30 0,30 0,08
Eletrodo comercial 0,09 0,45 1,11 0,02 0,03 0,10 0,05 0,01 0,01
% C % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % VEletrodo IMPERMEÁVEL 0,08 0,47 0,84 0,02 0,01 0,02 0,01 0,006 0,01
Análise MetalográficaAm
plia
ção
1000
X
A
mpl
iaçã
o 50
0X
Ampl
iaçã
o 10
0X Topo do Cordão Centro do Cordão Base do cordão
Base do cordão – 1000X
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 MpaAlongamento 27 a 32 %
Eletrodo Convencional
Limite de resistência a tração 530 a 590 MpaAlongamento 27 a 32 %
Ensaio de Impacto – Charpy V
(- 30oC)
(- 45oC)Energia absorvida a -30o C = 68 J
Energia absorvida a -45o C = 50 J
Eletrodo Convencional
Charpy -30oC 35 a 67JCharpy – 45oC 27 a 40J
Eletrodo Convencional
Charpy -30oC 35 a 67JCharpy – 45oC 27 a 40J
Difratometria de raio X da ESCORIAE7018 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.
Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa
Amostra Data da Fabricação
Lote Data dos testes
Hidrogênio Difusível(ml/100g metal depositado)
1 26/07/2010 1 12/08/2010 3,4
2 26/07/2010 1 12/08/2010 3,9
3 26/07/2010 1 12/08/2010 4,7
4 26/07/2010 1 30/09/2010 2,1
5 26/07/2010 1 30/09/2010 1,8
6 26/07/2010 1 30/09/2010 2,1
7 26/07/2010 1 30/09/2010 1,8
8 01/09/2010 2 30/09/2010 1,9
9 01/09/2010 2 30/09/2010 1,7
10 01/09/2010 2 30/09/2010 1,9
11 01/09/2010 2 30/09/2010 1,9
v
15 dias
60 dias
30 diasv
Lote 1 – misturador de páLote 2 – misturador de parafuso
Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa
Eletrodo convencional: 5 a 8 ml/100gr metal depositado
Observação importante: Parece que o eletrodo impermeável exposto não promove aumento do teor de hidrogênio e talvez até reduza…..
Hidrogênio Difusível – Cromatografia Gasosa
• 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
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
Desenvolvimento do eletrodo celulósico
= 4 mmI = 120A
Desenvolvimento do arame tubular
Alexandre Queiroz Bracarense([email protected])
Ivan Fichel([email protected])