anderson clayton nascimento ribeiro

170 Pages·2015·10.82 MB·English

ANDERSON CLAYTON NASCIMENTO RIBEIRO

AVALIAÇÃO DA SOLDAGEM DO AÇO NAVAL AH36 MICROLIGADO SOLDADO
PELO PROCESSO ARCO SUBMERSO COM UM E DOIS ARAMES

São Paulo
Julho/2015
ANDERSON CLAYTON NASCIMENTO RIBEIRO
(Bacharel em Engenharia de Materiais
- Universidade Federal de Campina Grande – PB, 2010)

AVALIAÇÃO DA SOLDAGEM DO AÇO NAVAL AH36 MICROLIGADO SOLDADO
PELO PROCESSO ARCO SUBMERSO COM UM E DOIS ARAMES

Dissertação apresentada a Escola
Politécnica da Universidade de São
Paulo para obtenção do título de Mestre
em Engenharia

Área de Concentração: Engenharia
Metalúrgica e de Materiais.
Orientador:
Professor Dr. Sérgio Duarte Brandi

São Paulo
Julho/2015
Ficha edição revisada
i

Dedico este trabalho a: Josefa Jovita de
Oliveira e Maria Gilza Nascimento e
também aos amigos que seguraram em
minha mão e me ajudaram a subir alguns
degraus.
ii

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar a Deus, pela minha história.
Ao Prof. Dr. Sérgio Duarte Brandi pela oportunidade que me concedeu, conselhos e
paciência comigo durante esta labuta.
A senhora Maria Gilza Nascimento (mãe), Josefa Jovita de Oliveira (avó), Tatiane
Nascimento Ribeiro (irmã), Alisson M. N. Ribeiro (irmão) e todos que oraram por mim.
Ao Prof. Dr. Hani Henein e Prof. Dr. Douglas Ivey pela oportunidade de executar
alguns ensaios na Universidade de Alberta no Canadá.
Aos amigos: Eng. Jaime Casanova Soeiro Junior, o Esp. em Soldagem Marcos
Fernandes, o Eng. Luiz Fernando O. Rodrigues, o Eng. André Brauner, o Eng. Dany
Michel Andrade Centeno e Enga. Lina Maria C. Varon, por contribuírem com atos e
sugestões neste trabalho.
Ao Dr. Laurie Collins por ter me aceitado na empresa EVRAZ, onde executei ensaios
mecânicos e utilização do MEV no Canadá.
A todos que colaboraram direta ou indiretamente, na execução deste trabalho.
iii

Porque eis que passou o inverno; a
chuva cessou, e se foi; aparecem as
flores na terra; o tempo de cantar chega,
e a voz dos pássaros ouvem-se em
nossa terra.
Cantares 2: 11.
iv

RESUMO

Diversas pesquisas em processos de soldagem para construção naval
concentram-se em reduzir peso, aumentar a eficiência de energia, melhorar a
resistência à corrosão e à tenacidade, bem como reduzir custos e tempo na
construção dos navios. O aço naval microligado, AH36, apresenta boa correlação
entre estrutura, propriedades mecânicas e soldabilidade. Estas características se
devem principalmente a redução dos teores de carbono em função do uso de
elementos microligantes como V, Nb e Ti, e do tipo de processo de obtenção das
chapas pelo processo termomecânico seguido de resfriamento acelerado (em inglês:
Thermomechanical control process -TMCP). Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar
a soldagem do aço naval AH 36 pelo processo de arco submerso com um e dois
arames. Para tanto foram empregados os ensaios mecânicos de tração, de
dobramento e de dureza. A tenacidade foi determinada pelo ensaio de Charpy com
entalhe em V. Para caracterização metalográfica foram aplicadas as seguintes
técnicas: Microscopia óptica (MO) e Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e
difração de raios X. Os resultados mostraram que as juntas soldadas apresentaram
limite de resistência máxima de 561 MPa, com rompimento localizado no metal de
base. No ensaio de microdureza foi observado que a região de crescimento de grão
da zona afetada pelo calor, no experimento com a técnica Tandem, apresentou-se a
região mais rígida das juntas analisadas, também o valor de microdureza no metal de
solda foi 10% maior que no metal de base. Os resultados dos ensaios de impacto
Charpy V mostraram que a temperatura de transição dúctil – frágil do metal de base é
de -30ºC. Da mesma maneira, o menor valor de energia absorvida foi para região do
metal de solda. Através da análise da micrografia foi possível identificar diferentes
morfologias de ferrita, a presença de perlita e pequenas regiões de martensita, bem
como a presença de agregados MA.
v

ABSTRACT

Several researches in welding processes for shipbuilding has been focusing on
reducing weight, increasing energy efficiency, improving corrosion resistance and
toughness as well as reducing costs and time in the construction of ships. The
microalloyed steel AH36 shipbuilding presents a good correlation among structure,
mechanical properties and weldability. These features are mainly because reduction
in carbon content due to the use of microalloying elements such as V, Nb and Ti,
together with the process of steel plates by thermomechanical control process
(TMCP), Therefore, the objective of this study is to evaluate the welding of
shipbuilding steel AH 36 by submerged arc process with one and two wires. It was
utilized tests such as: tensile, bending and hardness tests. The toughness was
determined by Charpy V-Notch test. The metallographic characterization was carried
out by the following techniques: optical microscopy (OM) and scanning electron
microscopy (SEM) and X-Rays diffraction.
The results showed that the tensile test for welded joints presented maximum
resistance limit of 561 MPa, and the rupture was located in the base metal.
Microhardness test showed that the region of coarse grain of heat affected zone, in the
tandem submerged arc welding (SAW), presented the hardest region of the welded
joint, also the microhardness value in the weld metal was 10% greater than the metal
base.
Charpy V notch test tests depicted a ductile brittle transition temperature at about -30
ºC. In the same way, the lowest absorbed energy was identified in the weld metal
region. Through microstructure characterization it was possible to identify different
morphologies of ferrite, pearlite and the small presence of martensite, as well as, the
presence of aggregates MA.
vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Esquema dos ciclos térmicos e mudanças microestruturais no processo
TMCP para produção de chapas. Modificado de (24). ............................................... 9
Figura 2: Efeito da temperatura de resfriamento no tamanho de grão ferrítico.
Modificado de (27). ................................................................................................... 10
Figura 3: Diferentes mecanismos de nucleação relacionados aos processos
laminação. Modificado da referência (28). ............................................................... 11
Figura 4: Transformações que ocorrem no grão austenítico durante o processo de
laminação (29). ......................................................................................................... 13
Figura 5: Efeito do endurecimento por solução sólida em aço ferrítico de baixo
carbono. Modificado de (31). .................................................................................... 15
Figura 6: Contorno de grão como obstáculo para o movimento de discordância.
Modificado de (34). ................................................................................................... 16
Figura 7: Mecanismo de Orowan para interação entre discordâncias e precipitados
incoerentes. Modificado (38). ................................................................................... 18
Figura 8: Diagrama Fe-Fe3C e ZAC de aço com 0.15%C. Modificado de (44). ....... 21
Figura 9: Imagem por microscopia óptica mostrando micrografia de placas de ferrita
acicular em um metal de solda (47). ........................................................................ 22
Figura 10: Diagrama ternário MnO- Al2O3-SiO2 mostrando a presença de fases e
inclusões para diferentes razões alumínio – oxigênio no metal de solda. (49) ........ 23
Figura 11: Ilustração da nucleação de ferrita acicular (AF) em função do tipo de
inclusão em aço desoxidado com Ti (52). ................................................................ 24
Figura 12: Representação da soldagem com eletrodo revestido (58) ...................... 27
Figura 13: Equipamento (esquemático) MIG/MAG, com detalhe da pistola (57). .... 28
vii

Figura 14: (a) Soldagem com arame tubular com proteção externa. (b) Soldagem com
arem tubular autoprotegido. Modificado de (60) ....................................................... 30
Figura 15: Ilustração esquemática do processo TIG (58). ........................................ 31
Figura 16: Esquema do processo de soldagem com arco submerso (58). .............. 32
Figura 17: Taxa de deposição em juntas soldadas com arco submerso com diferentes
parâmetros, números de arames e disposição de arames (Tandem e geminados). (58)
................................................................................................................................. 35
Figura 18: Aço baixo carbono normalizado e recozido, mostrando o efeito do
encruamento nas Curvas tensão x deformação (67). ............................................... 37
Figura 19: Dimensões para corpo de prova Charpy (68) ......................................... 38
Figura 20: Estado triaxial de tensão gerado pelo entalhe: a) Tensões elásticas para o
entalhe no estado plano de deformações. b) Distribuição de tensões na ponta do
entalhe (68). ............................................................................................................. 39
Figura 21: Superfície da fratura de corpos de prova Charpy para diferentes
temperaturas (aço baixo carbono). De cima para baixo: fratura dúctil, mista e frágil. ()
................................................................................................................................. 40
Figura 22: Fractografia (a) região do metal de base submetido ao ensaio Charpy a
-600C e (b) região do metal de solda AS a - 200C. ................................................... 41
Figura 23: Representação esquemática do efeito da temperatura na tenacidade ao
entalhe para diferentes materiais (68). ..................................................................... 43
Figura 24: Diversos critérios de temperatura de transição obtidos por ensaio de
impacto Charpy. (68) ................................................................................................ 44
Figura 25: Efeito do conteúdo de carbono nas curvas energia - temperatura de
transição para aços. (65) .......................................................................................... 45
Figura 26: Esquema dos corpos de provas preparados para soldagem. ................. 51
Figura 27: Detalhe do chanfro adotado par os dois corpos de provas. .................... 51
Figura 28: Esquema representando a técnica Tandem utilizada. ............................. 52