Análise de soldas produzidas pelo processo de arco submerso com pulsação ultrassônica da corrente

Abstract

Em estaleiros a soldagem é o principal processo dentro da cadeia produtiva, com destaque para o processo de soldagem por arco submerso, o qual é caracterizado pela alta taxa de deposição e penetração dado os seus elevados patamares de corrente. Isso o torna um processo de uso recorrente em detrimento a outros, uma vez que esse consegue atender a demanda da construção de navios e estruturas oceânicas a qual requer a utilização de chapas de maior espessura. De forma a obter ganhos operacionais e metalúrgicos, a soldagem por arco submerso permite o emprego de diversas técnicas. Neste contexto, recentemente a técnica de arco excitado ultrassonicamente por meio da pulsação da corrente em frequências acima de 20 kHz tem adquirido notoriedade. Diante disso, este trabalho tem como enfoque principal a caracterização de juntas obtidas por soldagem a arco submerso empregando corrente pulsada com frequências de pulsação ultrassônicas (>20kHz). Para tanto foi realizada a montagem de uma bancada de ensaios que viabilizasse a aplicação do citado método, e foram efetuados ensaios de soldagem em chapas de aço carbono ASTM A36 com 10 mm de espessura, variando-se a corrente de excitação ultrassônica em dois níveis (25 e 50 A) e a frequência de pulsação ultrassônica em três níveis (20, 50 e 80 kHz). Para todos esses ensaios, utilizou-se a mesma corrente média de soldagem, e para servir como referência, em um dos cordões não se aplicou a pulsação da corrente. Foram então obtidas amostras, as quais passaram por análise de micrografia óptica e eletrônica de forma a avaliar o comportamento microestrutural das principais regiões resultantes da solda e também por ensaios mecânicos como microdureza Vickers e Charpy. Como resultado, verificou-se que na zona fundida há o aparecimento de placas laterais de ferrita Widmanstätten secundária nas amostras obtidas com corrente pulsada. Já ao investigar a zona afetada pelo calor em sua porção crítica (ZAC-GG), há também estruturas de ferrita Widmanstätten com o crescimento de grão conforme o aumento da frequência de pulsação ultrassônica. Em relação à microdureza, não houveram diferenças significativas nos níveis de dureza da amostra de referência em relação às que se aplicou pulsação da corrente. Em contrapartida, no ensaio Charpy à temperatura ambiente a energia absorvida ao impacto foi crescente conforme o aumento da amplitude da corrente e frequência de pulsação ultrassônica. Porém, para o ensaio Charpy à temperatura subzero esse nível crescente de energia absorvida média, é perceptível apenas para a amplitude de 25 A, mas para amplitudes maiores isso não se repete. Os resultados dos ensaios Charpy e da análise micrográfica da ZAC-GG reforçam a hipótese de que o crescimento de grão pode ser devido ao resfriamento mais lento da junta, já a mudança microestrutural observada, pode não estar relacionada diretamente ao efeito térmico, mas talvez ao efeito de propagação da onda ultrassônica no material.

In shipyards welding is the main process in the production chain, especially the submerged arc welding process, which is characterized by high deposition rate and penetration given its high current levels. This makes it a recurrent use of the process over the others, since it can meet the demand for shipbuilding and offshore structures which require use of thicker sheets. In order to obtain operating and metallurgical profit, submerged arc welding allows the use of various techniques. In this context, recently arc technique ultrasonically excited by the pulse current at frequencies above 20 kHz has gained notoriety. Thus, this work has as its main focus the characterization of joints obtained by submerged arc welding using pulsed current with ultrasonic pulse frequencies (>20 kHz). For this, we assembled a bench tests that make feasible the implementation of said method and then welding tests were performed on carbon steel plates ASTM A36 with 10 mm thick, by varying the ultrasonic excitation current at two levels (25 and 50 A) and frequency of the ultrasonic pulse in three levels (20, 50 and 80 kHz). For all of these tests it was used the same average welding current, and to serve as a reference in one of the weld beads was not applied pulse current. Samples were then obtained, which passed by analysis of optical and electronic micrographs in order to assess the behavior of key microstructural regions resulting from welding and also for mechanical tests and Vickers hardness and Charpy. As a result, it was found that in the melted zone there is the appearance of ferrite Widmanstätten secondary in the samples with pulsed current ultrasonically. Already investigating the heat-affected zone in its critical portion (HAZ-GG), there are also ferrite structures Widmanstätten with the grain growth with increasing the frequency of the ultrasonic pulse. Regarding the hardness, there were no significant differences in the levels of hardness between the sample of reference and the samples that were applied pulsed current. In contrast, in the Charpy test at room temperature the impact energy absorbed was increased with increasing current amplitude and frequency of the ultrasonic pulse. However, for the Charpy test at subzero temperature this increasing level of this average energy absorbed is perceptible only to the extent of 25 A, but for larger amplitudes it is not repeated. The results of Charpy testing and micrographic analysis of HAZ-GG reinforce the hypothesis that the grain growth may be due to slower cooling of the welded joint, nevertheless microstructural change observed, can not be directly related to the thermal effect, but perhaps the propagation effect the ultrasonic wave in the material.