Posteriormente à realização dos ensaios, ou em etapas intercaladas onde mostrou-se necessário uma avaliação, foram retiradas amostras dos corpos de prova. De uma forma geral, antes da caracterização foi realizada uma preparação metalográfica, envolvendo as seguintes etapas:
54 - corte grosseiro do corpo de prova em serra fita;
- retirada da amostra na região desejada com disco de corte abrasivo; - embutimento em resina;
- lixamento progressivo; - polimento automático;
- ataque químico em Nital (2%).
A seguir são listados os ensaios e análises realizados para o objetivo do trabalho.
3.7.1 Análise de imagem
Para avaliar quantitativamente a porosidade e oxidação nos revestimentos, foi utilizado o analisador de imagens Clemex em ampliações entre 200x e 500x obtidas em microscópio ótico Olympus BX60M. Os valores finais foram definidos após análise em três seções diferenciadas, e confirmadas por uma segunda avaliação no LABATS - UFPR.
3.7.2 Caracterização geométrica dos cordões de solda
Após o revestimento por aspersão térmica, duas características para a validação do corpo de prova proposto devem ser confirmadas de forma visual. Primeiro a aderência entre revestimento e substrato, comprovada pela não ocorrência de desplacamento; e segundo, com o auxílio de paquímetro, a espessura revestida. Considerando a soldagem, a estabilidade do arco é primeiramente avaliada pelo aspecto do cordão, da mesma forma que a molhabilidade.
Dos corpos de prova validados foram retiradas de cada cordão, três amostras da região revestida e três da chapa sem revestimento, para medição da penetração da zona fundida (p), largura do cordão (L), e espessura revestida (e), mostradas na Fig. 3.12.
Figura 3.12- Nomenclatura da zona fundida dos cordões de solda e espessura do revestimento. Largura do cordão (L), penetração da zona fundida (p), espessura revestida (e).
As medidas foram realizadas em software CAD sobre imagem macroscópica com aumento de 12x obtida em lupa estereoscópica Olympus-SZ-CTV equipada com câmera digital. Com estes valores foram levantados os diversos gráficos relacionando penetração e
55 largura dos cordões de solda com a espessura revestida e, principalmente, o conceito proposto de espessura equivalente maciça (ee) [90], definido como o incremento de espessura maciça que seria necessário a uma chapa para provocar o mesmo risco de perfuração que o observado com o incremento através da espessura do revestimento aspergido. Este conceito, representado pela equação abaixo, correlaciona a espessura revestida com os valores obtidos de penetração sobre a chapa revestida (pa) e penetração
sobre chapa não revestida (ps).
ee e pa ps (3.1) Curvas de ee x e através de valores médios foram levantadas para ambos os processos de aspersão térmica estudados, em energias de soldagem de 5,0 e 6,5 kJ/cm, permitindo determinar em que faixas de espessura revestida a técnica diminuiria o risco de perfuração, representada por valores de ee > 0. Valores negativos demonstram que o revestimento está provocando um risco maior de perfuração, ou seja, é como se a soldagem estivesse sendo realizada sobre uma chapa maciça não revestida com espessura inferior a da chapa utilizada, ou seja, 3,0 mm.
3.7.3 Avaliação da instabilidade do arco voltáico
Além da inspeção visual dos cordões, a instabilidade também foi avaliada pelo acompanhamento dos parâmetros de soldagem (corrente e tensão), através da aquisição de dados durante o procedimento. A oxidação nos revestimentos formados pelos processos de aspersão térmica estudados, principalmente com ar comprimido como gás de arraste, pode influir na estabilidade do arco voltáico. Para poder relacionar uma possível instabilidade com esta característica dos revestimentos aspergidos, a incidência de óxidos na superfície foi avaliada em um difratômetro de raios-X da marca Phillips, modelo Xpert. Utilizou-se radiação Cu-K com comprimento de onda 1,5418 Å para ângulos 2 entre 20 e 130º. Foram avaliados revestimentos segundo a espessura aspergida, gás de arraste (ar comprimido ou argônio) e condições da superfície do revestimento aspergido, com e sem esmerilhamento.
3.7.3 Análise do teor de oxigênio no revestimento
Para avaliar se a oxidação contribui para alteração no movimento de convecção na poça de fusão, o trabalho contou com o apoio do Instituto de Tecnologia dos Materiais da Universität der Bundeswehr Hamburg, na Alemanha, onde o teor de oxigênio presente nos revestimentos foi medido em um equipamento do tipo LECO TC-436-DR, pela técnica da fusão em gás inerte. Na Tab. 3.7 pode ser vista a relação de amostras selecionadas para a análise, sendo que as relacionadas à zona fundida referem-se ao processo Eletrodo Revestido.
56 Tabela 3.7- Relação de amostras selecionadas para análise do teor de oxigênio.
local de extração espessura revestida (mm) processo de aspersão gás de arraste revestimento 0,25 AS ar comprimido revestimento 0,50 AS ar comprimido revestimento 0,65 AS ar comprimido revestimento 0,75 AS ar comprimido revestimento 0,25 AS argônio revestimento 0,75 AS argônio
zona fundida 0,25 AS ar comprimido
zona fundida 0,75 AS ar comprimido
zona fundida 0,25 AS argônio
zona fundida 0,75 AS argônio
zona fundida - AS ar comprimido
zona fundida 0,75 FS ar comprimido
revestimento 0,75 FS ar comprimido
Após a extração do material, 50 a 100 mg, através de dobramento para o caso de revestimento, e pela usinagem com fresa de topo na altura do reforço para os cordões de solda, o mesmo foi alojado em cadinhos de carbono e fundido em fluxo de níquel, sob atmosfera de proteção por gás Hélio. O procedimento baseia-se na reação do oxigênio contido na atmosfera com o carbono do cadinho, ocorrendo a formação de CO ou CO2, cujos teores de absorção são analisados por detectores de raios infravermelhos.
3.7.4 Avaliação do risco de perfuração
As principais análises do trabalho tem como fonte a maior ou menor penetração da zona fundida como critério para o risco de perfuração, respaldadas pelo conceito desenvolvido de espessura equivalente maciça. Mas uma análise envolvendo o critério proposto pelo Instituto Battelle, do controle do risco pela temperatura interna da superfície, e utilizado pela maioria das companhias, também fez parte das avaliações. O sistema de aquisição citado no ítem 3.4 foi utilizado para obter os valores de temperatura da superfície interna, e que para oferecer segurança deve ficar abaixo de 980ºC considerando o uso de eletrodos revestidos básicos, no caso o AWS E7018.
3.7.5 Avaliação do risco de trincas à frio
Adicionalmente ao objetivo principal do trabalho, foram realizadas avaliações quanto a possibilidade de ocorrência de trincas à frio. Medidas de microdureza Vickers (HV0,3) foram
57 realizadas nas regiões mais críticas após a aplicação da técnica. O durômetro utilizado foi da marca Shimadzu, modelo HMV 2000.
A microdureza foi utilizada ainda na caracterização das camadas aspergidas que sofreram transformação térmica pelo aquecimento durante a soldagem, e, que portanto, tiveram alterada esta propriedade.