ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO FLUXO DE SOLDAGEM NA POROSIDADE DA

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ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO FLUXO DE SOLDAGEM NA POROSIDADE DA 
SOLDA OBTIDA POR ARCO SUBMERSO 
 
 
 
M. A. Michels, D. S. Siewerdt, F.H. Lafratta, D. Bond1 
Campus Universitário Prof. Avelino Marcante 
Rua Paulo Malschitzki, s/n, Bairro Zona Industrial Norte 
Joinville, SC, Brasil, CEP: 89219-710 
danielle.bond@udesc.br1 
Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC 
 
 
 
 
RESUMO 
Para a fabricação de vasos de pressão é necessário seguir os padrões da norma 
ASME VIII sendo o aço mais utilizado o ASTM SA 516 Grau 70. Devido à grande 
competividade, as empresas tem adotado a redução de espessuras das chapas 
utilizadas para fabricação destes componentes. Por outro lado, os níveis de 
descontinuidades que antes eram aceitos, porque de maneira geral eram 
compensados na eficiência da junta, já não são mais admitidos pela norma. Neste 
contexto este trabalho tem como objetivo analisar a influência do fluxo de soldagem 
a arco submerso na porosidade da solda. Foram depositados cordões variando tipo 
(neutro e ativo), granulometria e vazão de fluxo em chapas de aço ASTM SA516 Gr 
70. As amostras foram caracterizadas através de inspeção radiográfica. Para as 
condições estudadas um procedimento otimizado em relação ao fluxo para 
soldagem a arco submerso foi determinado. 
 
Palavras-chave: Vasos de Pressão, Porosidade, Arco Submerso, Fluxo, Inspeção 
Radiográfica. 
 
INTRODUÇÃO 
 
A construção de vasos de pressão envolve várias etapas e apresenta um grau 
elevado de complexidade. Esses componentes são fabricados por chapas de aços 
soldadas entre si e geralmente seguem uma norma de projeto que serve para 
padronizar e garantir condições mínimas de segurança para a operação. O código 
ASME é bastante usado e abrange exigências e recomendações sobre materiais, 
projeto, cálculo, fabricação e inspeção de vasos de pressão.(1) O processo de 
soldagem por arco submerso permite o uso de velocidades altas e correntes 
elevadas, aumentando dessa forma a penetração e a taxa de deposição. O arco 
elétrico é protegido por uma camada de fluxo granular que elimina respingos e forma 
uma camada de escória que elimina as impurezas e protege o metal da 
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contaminação atmosférica. Além disso, o fluxo pode adicionar elementos de liga que 
melhoram as propriedades mecânicas da solda.(2) 
Durante a soldagem de metais pode ocorrer formação de porosidades, que 
estão relacionadas com o aprisionamento de gases durante a solidificação do metal 
fundido. A formação de gases no processo de soldagem depende da natureza dos 
gases, da quantidade de gases liberados e as condições em que o metal se 
solidifica. O metal deve ser aquecido de tal forma que permita a liberação dos gases 
durante o resfriamento.(4) Além disso, falta de proteção do metal contra a atmosfera 
e contaminações no metal como óleo e sujeiras podem causar porosidade no 
processo a arco submerso. As altas velocidades que esse processo permite também 
podem permitir porosidades, pois impedem que os gases sejam liberados da 
solda.(2) A norma ASME seção VIII divisão 1 aborda o grau de aceitação para 
descontinuidades analisadas na solda por radiografia. O tamanho e a forma que 
estão dispostas e largura da solda são os fatores que devem ser analisados e 
conferidos se estão dentro da aceitação da norma.(9) 
A preocupação com a qualidade da solda exige um controle de sua 
composição química para obter melhores propriedades mecânicas do metal 
soldado.(5) Alguns estudos mostram a relação de fatores que em combinação, como 
fluxo/arame e fluxo/parâmetros de soldagem, podem interferir nas propriedades da 
solda.(5,6) A viscosidade do fluxo também interfere na composição química da zona 
fundida e consequentemente nas suas propriedades mecânicas. Ela varia de acordo 
com a temperatura e composição química do fluxo e deve ser elevada suficiente 
para impedir a exposição do metal à atmosfera.(3) 
A maioria dos grãos do fluxo utilizado é obtida pela granulação em água, onde 
a massa se fragmenta em água por choque térmico e depois passa por um processo 
de secagem para eliminar a água dos grãos. Esses grãos apresentam cavidades e 
formas irregulares, o que proporciona uma tendência a adquirir umidade. A obtenção 
de grãos por via seca vem sendo estudada e o método por sopro de ar apresenta 
menor tendência a adquirir umidade. (8) 
Pode se classificar os fluxos de acordo com a sua capacidade de alterar ou 
não a composição química do metal depositado de forma significativa, ou seja, em 
fluxos ativos ou neutros respectivamente. Fluxos ativos possuem manganês e silício 
que são adicionados na zona fundida e melhoram a resistência à porosidade e 
trincas; já os fluxos neutros não produzem adição de metais de liga.(2)(10) Outro fator 
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importante é a granulometria do fluxo. Os grãos devem ter um tamanho adequado 
para que haja um bom escoamento do fluxo e grãos menores podem impedir 
escoamento do fluxo da tocha até a junta da solda. Além disso, os fluxos são 
revestidos com um ligante que se concentram mais em grãos com diâmetros 
menores, logo a composição química do fluxo se altera de acordo com a 
granulometria. O tamanho da partícula também pode afetar o desempenho do fluxo, 
uma vez que a área total da superfície dos grãos aumenta na medida em que o 
diâmetro dos grãos diminui, o que pode aumentar a umidade do fluxo, gerando 
problemas como trincas de hidrogênio.(2)(7) A altura da camada de fluxo acima da 
zona fundida também afeta a qualidade da solda. Se a camada de fluxo é muito 
grande, ou seja, utilizando maior vazão, os gases que se formam durante a 
soldagem podem ficar presos gerando imperfeições no cordão de solda. Já uma 
camada mais rasa de fluxo causa instabilidade do arco e menor proteção contra a 
atmosfera, facilitando a formação de poros. Assim, a camada de fluxo deve ser 
suficiente para garantir a estabilidade do arco e permitir que os gases escapem 
evitando a formação de porosidade.(2) 
Portanto este trabalho tem como objetivo verificar a influência do fluxo na 
formação de descontinuidades da solda no processo de soldagem a arco submerso. 
 
MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Foram soldados pelo processo arco submerso corpos de prova em chapas de 
aço ASTM AS 516 Grau F (composição química com os principais elementos 
conforme Tab. 1) com dimensões de 200x150x8mm e junta de topo, chanfro em V 
com 75º. Os parâmetros de soldagem foram mantidos constantes utilizando-se 
corrente de 480A, tensão de 32V e velocidade de soldagem de 400mm/min. 
Para a soldagem foram utilizados arame EM12K de Ø2,38mm e fluxos F7A0-
EM12K tipo aglomerado, neutro e ativo. A utilização deste tipo de arame e fluxo 
deve resultar na composição química conforme a Tab. 1. 
 
 
 
 
 
 
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Tab. 1 – Composição química do material de base e consumíveis 
 Composição Química (% Peso) 
 C Si Mn P S Cu 
Material de Base 
ASTM AS 516 Gr.70 
 
0,25 
 
0,248 
 
1,09 
 
0,018 
 
0,005 
 
0,02 
Arame e Fluxo F7A0-EM12K 
Fluxo Ativo 
Fluxo Neutro 
 
0,067 
0,08 
 
1,040 
0,173 
 
1,80 
0,41 
 
0,020 
0,029 
 
0,014 
0,025 
 
0,01 
0,005 
 
Neste estudo foi utilizado o delineamento de experimento (DOE) através do 
método fatorial 2K, com três fatores e dois níveis, sendo os experimentos realizados 
com uma réplica e em ordem aleatória. 
Os fatores considerados no planejamento fatorial foram: 
· Quantidade de fluxo (1,125 e 2,450 kg/min): O nível 2,450kg/min foi escolhido 
por ser aproximadamente o recomendado para a obtenção de cordões 
íntegros nas condições de soldagem deste trabalho. Mesmo correndo o riscode ocorrer respingos, foi selecionado o nível de 1,125kg/min para a obtenção 
de diferença significativa na altura da camada de fluxo. 
· Tipo de fluxo (neutro e ativo): O fluxo ativo foi escolhido por adicionar 
manganês e silício à solda, o que pode minimizar o aparecimento de 
porosidade. Já os fluxos neutros não possuem esta caraterística. 
· Granulometria (600 e 850 µm): O nível de 600µm (20 mesh) foi escolhido por 
ser o recomendado para obtenção de cordões íntegros neste processo. Com 
o objetivo de obter reais diferenças, foi escolhido o nível do fluxo de 850µm 
(10 mesh), mesmo podendo ser considerada uma faixa de granulometria 
elevada para corrente utilizada. 
Como variável de resposta ao experimento, foi medida a porosidade das 
soldas através de análise radiográfica, considerando um intervalo de confiança de 
95%. Para a execução das radiografias digitais, foi utilizado a fonte de Raio X 
YXLON modelo Y.XPO225D02; detector digital plano YXLON GmbH modelo Y.HDR 
822-14 HDR; e monitor de análise de Raio X EIZO Nanao Technologies Inc. modelo 
FlexScan S2433W Color LCD. 
Para fazer a análise das radiografias foi usado o código ASME Section VIII 
Appendix 4, que aborda critérios de aceitação para indicações arredondadas de 
acordo com a espessura da chapa. Para as chapas desta espessura (8mm), o 
tamanho máximo aceitável das indicações agrupadas aleatoriamente e isoladas é de 
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1,98mm e 2,64mm, respectivamente; sendo que as indicações abaixo de 0,79mm 
não são consideradas. Após laudo, foi feito a contagem do número de poros maiores 
que 0,79mm em cada corpo de prova, seguindo o critério anteriormente 
mencionado. 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Os diferentes cordões foram analisados por inspeção radiográfica e a Tab. 2 
mostra o número de porosidade encontrada para cada condição. 
 
Tab. 2 – Quantidade de porosidade detectada em cada experimento 
Corpo de 
prova 
Tipo Vazão 
(kg/min) 
Granulometria 
(µm) 
Porosidade 
(unidade) 
14 Ativo 1,225 600 5 
3 Neutro 2,450 850 6 
4 Ativo 2,450 850 0 
7 Neutro 2,450 600 9 
9 Neutro 1,225 850 7 
11 Neutro 2,450 850 5 
16 Ativo 2,450 600 3 
1 Neutro 1,225 850 5 
2 Ativo 1,225 850 0 
13 Neutro 1,225 600 12 
8 Ativo 2,450 600 4 
6 Ativo 1,225 600 3 
12 Ativo 2,450 850 0 
15 Neutro 2,450 600 10 
10 Ativo 1,225 850 0 
5 Neutro 1,225 600 10 
 
Para analisar a relevância de cada fator, os dados foram compilados no 
Software Statistica da StatSoft, versão 8.0 e os efeitos estão representados no 
gráfico de Probabilidade Normal conforme ilustra a Fig. 1. Considerando um nível de 
confiança de 95%, verifica-se que os fatores tipo de fluxo e granulometria devem ser 
considerados significativos, pois se encontram afastados da linha que passa através 
dos outros efeitos; já a vazão do fluxo não interferiu significantemente na presença 
de poros. 
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Fig. 1 - Gráfico de Probabilidade Normal 
 
De um modo geral observa-se que os cordões depositados com fluxo ativo 
em combinação com granulometria de 850µm (2,4,10,12) não apresentaram 
porosidades; já os cordões com fluxo neutro e granulometria de 600µm (5,7,13,15) 
foram os que apresentaram a maior quantidade de poros, conforme mostram as 
radiografias do experimento 10 e 13 respectivamente da Fig. 2. Portanto, quanto 
mais ativo e maior a granulometria do fluxo, menor a porosidade. 
A utilização de fluxo ativo produz soldas com baixo número de porosidade em 
comparação com o fluxo neutro, pois alto teor de desoxidantes como Si e Mn é 
adicionado na poça de fusão fazendo com que o oxigênio se ligue a estes elementos 
ao invés de produzir gases como o CO2. 
(2). Mesmo resultado foi observado por 
(7)(10)(11). A utilização de fluxos com distribuição granulométrica com maior percentual 
de partículas com diâmetros maiores (850 µm) reduziu a formação de 
descontinuidades, como era o esperado, uma vez que diminui a tendência a 
absorver umidade e contaminar a solda. Para evitar descontinuidades, o fluxo deve 
estar livre de água, óleo e sujeiras.(2)(7) 
 
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Fig. 2 – Radiografias dos corpos de prova a) sem descontinuidades (n.10) e b) com 
maior número de poros (n.13). 
 
CONCLUSÃO 
 
Para as condições de soldagem por arco submerso testadas neste trabalho 
pode-se concluir que: 
A utilização de fluxo ativo produz soldas com maior qualidade, ou seja, com 
baixa quantidade de descontinuidades, em especial a porosidade, em comparação 
com fluxo neutro; assim como com a utilização de fluxo com partículas de 
granulometria maiores. A utilização de menor vazão de fluxo não causou variação 
estatisticamente significativa no número de porosidade formada na solda, sendo 
assim possível a utilização de menor quantidade de fluxo reduzindo os custos de 
soldagem e mantendo a qualidade do processo. 
 
REFERÊNCIAS 
 
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3- NATALIE, C. A.; OLSON, D. L.; BLANDER, M. Physical and Chemical 
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389-413, 1986. 
4- WARREN, D.; STOUT, R.D. Porosity in Mild Steel Weld Metal. Welding 
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5- KANJILAL, P.; PAL, T. K.; MAJUMDAR, S. K.; Combined Effect of Flux and 
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Submerged Arc Weld Metal. Journal of Materials Processing Technology, 
v.171, p. 223-231, 2006. 
6- BANG, K.; PARK C.; JUNG, H.; LE, J.B. Effects of flux composition on the 
element transfer and mechanical properties of weld metal in submerged arc 
a) 
b) 
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2009. 
7- SIEWERT, T. A.; FRANKE G. L. Analysis and Characterization of Commercial 
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8- PEREZ, D. P.; PEREZ, C. R. G.; PUCHOL, R. Q.; GONZALEZ, L. P.; 
CRESPO, A. C. Potencialidades de la granulacion horizontal con aire del 
fundente fundido CIS-F10. Revista Soldagem & Inspeção, v. 13, p. 245-254, 
2008. 
9- AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. ASME Boiler & 
Pressure Vessel Code: Rules for Construction of Pressure Vessels. New 
York, NY: ASME, Section VIII, Div. 1, 2010. 
10- MERCADO, A.M.P.; HIRATA, V.M.L.; SANCHEZ, A.F.M.; MUÑOZ, M.L.S. 
Effect of Active and Nonactive Fluxes on the Mechanical Properties and 
Microstructure in Submerged-Arc Welds of A-36 Steel Plates. Journal of 
Materials and Manufacturing Processes, v.22, p. 295-297, 2007. 
11- MERCADO, A.M.P; HIRATA, V.M.L.; MUNOZ, M.L.S. Influence of the 
Chemical Composition of Flux on the Microstructure and Tensile Properties of 
Submerged-Arc Welds. Journal of Materials Processing Technology, 
v.169, p.346-351, 2005. 
 
 
 
ANALYSIS OF INFLUENCE OF WELDING FLUX ON POROSITY BY 
SUBMERGED ARC WELDING PROCESS 
 
ABSTRACT 
 
When manufacturing pressure vessels it is required to follow the ASME VIII 
standards, and the ASTM SA 516 Gr. 70 steel is the most used in this process. 
Due the large competitiveness, companies have decided to reduce the thickness 
of the steel sheets used to produce these components. On the other hand, levels 
of discontinuities which used to be accepted since there was compensation on 
the joint efficiency are no longer allowed. This paper has attempted to analyze the 
influence of welding fluxes on porosity by the process of submerged arc welding. 
Weld deposits were placed on ASTM SA516 Gr70 steel sheets varying flux type 
(neutral and active), granulometry and flux layer depth. The samples were 
characterized by radiographic inspection. For the analyzed conditions a 
submerged welding optimized procedure has been determined. 
 
 
 
Key-words: Pressure Vessels, Porosity, Submerged Arc Welding, Flux, 
Radiographic Inspection. 
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