RT4 - Trinca à quente por solidificação - Barbara E Jessica

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MSV1 08/06/2016 RT4 
Nome: Bárbara Corrêa Castanheira 
 Jéssica Delgado Pimentel 
Tema: Trinca à quente por solidificação 
INTRODUÇÃO 
Os aços estruturais de baixo carbono tem a sua resistência a corrosão melhorada devido a adição 
de baixos teores de elementos de liga como Si, P, Cu, Cr e Mo. Estudos revelam que o uso do fósforo 
pode ser benéfico à resistência a corrosão quando em teores 0,06% se usado em conjunto com o Cu em 
teores 0,03% sem alterar as propriedades mecânicas do material. Da mesma forma, o Si também melhora 
a resistência a corrosão na presença de Cr, Cu e Si. 
A fissuração na solidificação, um tipo de trinca à quente, que pode ocorrer no metal de solda em 
altas temperaturas, próximo a temperatura solidus, decorrente da presença do filme líquido com 
impurezas que permanecem entre as dendritas ao final da solidificação. A formação da trinca está 
associada a fatores mecânicos e metalúrgicos presentes na tabela abaixo. 
 
Tabela 1. Fatores que influenciam a trinca à quente. 
Fatores Mecânicos Fatores Metalúrgicos 
Tamanho e espessura do material Presença e distribuição de filmes líquidos nos 
contornos de grão durante o final da 
solidificação 
Projeto da junta 
Tamanho e forma da poça de fusão 
A tendência de formação de trincas à quente é verificada pelo teste de soldabilidade Varestraint, o 
qual avalia tanto a soldabilidade do metal base quanto a influência das variáveis do processo de soldagem 
sobre o trincamento à quente. A figura abaixo representa a execução do ensaio. Apesar de ser um ensaio 
qualitativo, o número de trincas e seus respectivos comprimentos totais, ou comprimento máximo de 
trinca são parâmetros usados para uma avaliação quantitativa. 
 
Figura 1. Ensaio de Varestraint. 
O Índice de Sensibilidade à Fissuração (ISF) e Hot Cracking Sensitivity (HCS) são fórmulas 
utilizadas para avaliação quantitativa da influência da composição química do metal de solda na 
sensibilidade à fissuração. 
ISF =230%C + 190%S + 75%P +45% Nb - 12,3%Si - 5,4%Mn - 1 
HCS = %C [%S + P + (%Si/25) + (%Ni/100 )] x 10
3
 / [3%Mn + %Cr + %Mo + %V] 
Portanto, nesse artigo é estudado a tendência de formação de trincas de solidificação nos novos 
aços com adições de P e Si, segundo o ensaio de Varestraint, e também a adequeação dos consumíveis 
usuais. 
MATERIAIS E MÉTODOS 
Nas Tabelas 2 e 3 são apresentadas a composição química dos metais base e a composição 
especificada dos consumíveis utilizados. 
 
 Tabela 2. Valores típicos da composição química dos metais de adição (% peso). 
Classificação do 
consumível 
Elementos (%) 
C Si Mn Cr Ni Cu 
F55A5-ECW-W 0,06 0,40 1,00 0,55 0,65 0,70 
F48AZ-EL12 0,05 0,90 1,45 - - 0,10 
 
Tabela 3. Composição química dos aços (% em peso). 
AÇOS 
Elementos (%) 
C Mn Si P S Cu Cr Ni Al 
USI-SAC-350 0,10 1,09 1,10 0,046 0,005 0,09 0,20 0,01 0,021 
ASTM A709 345W 0,18 1,29 0,25 0,016 0,005 0,26 0,51 0,19 0,014 
A avaliação da tendência à fissuração na solidificação dos metais base e das soldas foi realizada 
utilizando o ensaio Varestraint. Para este ensaio, foi utilizado o processo de soldagem TIG com uma fonte 
Digitec 600 e os seguintes parâmetros: 
• Corrente: 150 A • Comprimento do arco: 2,5mm 
• Velocidade de soldagem: 20 cm/min. • Vazão de gás: 12l/min. 
• Gás de proteção: Argônio (10 l/min) 
 
Para o metal base foram testados 8 (oito) corpos de prova de cada aço em 3 (três) matrizes 
diferentes, correspondentes às deformações de 2,5; 3 e 4%. Os corpos de prova foram usinados a partir de 
uma chapa de 12,7mm de espessura e a dimensão final dos mesmos foi de comprimento igual a 185mm, 
largura de 50mm e espessura de 4mm. Os corpos de prova foram retirados do centro da chapa para 
maximizar o efeito da segregação. Para o metal de solda foram testados 5 (cinco) corpos de prova de cada 
solda e foi utilizada apenas a matriz de deformação de 4%. Foram medidos o comprimento total das 
trincas, o número de trincas e o máximo comprimento de trinca. 
Os corpos de prova soldados para o ensaio Varestraint foram obtidos pela deposição de 2 passes 
sobre chapa do metal base com arco submerso, sendo obtidos 4 (quatro) grupos de soldas identificadas 
como apresentado abaixo: 
 
• Solda A10.61 - Aço ASTM A 709 com consumível F55A5-ECW-W 
• Solda A10.81 - Aço ASTM A 709 com consumível F48AZ- EL 12 
• Solda S10.61 - Aço USI SAC 350 com consumível F55A5-ECW-W 
• Solda S10.81 - Aço USI SAC 350 com consumível F48AZ- EL 12 
Os parâmetros de soldagem usados foram: 
• Corrente: 550A • Velocidade de soldagem: 40cm/min. 
• Tensão: 30V • Diâmetro do arame: 3,2mm 
Estas condições de soldagem resultaram em uma diluição média de 57% nas soldas. Os corpos de 
prova para o ensaio Varestraint da solda foram usinados com as mesmas dimensões indicadas 
anteriormente, sendo retirados do lado da chapa contendo a solda. Foi feita ainda a caracterização 
metalográfica e a análise química das soldas. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A análise metalográfica revelou na zona fundida a presença de ferrita primária de contorno de 
grão, ferrita com segunda fase e ferrita acicular, conforme o esperado segundo a soldagem utilizada. 
Em comparação dos aços ASTM A709 e USI-SAC-350, com os mesmos consumíveis F55A5-
ECW-W e F48AZ-EL12 para cada aço, houve uma redução no teor de carbono e um aumento no toer de 
Si e P na solda, como pode ser observado na tabela abaixo. 
Tabela 4. Composição química das soldas. 
Solda 
Elementos (%) 
C Si Mn Cr Ni Cu P S 
A10.61 0,09 0,20 1,09 0,51 0,42 0,42 0,021 0,008 
S10.61 0,06 0,59 1,10 0,38 0,34 0,38 0,032 0,008 
A10.81 0,11 0,67 1,34 0,29 0,13 0,23 0,024 0,008 
S10.81 0,07 1,17 1,37 0,13 0,02 0,12 0,039 0,007 
 
Observa-se nas figuras abaixo o aspecto das trincas obido pelo MEV. Assim, foi possível 
observar o caracter dendrítico, típico de trincas de solidificação. Em contrapartida, através do EDS não 
foi possível detectar os teores de P ou S, talvez por ser maior que a capacidade do equipamento. 
 
Figura 2 USI-SAC-350 500X 
 
Figura 3 ASTM A 709 500X 
No ensaio de Varestraint notou-se um aumento maior no comprimento total das trincas e uma 
menor maior trinca para o aço USI-SAC-350 em relação ao aço ASTM A709 conforme figura abaixo. 
 
Figura 4. Resultados do Ensaio de Varestraint Metal Base 
 
Relacionando os resultados obtidos com o ensaio de Varestraint e o ISF e HCS, pode-se verificar 
que o ISF não se apresenta como o mais adequado. Os resultados indicam que o aço ASTM A 709 é mais 
sensível a trinca à quente que o aço USI-SAC-350 devido ao seu maior teor de C e Si. Em contrapartida, 
o mais adequado é o HCS, pois indica maior sensibilidade à trinca a quente do aço USI-SAC-350 em 
conformidade com o resultado obtido pelo Varestraint. 
A avaliação da composição da solda reforça o que foi apresentado pelo HCS e Varestraint, pois o 
aço USI-SAC-350 apresenta maior teor de Si, este elemento é considerado prejudicial por aumentar a 
segregação de enxofre e, consequentemente, a fissuração a quente, embora haja contradição entre autores. 
A fissuração é intensificada com a maior presença de fósforo também presente no aço USI-SAC-350, por 
este se combinar com o enxofre. A maior presença de Mn no aço ASTM A 709, qualifica-o como mais 
resistente à fissuração, pois forma MnS, de maior ponto de fusão, no lugar do FeS. 
 
Tabela 4. Valores do ISF e HCS para os aços e as soldas. 
AÇO ISF HCS SOLDA ISF HCS 
ASTM A 709 32,51 1,34 A10.61 14,45 0,98 
USI-SAC-350 6,98 2,74 S10.61 3,52 1,42 
 A10.81 12,14 1,82 
 S10.81 -2,43 1,53 
 
 
Figura 5. Resultados do Ensaio de Varestraint na Solda. 
Pelo ISF ambos os consumíveis aumentam a tendência a fissuração do aço ASTM A 709.Segundo 
o HCS, apenas o consumível F48AZ-EL12 aumenta a susceptibilidade da solda obtida para ambos os 
aços. E para o ensaio de Varestraint, soldas no aço USI-SAC-350 e soldas com o consumível F48AZ-
EL12 apresentam maior tendênciaa fissuração. Soldas com o consumível F48AZ-EL12, apresentam 
maior teor de Si, P e Mn, porém seus efeitos são menores pois se encontram diluídos pelo fluxo. Embora 
o Mn possua efeito benéfico neste consumível, este efeito é eliminado pela presença de Si e P. 
CONCLUSÃO 
O artigo foi complementar ao conteúdo visto na disciplina de Metalurgia da Soldagem, pois 
envolveu a influência dos elementos de liga na junta soldada, microconstituintes do metal de solda, o teste 
de soldabilidade para trinca à quente: Teste de Varestraint. Além de verificar a importância dos índices 
HCS e ISF na susceptibilidade na fissuração à quente. 
Após análise dos resultados, foi indicado que as soldas e o metal base com teores mais elevados de 
fósforo e silício apresentaram uma maior susceptibilidade à fissuração no ensaio Varestraint. 
Segundo HCS e Varestraint, o metal base e o consumível que apresenta maior tendência à 
fissuração, respectivamente, é o aço USI-SAC-350 e o consumível F48AZ-EL12. Portanto, considerando 
os dois aços a serem soldados, USI-SAC-350 e ASTM A 709, o consumível F55A5-ECW-W seria a 
melhor opção, onde a melhor solda será no ASTM A 709 e a do aço USI-SAC-350 pode ser considerada 
intermediária. 
REFERENCIA 
MODENESI, Paulo J. et. al. Avaliação da Susceptibilidade à Fissuração na Solidificação do Aço USI-
SAC-350, Soldagem Insp., Vol. 9, Nº 4 [Out / Dez] 2004