Resumo: Nesse trabalho investigou-se a fratura de corpos de prova de impacto Charpy-V da região de grãos grosseiros da zona afetada pelo calor (GGZAC) de dois aços de 355 MPa de limite de escoamento. Um dos aços foi produzido por laminação controlada seguida de resfriamento acelerado (TMCP – Thermomechanical Controlled Process) e outro por laminação convencional seguida por tratamento térmico de normalização. As GGZACs estudadas foram produzidas em condições de soldagem de elevado aporte térmico através da simulação termomecânica no equipamento Gleeble. As análises foram efetuadas em seção transversal ao plano de fratura dos corpos de prova, utilizando técnicas de microscopias óptica e eletrônica de varredura com detector de difração de elétrons retroespalhados (EBSD – Electron Backscatter Diffraction) acoplado. Foi observado que o tamanho de grão, próximo à fratura, da austenita prévia do aço TMCP foi consideravelmente menor do que o do aço convencional e que a unidade de fratura por clivagem relacionou-se a estruturas de menor dimensão, presentes internamente ao grão austenítico. Por meio de EBSD, verificou-se que o aço TMCP apresentou uma densidade superior de contornos de grão de alto ângulo e pacotes cristalográficos menores quando comparado com o aço convencional, fatores esses que favorecem a resistência ao impacto Charpy-V do material. Essas características podem estar associadas ao efeito de ancoramento do grão austenítico por precipitados coerentes de TiN.

Abstract: This work investigated the fracture of Charpy-V Impact test specimens of weld coarse grained heat affected zone (CGZAC) of two 355 MPa class steels. One of the steels was produced by controlled rolling followed by accelerated cooling (TMCP – Thermo-mechanical-Controlled-Process) and another by conventional rolling followed by normalizing heat treatment. The CGZACs were produced by termo-mechanical simulation in the Gleeble equipment under high thermal input welding conditions. The analyzes were carried out in cross section of the fracture plane, using optical and scanning electron microscopy applying Electron Backscatter Diffraction (EBSD) technique. It was observed that the grain size of the previous austenite, close to fracture of the TMCP steel, was considerably smaller than that of the conventional steel and that the cleavage fracture unit was related to smaller structures present inside the austenitic grain. By means of EBSD, it was verified that TMCP steel presented a higher density of high angle grain boundary and smaller crystallographic packages when compared to conventional steel, factors that improve the Charpy-V impact resistance of the material. These characteristics may be associated with the pinning effect of the austenitic grain by coherent TiN precipitates

Resumo A soldagem com elevado aporte térmico é uma das alternativas adotadas pelos estaleiros e fabricantes de torres eólicas para aumento da produtividade. No entanto, os ciclos térmicos gerados no processo podem provocar transformações microestruturais prejudiciais à tenacidade na zona afetada pelo calor, especialmente na região de grãos grosseiros (GGZAC). Neste trabalho foram avaliados o crescimento de grão e as alterações microestruturais na GGZAC de um aço de 355 MPa de limite de escoamento produzido por laminação controlada seguida de resfriamento acelerado (TMCP - Thermomechanical Controlled Process) em comparação com um aço convencional de mesma classe de limite de escoamento. Condições de soldagem de elevado aporte térmico foram simuladas em dilatômetro e na Gleeble®. Foi observado que o tamanho de grão da austenita prévia na GGZAC segue uma distribuição log-normal e que o aço TMCP apresentou menores tamanhos de grão. Esse resultado foi associado ao efeito de ancoramento por precipitados de TiN homogeneamente distribuídos e coerentes com a matriz em regiões onde a máxima temperatura não é suficiente para a sua dissolução. Os resultados indicam que é possível obter excelente tenacidade a baixa temperatura em juntas soldadas com elevado aporte térmico quando empregado o aço TMCP.

Abstract High heat input welding is one of the alternatives adopted by shipyards and wind tower manufacturers for increasing productivity. However, the thermal cycles generated during welding may cause microstructural transformations that are detrimental to the toughness in the heat-affected zone, especially in the coarse-grained region (CGHAZ). In this work, the grain growth and the microstructural changes in the CGHAZ of 355 MPa class steel, produced by controlled rolling followed by accelerated cooling - TMCP (Thermo-Mechanical-Control-Process) were compared to a conventional steel of the same grade. High heat inputs welding conditions were simulated in the dilatometer and Gleeble®. It was observed that previous austenite grain size in the CGHAZ follows a log-normal distribution and the TMCP steel showed significantly lower values of grain size. This result was associated with pinning effect of TiN precipitates homogeneously distributed and coherent with the matrix in regions where the maximum temperature is not enough for its dissolution. The results showed that it is possible to obtain excellent toughness at low temperature in high heat input welded joints when using TMCP steel.

Resumo A soldagem de alto aporte térmico é uma alternativa que tem sido empregada na indústria naval e de petróleo para reduzir o número de passes de soldagem em estruturas espessas por meio do aumento da taxa de deposição. Isso tem levado desenvolvimento de aços e de consumíveis que permitem a obtenção de juntas com aceitável nível de tenacidade na zona termicamente afetada, mesmo com aportes térmicos muito elevados. Contudo, ainda não são muito claras as consequências do ponto de vista metalúrgico que este procedimento pode acarretar na zona fundida. O presente trabalho avalia a influência de aportes térmicos de até 17,1 kJ/mm na microestrutura e características mecânicas da zona fundida obtida na soldagem de um aço naval TMCP EH36 feita em único passe com o processo ao arco submerso multi-eletrodos e com adição de arame frio. A microestrutura foi comparada com a de soldas realizadas com energia menor e mapas de dureza foram produzidos e comparados, avaliando-se também a eficiência dos consumíveis geralmente aplicados para a soldagem e alto aporte. Foi observado que o teor de molibdênio na solda contribui de forma direta para a manutenção das propriedades mecânicas da zona fundida na soldagem de alto aporte térmico.

Abstract High heat input welding is an alternative that has been employed to reduce the number of welding passes in thick structures with increasing deposition rate. This has led to the development of steels and consumables that allow to obtain joints with acceptable level of toughness in the Heat Affected Zone, even with very high heat inputs. However, the metallurgical consequences, which this procedure can cause in the welding zone, are not very clear yet. This research evaluates the heat input effect up to 17.1 kJ/mm on the microstructure and mechanical properties of the welding zone obtained in the welding of a TMCP EH36 shipbuilding steel in single pass with the submerged arc multi-electrodes with addition of cold wire. The microstructure was compared with that of welds performed with lower heat input and hardness maps were produced and compared, also evaluating the efficiency of consumables generally applied for welding and high input. It was observed that the molybdenum content in the weld acts directly to the maintenance of the mechanical properties of the welding zone in the high heat input welding.

Resumo A busca de soluções em melhoria da produtividade tem sido a tônica nas relações entre a siderurgia e os fabricantes de torres eólicas. Nesse sentido, a Usiminas, após a implantação da tecnologia CLC (Continuous on-Line Control), tem realizado diversos projetos de desenvolvimento de produtos e aplicação dos aços estruturais TMCP (Thermo-Mechanical-Control-Process) com características mecânicas e metalúrgicas diferenciadas em relação aos aços convencionalmente utilizados pela indústria brasileira, em especial pelos fabricantes de torres eólicas. Devido à importância que os processos de soldagem representam na fabricação de torres eólicas, estudos de soldabilidade são importantes para a elaboração de procedimentos e a seleção adequada dos aços e consumíveis que permitam o aperfeiçoamento das etapas de soldagem. Nesse contexto, este trabalho visou avaliar comparativamente as propriedades mecânicas e a caracterização microestrutural da região soldada do aço Sincron EN 10025-4 S355M, produzido pelo processo TMCP, e ASTM A572 grau 50, produzido por laminação convencional, ambos soldados pelo processo SAW Tandem Arc, empregando aportes de calor superiores aos comumente utilizados na soldagem convencional dos tramos metálicos. De acordo com os resultados obtidos, foi possível obter juntas soldadas SAW Tandem Arc com excelentes propriedades mecânicas e tenacidade, especialmente quando empregado o aço Sincron EN 10025-4 S355M, em conjunto com a combinação arame/fluxo OK Autrod12.22/OK Flux 10.72. Os procedimentos de soldagem avaliados neste trabalho podem ser uma excelente referência para o aumento da produtividade na fabricação de torres eólicas, com a redução de passes nas soldas longitudinal e circunferencial das virolas.

Abstract The search for solutions to improve productivity has been the emphasis in relations between the steel industry and the wind tower manufacturers. In this sense, Usiminas, after the implementation of CLC technology (Continuous On-Line Control), has conducted several development projects and implementation of structural steel TMCP (Thermo-Mechanical-Control-Process) with mechanical and metallurgical characteristics differentiated in relation to steels conventionally used by Brazilian industry, especially the wind tower manufacturers. Because of the importance of the welding processes in the manufacture of wind towers, weldability studies are important for the development of procedures and the proper selection of steels and consumables enabling the improvement of welding activities. In this context, this work has the objective of comparative evaluate the weldability of steel Sincron EN 10025-4 S355M (TMCP steels) and ASTM A572 grade 50 (Normalizing steels), when welded by SAW Tandem Arc process using heat inputs higher than those commonly used in wind turbine manufacturing. The results obtained showed that is possible to obtain SAW Tandem Arc welded joints with excellent results for mechanical properties and toughness when employed especially Sincron EN 10025-4 S355M steel, together with combination wire/flux OK Autrod12.22/OK Flux 10.72. The welding procedures evaluated in this work can be an excellent way to increase the productivity in the manufacture of wind towers decreasing the number of pass in longitudinal and circumferential welds.

A soldagem com elevado aporte de calor é uma das alternativas adotadas pelos principais estaleiros mundiais para aumentar a produtividade nas operações de união de materiais na construção naval. No entanto, os ciclos térmicos gerados durante a soldagem podem provocar transformações microestruturais prejudiciais às propriedades mecânicas, principalmente à tenacidade na zona afetada pelo calor (ZAC). Este estudo teve como principal propósito realizar a caracterização microestrutural e avaliar as propriedades mecânicas da ZAC do aço naval EH36 produzido por laminação controlada seguida de resfriamento acelerado (TMCP) em comparação com um aço do mesmo grau produzido por laminação convencional, ambos soldados pelo processo ao arco submerso em dois níveis de aporte de calor: 76 e 130 kJ/cm. Foi observado que a presença de uma microestrutura mais refinada nas diferentes regiões da ZAC, associadas ao menor tamanho de grão do metal base e ao menor carbono equivalente, foram os principais fatores que contribuíram para a excelente tenacidade da ZAC do aço TMCP em comparação ao aço convencional. Os resultados obtidos mostraram que é possível obter juntas soldadas com excelentes propriedades mecânicas e tenacidade ao se empregar aço TMCP para a soldagem com altos aportes de calor, e sua utilização pode ser uma estratégia para otimização dos tempos e custos de fabricação na indústria naval.

The welding with high heat input is one of the main strategies used by shipyards in the world to increase their productivity in joining operation activities. However, the thermal cycles due to the welding process may affect the microstructure features and be deleterious to the toughness in the heat affected zone (HAZ). The aim of this study was to evaluate the microstructure and the mechanical properties of the HAZ of the EH36 steel produced by controlled rolling and accelerated cooling compared to a conventional steel of the same grade, both welded with submerged-arc welding with two heat inputs: 76 to 130 kJ/cm. It was observed that the presence of a more refined microstructure in the different regions of the HAZ, associated with a fine base metal grain size and lower carbon equivalent value, were the main factors that contributed to the excellent HAZ toughness of the TMCP steel compared to conventional steel. The results of this study showed that it is possible to obtain welded joints with excellent mechanical properties even using high heat input levels by employing TMCP steel , and its use may be a strategy to optimize the production time and cost in the shipbuilding industry.

Este trabalho objetivou o estudo comparativo das características do cordão produzido por arames tubulares nacionais dos tipos rutílico (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M), básico (ASME SFA-5.20: E71T-5/E71T-5M) e "metal cored" (ASME SFA-5.18: E70C-3M) com 1,2 mm, destinados à soldagem de aços estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem com o eletrodo na polaridade negativa (CC-), na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12 mm) de aço carbono comum de baixo carbono utilizando-se uma fonte operando no modo "tensão constante" e com monitoração dos sinais de corrente e tensão do arco e velocidade de alimentação (fusão) do arame. Variaram-se, na soldagem com cada tipo de arame tubular, a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9 m/min). Os demais parâmetros foram mantidos fixos, incluindo-se, além da polaridade negativa do eletrodo, os comprimentos energizado do eletrodo (16 mm) e do arco (3,5 mm). Para os diferentes arames tubulares, avaliaram-se comparativamente as principais características do cordão, incluindo a sua geometria (penetração, reforço, largura, área fundida, área depositada e diluição), presença de descontinuidades, microestrutura e dureza. Levantaram-se as condições operacionais associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais com a polaridade do eletrodo negativa.

This paper compares the bead characteristics of welds deposited of carbon steel tubular wires. Three tubular wires of 1.2mm produced in Brazil were used: rutilic (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M), basic (ASME SFA-5.20: E71T-5/E71T-5M) and metal cored (ASME SFA-5.18: E70C-3M). Welding trials were performed in downhand position on thick (12 mm) low-carbon steel plates using a constant voltage power supply in negative wire polarity (CC-). Welding current and voltage, and wire feed rate were monitored in all trials. For each tubular wire type, the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2) and wire feed rate (7 and 9 m/min) were changed, and other process variables, including electrode and arc lengths (16 mm and 3.5 mm, respectively) were kept constant throughout the experimental program. Weld bead geometry parameters (penetration depth, reinforcement, width, fused and deposited areas, and weld dilution), presence of weld discontinuities, fusion zone microstructure and hardness were measured and compared for the different tubular wires. Operational conditions that yielded weld bead characteristics favored for the welding of thick plates of structural steels on negative wire polarity were determined.

Este trabalho objetivou o estudo do efeito de algumas condições operacionais nas características do cordão produzido por um arame tubular "metal cored" (ASME SFA-5.18: E70C-3M) de fabricação nacional com 1,2 mm de diâmetro, destinado à soldagem de aços carbono comuns estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem, na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12 mm) de aço de baixo carbono utilizando-se uma fonte operando no modo "tensão constante" e com monitoração dos sinais de corrente e tensão do arco e velocidade de alimentação (fusão) do arame. Variaram-se a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2), a polaridade do eletrodo (positiva e negativa) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9 m/min). Os demais parâmetros de soldagem foram mantidos fixos, incluindo-se os comprimentos energizado do eletrodo (16 mm) e do arco (3,5 mm). Avaliaram-se os efeitos das condições operacionais nas principais características do cordão incluindo a sua geometria (penetração, reforço, largura, área fundida, área depositada e diluição), presença de descontinuidades, microestrutura e dureza. Levantaram-se, para o arame "metal cored", as condições operacionais de maior produtividade (maior taxa de deposição) associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais.

This work evaluates the relationship between operational conditions and the characteristics of weld beads deposited with a 1.2 mm produced in Brazil metal cored tubular wire (ASME SFA-5.18: E70C-3M). Welding trials were performed in downhand position on 12mm thick low-carbon steel plates using a constant voltage power supply. Welding current and voltage, and wire feed rate were monitored in all trials. While the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2), wire polarity, and wire feed rate (7 and 9 m/min) were changed, other process variables, including electrode and arc lengths (16 mm and 3.5 mm, respectively) were kept constant throughout the experimental program. Weld bead geometry parameters (penetration depth, reinforcement, width, fused and deposited areas, and weld dilution), presence of weld discontinuities, microstructure, and fusion zone hardness were measured and correlated to the operational conditions. Operational conditions that yielded both high productivity levels (high deposition rates) and weld bead characteristics favored for the welding of thick plates of structural steels were determined.

Este trabalho objetivou o estudo do efeito de algumas condições operacionais nas características do cordão produzido por um arame tubular rutílico (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M) de fabricação nacional com 1,2mm de diâmetro, destinado à soldagem de aços carbono comuns estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem, na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12mm) de aço carbono comum de baixo carbono utilizando-se uma fonte operando no modo "tensão constante" e com monitoração dos sinais de corrente e tensão do arco e velocidade de alimentação (fusão) do arame. Variaram-se a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2), a polaridade do eletrodo (positiva e negativa) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9m/min). Os demais parâmetros de soldagem foram mantidos fixos, incluindo-se os comprimentos energizado do eletrodo (16mm) e do arco (3,5mm). Avaliaram-se os efeitos das condições operacionais nas principais características do cordão incluindo a sua geometria (penetração, reforço, largura, área fundida, área depositada e diluição), presença de descontinuidades, microestrutura e dureza. Levantaram-se, para o arame rutílico, as condições operacionais de maior produtividade (maior taxa de deposição) associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais.

This paper studies the effect of operational conditions on bead shape characteristics in FCA welding with a Brazilian made wire with rutilic flux (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M) of 1.2mm diameter. Bead-on-plate downhand welding trials were performed on 12mm thick low carbon steel plates with a constant voltage power supply. A digital data logging system was used to measure the welding current and voltage, and wire feed rate. While the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2), wire polarity and feed rate (7 and 9m/min) were varied during the trials, the electrode extension (16mm) and arc length (3.5mm) were not changed. Weld bead characteristics (penetration depth, width, and fused and deposited areas), the presence of discontinuities, bead microstructure and hardness were evaluated. Welding conditions of high productivity (high deposition rate) associated to adequate bead characteristics were determined for the wire.

Este trabalho objetivou o estudo comparativo das características do cordão produzido por arames tubulares nacionais dos tipos rutílico (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M), básico (ASME SFA-5.20: E71T-5/E71T-5M) e "metal cored" (ASME SFA-5.18: E70C3M) com 1,2 mm, destinados à soldagem de aços estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem, na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12 mm) de aço carbono comum de baixo carbono utilizando-se uma fonte operando no modo "tensão constante" e com monitoração dos sinais de corrente e tensão do arco e velocidade de alimentação (fusão) do arame. Variaram-se, na soldagem com cada tipo de arame tubular, a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9 m/min). Os demais parâmetros foram mantidos fixos, incluindo-se a polaridade do eletrodo (CC+) e os comprimentos energizado do eletrodo (16 mm) e do arco (3,5 mm). Para os diferentes arames tubulares, avaliaram-se comparativamente as principais características do cordão, incluindo a sua geometria (penetração, reforço, largura, área fundida, área depositada e diluição), presença de descontinuidades, microestrutura e dureza. Levantaram-se as condições operacionais associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais.

This paper compares the bead characteristics of welds deposited of carbon steel tubular wires. Three tubular wires of 1.2 mm produced in Brazil were used: rutilic (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M), basic (ASME SFA-5.20: E71T-5/E71T-5M) and metal cored (ASME SFA-5.18: E70C-3M). Welding trials were performed in downhand position on thick (12 mm) low-carbon steel plates using a constant voltage power supply. Welding current and voltage, and wire feed rate were monitored in all trials. For each tubular wire type, the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2) and wire feed rate (7 and 9 m/min) were changed, and other process variables, including electrode polarity (CC+), electrode and arc lengths (16 mm and 3.5 mm, respectively) were kept constant throughout the experimental program. Weld bead geometry parameters (penetration depth, reinforcement, width, fused and deposited areas, and weld dilution), presence of weld discontinuities, fusion zone microstructure and hardness were measured and compared for the different tubular wires. Operational conditions that yielded weld bead characteristics favored for the welding of thick plates of structural steels were determined.