More complex and bigger structures have increased the applicability of low alloy high
strength steels due to weight and cost reductions in these projects. One of the requirements
for the use of these materials is the preservation of performance after welding. Meanwhile, the
norms on which the Welding Procedures Specifications (WPS) are based have not yet
considered the development of modern steel and its new production process, resulting in
unnecessary welding costs that diminish the profits of the application of this type of steel. This
thesis aimed to develop and evaluate an experimental methodology to guide the creation and
control of welding procedures for structural steel through a microstructural atlas of the heat
affected zone (HAZ) in a thermomechanical control process (TMCP), 65 ksi steel (ASTM A572
Grade 65). This steel was used in the project of an industrial building for CBMM in Araxá,
Minas Gerais, Brazil.
It is proposed that through a microstructural atlas of a given steel, it is possible to
determine the range of cooling rates that the steel may suffer during welding without affecting
mechanical properties and without risking cold cracks. When comparing the microstructure of
steel welds performed in field conditions, it is possible to determine the heat input range for a
given process in the preparation of a WPS.
The selected case study is from a high strength low alloy class 65 ksi steel (ASTM A572
Grade 65) that was used in the structure of an industrial building. The steel was produced
using TMCP. The atlas was created via the construction of a continuous cooling transformation
diagram using physical simulation (dilatometer and Gleeble) of the coarse grain HAZ
(GCHAZ). The characterization of the simulated region was performed by metallography and
mechanical tests. The microstructure of real welds made by a qualified WPS were compared
to the atlas in order to certify the correct use of parameters and to validate the method. The
methodology was also qualified and the potential economic benefits were quantified (based
only on the reduction of consumables used and the increased availability of the welding
process machine) for the selected industrial project.
The mapped microstructures varied from martensite (at high cooling rates) to
pearlite/ferrite with large grain size (at low cooling rates). There was remarkable prevalence of
bainitic microstructure in a wide range of cooling rates, consistent with the chemical
composition of the steel studied. Comparisons with real weld microstructures showed the atlas
is compatible with them, and that it can more accurately describe the effective thermal cycle
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that occurs in the coarse grain region of the HAZ (other regions were not included). The
application of this methodology in the development of new WPS would allow greater flexibility
in the welding procedures, including welding without preheating. In this respect alone, it was
possible to forecast savings of approximately R$200,000.00, 1,000 hours of processing and
172 tonnes of carbon equivalent emissions. / Estruturas cada vez mais complexas e de maiores dimensões vêm aumentando a
aplicabilidade de aços de baixa liga e alta resistência, devido à redução de peso e custo
dessas estruturas. Um dos requisitos para o uso desses materiais é a manutenção do
desempenho após soldagem. Entretanto, as normas em que se baseiam as Especificações
de Procedimentos de Soldagem (EPS) ainda não consideram aços mais modernos em termos
de rota de fabricação, o que pode fazer com que custos desnecessários de soldagem
minimizem os ganhos da aplicação desses aços.
Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e avaliação de uma metodologia
para, experimentalmente, orientar a elaboração e o controle da aplicação de procedimentos
de soldagem para aços estruturais, através de atlas microestrutural de regiões da zona
afetada pelo calor (ZAC). Propõe-se que, através de um atlas microestrutural de um dado aço,
seja possível determinar a faixa otimizada de energia de soldagem para um dado processo
na elaboração e aplicação da EPS e, consequentemente, as velocidades de resfriamento que
o aço possa sofrer durante a soldagem, sem perder as propriedades mecânicas e sem colocálo
em risco quanto a trincas a frio.
Tomou-se como estudo de caso o aço produzido por laminação controlada de classe
de resistência de 65 ksi (ASTM A572 Grau 65), utilizado em um projeto de um prédio industrial
na empresa CBMM. Trata-se de um aço fabricado pelo processo TMCP com resfriamento
acelerado. A elaboração do Atlas se deu através da construção de um diagrama CCT, por
simulação física (dilatômetro e Gleeble), da região de grãos grosseiros da zona afetada pelo
calor (ZAC GG). Foram feitas caracterizações metalográficas e mecânicas das regiões
simuladas. Microestruturas de soldas realizadas com EPS qualificadas foram comparadas
com as do Atlas para se certificar da adequabilidade dos parâmetros utilizados e validação da
abordagem. Foram realizadas ainda a qualificação e quantificação de potenciais benefícios
econômicos no citado projeto industrial, obtidos pelo uso desta metodologia.
As microestruturas apresentadas no mapa variavam de martensíta, para altas taxas
de resfriamento, até perlita/ferrita de tamanho de grão elevado, para baixas taxas de
resfriamento. Observou-se notável predominância da microestrutura bainítica em uma larga
faixa de taxas de resfriamento, compatível com as propriedades e composição do aço
estudado (alta soldabilidade). As comparações com as microestruturas de soldas reais
mostraram que o Atlas pode descrever de forma precisa o ciclo térmico efetivamente imposto
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na ZAC GG. Concluiu-se que a aplicação desta metodologia na elaboração de novas EPS
permitiria uma maior flexibilidade nos procedimentos de soldagem, admitindo inclusive
soldagem sem pré-aquecimento. Em relação a não necessidade de pré-aquecimento, podese
prever uma economia significante de custos e redução de emissão de gases que provocam
efeito estufa. / Mestre em Engenharia Mecânica
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/15004 |
| Date | 08 January 2016 |
| Creators | Amaral, Thiago de Souza |
| Contributors | Scotti, Américo, Silva Junior, Washington Martins da, Santos, Antônio Adel dos |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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