Efeitos do impacto estrutural sobre conjuntos em aço de alta resistência e baixa liga soldados por MIG/MAG com eletrodos de diferença significativa em ductilidade - Machado, Thiago da Silva (2025)
O comportamento das juntas soldadas sob condições extremas de carregamento, como impacto estrutural, tem despertado crescente interesse, uma vez que os Códigos e normas geralmente se baseiam apenas em resultados de testes quase estáticos. Este estudo investigou os efeitos do impacto estrutural sobre conjuntos de aços Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL) ASTM A572 Gr50, soldados por MIG/MAG (ou GMAW) com eletrodos de significativa diferença em ductilidade, i. e., AWS ERNi-1 (alta ductilidade) e AWS ER70S-6 (propriedades mecânicas similares às dos metais base). Inicialmente, foram propostos dois modelos de conjuntos soldados: um projetado com um considerável braço de alavanca para suportar carregamentos com alto momento fletor e outro projetado para resistir a cargas predominantemente de cisalhamento, com momento praticamente desprezível. No primeiro modelo, os conjuntos foram submetidos a cargas de impacto estrutural “fora do plano”, aplicadas transversalmente aos cordões de solda. Os resultados mostraram que as juntas soldadas com AWS ERNi-1 exigiram aproximadamente 213% mais energia de impacto para atingir o limiar de fratura em comparação com as juntas soldadas com AWS ER70S-6 (CS-A). Testes de microdureza Vickers indicaram um aumento de dureza de 93% no metal de solda e de 42% na região de crescimento de grãos da zona afetada pelo calor (RCHZAC) após o impacto. No segundo modelo de conjunto, submetido a carregamento de impacto estrutural e quase estático, “fora do plano” e em cisalhamento, quando comparados os dois tipos de eletrodo (níquel e aço), os conjuntos soldados com AWS ERNi-1 (CS-Ni) suportaram 22,7% a mais de energia no carregamento longitudinal e 46,8% a mais no transversal, além de exigirem 23,1% a mais de energia para fratura completa sob cisalhamento longitudinal e 38,5% a mais sob carregamento transversal. Quando comparados os valores de resistência obtidos nos ensaios quase estáticos com os cálculos analíticos de impacto estrutural, nos CS-Ni, a força quase estática foi aproximadamente 6,7 vezes maior sob carregamento longitudinal e 5,8 vezes maior sob carregamento transversal em comparação com a força teórica de impacto estrutural. Para o CS-A, a força quase estática foi 10,2 vezes maior sob carregamento longitudinal e 9,9 vezes maior sob carregamento transversal. Por fim, em um terceiro modelo de conjunto soldado, buscou-se determinar a temperatura de transição dúctil-frágil em ensaios de impacto estrutural em diferentes temperaturas. Após os impactos, as microestruturas apresentaram padrões semelhantes em todas as condições, com ferrita e ferrita com MAC (martensita-austenita-carbetos) no metal de solda, e martensita com bainita na RCHZAC Nos testes quase estáticos, em contrapartida, as juntas soldadas com AWS ERNi-1 apresentaram cargas máximas inferiores às das soldadas com AWS ER70S-6. Além disso, observou-se um aumento na microdureza com a redução da temperatura nessas regiões, indicando um possível enrijecimento devido à formação de fases mais duras ou precipitação de carbonetos. A análise por MEV revelou características típicas de fratura dúctil a -30 ºC, com cavidades equiaxiais e fratura por sobrecarga decorrente de cisalhamento e tração. Já a -50 ºC, foram observados lábios de cisalhamento (“shear lips“) e a coalescência de microvazios (“microvoid coalescence”), indicando a ocorrência de deformação plástica antes da fratura. Não foi possível determinar a temperatura de transição dúctil-frágil, possivelmente devido às condições do ensaio ou a fatores como a taxa de deformação e a presença de inclusões. Os resultados do estudo apontam que, apesar do custo mais elevado do consumível, o eletrodo de níquel AWS ERNi-1 se mostra uma opção válida para a soldagem dos aços ARBL ASTM A572 Gr50 em condições que exijam alta resistência ao impacto