BR112013025900B1

BR112013025900B1 - arame fluxado para soldadura de aço contendo elevado conteúdo de níquel e referido processo de soldadura

Info

Publication number: BR112013025900B1
Application number: BR112013025900-0A
Authority: BR
Inventors: Corinne CHOVET; Olivier Dubet; Elodie Moine Galand
Original assignee: Air Liquide Welding France
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2018-11-27
Also published as: CN103476538A; KR20140010107A; WO2012136900A1; CN103476538B; FR2973727A1; EP2694243A1; BR112013025900A2; EP2694243B1; KR101910216B1

Abstract

arame fluxado para soldadura de aço contendo elevado conteúdo de níquel a invenção relaciona-se com um arame fluxado incluindo um fabricado de aço à base de c-mn e um fluxo de preenchimento contendo pelo menos 95% em peso de pós e/ou agregados metálicos, o referido fluxo sendo 8 a 25% em peso do arame. o arame fluxado inclui, em relação ao peso total do arame, 8 a 17% em peso de ni, 0,05% em peso a 0,35% em peso de si, 0,3 a 0,85% em peso de mn, 0,001% em peso de c, menos de 450 ppm de oxigênio e menos de 0,5% em peso de flúor e ferro, e o referido arame é totalmente isento de caf~ 2~. a invenção também se relaciona com um método de soldadura, selecionado de métodos de soldadura do tipo em arco tig, em arco fcaw, de plasma ou com laser híbrido/fcaw, em que a fundição de um arame fluxado de acordo com a invenção é realizada.

Description

(54) Título: ARAME FLUXADO PARA SOLDADURA DE AÇO CONTENDO ELEVADO CONTEÚDO DE NÍQUEL E REFERIDO PROCESSO DE SOLDADURA (73) Titular: AIR LIQUIDE WELDING FRANCE, Sociedade Francesa. Endereço: 75 QUAI DORSAY PARIS 75007, FRANÇA(FR) (72) Inventor: CORINNE CHOVET; OLIVIER DUBET; ELODIE MOINE GALAND.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 20/10/2011, observadas as condições legais

Expedida em: 27/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

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ARAME FLUXADO PARA SOLDADURA DE AÇO CONTENDO ELEVADO CONTEÚDO DE NÍQUEL E REFERIDO PROCESSO DE SOLDADURA

A invenção relaciona-se com arame fluxado para soldadura de aços que contêm níquel, particularmente aços com 9% de níquel (% em peso) e também com um processo de soldadura em arco usando-se o referido arame fluxado e com uma junta de soldadura obtida por fusão do referido arame fluxado.

Aços contendo 9% de níquel, comumente referidos como aços com 9% de Ni, são materiais dotados de boas características de resistência em baixa temperatura. De fato, esse tipo de aço não possui uma transição de flexibilidade/instabilidade, possibilitando que seja usado na temperatura do nitrogênio líquido, isto é, -196°C.

Seu campo de uso é, portanto, o armazenamento de gás natural liquefeito (-163°C) e seu transporte por tubulação.

Mais especificamente, as possíveis aplicações desses tubos com 9% de Ni são:

- linhas de carga e descarga em terra de LNG, ou terminais de gás natural liquefeito,

- tubos internos de linhas do tipo tubo-em-tubo em terra e no mar, para carga ou descarga de terminais de LNG,

- os tubos externos de linhas do tipo tubo-em-tubo e

- os tubos estruturais para reservatórios de LNG em terra.

Em face da demanda mundial cada vez maior de energia, o uso de gás natural liquefeito está aumentando, portanto gerando exigências significativas em termos de construção de tubos reservatórios e de transporte feitos de aços com 9% de Ni e também a necessidade para a soldadura associada.

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Aços com 9% de Ni são atualmente soldados com itens de consumo heterogêneos do tipo baseado em níquel, tais como as ligas 625 ou C27 6, por exemplo.

Todavia, essa solução é dispendiosa em razão do elevado conteúdo de niquel do item de consumo, e o custo pode comprovadamente ser muito volátil em virtude de flutuações no preço do niquel.

Além disso, do ponto de vista técnico, a elevada sensibilidade a ruptura por calor desse tipo de liga torna seu uso muito complicado.

Finalmente, a resistência a ruptura dessas ligas não necessariamente excede a do metal básico. Portanto, o modelo dos reservatórios assim fabricados baseia-se então na soldadura uma vez que é a área mais frágil da montagem, e não o metal básico. Isto gera sobreposição excessiva e, por conseguinte, custos adicionais. Similarmente, quanto aos tubos, a etapa de expansão que permite que sejam feitos de forma cilíndrica torna-se impossível, uma vez que isto resultaria em rompimento da solda.

Foram realizadas muitas pesquisas com o objetivo de produzir soldaduras com um metal de preenchimento homogêneo, sendo a principal dificuldade a obtenção de bons valores de resistência para o metal de soldadura, isto é, para a junta de soldadura assim obtida.

Desse modo, para se obter bons valores de resistência para o metal de soldadura homogêneo, sem tratamento 4,336,441 combina um arame baixo conteúdo de oxigênio processo TIG com passagem com um metal de preenchimento térmico, o documento US-Asólido que permite obter-se do metal de soldadura e um de uma corrente alternada no

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3/24 arame quente. Para melhorar ainda mais os valores de rigidez, um tratamento de refundição, por meio de um arco

TIG, pode ser realizado.

Além disso, um arame sólido para soldadura a gás foi também proposto pelos documentos US-A-3,902,039 e US-A4,336,441.

Entretanto, esses arames sólidos acarretam problemas de estabilidade e flexibilidade de uso do arco durante soldadura GMAW (Gas Metal Arc Welding para soldadura do arco com um arame sólido e gás de proteção).

De fato, a impossibilidade de adição de elementos ionizantes aos arames sólidos, em comparação com aqueles adicionados para o preenchimento dos arames fluxados, resulta em variações de parâmetros aceitáveis que são menos amplas e operações de fusão que são menos suaves do que com os arames fluxados.

Além disso, o baixo conteúdo de silicone dos arames sólidos, isto é, limitado neste documento a 0,15% em peso, resulta em problemas de umidificação bolhosa que podem gerar defeitos de compactação.

Finalmente, a pequena quantidade de agentes desoxidantes fornecida pelos arames sólidos, particularmente em consequência desse conteúdo de silicone limitado a 0,15%, não permite desoxidação suficiente do aglomerado de solda, gerando conteúdos elevados de oxigênio no metal da soldadura que não são benéficos para os valores de rigidez.

Além disso, o documento EP-A-1900472 mostrou, de sua parte, que os valores de resistência poderiam ser melhorados em função de um arame fluxado básico com 9% de

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Ni e de uma distribuição criteriosa de passes, em outras palavras por obtenção de uma alta proporção de zona temperada. Entretanto, os valores de resistência obtidos sem um tratamento térmico após soldadura do arco submerso, embora suficiente, permanecem relativamente baixos, ou seja, da ordem de 4 0 J versus 34 J exigidos em pedidos atuais para soldadura de Ni a 9% com metais de preenchimento heterogêneos, deixando pouca margem para o usuário. De fato, os conteúdos de oxigênio no metal depositado, em outras palavras a junta, são relativamente altos, em geral da ordem de 250 ppm em peso, o que requer distribuição precisa de passes de modo que maximize a proporção da zona temperada.

Isto resulta em uma dificuldade durante o passe de soldadura, isto é, uma distribuição muito rigorosa de passes que requer muitos alinhamentos rigorosos, monitoração da junta e controle dos parâmetros, tornando o processo relativamente intolerante.

Um tratamento térmico pós-soldadura é então uma alternativa possível, porém onerosa, para melhorar significativamente os valores de resistência.

Ademais, o arame usado no documento EP-A-1900472 é um arame fluxado básico, isto é, que contém espatoflúor, isto é, CaF2. Esse arame é bem apropriado para soldadura em arco submerso (SA) conforme explicado na patente. A presença de CaF2 no arame gera uma escória, em outras palavras uma camada de óxido sobre o cordão de solda, em consequência da oxidação do Ca contido no CaF2.

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Essa escória é problemática na soldadura TIG, na soldadura FCAW (solda em arco fluxado), na soldadura com laser híbrido/FCAW e na soldadura de plasma.

De fato, uma das principais vantagens do processo TIG é que os produtos de preenchimento do TIG corretamente não geram escória. A ausência de escória evita remoção da escória entre cada passe que seria prejudicial à produtividade e não seria aceita pelos usuários uma vez que anula uma das principais vantagens do TIG.

Com relação ao processo FCAW, a adição de CaF₂ ao preenchimento resulta em um arame fluxado básico. Esse

arame	tem	a característica de gerar uma	escória sobre o
cordão	de	solda,	que	em geral é difícil de	remover uma vez
que é	delgada e	se	fragmenta em porções	pequenas. Além
disso,	a	adição	de	CaF₂ também gera um	modificação na

transferência globular, isto é, a quantidade de respingos é aumentada e a amplitude de aplicação é reduzida em comparação com o arame fluxado sem CaF₂.

Além disso, uma principal dificuldade no caso de um arame fluxado é garantir que o nível de oxigênio seja baixo o suficiente no metal de solda, isto é, de modo que não crie fragilidade ou o equivalente da junta de soldadura obtida por derretimento do referido arame fluxado.

O problema a ser resolvido é, portanto, fornecer um arame de soldadura melhorado que não exiba as desvantagens acima mencionadas e torne possível efetivamente soldar aços contendo níquel, em particular aços com 9% de Ni, ao mesmo tempo proporcionando boas características de resistência na região metálica da solda e que não apenas seja usado em um processo de soldadura SA mas, acima de tudo, em um processo

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6/24 de soldadura TIG, fluxado (FCAW) e mesmo num processo em arco fluxado híbrido/laser ou de plasma, isto é, um arame que não gere uma escória que tem de ser removida entre as várias operações.

A solução da invenção relaciona-se com um arame fluxado que compreende uma bainha feita de aço contendo CMn e um fluxo de preenchimento contendo pelo menos 95% em peso de pós e/ou aglomerados metálicos, o referido fluxo representando 8% a 25% em peso total do arame, o arame fluxado compreendendo, em relação ao peso total do arame, 8% a 17% de Ni, 0,05% a 0,35% de Si, 0,3% a 0,85% de Mn, 0,001% a 0,055% de C, menos de 450 ppm de oxigênio, menos de 0,5% de flúor, e ferro, e estando completamente isento de CaF₂.

O uso de um arame fluxado que contém pó metálico e não contém CaF₂ exibe vantagens incontestáveis para uso em soldadura TIG, FCAW, em arco com laser hibrido/FCAW ou de plasma.

O possível ajuste em decorrência do preenchimento do arame fluxado torna praticável otimizar de forma excelente o conteúdo de silicone e o conteúdo dos outros elementos desoxidantes, tais como C e Mn, de modo que se obtenha uma desoxidação eficaz e, portanto, baixo conteúdo de oxigênio do metal de solda, isto é, na junta.

Ademais, é imperativo garantir que o arame contenha um conteúdo de flúor inferior a 0,5%, preferivelmente inferior a 0,1%, em peso relativamente ao peso total do arame, visto que o flúor nesse caso não é usado para a formação de uma escória, mas simplesmente como um transportador que fornece elementos ionizantes, na forma de LiF ou NaF, por exemplo.

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Por outro lado, como já mencionado, é essencial que o arame seja isento de CaF2 para impedir a formação de uma escória, que é, em outras palavras, uma camada de oxido sobre o cordão de solda.

Por conseguinte, decorre daí que o arame fluxado de acordo com a presente invenção é, portanto, um arame fluxado contendo pós metálicos, também referido como arame de metal fundente, em outras palavra um arame contendo um preenchimento que é essencialmente formado de elementos 10 metálicos na forma de pós ou granulados ou aglomerados, ou seja, contendo pelo menos 95% em peso de fluxo.

Dependendo do caso, um arame fluxado da invenção pode compreender uma ou mais das seguintes características:

- o fluxo de preenchimento representa entre 10% e 18% 15 em peso em relação ao peso total do arame;

compreende pelo menos um elemento ionizante escolhido de metais alcalinos;

- também compreende pelo menos um elemento ionizante escolhido de Li, Na, K e Cs, preferivelmente na forma de um ou mais fluoretos ou carbonatos;

contém, fornecido pela bainha (lâmina) e/ou pelo fluxo, em peso em relação ao peso total do arame, 9% a 16% de Ni, 0,1% a 0,25% de Si, 0,4% a 0,65% de Mn, 0,005% a 0,035% de C e/ou menos de 400 ppm de oxigênio;

- contém, fornecido pela bainha e/ou pelo fluxo, em peso em relação ao peso total do arame, menos de 0,1% em peso dos elementos P, S, Ti, Al, Nb, V, B, W, Co, Cr, Zr, Ba;

- também compreende pelo menos um elemento de liga 30 fornecido no pó metálico ou na forma de ferroliga;

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8/24 também contém ferro para o restante, em outras palavras tipicamente ao redor de 83% a 90% em peso de ferro;

- o elemento Ni está contido no fluxo;

- o elemento Si está contido no fluxo e/ou na bainha ou lâmina;

- a bainha contém 0,001% a 0,070% de C e/ou 0,015 a 0,8% de Mn;

- a bainha e/ou o fluxo contém Mn, preferivelmente a bainha contém até 0,25% de Mn;

- contém menos de 80 ppm de nitrogênio;

- tipicamente contém entre 100 e 390 ppm de oxigênio;

- contém menos de 380 ppm de oxigênio;

contém	menos	de	0,4% em	peso	de flúor,
preferivelmente	menos de	0,3%	em peso de	flúor	f
contém	menos	de	0,2% em	peso	de flúor,
preferivelmente	menos de	0,1%	em peso de	flúor	f
- contém um ou mais	fluoretos de sódio ou	litio;
- é isento	de flúor	na forma de CaF2	f
o fluxo	contém	pelo	menos 98%	em	peso de pós

metálicos, preferivelmente pelo menos 99% em peso;

- o arame fluxado é do tipo lâmina ou tubular;

o arame fluxado é do tipo lâmina contendo pós metálicos e é formado por uma lâmina preenchida com um fluxo seco composto de pós metálicos de pelo menos 99% em peso, a referida lâmina preenchida com pó, então soldada em todo o seu comprimento e em seguida submetida a operações de delineação e/ou rolamento para reduzir seu diâmetro;

o arame fluxado é do tipo tubular contendo pós metálicos e é formado por um tubo preenchido com um fluxo

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9/24 aglomerado composto de pós metálicos em pelo menos 95%. 0 tubo é soldado em todo o seu comprimento antes do preenchimento, e somente então preenchido;

- o fluxo contém, em peso em relação ao peso total do fluxo, entre 40% e 100% de Ni, preferivelmente 45% a 90% de Ni, de 0 a 4,5% de Si, preferivelmente 0 a 3% de Si, de 0 a 10% de Mn, preferivelmente 0 a 8% de Mn, de 0 a 0,7% de C, preferivelmente 0 a 0,4% de C, menos de 0,2% de oxigênio, preferivelmente menos de 0,12% de oxigênio, menos de 0,07% 10 de nitrogênio, opcionalmente ferro, ausência ou ausência virtual de flúor, ausência de CaF₂ e também opcionalmente elementos que facilitam a ionização tais como metais alcalinos, por exemplo sódio, litio ou potássio.

A invenção também se relaciona com um processo de soldadura escolhido de processos de soldadura TIG, FCAW, de plasma ou em arco com laser híbrido/FCAW, caracterizado pelo fato de que um arame fluxado de acordo com a invenção é fundido para produzir uma junta de soldadura em uma ou mais partes de aço contendo níquel em uma proporção entre 20 5% e 20% em peso.

Dependendo do caso, o processo de soldadura da invenção pode compreender uma ou mais das seguintes características:

- o uso consiste em uma proteção gasosa formada por um gás oxidante escolhido de oxigênio, CO₂ e misturas deles,

- o uso consiste em uma proteção gasosa formada por um gás oxidante contendo um pó oxidante igual, na maioria das vezes, a 3% de CO2, preferivelmente menos de 2% de CO2,

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10/24 a soldadura é realizada em diversas operações sucessivas, isto é, soldadura de múltiplas operações, preferivelmente entre 3 e 200 operações sucessivas,

- uma junta de soldadura é produzida em pelo menos parte do aço por fundição do arame fluxado, a referida junta contendo ferro, 8% a 17% de Ni, 0,05% a 0,3% de Si, 0,3% a 0,8% de Mn, 0,001% a 0,05% de C e menos de 150 ppm de oxigênio, menos de 80 ppm de nitrogênio, 0,002% a 0,010% de P, 0,002% a 0,010% de S, 0,002% a 0,012% de Ti e 0,005% a 0,018% de Al em relação ao peso da junta. Preferivelmente, é produzida uma junta de soldadura que contém, além disso, 9% a 16% de Ni, 0,1% a 0,2% de Si, 0,4% a 0,7% de Mn, 0,01% a 0,03% de C e menos de 100 ppm de oxigênio e predominantemente ferro em relação ao peso da junta. A junta soldada pode também conter bário, zircônio, cromo e/ou lítio ou outro metal alcalino, nióbio, vanádio, boro, tungstênio ou cobalto, em uma proporção inferior a 0,1% em peso, sendo possível que esses elementos estejam na forma metálica, na forma de óxidos e/ou na forma de um composto que compreende um ou mais elementos deles,

- uma junta de soldadura é produzida para montar duas partes de aço, por exemplo lâminas ou tubos, contendo níquel em uma proporção entre 5% e 20% em peso, tipicamente da ordem de 9% de níquel.

Em outras palavras, a invenção relaciona-se com um arame fluxado em que, em particular, a proporção de oxigênio e de determinados outros compostos, como Ni, Fe CaF2, é controlada de modo que se obtenham boas características de resistência na zona metálica da solda e

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11/24 com o uso desse arame fluxado em soldadura de aços contendo níquel, em geral contendo 9% em peso de níquel.

arame fluxado pode ser usado em um processo de soldadura em arco que gera uma atmosfera não muito oxidante, preferivelmente soldadura em arco TIG, de plasma ou MAG ou um processo de soldadura com laser híbrido/FCAW, com um gás ligeiramente oxidante que, em outras palavras, contém até 3% em volume, preferivelmente menos de 2% em volume, de um gás do tipo CO2 ou O2, tipicamente até 1,5% 10 em volume de O2, ou uma mistura de O2/CO2, cujo conteúdo de

O2 e CO2 é controlado de modo que a capacidade de oxidação da mistura de O2/CO2 não exceda aquela de 3% de CO2, sendo o restante do gás de proteção composto de um gás inerte, como argônio ou hélio, opcionalmente com o uso de um passe 15 pulsado para estabilizar o arco.

Além disso, uma distribuição criteriosa dos passes de solda torna possível otimizar os valores de resistência. Mais especificamente, a maximização da zona temperada (zona de um passe reaquecida pelo próximo passe) é desejada, uma 20 vez que a microestrutura então obtida é mais favorável aos valores de resistência.

Geralmente, o uso de um arame fluxado de acordo com a invenção em um processo de solda em arco proporciona maior flexibilidade, por exemplo um grande campo de uso, em razão 25 da adição de elementos ionizantes que facilitam a fundição, a existência de menos respingos e uma taxa de deposição aumentada.

Exemplo 1

O exemplo 1 mostra os resultados obtidos no metal de solda, sem diluição, com um arame fluxado do tipo metal

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12/24 fundente convencional, um arame fluxado básico conforme descrito no documento EP-A-1900472 e, como comparação, com o arame fluxado 1 de acordo com a invenção; os arames testados têm o mesmo diâmetro, ou seja, 1,2 mm, e uma 5 proporção de preenchimento ao redor de 17%.

As composições químicas dos arames usados nos exemplos a 3 são fornecidas na Tabela 1.

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Tabela 1

Elementos	Arame f luxado convencional (*)	Arame fluxado de acordo com EP1900472 (*)	Arame fluxado 1 de acordo com a invenção (*)	Arame fluxado 2 de acordo com a invenção (*)
C	0,012	0,003	0,038	0,006
Si	0,29	0,02	0,27	0,1
Mn	0,26	0,18	0,73	0,54
P	0,008	0,008	0,007	0,008
S	0,01	0,008	0,009	0,009
Ni	10,5	10,9	12,8	11,6
O (ppm)	730	Avaliado em torno de 300	360	350
N (ppm)	10	Avaliado em 40	23	30
Flúor	traços	2% a 15%	traços	traços
CaF₂	0	6% a 47%	0	0
Ferro	Equilíbrio (bainha e fluxo)	Equilíbrio (bainha apenas)	Equilíbrio (bainha e fluxo )	Equilíbrio (bainha e fluxo)

(*): % em peso do arame.

Essas composições são calculadas com base na análise do pó, realizada mediante espectrometria por 5 combustão ICP:plasma e LECO para os elementos C e S, e da lâmina, realizada mediante espectrometria por centelha e

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LECO para os elementos C e S, à exceção de oxigênio e nitrogênio que são eles próprios mensurados no arame.

Mais especificamente, espectrometria por centelha é descrita no artigo W. Grimm, Spectrochemica Acta 23B, p. 443 (1968).

Além disso, a análise natural de oxigênio e nitrogênio é realizada por análise de CO e CO2 após fundição da amostra, conforme descrito em ASTM E1019-08 padrão: Standard Test Methods for Determination of Carbon, Sulfur, Nitrogen, and Oxygen in Steel, Iron, Nickel, and Cobalt Alloys by Various Combustion and Fusion Technigues. ASTM E1019-08 também descreve um método para análise de C e S.

Finalmente, a análise por ICP é descrita em R.H. Wendt e V.A.

Fassel,

Induction coupled plasma source spectrometric excitation, Anal.

Chem.

(USA) 37,

P·

920 (1965).

A deposição do metal de solda é realizada sem diluição, em um metal básico do tipo

9% de Ni, cuj a composição é fornecida na Tabela 2.

Foi determinada mediante espectrometria por centelha para todos os elementos à exceção dos elementos O e N, cujas proporções foram mensuradas pelo método descrito acima.

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Tabela 2

Elementos	Metal básico (% em peso)
C	0, 033
Si	0,23
Mn	0,58
P	0,002
S	0,004
Ni	9,5
0 (ppm)	5
N (ppm)	33
ferro	restante

Para o arame fluxado convencional e o arame fluxado 1 de acordo com a invenção, a soldadura é realizada da maneira a seguir. A junta soldada foi produzida em 60 passes de soldadura a fim ser sem diluição, em um sulco em forma de V, com um ângulo total de 60° aproximadamente, uma fenda de 4 mm e uma espessura de 12,7 mm. A soldadura é realizada mediante um processo de soldadura em arco de 10 plasma com uma energia de soldadura de 12 kJ/cm. Os gases de soldadura usados são argônio a uma taxa de fluxo de 1 1/min. (gás do plasma) e uma mistura de argônio e de 70% em volume de hélio a uma taxa de fluxo de 25 1/min. (gás anelar). A temperatura entre passos é de 150°C. O gerador de corrente usado é comercializado pela companhia AIR

LIQUIDE WELDING com o nome de NERTAMATIC 450 AC/DC e a

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16/24 combustão é uma combustão do tipo SP7 comercializada por

AIR LIQUIDE WELDING.

O sistema de resfriamento é um FRIOGET 30, o sistema de alimentação é um VARISAF 20, o gerador de soldadura é um Starmatic 1003 AC/DC e o equipamento de soldadura é do tipo SUBARC 5; essas peças de equipamento são comercializadas pela companhia AIR LIQUIDE WELDING.

Além disso, para o arame fluxado de acordo com EP 1 900 472, a soldadura é realizada da maneira a seguir. Um metal depositado é produzido de modo que seja sem diluição. A soldadura é realizada por um processo de soldadura em arco submerso com uma energia de soldadura de 17 kJ/cm. O fluxo protetor é um fluxo básico do tipo SA FB de acordo com EM 7 60, isto é, um arame OP7 6 comercializado por AIR LIQUIDE WELDING.

O gerador de soldadura é um Starmatic 1003 AC/DC e o equipamento de soldadura é do tipo Subarc 5, comercializado pela companhia AIR LIQUIDE WELDING.

Os resultados obtidos são registrados na Tabela 3.

Tabela 3

Elementos (*)

Arame fluxado convencional

Arame de acordo com EP 1 900 472

Arame fluxado de acordo com a invenção

Si

Mn < 0,005

0,26

0,24

0,008

0,038

0,28

0,008

0,036

0,25

0,68

0,005

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17/24

s	0,01	0.010	0,009
Ni	10,1	10,3	12,8
0 (ppm)	272	404	64
N (ppm)	36	43	39
Fe	equilíbrio	equilíbrio	equilíbrio

(*): % em peso do metal depositado.

Como pode ser visto na Tabela 3, o conteúdo de oxigênio do metal de solda (sem diluição) é dividido por mais de 4 com o arame fluxado da invenção (aqui um exemplo do arame fluxado 1) em comparação com o arame fluxado

padrão convencional e por	mais de 6 em comparação	com o
arame fluxado de acordo com	. EP 1 900	472 .
Exemplo 2
0 exemplo 2 tem por	obj etivo	mostrar	que os	arames
fluxados da invenção	tornam	possível	obter	boas

características de resistência e soldabilidade quando são usados em vários processos de soldadura que geram uma atmosfera não muito oxidante.

A junta a ser soldada é do tipo sulco em forma de X e o primeiro passe é realizado mediante soldadura em arco por laser híbrido com metal de preenchimento e uso de uma energia de soldadura de 8,5 kJ/cm. 0 metal de preenchimento é o mesmo arame fluxado como aquele usado subsequentemente para preenchimento do sulco. 0 preenchimento e a fusão do arame fluxado são realizados com um processo de soldadura MAG ou de plasma, conforme indicado na Tabela 4. Proteção de apoio com argônio é realizada e as bordas do sulco são aterradas. A temperatura entre passes é inferior a 150°C. 0 equipamento usado na soldadura de plasma é idêntico ao do

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18/24 exemplo 1. A soldadura MAG é realizada com um gerador Digi@wave 500 e uma combustão PROMIG NG 441W da companhia AIR LIQUIDE WELDING. Um arame fluxado convencional (arame não otimizado em termos de oxigênio) é também testado por 5 meio de comparação. De fato, os arames fluxados e o metal básico usados são os mesmos apresentados nas Tabelas 1 e 2.

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Tabela 4

Processo	MAG	MAG	Plasma
Configuração	X	X	X
Diâmetro do arame (mm)	1,2	1,2	1,2
Arame	Arame fluxado 1 de acordo com a invenção	Arame fluxado convencional	Arame fluxado 1 de acordo com a invenção
Gás de soldadura	Ar-18% He- 1%CO₂	Ar-18%He- 1%CO₂	Ar/ Ar-70%He
Energia de soldadura	4,7 kJ/cm	4,7 kJ/cm	12 kJ/cm
% de C	0,04	0,02	0,05
% de Si	0,24	0,23	0,24
% de Mn	0,69	0,35	0,71
% de P	0,006	0,006	0,005
% de S	0,01	0,005	0,008
% de Ni	11,6	9,2	11,7
O ppm	94	402	90
N ppm	50	40	45
% de Fe	restante	restante	restante
KV médio (Ja-196°C)	41	19	77
Expansão lateral média (mm a -196°C)	0,35	-	0,54

A Tabela 4 possibilita observar que apenas o arame fluxado da invenção torna praticável alcançar um resultado satisfatório em termos de resistência, ou seja, valores de resistência de pelo menos 41 J a -196°C, isto é, pelo menos

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20/24 vezes mais elevados que aqueles obtidos com o arame convencional (19 J).

Além disso, a fusão obtida pelo processo MAG é boa, em outras palavras uniforme e suave com pouca centelha, em 5 razão dos elementos ionizantes (Na, Li, K etc.) que podem ser introduzidos no fluxo constituinte do arame fluxado.

Na soldadura de plasma também, os desempenhos de operação são bons. O fato de possibilitar adaptação do produto químico em virtude do preenchimento do arame 10 fluxado torna possível obter, na soldadura de plasma como na soldadura MAG, boas características de deposição, em particular o ângulo de molhadura.

Deve ser observado que essa soldabilidade poderia ser ainda mais melhorada em virtude do uso de um regime 15 pulsado. Esse regime pode também possibilitar o emprego de um gás que é mesmo menos oxidante (por exemplo, 0,5% de CO2) uma vez que ocorre então a estabilização da fusão em decorrência dos pulsos.

Neste exemplo 2, a distribuição do passe não foi bem otimizada. De fato, valores de resistência muito mais elevados podem ser obtidos por combinação da baixa proporção de oxigênio do arame fluxado com a maximização da zona temperada, conforme mostrado no exemplo 3.

Exemplo 3

O exemplo 3 mostra a maneira como, usando-se o arame fluxado da invenção e uma distribuição de passes favorável, é possível obter excelentes valores de resistência na zona metálica de solda, que é, em outras palavras, de pelo menos 100 J a -196°C.

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A junta é do tipo sulco em forma de X, com um primeiro passe por soldadura de plasma sem metal de preenchimento em modo pulsado. A Tabela 5 fornece os parâmetros desse primeiro passe.

Os gases	da soldadura usados	são argônio	(gás do
plasma) e uma	mistura de argônio +	70% em peso	de hélio
(gás anelar).
Argônio é	usado para a proteção	de apoio.
	Tabela 5

1 (alto/baixo) (A)	F (Hz)	Rc %	Voltagem (V)	Velocidade de soldadura (cm/min.)	Taxa de fluxo do gás do plasma (l/min.)	Taxa de fluxo do gás anelar (l/min.)	Taxa de fluxo do gás de apoio (l/min.)
260/165	8	80	30	11-18	5	25	15

As bordas do sulco são aterradas. A temperatura entre passes é inferior a 150°C. O preenchimento é realizado com um processo TIG de duplo fluxo. Os gases de soldadura usados são argônio (gás do plasma) e uma mistura de argônio + 70% de hélio (gás anelar). Os parâmetros são fornecidos na Tabela 6.

Table 6

Intensidade (A)	Voltagem (V)	Velocidade do arame (cm/min.)	Velocidade de soldadura (cm/min.)	Taxa de fluxo do gás do plasma (l/min.)	Taxa de fluxo do gás anelar (l/min.)
296	15	130-180	23	1	25

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22/24 gerador de corrente usado é do tipo Nertamatic 450 e a combustão é do tipo SP7 como anteriormente.

O arame fluxado de acordo com a invenção e o metal básico são os mesmos dos exemplos precedentes. Os resultados são apresentados na Tabela 7.

Table 7

Processo	TIG de duplo fluxo	TIG de duplo fluxo	TIG de duplo fluxo
	X	X	X
	Número ímpar de passes	Número par de passes	Número ímpar de passes
	Distribuição	Distribuição	Distribuição
Configuração	favorável	favorável	desfavorável
Diâmetro do arame (mm)	1,2	1,2	1,2
Arame	Arame fluxado 2 de acordo com a invenção	Arame fluxado 2 de acordo com a invenção	Arame fluxado 2 de acordo com a invenção
Gás de soldadura	Ar/ Ar-70%He	Ar/ Ar-70%He	Ar/ Ar-70%He
Energia de soldadura	11 kJ/cm	11 kJ/cm	11 kJ/cm
C%	0,024	0,02	0,013
Si %	0,16	0,14	0,13
Mn %	0,53	0,52	0,54
P%	0,008	0,008	0,005
S%	0,009	0,009	0,005
Ni %	1,.6	10,2	10,5
O ppm	85	84	85
N ppm	72	47	60

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23/24

% de Fe	restante	restante	restante
KV médio (J a -196°C)	191	172	64
Expansão lateral média (mm a -196°C)	1,89	1,49	0,7

As primeiras duas colunas à esquerda ilustram aquilo que é possível se obter em virtude do arame fluxado da invenção e uma distribuição favorável de passes.

Conforme citado anteriormente no assunto, uma zona temperada, em outras palavras a parte do passe n termicamente não afetada novamente por um dos próximos passos n+x, em que x está entre 1 e o número total de passes -n, é por natureza mais resistente que a zona não afetada, que é, em outras palavras, a parte do passe não afetada termicamente de novo pelo passe n+x. De fato, a microestrutura obtida é diferente e possui características morfológicas que proporcionam a ela melhores propriedades de resistência do que aquelas obtidas na zona não afetada.

O objetivo neste caso é, portanto, otimizar a distribuição de passes para maximizar a proporção da zona temperada no eixo do ponto de resistência. Essa distribuição pode ser facilmente determinada pelos testes de rotina. Será, e também o número total de passes, uma função da espessura do material e da taxa de deposição do processo.

O número de passes está em geral entre 3 e 200, para 9% de Ni até uma espessura de 50 mm. Deve ser observado que, para a terceira coluna, embora esteja com uma distribuição de passes desfavorável (zona de solidificação

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24/24 não afetada no eixo do ponto de resistência), os valores de resistência obtidos são satisfatórios. Isto é, aliás, o que foi observado nos exemplos 1 e 2. Isto torna possível proporcionar determinada flexibilidade, o controle da 5 distribuição de passes, sobre grandes comprimentos por exemplo, não sendo necessariamente mais simples.

De modo similar, a manutenção de excelentes valores de resistência seja com um número par, seja com um número ímpar de passes (colunas 1 e 2), comprova a flexibilidade 10 da solução.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Arame fluxado, caracterizado por compreender uma bainha feita de aço contendo C-Μη e um fluxo de preenchimento contendo pelo menos 95% em peso de pós e/ou aglomerados metálicos, o referido fluxo representando 8% a

25% em peso total do arame, o arame fluxado compreendendo, em relação ao peso total do arame, 8% a 17% de Ni, 0,05% a 0,35% de Si, 0,3% a 0,85% de Mn, 0,001% a 0,055% de C, menos de 450 ppm de oxigênio, menos de 0,5% de flúor, e ferro na quantidade restante para completar o peso total do arame, e sendo completamente isento de CaF2.
2. Arame fluxado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que também compreende pelo menos um elemento ionizante escolhido de Li, Na, K e Cs, preferivelmente na forma de um ou mais fluoretos e/ou carbonatos.
3. Arame fluxado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que contém, em peso em relação ao peso total do arame, 9% a 16% de Ni, 0,15 a 0,25% de Si, 0,4% a 0,65% de Mn, 0,005% a 0,035% de C e menos de 400 ppm de oxigênio.
4. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que contém menos de 80 ppm de nitrogênio.
5. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a bainha contém 0,001% a 0,07% de C e/ou 0,01% a 0,8% de Mn.
6. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que contém

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2/3 menos de 400 ppm de oxigênio, preferivelmente menos de 380 ppm de oxigênio.
7. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que contém menos de 0,4% em peso de flúor, preferivelmente menos de 0,3% em peso de flúor.
8. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que contém menos de 0,2% em peso de flúor.
9. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que contém menos de 0,1% em peso de flúor.
10. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que contém um ou mais fluoretos de sódio ou litio.
11. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que é isento de flúor na forma de CaF₂.
12. Arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o fluxo contém pelo menos 98% em peso de pós metálicos, preferivelmente pelo menos 99% em peso.
13. Processo de soldadura escolhido de processos de soldadura em arco TIG, FCAW, de plasma ou com laser híbrido/FCAW, caracterizado pelo fato de que um arame fluxado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, a 12 é fundido para produzir uma junta de soldadura em uma ou mais partes de aço contendo níquel em uma proporção entre 5% e 20% em peso, e preferivelmente o aço a ser soldado contém 9% de níquel em peso.

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14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma proteção de gás é formada a partir de um gás oxidante escolhido dentre oxigênio, CO2 e misturas deles, preferivelmente o gás

5 oxidante possuindo um pó oxidante igual a, no máximo, 3% de CO2, mais preferivelmente menor que 2% de CO2.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que uma junta de soldadura é produzida em pelo menos uma parte de aço mediante fundição

10 do arame fluxado, a referida junta contendo, em relação ao peso total da junta, 8% a 17% de Ni, 0,05% a 0,3% de Si, 0,3% a 0,8% de Mn, 0,001% a 0,05% de C e menos de 150 ppm de oxigênio, menos de 80 ppm de nitrogênio, 0,002% a 0,010% de P, 0,002% a 0,010% de S, 0,002% a 0,012% de Ti e 0,005% 15 a 0,018% de Al e ferro na quantidade restante para completar o peso total da junta.

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