Este estudo teve como principal objetivo a realização de ensaios mecânicos e técnicas para a análise do eletrodo revestido fabricado com características de baixo hidrogênio

1. ANÁLISE DO ELETRODO E7018 CONFORME A NORMA SFA-5.1/SFA-5.1M
Simoni Maria Gheno1*
, Fábio Edson Mariani2
1
Profª. Doutora da Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho. Rua Jordão Borghetti, 480 - Jardim Recreio, Sertãozinho
- SP, 14170-120 - (16) 3942-5806 (gheno@fatec.sp.gov.br)
2
Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (mariani.fabioe@gmail.com)
Resumo – Este estudo teve como principal objetivo a realização de ensaios mecânicos e técnicas para a análise do
eletrodo revestido fabricado com características de baixo hidrogênio. O sistema de análise do eletrodo foi seguido
conforme os procedimentos ditados pela norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M edição 2010. O ensaio de tração foi feito
somente com o metal de solda para estudos de suas propriedades mecânicas. O ensaio de impacto Charpy teve como
objetivo avaliar a solidez da solda. A solda de filete foi analisada conforme os critérios de aceitação regidos pela norma,
assim como o teste de fratura que visa ao exame da usabilidade do eletrodo. Para este teste de fratura, foram soldadas
duas juntas em ângulo na posição vertical ascendente e sobrecabeça, já os demais corpos de prova foram soldados na
posição plana. A intensidade de corrente elétrica utilizada variou para cada tipo de posição de soldagem. A posição de
soldagem plana teve maior intensidade que a posição vertical ascendente e sobre cabeça. A soldagem de todos os corpos
de prova foi realizada somente com corrente elétrica inversa visando ao uso do eletrodo em soldas de responsabilidade.
Palavras-chave: Análise de eletrodo. Eletrodo revestido. Baixo hidrogênio.
Introdução
Os eletrodos revestidos são largamente utilizados em diversos ramos da indústria metal-mecânica, seja ela
metalúrgica de fabricação de caldeiras a vapor onde a soldagem deve ser de grande responsabilidade, seja em uma
simples serralheria onde a inclusão de impurezas na solda não altera no trabalho realizado nos portões e janelas
(MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2009).
Baseando-se na indústria metalúrgica, para a soldagem ser de grande responsabilidade, dois requisitos são de
extrema importância, a mão de obra qualificada, como soldadores avaliados e certificados por órgãos como AWS
(American Welding Society) e ASME (American Society of Mechanical Engineers) e o consumível utilizado.
A soldagem com eletrodos revestidos é obtida por meio do calor gerado pelo arco elétrico estabelecido entre a
extremidade do eletrodo e o metal-base. Este calor é responsável por fundir parcialmente a peça de trabalho, a alma do
eletrodo e o revestimento (STARLING, MODENESI, 2006). Nesse momento, ocorre a transferência metálica que será
depositada com o auxílio do arco elétrico, formando assim a poça de fusão. Essa poça fundida é protegida pelos gases
provenientes da decomposição do revestimento. Esse método de soldagem é denominado em normas como SMAW
(Shielded Metal Arc Welding) (WEISS, 2010).
Segundo Owczarski (1979), alguns fabricantes variam os elementos e valores dos eletrodos revestidos para
atender às necessidades específicas de cada cliente. Por exemplo, alguns eletrodos são fabricados para facilitar
operação, soldar fora de posição, extrarresistente a trincas ou facilidade de remoção de escória. A inclusão de uma ou
mais dessas qualidades requer ajustes de composição química do material revestido.
Os eletrodos revestidos são os consumíveis utilizados no processo de soldagem SMAW e classificados
segundo a AWS (American Welding Society) como eletrodos revestidos AWS A5.1 (aço-carbono) e AWS A5.5 (aços
de baixa liga) (MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2009; Norma ASME – SFA-5.1/SFA-5.1M, 2010). São
compostos por vareta metálica (alma) e revestimento. A extremidade que entra em contato com a peça para a soldagem
é chamada de ponta de arco, o outro extremo onde tem o contato elétrico com o porta-eletrodo (FBTS, 2007).
A norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M avalia os ensaios mecânicos e testes os eletrodos revestidos para a
soldagem de aço-carbono. Os critérios aplicados para a classificação dos eletrodos revestidos são o tipo de corrente de
soldagem, tipo de revestimento, posição da soldagem, propriedades mecânicas do metal de solda (FBTS, 2007). O não
cumprimento de alguma das exigências acarreta a desclassificação do consumível. Entre os ensaios e testes, são
requisitados o ensaio de tração, impacto Charpy, análise química e teste de fratura na solda de filete.
Se em qualquer ensaio ou teste realizado, os resultados obtidos não atenderem aos critérios de aceitação
exigidos pela norma, o procedimento deve ser refeito mais duas vezes; caso continue não atendendo aos requisitos, os
eletrodos deverão ser reciclados. Se o processo de análise for aprovado, os eletrodos poderão ser comercializados e
possivelmente utilizados em soldagens de grandes exigências.

2. Para este trabalho foi estudado um eletrodo revestido com características de baixo hidrogênio, todo o
desenvolvimento foi realizado obedecendo à norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M edição 2010.
Parte Experimental
Material-base para a soldagem
Para a construção dos corpos de prova, foram utilizados como material-base chapas de aço-carbono ASTM
A36. Algumas amostras desse material foram preparadas pelo processo de metalografia para a caracterização do
material-base pelas técnicas de microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em ambos os
métodos, as amostras foram atacadas com o reagente Nital 3%: 97% de álcool + 3% de ácido nítrico (HNO3). A análise
de microscopia óptica foi realizada no equipamento ZEISS AXIO com aplicações de 200 e 500x. A superfície da
amostra também foi analisada pelo microscópio eletrônico de varredura Phlips XL 30 FEG, do Laboratório de
Caracterização Estrutural (LCE) da UFSCar. Além disso, fez-se necessária a análise da composição química a qual foi
realizada em um espectrômetro por emissão óptica da EESC – USP. Para a confecção dos corpos de prova, foram
utilizadas quatro chapas com dimensões diferentes para a realização dos ensaios e testes requeridos pela norma ASME
SFA-5.1/SFA-5.1M (2010).
Os corpos de prova para o ensaio de tração e impacto foram retirados da mesma chapa soldada. As amostras
para os ensaios mecânicos foram obtidas por meio do processo de usinagem.
O consumível analisado foi o eletrodo revestido do tipo ASME SFA-5.1 E7018. O fabricante do eletrodo de
baixo hidrogênio é a empresa Fenix Ribeirão e Comércio de Soldas Ltda. A Tabela 1 apresenta a descrição do eletrodo
revestido fornecida pelo fabricante.
Tabela 1 Descrição do eletrodo AWS SFA-5.1 E7018.
Seção da alma x Comprimento do eletrodo 4,00 x 450,00 mm
Pressão exercida pela prensa de extrusão na fabricação 100 a 120 kgf
Número de camadas de revestimento 1 camada
Preparação dos corpos de prova soldados pelo processo SMAW
A soldagem dos corpos de prova foi realizada conforme determina a norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M (2010).
Os ensaios e testes solicitados para a análise do eletrodo estudado são apresentados na Tabela 2, juntamente com as
posições de soldagem para cada corpo de prova. Os corpos de provas foram soldados com o auxílio de uma fonte de
energia retificadora, cujo fabricante é a indústria ESAB S/A, modelo OrigoArc 458t. A corrente elétrica utilizada para a
soldagem de todas as amostras foi a contínua inversa. Todas as amostras foram soldadas no laboratório de soldagem da
empresa Sematec Indústria e Comércio Ltda., por um soldador certificado pela AWS no método de soldagem com
eletrodo revestido.
Tabela 2 Ensaios e testes solicitados para a análise do eletrodo.
Ensaios e testes requeridos Posição de soldagem
Tração e Impacto Plana
Análise química Plana
Teste de fratura Vertical ascendente e Sobrecabeça
A soldagem foi realizada em uma junta de topo. O chanfro em forma de “V” foi fabricado com o ângulo de
chanfro igual a 20°. A abertura de raiz foi definida com uma distância de 16 mm entrechapas. Antes da soldagem, essas
chapas passaram pelo processo de montagem e ficção para evitar os defeitos de desalinhamento e embicamento. O
chanfro e a superfície, aproximadamente 20 mm de cada lado das bordas conforme requer a norma Petrobras N-133
(2005), foram limpos com o uso de uma esmerilhadeira. Isso é realizado para evitar possível contaminação no metal de
solda. Com o suprimento de um maçarico, foi realizado o preaquecimento sobre a junta. Conforme a norma Petrobras
N-133 (2005, p. 2), “o preaquecimento realizado com chama, onde a temperatura só passa a ser medida do lado da
fonte, o aquecimento deve ser interrompido pelo menos por um minuto, para cada 25 mm de espessura da peça, antes de
sua medição”. Assim foi realizado, respeitando um minuto antes de fazer a medição da temperatura da chapa. A norma
ASME SFA-5.1/SFA-5.1M (2010) requer para esse corpo de prova que a temperatura de preaquecimento esteja a partir
de 105 °C no mínimo. Para análise dessa temperatura, foi utilizado um lápis de fusão de 107 °C. Quando este se fundia
ao tocar sobre a peça, sabia-se que a temperatura era superior a 107 °C. O local de medição da temperatura foi
aproximadamente na metade do comprimento da chapa e entre 6 a 15 mm da borda do chanfro. Para a realização de
interpasses na solda, a norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M (2010) preconiza que a temperatura esteja entre 105 e 175 °C.
Para a análise dessa temperatura, foram utilizados dois lápis de fusão, um de 107 e outro de 135 °C. O local de medição
da temperatura de interpasses foi sobre o mesmo ponto de medição para o preaquecimento. Foram utilizadas sete

3. camadas sendo todas construídas com dois cordões de solda por camada. Os dados de parâmetros do processo como
aporte de calor, corrente elétrica, tensão e velocidade de soldagem são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3 Parâmetros utilizados na soldagem do corpo de prova para os ensaios de tração e impacto.
Parâmetro de soldagem Valor médio
Velocidade de soldagem 1,44 mm/s
Corrente elétrica de soldagem 168 A
Tensão elétrica de soldagem 21,4 V
Aporte de calor 2,5 kJ/mm
Para a soldagem desse corpo de prova, a chapa foi limpa com o uso de uma esmerilhadeira em toda sua
superfície para a deposição do consumível. A soldagem foi realizada na posição plana, com corrente elétrica contínua,
polaridade indireta. Segundo a norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M (2010), a temperatura de preaquecimento não deve
ser inferior a 15 °C e a temperatura de interpasse não deve exceder 150 °C. Nestas condições, a chapa foi soldada à
temperatura ambiente (25 °C) e, para a manutenção da temperatura de interpasses, foi utilizado um lápis de fusão de
135 °C. A remoção da escória foi realizada com a picadeira; em seguida, a esmerilhadeira foi usada novamente para a
remoção de impurezas e óxidos antes do interpasse.
Foram realizados dois cordões de solda sendo cada um com quatro camadas. A largura de cada passe de solda
em cada camada foi superior a três vezes o diâmetro da alma do eletrodo revestido. A Tabela 4 mostra os dados
utilizados como parâmetros de soldagem deste corpo de prova.
Tabela 4 Parâmetros utilizados na soldagem do corpo de prova para análise química.
Parâmetro de soldagem Valor médio
Velocidade de soldagem 1,41 mm/s
Corrente elétrica de soldagem 168 A
Tesão elétrica de soldagem 21 V
Aporte de calor 2,5 kJ/mm
Antes da soldagem, a superfície das chapas foi limpa conforme determina a norma Petrobras N-133 (2005). As
chapas foram montadas e ponteadas para obter uma melhor fixação. Em seguida, as chapas foram soldadas na posição
vertical ascendente e sobrecabeça, assim como a norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M (2010) requer para o eletrodo
utilizado. A solda foi realizada em apenas um dos lados da articulação. Dois eletrodos foram utilizados, o primeiro foi
totalmente consumido em aproximadamente 200 mm. A limpeza da solda foi restrita à remoção da escória usando a
picadeira e escova de aço. A soldagem foi realizada à temperatura ambiente. Para uma análise macroscópica, uma
amostra das duas juntas soldadas foi preparada pelo processo de metalografia (Tabela 5). Em seguida, foram atacadas
com Nital 3%. Com o estereoscópio fornecido pela Fontel Indústria e Comércio Ltda.. modelo KEB – 300, foi possível
analisar as dimensões do cordão de solda com um aumento de 20x.
Tabela 5 Parâmetros utilizados na soldagem dos corpos de prova para o teste de fratura.
Parâmetro de soldagem Valor médio
Velocidade de soldagem 1,56 mm/s
Corrente elétrica de soldagem 146 A
Tensão elétrica de soldagem 20,1 V
Aponte de calor 1,9 kJ/mm
Ensaio radiográfico
Para a realização do ensaio radiográfico, a junta de topo soldada foi esmerilhada para a remoção do reforço da
solda e do mata-junta; em seguida, foram retirados cerca de 25 mm de suas extremidades. Este último procedimento é
feito para evitar o início e o final da soldagem. A empresa responsável pelo ensaio radiográfico foi a JLM Inspeções e
Manutenção Ltda.. A entidade é autorizada e registrada pela autarquia federal CNEN (Comissão Nacional de Energia
Nuclear) em radiografia industrial.
Ensaio de tração
O equipamento utilizado para o ensaio de tração foi produzido pela empresa Emic Equipamentos e Sistemas de
Ensaio Ltda.. modelo DL10000.
Ensaio de impacto
O ensaio de impacto Charpy foi realizado no laboratório de ensaios mecânicos da Faculdade de Tecnologia de
Sertãozinho. O fabricante do equipamento é a Time Group Inc. Modelo JB-W300A.

4. Ensaio visual da solda
O ensaio foi realizado de duas maneiras, com lente de aumento e a olho nu. O primeiro foi empregado antes do
dobramento no teste de fratura, e o segundo se aplicou após o dobramento. O tipo de lente utilizada foi a lente dupla
com 3,5x de aumento. A distância de trabalho da lente foi em média 85 mm, seu poder de resolução é de 0,025 mm. A
fonte de iluminação utilizada para o ensaio foi uma lâmpada com capacidade de gerar 1200 lux. O ângulo do feixe de
luz em relação à superfície examinada foi no mínimo 30°.
Teste de fratura
O teste de fratura foi realizado nos corpos de prova soldados em junta de ângulo com o auxílio de uma morsa e
uma alavanca.
Resultados e Discussão
A microestrutura do aço ASTM36 foi analisada por microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV).
A Figura1 mostra a microestrutura característica do material observada por MO.
Figura 1 Microestrutura do material do ASTM A36 (MO). Ataque químico Nital 3%, aumento 500x.
A análise dessa microestrutura pelo microscópio eletrônico de varredura está apresentada na Figura. 2. A
imagem da esquerda mostra os elétrons secundários (SE), ou seja, da superfície do material, enquanto a da direita
mostra os elétrons retroespalhados (BSE) do aço ASTM36, cujo objetivo foi analisar o mapeamento composicional da
amostra. Não foi observada alteração microestrutural alguma.
Figura 2 Microscopia eletrônica de varredura do ASTM A36 (Imagens de elétrons secundários). Ataque químico Nital
3%, aumento 4000x. LCE – UFSCar.
A análise química do material-base foi realizada com um espectrômetro de emissão ótica, e os resultados estão
apresentados na Tabela 6. O ensaio de inspeção radiográfica (ASTM) não apresentou nenhum tipo de defeitos ou
descontinuidades, sendo assim aprovado.
Os ensaios de tração mostraram como resultado um limite de resistência à tração de 498MPa, limite elástico
até 0,2% de 406Mpa e alongamento de 22%.

5. Tabela 6 Composição química em percentagem em peso do aço ASTM A36 analisada pelo espectrômetro por emissão
óptica da EESC - USP.
Queima C Mn Si P S Cu
Primeira 0,0875 0,4767 0,0090 0,0187 0,0058 0,0060
Segunda 0,0845 0,4729 0,0089 0,0190 0,0057 0,0063
Média 0,0860 0,4748 0,0089 0,0188 0,0057 0,0061
As amostras para o ensaio de impacto Charpy foram extraídas da solda realizada na junta soldada também pelo
processo de usinagem. Para a avaliação do ensaio, dois resultados foram descartados, ou seja, o menor e o maior valor
de energia absorvida. O resultado obtido da média é 28,2 J. A Figura 3 demonstra as amostras ensaiadas.
Figura 3 Amostras ensaiadas pelo método de impacto Charpy.
Os valores obtidos na análise química feita na Welding Soldagem e Inspeção Ltda. e os requeridos pela norma
ASME SFA-5.1/SFA-5.1M (2010) são mostrados na Tabela7.
Tabela 7 Análise química do metal de solda.
Elementos químicos (%) Especificado(1)
Obtido
C 0,150 0,052
Mn 1,600 1,000
Si 0,750 0,269
P 0,035 0,018
S 0,035 0,002
Ni 0,300 0,051
Cr 0,200 0,092
Mo 0,300 0,014
V 0,080 0,013
Limite de combinação para
Mn + Ni + Cr + Mo + V
1,75 1,17
(1) Valor máximo especificado.
Antes de realizar o teste de fratura, as duas juntas soldadas em ângulo passaram pela inspeção visual usando
uma lente com 3,5x de aumento. Nenhum defeito ou descontinuidade foi encontrado. Com a ajuda de um calibre de
múltiplas finalidades, foi realizada nas duas juntas a medição das pernas de solda e da altura do cordão de solda. Para
descobrir a convexidade do cordão de solda, foi realizado um estudo trigonométrico. Por fim, o teste de fratura foi
realizado nas juntas soldadas, evidenciando, assim, a raiz da solda. Essa raiz foi analisada visualmente sem a ajuda de
uma lente de aumento. Nas duas soldas realizadas na posição vertical ascendente e sobrecabeça, não foi encontrado
nenhum tipo de defeito ou descontinuidade em toda a extensão da raiz da solda.
A Figura 4 apresenta as chapas dobradas e a Figura 5 mostra a raiz da solda analisada para as duas posições.

6. Figura 4 Chapas dobradas.
(a)
(b)
Figura 5 (a) Raiz da junta soldada na posição vertical ascendente (b) Raiz da junta soldada na posição sobrecabeça.
Conclusão
Todas as soldas feitas neste estudo foram realizadas com sucesso com o eletrodo analisado. Os resultados
obtidos no ensaio de tração permitem enquadrar o eletrodo revestido analisado na norma regulamentadora ASME SFA-
5.1/SFA-5.1M edição 2010.
Os dados colhidos pelo ens/aio de impacto Charpy, que para este estudo avaliou a solidez da solda, atenderam
aos requisitos estabelecidos pela norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M edição 2010, assim como a composição química da
solda obtida permitiu enquadrar o material analisado como similar ao analisado por essa norma.

7. A inspeção visual feita nas juntas de ângulo na posição vertical ascendente e sobrecabeça permite inserir os
elementos do cordão de solda no critério de aceitação da norma ASME SFA-5.1/SFA-5.1M edição 2010, e os resultados
apresentados nos testes de fratura realizados na junta soldada em posição vertical ascendente e sobrecabeça atenderam
às condição requeridas por essa norma.
A junta em ângulo soldada na posição vertical ascendente apresentou melhor penetração quando comparada
com a junta soldada na posição sobrecabeça. Esse fato está associado à força da gravidade atuante na poça de fusão. Em
ambas as soldas, a força gravitacional é atuante, porém na soldagem na posição sobrecabeça, essa força é mais intensa.
Agradecimentos
Agradecemos à Fatec-Sertãozinho pelo uso dos laboratórios.
Referências
FBTS. Inspetor de soldagem. São Paulo: Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem, 2007.
MARQUES, P, V.; MONDENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia. 3. ed. Belo
Horizonte: Editora UFTM, 2009, p. 181-203.
OWCZARSKI, W. A. Introductory welding metallurgy. 3. ed. Miami: American Welding Society, 1979, p. 6-10.
NORMA ASME – SFA-5.1/SFA-5.1M. Specification for carbon steel electrodes for shielded metal arc welding, 2010
STARLING, C. M. D.; MODENESI, P. J. Avaliação da Transferência de Metal de Arames Tubulares. Soldagem e
Inspeção, 2006; vol. 11, p. 147-155.
WEISS, A. Soldagem. 1. ed. Curitiba: Editora do Livro Técnico, 2010.