Resistência ao impacto estrutural de perfis soldados em aços de alta resistência mecânica

Abstract

É cada vez maior o uso de materiais de alta resistência na indústria. Entre eles, os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) se destacam como vantajosa solução em aplicações onde se requer redução de massa, aumento dos coeficientes de segurança nas estruturas e da carga útil nos veículos de transporte. Com isso, percebe-se a importância de se investigar questões relativas à soldagem, pois é uma das principais formas de união desses materiais. Em vista disso, este estudo tem como principal objetivo comparar o comportamento ao impacto estrutural, de perfis em “I” produzidos por soldagem envolvendo dois aços, ou seja, um aço estrutural tradicionalmente empregado em construções metálicas (ASTM A36) e um aço ARBL (EN 10149-2 S700MC). Os perfis em “I” foram soldados pelo processo a arco elétrico com proteção por gás e eletrodo (arame) consumível, usualmente denominado MAG (“Metal Active Gas”) ou GMAW (“Gas Metal Arc Welding”), com as juntas de filete produzidas por consumíveis que depositam metais de solda com grande diferença de resistência à tração e ductilidade (AWS ER 70S-6 e AWS ER 110S-G). Estes perfis em “I” foram fabricados com ambos metais base e de adição, sem e com enrijecedores (“reforços”). Para realização dos ensaios de impacto estrutural, um dispositivo foi desenvolvido exclusivamente para esta finalidade no Laboratório de Soldagem e Técnicas Conexas (LS&TC) da UFRGS. Os conjuntos soldados foram submetidos a esses ensaios e posteriormente analisados. Entre os principais resultados, destaca-se o comportamento dos conjuntos soldados produzidos com o aço S700MC, que apresentaram significativamente menores deformações, quando comparados aos conjuntos com ASTM A36. Porém, em todos os ensaios houve fratura junto ao metal de solda. Além disso, os enrijecedores atuam em geral de maneira eficaz, pois aumentam o momento de inércia do perfil “I” e consequentemente reduzem a flambagem da alma nas regiões onde são aplicados. No entanto, seu emprego transfere os esforços do ponto central onde ocorre o carregamento dinâmico para as regiões de apoio do conjunto soldado, resultando assim na flambagem local da alma próxima à mesa inferior do perfil em “I”. Com base nos resultados obtidos, para um conjunto soldado com as dimensões e carregamento testados, a combinação do metal base ASTM A36 com metal de adição ER70S-6 e reforços se mostrou mais adequada.

The use of high-strength materials in the industry is increasing. Among them, highstrength low-alloy steels (HSLA) have stood out as an advantageous solution for lightweight applications, high safety coefficients in structures and increase in the payload for transport vehicles. Thus, there is a great need for studies in various areas related to them. Among them, welding stands out for being one of the main manner of joining these materials. Therefore, the main objective of this research is the comparative analysis of a widely used structural steel (ASTM A36) with a HSLA steel (EN 10149-2 S700MC), when subjected to dynamic loading of structural impact. During research development, welded assemblies were produced in the form of I-profiles with welded plates using consumables that deposit weld metals with great difference in tensile strength and ductility (AWS ER 70S-6 e AWS ER 110S-G). The welded assemblies were designed as fillet joints and welded through gas metal arc welding (GMAW). In addition, the assemblies were produced with both base varying filler metal and stiffening reinforcement conditions. To carry out the structural impact tests, a device was developed at the Welding and Related Techniques Laboratory (LS&TC) at UFRGS for this purpose. The welded assemblies were submitted to this test and later analysed. Among the main results, the behaviour of welded assemblies produced with S700MC steel stands out, which presented significantly lower deformations compared the assemblies with ASTM A36. However, all tests presented fracture on the welded joint. Furthermore, the application of stiffening reinforcement acts effectively increasing the moment of inertia of the I- profile and consequently reduce the buckling of the web at the area where they are applied. However, its application ends up transferring the efforts from the central point where the dynamic loading occurs to the support regions of the assemblies, thus resulting in a local buckling of the web close to the lower flange of the I-profile. Based on the results obtained, for a welded assembly with the tested dimensions and loading, the combination of base metal ASTM A36 with filler metal ER70S-6 and reinforcements proved to be more suitable.