Aplicação do processo laser CO2 de soldagem em aço ARBL na fabricação de rotores para máquinas elétricas

Abstract

O objetivo deste trabalho foi substituir um bloco de grandes dimensões em aço forjado, por chapas finas de aço, laminadas a quente, soldadas pelo processo LASER CO2, destinadas à fabricação de rotores para máquinas elétricas com até 40 MW de potência, para tanto foram utilizadas chapas com 3 mm de espessura, empilhadas, compactadas e fixadas por tirantes. Considerando que a largura das bobinas e blanks disponíveis no mercado nacional não atendem às necessidades dimensionais do produto fez-se necessária a emenda das chapas com grande precisão pelo processo de soldagem Laser CO2. O aço escolhido para tal realização foi um aço de alta resistência e baixa liga (ARBL), com limite de escoamento superior a 550 MPa. O interesse econômico desse estudo está na substituição do material tradicionalmente utilizado, um bloco de grandes dimensões em aço forjado do tipo SAE 4140B por chapas de aço laminadas a quente, a um custo 4 vezes menor. O fator técnico relevante nessa pesquisa foi a preservação das propriedades físicas, químicas e mecânicas por meio de parâmetros controlados de Soldagem Laser CO2. Buscou-se identificar e quantificar a zona termicamente afetada, analisar alterações estruturais, variação de dureza utilizando o método Brinell, e correlacionar estes resultados com a composição química e com a resistência a ruptura, obtida pelo ensaio de tração e pelo método Erichsen de embutimento, determinando a presença, ou não, de microfissuras, poros, inclusões não metálicas ou outras anomalias que pudessem comprometer a junta soldada. Foi considerada ainda a importância da realização dos ensaios para a Qualificação do Procedimento de Soldagem conforme os requisitos do ASME Code Section IX, QW 150 para os ensaios de tração e QW 160 para os ensaios de dobramento, a fim de obter a validação do mesmo... .

The objective of this work was to change a steel forged block with great dimensions by the fine sheet hot laminated steel, welded by Laser CO2, destined to manufacture rotors for electric machines until 40 MW of power, it was used steel sheet with 3 mm of thickness pilled, compacted and fixed by lifter. Considering that the width of the bobbins and blanks available in the national market do not supply the dimensional necessities of the product, it made necessary the joint of plates with great precision, by the Laser process of welding. The steel chosen for such purpose was a high-strength low alloy steel (HSLA) with 550 MPa of Yield strength. The economical interest of this study is the substitution of the traditional material, a block of great dimensions in forged steel type SAE 4140B for hot rolled steel plates, which costs 4 times less. The technical relevant factor in this research was the preservation of physical, chemical and mechanical properties using controlled parameters of Laser cutting and Laser CO2 welding. It searched to identify and quantify the heat affected zone, to analyze structural changes, hardness variation using the Brinell method, and correlate these results with the chemical composition and the rupture resistance by the tensile test and the Erichsen method to determine the presence, or not, of micro tearing, pores, non metallic inclusions or other anomalies that could compromise together the welded joint. It was also considered the importance of the realization of tests for the Qualification of the Welding Procedure in agreement with the requirements of ASME Code Section IX, QW 150 for tensile test and QW 160 for the bend test, in order to get the validation of the procedure. The obtained results indicate that Laser CO2 welding of the HSLA steel is adequate for this construction type.