Transcript “The low hydrogen covered electrode” Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação Alexandre Queiroz Bracarense Claudio Turani Ezequiel Caires Pereira Pessoa Ivanilza Felizardo Federal University of Minas.

“The low hydrogen covered electrode”
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
Alexandre Queiroz Bracarense
Claudio Turani
Ezequiel Caires Pereira Pessoa
Ivanilza Felizardo
Federal University of Minas Gerais
Belo Horizonte, MG, BRAZIL
LRSS – LABORATÓRIO DE ROBÓTICA, SOLDAGEM E SIMULAÇÃO
Everything started
with underwater wet
welding
It is an extreme
condition, where
the electrode
(usually E6013)
needs to be
varnished
Many varnishes were tested including Expanded
polystyrene (Styrofoam™) dissolved in chloroform
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
QUESTION:
What could happens if the polymer is placed
directly on the coating as a binder and sealer?
Could it eliminates the varnishing needs?
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In the Laboratory
Electrodes produced in the laboratory
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
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Manufacturing
Raw material
Binder
Briquette
press
Dry
mix
Balance
Mixer
Wet mix
Briquette
Dry mix
Briquette
Electrode
extruder
Mixer
Covered electrode
Wire
Dry mix area
Wet mix area
Extrusion area
Drying area
Traditional flow
Package
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
Drying 150°C 2hours
Air cooling
For undewater
Drying area
NEW FLOW (Impermeable E6013 covered electrode)
Package
Varnishing
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Air drying
Evaluation of extrudability
E6013
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
E6013
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Important surprise, yet inexplicable!
Microstructure of
underwater wet weld
made with E6013
electrode waterproofed
with VINILIC varnish
PF
+
WF
+
500x
WF
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
+
PF
+
500x
Typical!!!!
100x
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Microstructure of underwater
wet weld made with E6013
electrode binded with
POLYSTYRENE
AF
+
AF
+
FP
+
500x
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
500x
100x
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Full with ACICULAR FERRITE!!!!
Acicular ferrite is an indication of good mechanical
properties.
It is difficult
to obtain acicular ferrite in underwater
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
wet welding!!
Using the polymer it was easily obtained!!!
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The underwater project still goes on,
however….
the focus turned to….
.....conventional
E7018
Laboratório
de
Robótica,
Soldagem
e Simulação
welding with
This new technology could eliminates
redrying, maintenance and more......
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Basic electrode fabrication
Raw material
Binder
Briquette
Press
Dry
mix
Balance
Mixer
Wet mix
Briquette
Dry mix
Briquette
Electrode
extruder
Mixer
Covered electrode
Wire
Dry mix area
Wet mix area
Extrusion area
Air cooling
Baking 400°C 9hours
Drying area
New flow (Impermeable E7018 covered electrode)
Drying 150°C 2hours
Package
Package
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
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Air drying
Methodology
1st PHASE: Adjustments in the conventional formulation of basic type E7018
covered electrodes, replacing the silicate by polymer in solution and
manufacturing in laboratory.
Electrodes produced in the laboratory
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
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Methodology
2nd PHASE: Production, in industrial scale, of batches of impermeable E7018
electrodes.
Electrodes produced in the factory
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
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Methodology
Production Validation tests: Bead on plate
• Arc stability
• Bead appearance
Validate formulae
changes
Laboratório
de Robótica, Soldagem e Simulação
• Chemical
composition
•Microstructure
Direction for new
• Diffusible hydrogen
changes
• Hardness
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Results
First good results – Economy of water and energy!!!
Considering the annual E7018 (3,25mm) Brazilian market: 2,000 tons per month
In the factory
Conventional electrodes
In 12 months = 24,000 tons = 8,500 tons of powder = 2,300 tons of silicate = 1,400,000 liters
de Robótica,
Soldagem
of water + dryingLaboratório
energy with natural
gas = 648,000.00
USDe Simulação
Impermeable electrodes
In 12 months = 24,000 tons = 8,500 tons of powder = 0 liters of water + no pre-drying
Economy
648,000.00 USD/year
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Results
Welds of Electrodes
produced in the
laboratory
Weld of Electrodes
Laboratório
produced in the
factory
de Robótica, Soldagem e Simulação
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Results
More good results – Economy in maintenance
In the Client
Conventional electrodes
Pre-drying and maintenance: 538,700 KwH/year
Impermeable electrodes
Pre-drying and maintenance: 0 KwH/year
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Economy
120,415.29 USD/year
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Results
welding current
Considering an E7018 (3,25mm) with a deposition rate of 1,09Kg/h
Conventional electrodes
Voltage: 24Volts and Current: 130A
Consume (24,000 Tons/year): 68,697,247 KwH/year
Impermeable electrodes
Laboratório
de Robótica, Soldagem e Simulação
Voltage: 24Volts and
Current: 110A
Consume (24,000 Tons/year): 58,128,440 KwH/year
Difference = Economy
10,568,807 KwH/year
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Results
impermeable
conventional
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
Weld Metal chemical analyses
Standard
Electrode
%C
% Si
% Mn
%P
%S
% Cr
% Ni
% Mo
%V
0,15
0,18
0,75
0,72
1,60
1,14
0,04
0,03
0,04
0,01
0,20
0,05
0,30
0,02
0,30
0,01
0,08
0,01
Hardness at acicular ferrite regions
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
274
269
261
255
251
285
274
275
279
252
286
277
~ 270 HV
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Results
Weld metal microstructure – different positions
Center
Root
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1000X
500X
100X
Top
Nital 2%
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Results
Still Acicular ferrite!!!!!
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
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Results
Tensile test
Tensile stress 677,9 MPa
Yield stress 554,3 MPa
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Elongation after rupture 29,1 %
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Results
Impact Test– Charpy V
(- 30oC)
Absorbed energy at -30o C = 68 J
(- 45oC)
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Absorbed energy at -45o C = 50 J
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Results
SLAG X-ray Diffractometry
Conventional
The slag analysis for the
conventional electrode showed
that the compounds were not all
used during the burning through
the arc, probably indicating that
they are in excess in the formulae.
This is probable the
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phenomena associated
with all the benefits
Impermeable
observed in weld metal.
On the other side, for the
impermeable covered electrode,
the x-ray pattern showed few
peaks (an unusual morphology for
slags) indicating probably that
most of the compounds were
burned during the welding.
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Results
Fume analysis – ion chromatography
Conventional electrode
Particulates
Dangerous materials: aluminum, Fluor, iron oxides,
magnesium, manganese and vanadium.
Probable due CaF2 - traces
Fumes
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
Went up until stabilize
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Results
Fume analysis – ion chromatography
Impermeable electrode
Particulates
Fumes
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
Gas flow was
turned off
Larger scale
No indication
No indication
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Results
Diffusible Hydrogen – Cromatography
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AWS Standard
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
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Results
Diffusible hydrogen (Commercial E7018 – 7,5m/100gr)
Sample
Fabrication
date
Lot
Tests date
(ml/100g deposited metal)
1
07/26/2010
1
08/12/2010
3,4
2
07/26/2010
1
08/12/2010
3,9
3
07/26/2010
1
08/12/2010
4,7
4
07/26/2010
1
09/30/2010
2,1
5
Laboratório
Soldagem e Simulação
07/26/2010 de Robótica,
1
09/30/2010
1,8
v
6
07/26/2010
1
09/30/2010
2,1
7
07/26/2010
1
09/30/2010
1,8
8
09/01/2010
2
09/30/2010
1,9
9
09/01/2010
2
09/30/2010
1,7
10
09/01/2010
2
09/30/2010
1,9
11
09/01/2010
2
09/30/2010
1,9
30 days
v
Lot 1 – mixer type “paddle mixer”
Lot 2 – mixer type “screw blender”
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Results
Diffusible hydrogen
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
IMPORTANT OBSERVATION: Seems that the impermeable electrode “exposure”
doesn’t promote the hydrogen content increase and even reduce it …..
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Remarks regarding to the findings
• It is possible to be produced the electrode in large scale;
• Electrode with excellent operacionability (lower current);
• Undetermined durability – hydrophobic coating;
• Excellent coating mechanical resistance;
• Can save a lot of money;
• Waive special Laboratório
maintenancede
and
conservation;
Robótica,
Soldagem e Simulação
• Superior mechanical and metallurgical results related to conventional
electrodes;
• Technology applies for others coatings types;
• Very low hydrogen weld metal - the possibility of approval the electrode as
E7018-1H4R, H2(??) or whether the standard permits….
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