“ the low hydrogen covered electrode ”
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“ The low hydrogen covered electrode ”. Alexandre Queiroz Bracarense Claudio Turani Ezequiel Caires Pereira Pessoa Ivanilza Felizardo Federal University of Minas Gerais Belo Horizonte, MG, BRAZIL. It is an extreme condition, where the electrode (usually E6013). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação
“The low hydrogen covered electrode”
Alexandre Queiroz Bracarense Claudio Turani
Ezequiel Caires Pereira Pessoa Ivanilza Felizardo
Federal University of Minas GeraisBelo Horizonte, MG, BRAZIL
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QUESTION:What could happens if the polymer is placed
directly on the coating as a binder and sealer?
It is an extreme condition, where
the electrode (usually E6013)
Everything started with underwater wet
welding
needs to be varnished
Could it eliminates the varnishing needs?
Many varnishes were tested including Expanded polystyrene (Styrofoam™) dissolved in chloroform
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Electrodes produced in the laboratory
In the Laboratory
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Manufacturing
Balance
Raw material
Mixer
Mixer
Binder
Dry mix area Wet mix area
Briquettepress
Bri
qu
ette
Dry mixDrymix
Wet mix
Covered electrode
Bri
qu
ette
WireExtrusion area
Electrode extruder
Drying 150°C 2hours
Air drying
Traditional flow
NEW FLOW (Impermeable E6013 covered electrode)
Drying area
Drying area
Air coolingPac
kag
e
Pac
kag
eVarnishing
For undewater
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Evaluation of extrudability
E6013
E6013
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Laboratório de Robótica, Soldagem e SimulaçãoWF +
WF +
PF+
PF+
500x
500x
100x
Microstructure of underwater wet weld made with E6013 electrode waterproofed with VINILIC varnish
Important surprise, yet inexplicable!
Typical!!!!
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F P+
100x
500x
500x
Microstructure of underwater wet weld made with E6013 electrode binded with POLYSTYRENE AF
+
AF+
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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 wet welding!!
Using the polymer it was easily obtained!!!
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The underwater project still goes on, however….
the focus turned to….
.....conventionalwelding with E7018
This new technology could eliminates redrying, maintenance and more......
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Basic electrode fabrication
Balance
Raw material
Mixer
Mixer
Binder
Dry mix area Wet mix area
BriquettePress
Bri
qu
ette
Dry mixDrymix
Wet mix
Covered electrode
Bri
qu
ette
WireExtrusion area
Electrode extruder
Pac
kag
e
Drying 150°C 2hoursBaking 400°C 9hours
Air dryingNew flow (Impermeable E7018 covered electrode)
Drying area
Air cooling
Pac
kag
e
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Methodology1st 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
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Methodology
2nd PHASE: Production, in industrial scale, of batches of impermeable E7018 electrodes.
Electrodes produced in the factory
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Production Validation tests: Bead on plate
• Arc stability• Bead appearance• Chemical composition•Microstructure• Diffusible hydrogen• Hardness
Methodology
Validate formulae changes
Direction for new changes
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First good results – Economy of water and energy!!!Results
Considering the annual E7018 (3,25mm) Brazilian market: 2,000 tons per month
In the factory
Conventional electrodesIn 12 months = 24,000 tons = 8,500 tons of powder = 2,300 tons of silicate = 1,400,000 liters of water + drying energy with natural gas =
Impermeable electrodesIn 12 months = 24,000 tons = 8,500 tons of powder =
Economy 648,000.00 USD/year
0 liters of water + no pre-drying
648,000.00 USD
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Results
Welds of Electrodes produced in the
laboratory
Weld of Electrodes produced in the
factory
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ResultsMore good results – Economy in maintenance
In the Client
Conventional electrodesPre-drying and maintenance: 538,700 KwH/year
Impermeable electrodesPre-drying and maintenance: 0 KwH/year
Economy 120,415.29 USD/year
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Resultswelding current
Considering an E7018 (3,25mm) with a deposition rate of 1,09Kg/h
Conventional electrodesVoltage: 24Volts and Current: 130AConsume (24,000 Tons/year): 68,697,247 KwH/year
Impermeable electrodesVoltage: 24Volts and Current: 110AConsume (24,000 Tons/year): 58,128,440 KwH/year
Difference = Economy 10,568,807 KwH/year
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Laboratório de Robótica, Soldagem e SimulaçãoWeld Metal chemical analyses
% C % Si % Mn % P % S % Cr % Ni % Mo % VStandard 0,15 0,75 1,60 0,04 0,04 0,20 0,30 0,30 0,08
Electrode 0,18 0,72 1,14 0,03 0,01 0,05 0,02 0,01 0,01
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
274 269 261 255 251 285 274 275 279 252 286 277
Hardness at acicular ferrite regions
~ 270 HV
Results
impermeable
conventional
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100X
Top Center RootWeld metal microstructure – different positions
Nital 2%
500X
100
0X
Results
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Still Acicular ferrite!!!!!
Results
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Tensile test
Tensile stress 677,9 MPa
Yield stress 554,3 MPa
Elongation after rupture 29,1 %
Results
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Impact Test– Charpy V
(- 30oC)
(- 45oC)Absorbed energy at -30o C = 68 J
Absorbed energy at -45o C = 50 J
Results
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Impermeable
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.
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.
SLAG X-ray DiffractometryConventional
This is probable the phenomena associated
with all the benefits observed in weld metal.
Results
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Fume analysis – ion chromatographyConventional electrodeParticulates
Probable due CaF2 - tracesFumes
Went up until stabilize
Dangerous materials: aluminum, Fluor, iron oxides, magnesium, manganese and vanadium.
Results
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Fume analysis – ion chromatographyImpermeable electrodeParticulates
Fumes
No indication
Larger scale
No indication
Gas flow was turned off
Results
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Diffusible Hydrogen – Cromatography
Results
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AWS Standard
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Sample Fabrication date
Lot Tests date (ml/100g deposited metal)
1 07/26/2010 1 08/12/2010 3,42 07/26/2010 1 08/12/2010 3,93 07/26/2010 1 08/12/2010 4,74 07/26/2010 1 09/30/2010 2,15 07/26/2010 1 09/30/2010 1,86 07/26/2010 1 09/30/2010 2,17 07/26/2010 1 09/30/2010 1,8
8 09/01/2010 2 09/30/2010 1,99 09/01/2010 2 09/30/2010 1,7
10 09/01/2010 2 09/30/2010 1,911 09/01/2010 2 09/30/2010 1,9
Diffusible hydrogen (Commercial E7018 – 7,5m/100gr)
v
15 days
60 days
30 daysv
Lot 1 – mixer type “paddle mixer”Lot 2 – mixer type “screw blender”
Results
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IMPORTANT OBSERVATION: Seems that the impermeable electrode “exposure” doesn’t promote the hydrogen content increase and even reduce it …..
Diffusible hydrogen
Results
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• 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 maintenance and conservation;
• 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….
Remarks regarding to the findings