UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ANDERSON LINS DE LIMA
CAMILA YUNG ALVES
VALQUÍRIA SAKUMA BORGES
RELATÓRIO DE PRÁTICA DE SOLDAGEM
MIG E ELETRODO REVESTIDO -
ANÁLISE DE VARIAÇÃO DE PARÂMETRO
PONTA GROSSA
2011
1
ANDERSON LINS DE LIMA
CAMILA YUNG ALVES
VALQUÍRIA SAKUMA BORGES
RELATÓRIO DE PRÁTICA DE SOLDAGEM
MIG E ELETRODO REVESTIDO -
ANÁLISE DE VARIAÇÃO DE PARÂMETRO
Relatório apresentado ao professor
Anderson Pukasiewcz como forma de avaliação
parcial na disciplina de Soldagem do curso de
Engenharia Mecânica na UTFPR campus Ponta
Grossa, 20011.
PONTA GROSSA
2011
2
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Influência na velocidade de avanço conforme o aporte térmico........... 7
Figura 2: Esquema básico do equipamento de soldagem em eletrodo revestido................................................................................................................9
Figura 3: Esquematização dos componentes de soldagem MIG.........................12
Figura 4: Influência dos parâmetros de soldagem na transferência metálica....... 13
Figura 5: Repartição térmica e diagrama de fases................................................15
Figura 6: ZTA de granulação grosseira. ...............................................................16
Figura 7: Variação de granulação da peça soldada..............................................17
Figura 8: Diagrama de resfriamento contínuo para uma liga de aço 4340. ..........18
Figura 9: Equipamento para soldagem eletrodo...................................................21
Figura 10: Posicionamento do eletrodo no porta eletrodo....................................22
Figura 11: Equipamento para soldagem MIG.......................................................23
Figura 12: Analise da solda após aplicação de liquido penetrante....................... 25
Figura 13: Lixamento da amostra..........................................................................26
Figura 14: Foto ampliada de uma união soldada em eletrodo revestido.Corrente de solda: 80A.........................................................................................28
Figura 15: Microestrutura da região fundida e ZTA de união soldadaem eletrodo revestido. Corrente de solda 80A.......................................................29
Figura 16: Fotografia ampliada de peça soldada por arco elétrico.Corrente de solda 90A..........................................................................................30
Figura 17: Microestrutura da ZTA e da região fundida para soldagemem eletrodo revestido. Corrente de solda 90A......................................................31
Figura 18: Fotografia ampliada da região soldada por processoeletrodo revestido. Corrente de solda 100A..........................................................32
Figura 19: Microestrutura da ZTA para soldagem em eletrodo revestido.Corrente de solda 100A.........................................................................................33
Figura 20: Fotografia ampliada da amostra de solda portransferência curto circuito, processo MIG.............................................................34
Figura 21: Microestrutura de ZTAGG de união soldada em processo MIGem transferência por curto circuito.........................................................................35
3
Figura 22: Microestrutura de interface de ZTA e metal base de uniãosoldada em processo MIG em transferência por curto circuito...............................36
Figura 23: Imagem ampliada de união soldada em processo MIGpor transferência globular.......................................................................................37
Figura 24: Região termicamente afetada que sofreu resfriamento rápido. ............38
Figura 25: Interface entre região fundida e ZTA de união soldadaem processo MIG por transferência globular...........................................................38
Figura 26: Fotografia ampliada da amostra de solda por transferênciapor spray, processo MIG..........................................................................................39
Figura 27: Microestrutura de ZTAGG de união soldada em processo MIGem transferência por spray.......................................................................................40
Figura 28: Microestrutura da ZTAGF em processo MIG em transferênciapor spray...................................................................................................................41
4
LISTA DETABELAS
Tabela 1: Tipo e faixa de corrente ilustrativa para diferentes eletrodos
revestidos.....................................................................................................11
Tabela 2: Dimensões do cordão de solda e da ZTA
para amostra de solda a eletrodo revestido a 80A...................................................29
Tabela 3: Dimensões do cordão de solda e da ZTApara amostra de solda a eletrodo revestido a 90A...................................................31
Tabela 4: Dimensões do cordão de solda e da ZTApara amostra de solda a eletrodo revestido a 100A.................................................33
Tabela 5: Dimensões do cordão de solda e da ZTAde uma amostra soldada em curto circuito. Processo GMAW.................................36
Tabela 6: Dimensões de cordão de solda e ZTApara união soldada em processo MIG por transferência globular............................39
Tabela 7: Dimensões do cordão de solda e da ZTAde uma amostra soldada em spray. Processo GMAW.............................................41
5
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO........................................................................................................7
1.1. Objetivos:.............................................................................................................8
2. REVISÃO DA LITERATURA..................................................................................9
2.1. Eletrodo revestido................................................................................................9
2.1.1. Variáveis de operação......................................................................................10
2.1.1.1. Corrente de soldagem...................................................................................10
2.1.1.2. Velocidade de avanço..................................................................................11
2.1.1.3. Dimensões e revestimento do eletrodo........................................................11
2.2. MIG.....................................................................................................................12
2.2.1. Características elétricas de transferência........................................................13
2.2.1.1. Transferência por curto circuito ...................................................................13
2.2.1.2. Transferência globular..................................................................................14
2.2.1.3. Transferência em spray................................................................................14
2.3. Microestrutura da chapa de aço, ZTA e poça fundida........................................14
3. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS.......................................................................19
3.1 MATERIAIS.........................................................................................................19
3.2 PROCEDIMENTO..............................................................................................20
3.2.1 Procedimento da soldagem.............................................................................20
3.2.1.1 Soldagem eletrodo revestido........................................................................20
3.2.1.2. Soldagem MIG.............................................................................................22
3.2.2 Procedimento do ensaio por liquido penetrante. .............................................24
3.2.3 Procedimento da analise metalográfica...........................................................25
4. RESULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÃO..........................................................28
4.1. Eletrodo revestido..............................................................................................28
4.1.1. Corrente de 80A..............................................................................................28
4.1.2. Corrente de 90A..............................................................................................30
6
4.1.3. Corrente de 100A.............................................................................................31
4.2. Soldagem MIG.....................................................................................................34
4.2.1. Transferência por curto circuito........................................................................34
4.1.2. Transferência globular......................................................................................36
4.1.3. Transferência por spray...................................................................................39
5. CONCLUSÃO.........................................................................................................42
6. REFERÊNCIAS......................................................................................................43
7
1. INTRODUÇÃO
A análise geométrica da solda é uma das mais importantes linhas de pesquisa
na área da soldagem, tudo isso para um melhor controle do processo.
A análise facilitará na identificação de procedimentos e consumíveis
adequados a serem aplicados para satisfazer algumas necessidades (exemplo:
preenchimento, revestimento e união de juntas metálicas). A análise qualitativa a
variação do aporte térmico foi utilizada na tentativa de elucidar certas
particularidades deste tipo de processo de fabricação de modo à utilização, em
função da manipulação das variáveis envolvidas.
A predeterminação de parâmetros de controle pode ser benéfica a previsão,
com razoável aproximação, da geometria mais adequada ao cordão de solda,
conferindo qualidade ao processo produtivo, para uma aplicação especifica.
A figura 1 mostra a diminuição do aporte térmico com a sua velocidade de
avanço aumenta conforme no gráfico de temperatura(°C) x tempo(s).
Figura 1: Influência na velocidade de avanço conforme o aporte térmico.Fonte: Pukasiewcz, 2011.
8
1.1. Objetivos:
Este relatório tem por finalidade o estudo dos parâmetros de soldagem, pelos
processos de soldagem com eletrodo revestido e MIG, sobre a geometria do cordão
de solda depositado, em chapas de aço. As variáveis de processo analisadas foram:
corrente de soldagem, velocidade de avanço e dimensões e revestimento para o
processo de eletrodo revestido, e o tipo de transferência para o processo MIG.
9
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1. Eletrodo revestido
A soldagem com eletrodos revestidos
(SMAW) é definida como um processo de
soldagem com arco, onde a união é
produzida pelo calor do arco criado entre um
eletrodo revestido e a peça a soldar1.
O aparato para soldagem a eletrodo revestido consiste nos seguintes itens,
ilustrado na figura 2:
Fonte de energia;
Cabos de interligação;
Porta eletrodo;
Cabo terra; e
Eletrodo.
Figura 2: Esquema básico do equipamento de soldagem em eletrodo revestido.Fonte: Universo da Soldagem, 2011.
A soldagem em eletrodo revestido pode ser operada em corrente contínua
(CC), corrente alternada positiva (CC+) ou negativa (CC-), dependendo do
revestimento do eletrodo. Os revestimentos, por sua vez, são misturas de minerais
ou orgânicos que possuem propriedades diferentes, cabe ao operador conhecê-las e
saber aplicá-las corretamente de acordo como o projeto de soldagem.
1 AWS – Welding Handbook, Section 2, Welding Processes, 5th ed.
10
De forma simplificada, o revestimento do eletrodo tem as seguintes
finalidades (Wainer, Brandi, & Melo, 2000):
Estabilização do arco;
Formação de gases protetores da poça;
Formação de escória e atuação como agentes fluxantes (i. e., desoxidantes);
Adição de componentes e ligas metálicas ao depósito;
Permitir melhorar o processamento na fabricação, i. e., aglomerando os
constituintes, melhorando a extrudabilidade; e
Melhorar as propriedades mecânicas do revestimento, i.e., aderência,
ductilidade etc.
2.1.1. Variáveis de operação
As variáveis operacionais da soldagem SMAW de maneira geral são:
corrente de soldagem, velocidade de avanço e dimensões e revestimento do
eletrodo.
2.1.1.1. Corrente de soldagem
A corrente de soldagem é a variável que determina predominantemente a
geometria do cordão e a taxa de deposição de material de adição. Um aumento
nesse parâmetro proporciona um aumento direto e proporcional na taxa de
deposição, o que diz respeito também sobre a produtividade do processo. Em
contrapartida, a corrente e a velocidade de resfriamento são grandezas
inversamente proporcionais na soldagem SMAW, fator que limita a produtividade, já
que o resfriamento não pode ser muito rápido e nem lento demais. Ainda sobre
variáveis térmicas, uma corrente alta pode superaquecer a peça, fazendo com que
haja degradação da mesma.
A corrente também tem influência nas dimensões do cordão. Observa-se que
com o aumento da corrente, a largura do cordão e a penetração também aumentam.
Suas implicações sobre a produção são que dependendo do tipo de junção soldada,
espera-se obter uma junta de maior ou menor profundidade, então o operador deve
atentar a corrente mais adequada para o procedimento.
2.1.1.2. Velocidade de avanço
11
A velocidade do avanço exerce importante influência nas dimensões do
cordão, embora seu controle seja um tanto impreciso. A altura e largura do cordão
são inversamente proporcionais à velocidade de avanço. A energia de soldagem
pode ser reduzida em velocidades elevadas, mesmo com altas correntes, dessa
forma, uma solda realizada com maior velocidade de avanço pode compensar os
efeitos de uma solda em alta corrente.
2.1.1.3. Dimensões e revestimento do eletrodo.
O dimensionamento e o tipo de revestimento do eletrodo são fatores
limitantes da corrente que pode ser empregada sobre o eletrodo, levando em conta
que o diâmetro do eletrodo controla a densidade de corrente que pode passar
através dele.
A tabela 1 mostra alguns exemplos de faixa operacional de corrente para
alguns eletrodos de diferentes diâmetros.
Tabela 1: Tipo e faixa de corrente ilustrativa para diferentes eletrodos revestidos.Fonte: Departamento de Engenharia Metalúrgica e de materiais – UFMG, 2011.
12
2.2. MIG
O processo MIG (metal inert gas) (...)
utiliza como fonte de calor um arco elétrico
mantido entre um eletrodo nu consumível,
alimentado continuamente, e a peça a
soldar. A proteção da região de soldagem é
feita por um fluxo de gás inerte2.
Os equipamentos elementares de uma máquina de soldagem MIG (GMAW)
são os seguintes:
Tocha de soldagem;
Alimentador de arame;
Bobina de arame;
Gás de proteção;
Cilindro de gás; e
Cabos de potência.
Esquematizados na figura 3.
Figura 3: Esquematização dos componentes de soldagem MIG.Fonte: Instituto de Soldagem e Mecatrônica- UFSC, 2011.
2 Wainer, Emílio, et. al. Soldagem. Processos e Metalurgia. São Paulo: Edgard Blücher, 2000. p.99.
13
Dentro da soldagem MIG, os gases de proteção inertes geralmente usados
são Argônio e Hélio, e tem como função dar estabilidade ao arco elétrico, proteger a
poça de fusão e o metal de solda, proporcionar transferência iônica e de calor e
resfriar a poça fundida.
O arco elétrico formado tem a função de fundir o eletrodo consumível para
que este seja depositado sobre a junção a ser soldada. Entende-se arco elétrico
como “a descarga elétrica mantida através de um gás ionizado, iniciada por uma
quantidade de elétrons emitidos do eletrodo negativo aquecido e mantido pela
ionização térmica do gás aquecido”3.
2.2.1. Características elétricas de transferência
São basicamente 3 tipos de transferência metálica principais na soldagem
GMAW, são: transferência por curto circuito, globular e spray.
Um diagrama que correlaciona os parâmetros de voltagem e corrente com o
tipo de transferência metálica é mostrado na figura 4.
Figura 4: Influência dos parâmetros de soldagem na transferência metálica.Fonte: Pukasiewicz, 2011
2.2.1.1. Transferência por curto circuito
Este processo ocorre quando baixos valores de tensão para quaisquer gases
de proteção. A gota que se forma na extremidade do eletrodo toca a peça, que por
efeito de capilaridade, se aglomeram. Portanto esse tipo de transferência permite a
3 Udin, H; Funk, E. R. & Wolff, J. – Welding for Engineers; John Willey & Sons Inc., N. Y., 1954, p. 136-69. (Udin, Funk, & Wolff, 1954)
14
soldagem em qualquer posição. É recomendada para união de chapas finas devido
a baixa transferência de calor. A penetração não é muito grande e há grande
quantidade de respingo sobre a peça.
2.2.1.2. Transferência globular
Ocorre em baixas correntes em tensões mais elevadas do que a transferência
por curto circuito. A quantidade de calor colocada na peça por transferência globular
é intermediária as outras formas de transferência. Essa forma de transferência pode
gerar como defeitos: falta de penetração, falta de fusão e/ou excesso de reforço do
cordão (ASM, 1978). A gota fundida é deposta sobre a união por efeito da gravidade.
2.2.1.3. Transferência em spray
Dentre as transferências metálicas da soldagem MIG esta é a que possui
maior aporte térmico. Ocorre somente a elevadas correntes e tensões. A gota que
se forma na extremidade do eletrodo é lançada em direção ao metal base devido a
formação do campo magnético que o arco elétrico gera. Tem uma ótima estabilidade
e é adequado para solda de chapas grossas, devido a alta quantidade de calor
fornecida a peça.
2.3. Microestrutura da chapa de aço, ZTA e poça fundida
A microestrutura da união soldada é altamente influenciada pela transferência
de calor a que a peça é submetida, sendo assim de grande importância esse estudo
para avaliação das propriedades mecânicas do material, sendo os fatores mais
importantes (Wainer, Brandi, & Melo, 2000):
Aporte térmico;
Rendimento térmico do arco elétrico;
Distribuição de temperatura; e
Taxa de resfriamento.
O aporte térmico de uma solda é uma grandeza que relaciona a quantidade
de energia fornecida a uma unidade de comprimento do cordão de solda. Pode ser
equacionada segundo a equação (1).
H=η·V·Iv
(1)
Onde:
15
H é o aporte térmico [J/mm]
η é o rendimento do arco elétrico
V é a voltagem da corrente [V]
I é a intensidade da corrente [A]
v é a velocidade de solda [mm/s]
A eficiência do arco elétrico está relacionada à fração de energia que
realmente é usada para a execução da soldagem, tendo em vista que parte da
energia fornecida pelo arco se dissipa na forma de calor para o meio externo.
Uma soldagem de elevado aporte térmico faz com que a peça se aqueça
mais, acarretando em uma consequente diminuição na taxa de resfriamento e uma
prolongação da zona termicamente afetada (ZTA).
A figura 5 mostra as a formação da ZTA para uma liga de aço a partir do seu
gráfico de equilíbrio de fases.
Figura 5: Repartição térmica e diagrama de fases.Fonte: Pukasiewicz, 2011.
A região mais próxima à região da solda é a ZTAGG ou ZTA de granulação
grosseira, mostrada na figura 6. É a região mais crítica de uma peça soldada, pois
nessa região os grãos solidificaram de forma rápida, deixando essa região pouco
16
tenaz. É nessa região que geralmente ocorre fratura quando a peça é submetida a
tração.
Figura 6: ZTA de granulação grosseira.
Fonte: Pukasiewicz, 2011.
A medida que nos afastamos da região de ZTAGG e caminhamos para o
metal base, observamos que a granulação do metal passa a ser cada vez mais
refinada, como mostra a figura 7, devido a menor taxa de resfriamento.
Figura 7: Variação de granulação da peça soldada.Fonte: Pukasiewicz, 2011
17
Com o auxílio de um diagrama de resfriamento contínuo como da figura 8 é
possível calcular a taxa de resfriamento necessária para que não haja formação de
martensita na ZTA, e para que essa taxa de resfriamento seja alcançada, pode ser
planejada um pré-aquecimento da peça antes da soldagem, que pode ser calculada
através das equações (2), (3).
R=2 πλ(Tc−¿)2
H (2) para chapas grossas
R=2π λ ρCp( tH )2
(TC−T o)3 (3) para chapas finas
Onde:
R é a taxa de resfriamento desejada;
λ é a condutividade térmica do metal;
ρ é a densidade do metal;
Cp é o calor específico do metal;
t é a espessura da chapa;
H é o aporte térmico;
Tc é a temperatura crítica (a partir da qual ocorrerá mudança de fase); e
To é a temperatura inicial da chapa (pré-aquecimento);
18
Figura 8: Diagrama de resfriamento contínuo para uma liga de aço 4340.
Fonte: Scheid, 2011.
19
3. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS
Para realização da prática foram adotados os seguintes materiais e
procedimentos.
3.1 MATERIAIS
-EPIs:
Máscara;
Luvas;
Avental;
Bota de couro;
Camisa de algodão.
- Para soldagem GMAW:
Fonte de fonte de energia (com saída de tensão constante regulável entre 15
e 50V);
Tocha de soldagem;
Fonte de gás;
Alimentador de arame;
Bobina de arame.
- Para soldagem eletrodo revestido:
Fonte de energia (ou máquina de soldagem);
Porta eletrodo;
Mesa;
Cabos de interligação;
Eletrodos Rutílicos;
Cabo terra;
Escova de aço;
Martelo.
20
- Para ensaio por liquido penetrante
Embutidora, número patrimonial 15900002
Baquelite
Liquido penetrante
Liquido revelador
- Para analise metalografica
Lixas
Polidora rotativa, número patrimonial 18900002
Liquido penetrante
Liquido revelador
- Outros materiais
Maquina de corte, número patrimonial 18500002
Álcool
Secador
3.2 PROCEDIMENTOOs procedimentos realizados foram basicamente três: A soldagem dos corpos
de prova, ensaio por liquido penetrante e por fim analise metalográfica.
3.2.1 Procedimento da soldagem
Primeiramente foram coletadas corpos de prova feitos de aço, e antes de
iniciar o processo de soldagem todos os integrantes da equipe vestiram seus EPIs.
Esse procedimento foi adotado tanto para soldagem do tipo eletrodo quanto MIG.
3.2.1.1 Soldagem eletrodo revestido
O equipamento para soldagem eletrodo revestido é mostrado na figura 15.
21
Figura 9: Equipamento para soldagem eletrodo.
Estabelecendo as chapas a serem soldadas, o eletrodo a ser utilizado e os
parâmetros de corrente, as placas foram posicionadas na mesa de solda, em
posição plana e o eletrodo, na sua parte não revestida, foi fixado no porta eletrodo,
conforme a figura 10.
22
Figura 10: Posicionamento do eletrodo no porta eletrodo.
Antes de iniciar o processo de soldagem foi realizado o procedimento de
ponteamento que consiste na realização de pontos de solda nos extremos da chapa.
Esse procedimento foi adotado para evitar desalinhamento ou empenamento das
chapas.
Com as chapas ponteadas foi iniciado a soldagem em linha reta, de
extremidade a extremidade da peça. Com o cordão de solda pronto foi retirado, com
ajuda do martelo e da escova de aço, a escória. O procedimento de solda foi
realizado do outro lado da chapa para garantir a boa fusão da solda.
Para os diferentes parâmetros de corrente o procedimento foi o mesmo.
3.2.1.2. Soldagem MIG
O equipamento para soldagem eletrodo revestido é mostrado na figura 11.
23
Figura 11: Equipamento para soldagem MIG.
Com os parâmetros de velocidade de avanço pré estabelecidos pelo
professor a soldagem GMAW foi realizada de três diferentes maneiras, Curto
circuito, globular e Spray, para poder comparar as características obtidas por cada
umas dessas técnicas, como penetração e largura do cordão, além dos tipos de
defeitos gerados.
24
Como no eletrodo, as chapas a serem soldadas foram posicionadas em uma
mesa, na posição plana e foi ajustado na maquina a velocidade de avanço do
cordão, amperagem e o tipo de solda realizado.
O primeiro parâmetro fixado foi soldagem por curto circuito. O ponteamento
foi realizado nas placas e em seguida a soldagem, feita em sentido reto. A soldagem
foi realizada nos dois lados da placa.
Em seguida foi fixado o parâmetro de soldagem Globular e após Spray, o
procedimento adotado foi o mesmo que para curto circuito.
A soldagem GMAW não gera escória, por isso não foi necessário a realização
da limpeza das soldas.
3.2.2 Procedimento do ensaio por liquido penetrante.
Os procedimentos as seguir foram realizados para todos os CP.
As placas soldadas foram cuidadosamente limpas, retirando as impurezas e
escórias. Após isso o liquido penetrante foi aplicado diretamente sobre as chapas
com lata de aerossol, foi aguardado aproximadamente 5 minutos para que o líquido
penetrasse na peça.
Então se efetuou a remoção do penetrante da superfície por meio de lavagem
em água corrente e a secagem das peças com auxilio de papel absorvente. Só
então foi aplicado o revelador, conforme mostra a figura 12 tomando sempre o
cuidado para não aplicar em excesso.
25
Figura 12: Analise da solda após aplicação de liquido penetrante..
3.2.3 Procedimento da analise metalográfica.
Realizado o procedimento de soldagem e o ensaio por líquido penetrante os
corpos de prova foram submetidos a analise metalográfica.
Esse ensaio consiste na preparação do CP para analise de sua
microestrutura e ZTA. O preparo do corpo de prova passa por diversas etapas para
se obter uma analise mais adequada. A primeira delas é o corte.
Primeiramente foi necessário realizar o corte da peça para poder realizar seu
embutimento. A chapa soldada é fixada nas morsas da máquina de corte e os bicos
de jato de fluido posicionados na região a ser cortada. A tampa da máquina foi
fechada e em seguida ligado o jato de fluído e o motor que inicia a rotação do disco
de corte. O movimento de avanço da lamina foi controlado através de uma alavanca
operada manualmente, aplicado a ela uma carga moderada até o corte do CP,
retornar o disco para posição inicial.
Realizado o corte o motor e o jato são desligados e por motivo de segurança
esperou que o disco parasse totalmente para abertura da tampa.
Soltar o corpo de prova dos fixadores.
Depois da região da solda cortada é realizado o embutimento da peça para
facilitar o manuseio do CP.
26
Posicionou se a peça na câmara de moldagem com a face que se quer
analisar em contato com o embolo inferior da maquina, baixado o embolo foi
adicionado com auxilio de um funil duas porções de uma resina fenólica, baquelite. A
câmara foi fechada e então acionada a maquina.
Foi aplicado uma pressão, que deveria ficar entre 100 e 150kgf/cm2.
Concluído o processo de cozimento do baquelite a pressão é aliviada e a amostra
retirada da câmara.
Quando resfriado a amostra, iniciou o processo de lixamento, para isso foram
utilizadas cinco lixas de diferentes granulometrias (220, 320, 400, 600 e 1200). O
lixamento foi realizado de maneira semiautomática pois contou com o auxilio de uma
lixadeira.
As lixas eram acopladas na lixadeira rotativa que recebia agua de uma
mangueira instalada para o resfriamento e limpeza da peça, conforme mostrado na
figura 13.
Figura 13: Lixamento da amostra
Essa etapa foi necessária para eliminar os riscos superficiais do CP, pra que
estes não interfiram na posterior analise microscópica, e preparar para o polimento.
Logo após passado por todas lixas numa ordem decrescente de abrasividade
a peça foi polida.
27
Um feltro instalado na mesma maquina de lixar foi utizado para realizar esse
processo final. Na primeira etapa do polimento foi utilizado alumina 0,3µ, adicionada
ao pano de polimento com auxilio de uma pissete e depois foi polida com alumina
0,1µ.
Depois do polimento o baquelite passou por um ataque químico. O CP foi
emergido em solução de ácido nítrico e álcool conhecido pelo nome comercial de
Nital. O ataque químico tem por finalidade a corrosão do metal para melhor
visualização dos contornos de grão e as diferentes fases na microestrutura. Porém
antes do ataque o CP deve estar perfeitamente limpo e seco, para isso o CP foi
lavado em agua corrente com detergente, aplicado álcool e secado através de um
jato de ar quente fornecido por um secador.
Após o preparo e tratamento do CP o mesmo foi posicionado primeiramente
na lupa, para uma analise de até 40 vezes. Foram tiradas fotos em diferentes lentes
de aumento para em seguida realizar leituras dos valores da ZTA, penetração,
Largura do cordão e os defeitos de soldagem. Depois de analisados pela lupa o CP
foi submetido a analise por microscópio de reflexão. Esse equipamento óptico serve
para análise da superfície da amostra através da reflexão da luz na superfície
contrastada quimicamente. Foram tirados fotografias para observar a formação dos
grãos.
28
4. RESULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÃO
4.1. Eletrodo revestido
Das 3 amostras de solda por eletrodo revestido, o parâmetro que variou foi a
corrente para 80, 90 e 100A, lembrando que as correntes maiores são aquelas que
fornecem maior aporte térmico para a peça e uma consequente redução na taxa de
resfriamento.
4.1.1. Corrente de 80A
Para a soldagem da chapa de aço com corrente de 80A, o aporte térmico
cedido a peça foi relativamente pequeno comparado as outras amostras, sendo
assim é esperado que a ZTA dessa amostra tenha uma dimensão inferior as outras.
Uma foto ampliada que mostra a região da ZTA na região da união soldada é
vista na figura 14
Figura 14: Foto ampliada de uma união soldada em eletrodo revestido. Corrente de solda: 80A.
Observa-se nessa imagem que houve baixa penetração do material de adição
formando uma falha de dimensões de 1122.39µm por 4486µm, que poderia ser
corrigido com uma menor velocidade de soldagem.
29
A microestrutura formada por esse procedimento é mostrado na figura 15 a
seguir.
Figura 15: Microestrutura da região fundida e ZTA de união soldada emeletrodo revestido. Corrente de solda 80A.
Analisando a figura 15, pode se concluir que a taxa de solidificação foi um
tanto lenta, já que não houve orientação dos grãos na interface entre a região
fundida e a ZTA. Isso pode ser explicado pelo baixo aporte térmico fornecido pela
corrente de 80A.
As dimensões do cordão de solda e da ZTA são mostrados na tabela 2.
Tabela 2: Dimensões do cordão de solda e da ZTA para amostra de solda a eletrodo revestido a 80A.
Largura (µm) Profundidade (µm)Cordão de solda 7505,140 2011,084ZTA 9513,084 4487,793
Comparando a amostra obtida com a literatura, seria esperado que nesse
caso que a ZTA tivesse uma largura pequena, que pôde ser comprovado já que esta
não se afastou muito da região fundida.]
30
4.1.2. Corrente de 90A
Para a soldagem da chapa de aço com corrente de 90A, o aporte térmico
cedido a peça intermediário quando comparado as outras amostras de mesmo
processo, sendo assim é esperado que a ZTA dessa amostra tenha uma dimensão
mediana em relação as outras.
Uma foto ampliada que mostra a região da ZTA na região da união soldada é
vista na figura 16.
Figura 16: Fotografia ampliada de peça soldada por arco elétrico. Corrente de solda 90A.
Observa-se nessa imagem também houve baixa penetração do material de
adição formando uma falha de dimensões de 599,975 µm por 2107,86 µm, que
também poderia ser corrigido com uma menor velocidade de soldagem.
A microestrutura formada por esse procedimento é mostrado na figura 17 a
seguir.
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Figura 17: Microestrutura da ZTA e da região fundidapara soldagem em eletrodo revestivdo. Corrente de solda 90A.
Analisando a figura 17, pode se concluir que houve solidificação mais rápida
da região fundida, já que houve orientação dos grãos na interface entre a região
fundida e a ZTA. Isso pode ser explicado pelo maior aporte térmico fornecido pela
corrente de 90A, quando comparado com corrente de 80A.
As dimensões do cordão de solda e da ZTA são mostrados na tabela 3.
Tabela 3: Dimensões do cordão de solda e da ZTApara amostra de solda a eletrodo revestido a 90A.
Largura (µm) Profundidade (µm)Cordão de solda 3953,402 563,5053ZTA 7781,711 2498,229
Comparando a amostra obtida com a literatura, seria esperado que nesse
caso que a ZTA tivesse uma largura maior, mas não ocorreu possivelmente devido a
uma maior velocidade de solda.
4.1.3. Corrente de 100A.
Para a soldagem da chapa de aço com corrente de 100A, o aporte térmico
cedido a peça foi superior quando comparado as outras amostras de mesmo
32
processo, sendo assim é esperado que a ZTA dessa amostra tenha uma dimensão
superior em relação as outras.
Uma foto ampliada que mostra a região da ZTA na região da união soldada é
vista na figura 18.
Figura 18: Fotografia ampliada da região soldada por processoeletrodo revestido. Corrente de solda 100A.
Observa-se nessa imagem também houve melhor penetração do material de
adição comparado com as outras duas correntes de solda, formando uma falha de
dimensões de 2164,991 µm por 649,2535 µm, que também poderia ser corrigido
com uma menor velocidade de soldagem.
A microestrutura formada por esse procedimento é mostrado na figura 19 a
seguir.
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Figura 19: Microestrutura da ZTA para soldagemem eletrodo revestido. Corrente de solda 100A.
Analisando a figura 19, pode se concluir que houve solidificação mais rápida
da região fundida comparando com os outros parâmetros, já que os grãos formados
são mais finos que os outros parâmetros. Isso pode ser explicado pelo maior aporte
térmico fornecido pela corrente de 100A, quando comparado com as demais.
As dimensões do cordão de solda e da ZTA são mostrados na tabela 4.
Tabela 4: Dimensões do cordão de solda e da ZTApara amostra de solda a eletrodo revestido a 100A.
Largura (µm) Profundidade (µm)Cordão de solda 6845,25 2070,564ZTA 10486,46 3342,344
Comparando a amostra obtida com a literatura, seria esperado que nesse
caso a ZTA tivesse uma largura maior e uma melhor penetração, o que pôde ser
observado com os dados obtidos.
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4.2. Soldagem MIG.
Das 3 amostras de soldagem GMAW, o parâmetro que variou foi a corrente e
voltagem de forma que tivessem 3 tipos diferentes de transferência metálica: por
curto circuito, globular e em spray, ordenadas em ordem crescente de aporte
térmico.
4.2.1. Transferência por curto circuito.
Para a soldagem da chapa de aço por transferência por curto circuito, o
aporte térmico cedido a peça foi o menor entre as outras amostras, que modo que é
esperado que a ZTA dessa amostra tenha uma dimensão inferior as outras.
Uma foto ampliada que mostra a região da ZTA na região da união soldada é
vista na figura 20.
Figura 20: Fotografia ampliada da amostra de solda por transferência curto circuito, processo MIG.
Observa-se nessa imagem que houve melhor penetração do material de
adição comparando com as soldas feitas em eletrodo revestido, formando uma falha
de dimensões de 137,2435 µm por 474,1224 µm.
A microestrutura formada por esse procedimento é mostrado nas figuras 21 e
22 seguir.
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A primeira mostra a formação da ZTAGG, região que sofreu resfriamento
mais rápido e possivelmente mais suscetível à fratura.
Figura 21: Microestrutura de ZTAGG de união soldadaem processo MIG em transferência por curto circuito.
A figura 22 mostra na região superior a interface entre a ZTA e o metal base,
onde os grãos tem orientação na direção da ZTA, evidenciando um resfriamento
mais lento.
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Figura 22: Microestrutura de interface de ZTA e metal base de união soldada em processo MIG em transferência por curto circuito.
As dimensões do cordão de solda e da ZTA são mostrados na tabela 5.
Tabela 5: Dimensões do cordão de solda e da ZTAde uma amostra soldada em curto circuito. Processo GMAW.
Largura (µm) Profundidade (µm)Cordão de solda 1251,890 4214,476ZTA 2314,028 1582,986
Comparando a amostra obtida com a literatura, seria esperado que nesse
caso que a ZTA tivesse uma largura não elevada e que a solda tivesse mais
penetração do que as realizadas em eletrodo revestido, que pôde ser comprovado
com os dados obtidos.
4.1.2. Transferência globular.
Para a soldagem da chapa de aço por transferência glanular, o aporte térmico
cedido a peça foi o superior ao caso de transferência por curto circuito, de modo que
seria esperado que a ZTA dessa amostra tenha uma dimensão superior a esse
caso.
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Uma foto ampliada que mostra a região da ZTA na região da união soldada é
vista na figura 23.
Figura 23: Imagem ampliada de união soldada em processo MIG por transferência globular.
Observa-se nessa imagem que houve falta de fusão do metal base
comparando com as soldas feitas em eletrodo revestido, talvez causado por falta de
limpeza da superfície da peça ou por manipulação inadequada do eletrodo. Houve a
formação uma falha de dimensões de 2050,769 µm por 485,738 µm
A microestrutura formada por esse procedimento é mostrado nas figuras 24 e
25.
A figura 24 mostra a região termicamente afetada na qual sofreu resfriamento
rápido, evidenciado pela estrutura agulhada dos grãos.
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Figura 24: Região termicamente afetada que sofreu resfriamento rápido.
A figura 25, a seguir, mostra a interface entre a região fundida e a ZTA,
mostrando que não houve continuidade da fusão do metal. A microestrutura da
região fundida mostra que a taxa de resfriamento foi elevada.
Figura 25: Interface entre região fundida e ZTA de uniãosoldada em processo MIG por transferência globular.
As dimensões do cordão de solda e da ZTA são mostrados na tabela 6.
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Tabela 6: Dimensões de cordão de solda e ZTApara união soldada em processo MIG por transferência globular.
Largura (µm) Profundidade (µm)Cordão de solda 830,624 3034,620ZTA 3668,390 1020,311
Comparando a amostra obtida com a literatura, seria esperado que nesse
caso que a ZTA tivesse uma largura mais elevada que no caso de transferência por
curto circuito e que o cordão de solda tivesse mais profundidade, porém não foi o
que houve, talvez pela falta de fusão do metal.
4.1.3. Transferência por spray.
Para a soldagem da chapa de aço por transferência por spray, o aporte
térmico cedido a peça foi o maior entre as outras amostras, que modo que é
esperado que a ZTA dessa amostra tenha uma dimensão superior as outras.
Uma foto ampliada que mostra a região da ZTA na região da união soldada é
vista na figura 26.
Figura 26: Fotografia ampliada da amostra de solda por transferência por spray, processo MIG.
Observa-se nessa imagem que houve melhor penetração do material de
adição comparando com as soldas feitas em eletrodo revestido e as outras feitas por
MIG. Porém com um grande empenamento por parte das chapas devido a uma
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delas chanfradas e a outra não, formando uma pequena falha de dimensões de
559,9649 µm por 267,8033 µm.
A microestrutura formada por esse procedimento é mostrado nas figuras 23 e
124 a seguir.
A figura 27 mostra a formação da ZTAGG, região que sofreu resfriamento de
maneira mais rápida, sendo mais suscetível a fratura.
Figura 27: Microestrutura de ZTAGG de união soldada em processo MIG em transferência por spray.
A figura 28 mostra a região de ZTA de granulação fina por parte da
transferência por spray, onde os grãos sofreram um resfriamento pouco mais lento.
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Figura 28: Microestrutura da ZTAGF em processo MIG em transferência por spray.
As dimensões do cordão de solda e da ZTA são mostrados na tabela 7.
Tabela 7: Dimensões do cordão de solda e da ZTAde uma amostra soldada em spray. Processo GMAW.
Largura (µm) Profundidade (µm)Cordão de solda 7978,374 827,743ZTA 1113,401 Ultrapassou a peça
Comparando a amostra obtida com a literatura, seria esperado que nesse
caso que a ZTA tivesse uma largura mais elevada do que no casos anteriores e que
o cordão de solda tivesse mais profundidade porém não foi o que houve, talvez pelo
fato da peça ter sido soldada com velocidade maior.
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5. CONCLUSÃO
Durante as soldagens realizadas, seria esperado que o aumento de aporte
térmico ocasionasse uma maior penetração do cordão de solda e uma ZTA de
dimensões maiores, embora tenha acontecido na maior parte dos casos, nem
sempre isso se ocorreu, possivelmente por causa da variação de outros parâmetros
como velocidade e técnica de soldagem. Para uma análise mais adequada seria
ideal que esses parâmetros fossem pré-estabelecidos anteriormente, para uma
melhor comparação.
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6. REFERÊNCIAS
ASM. (1978). Welding Handbook (7ª ed., Vol. 2).
Scheid. Diagramas de Resfriamento Contínuo. Disponível em <ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM242-B/Diagramas%20de%20Resfriamento%20Cont%EDnuo.pdf> Acesso em 08 de dezembro de 2011.
Silva, R. H. Desenvolvimento da soldagem mig/mag em transferência metálica por curto-circuito com controle de corrente para aplicação em passes de raiz. Disponível em Labsolda: <http://www.labsolda.ufsc.br/projetos/projetos_atuais/mig_mag_cc.php>. Acesso em 07 de dezembro de 2011,
Pukasiewicz, A. Análise de produtos soldados - Eficiência de soldagem/Transferencia de calor. Apresentação de slides. Ponta Grossa, 2011.
Pukasiewicz, A. Metalurgia da Soldagem - Soldagem em aços. Apresentação de slides. Ponta Grossa, 2011.
Pukasiewicz, A. Processos de Soldagem - Soldagem GMAW - MIG/MAG. Apresentação de slides. Ponta Grossa, 2011.
Udin, H., Funk, E. R., & Wolff, J. Welding for Engineers. New York, 1954. John Willey & Sons Inc.
UFMG, Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Técnica Operatória da Soldagem SMAW. Disponível em <http://www.demet.ufmg.br/grad/disciplinas/emt019/pratica_smaw.pdf>. Acesso em 07 de dezembro de 2011.
Universo da Soldagem. Soldagem por Eletrodo Revestido (SMAW – SHIELDED METAL ARC WELDING). Disponível em Universo da Soldagem: <http://universodasoldagem.wordpress.com/2010/01/22/soldagem-por-eletrodo-revestido-smaw-shielded-metal-arc-welding/>. Acesso em 07 de 12 de 2011.
Wainer, E., Brandi, S. D., & Melo, F. D.. Soldagem, Processos e Metalurgia. São Paulo: 2000. Edgard Blücher LTDA.
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