UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. Louise da Costa Sanches /

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA Louise da Costa Sanches / ESTUDO METALURGICA E DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE SOLDAS GMAW-CW. CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO GUAMÁ BELÉM-PARÁ-BRASIL Abril/2007

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA Louise da Costa Sanches ESTUDO METALURGICA E DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE SOLDAS GMAW-CW. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a Universidade Federal do Pará, Centro Tecnológico, Curso de Engenharia Mecânica para obtenção do grau de Engenheira Mecânica. Orientador: Prof. Dr. Eduardo de Magalhães Braga Co-orientador: Eng. Thiago da Silva Barrozo

3 CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO GUAMÁ BELÉM-PARÁ-BRASIL Abril/2007 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA ESTUDO METALURGICA E DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE SOLDAS GMAW-CW. Louise da Costa Sanches Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal do Pará. Submetido à banca examinadora constituída por: Prof. Eduardo de Magalhães Braga, D.Sc. UFPA Orientador Prof. Carlos Alberto Mendes da Mota, D.Sc. UFPA Membro Interno Prof. Antônio Carlos Duarte Dias, D.Sc. CEFET-PA Membro Exterior Julgado em 02 de Abril de Conceito:

4 DEDICATÓRIA BELÉM Abril/2007 Ao Criador e à Nossa Senhora de Nazaré por ter me dado serenidade e determinação para a realização deste trabalho. Aos meus pais Antônio Sanches e Laura Ney Sanches pelo grande amor, educação, dedicação e sacrifício em favor dos meus estudos. A vocês dedico todo o meu amor e minhas conquistas. À minha irmã Letícia Sanches pela convivência, apoio e ajuda nos momentos em que mais precisei. Ao meu amigo, companheiro e namorado Nelson Mendonça pelo incentivo, amor e dedicação incondicional. Ao amigo Luciano Seabra pela confiança em mim depositada, pelas conversas esclarecedoras e incentivadoras e pela amizade única. A todos os meus amigos e amigas que eu conheci durante a vida e que de alguma forma contribuíram para minha formação pessoal, acadêmica e profissional. Louise da Costa Sanches

5 AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Eduardo de Magalhães Braga pela orientação, atenção, contribuição científica e companheirismo. Ao Prof. Dr. Carlos Mota, pela amizade e contribuição científica dedicadas a este trabalho. Aos Professores do Departamento de Engenharia Mecânica da UFPA, pelo apoio e auxilio nos momentos em que mais precisei. Aos integrantes e companheiros do Grupo PET Eng. Mecânica, representado pelo Prof. Tutor Luciano Seabra com quem aprendemos que a semeadura é livre e a colheita é obrigatória. Aos amigos dos demais PET s, tutores e bolsistas, que ajudaram no meu amadurecimento profissional e pessoal. Aos bolsistas e companheiros do GETSOLDA Alderi, Alan, Luciana, Rodrigo Augusto e Ângelo pela ajuda na execução dos experimentos. Aos Engenheiros Nelson Mendonça, Thiago Barrozo, Max Roberto e Fábio Marinho. Aos amigos Aline, Wagsnhiton, Ulysses, José Tavares, Jonhysson, Erlison, Marcelo Cruz, João Paulo, Joana e Lallianne pelo auxilio durante o curso e pela amizade inestimável e incondicional. Agradecimento especial a Gilmara, Gil e Prof. Lamarão pelo auxilio no uso do MEV. Aos colegas e amigos que conhecemos não somente durante o curso, mas que nos acompanharam até esta etapa.

6 Louise da Costa Sanches Criar o que não existe ainda deve ser a pretensão de todo o sujeito que está vivo.

7 Paulo Freire SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... LISTA DE TABELAS... LISTA DE EQUAÇÕES... LISTA DE ESPECTROGRAMAS SIMBOLOGIA... RESUMO... OBJETIVO... IX XV XV XVI XVII XX XXI 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Processo GMAW 23 Convencional Processo GMAW com Duplo Arame Energia de Soldagem Características da Zona Termicamente Afetada dos Cordões de 29 Solda Região de Crescimento de Grão Região de Refino de Grão Região Intercrítica Características da Poça de Fusão Crescimento de Grão Características Mecânicas Ensaio De Microdureza Correlação entre a Dureza Brinell e o Limite de Resistência à Tração 41 Convencional Microscopia Eletrônica MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Utilizados Consumíveis Arame 45 Eletrodo...

8 Hidrogênio Difusível Gás de Proteção Metal base Equipamentos Sistema de Alimentação de Arame Eletrodo Sistema de Posicionamento e Deslocamento Automático da Tocha de 48 Soldagem Tocha de Soldagem Sistema Auxiliar de Alimentação do Arame Frio Sistema de Medição de Tempo, Comprimento e Velocidade de 49 Alimentação do Arame Eletrodo Placa de Aquisição e Processamento de Dados Programas Computacionais Microcomputador Equipamentos Auxiliares de Metalografia Máquina de corte (cut-off) e disco de corte Lixadeira e Politriz Microdurômetro Sistema de Aquisição Óptico Computadorizado Analisador de 56 Imagens Microscópio Ótico Eletrônico Microscópio Ótico de Varredura Metodologia Experimental Obtenção das Amostras dos Corpos de Prova Soldados Macrografia Metalografia... 57

9 3.2.4 Microdureza RESULTADOS E DISCUSSÕES Análise da Energia de Soldagem Resultado das Características Geométricas Resultado dos Reagentes Testados Nital 2% (2ml de HNO 3 em 98ml de água destilada) Nital 1% (1ml de HNO 3 em 99ml de água destilada) %Picral + 2%Nital (4ml de C 6 H 3 N 3 O 7, 2ml de HNO 3 em 94ml de água 72 destilada) Nital 2%(2ml de HNO 3 em 98 de álcool etílico (95%)) Nital 1%(1ml de HNO 3 em 99 de álcool etílico (95%)) %Picral + 2%Nital (4ml de C 6 H 3 N 3 O 7, 2ml de HNO 3 em 94ml de álcool 75 etílico (95%)) Resultados de Microestrutura Resultados de Tamanho de Grão Resultados de Microdureza Resultados do Limite de Resistência à Tração CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS 101 FUTUROS Conclusões Sugestões para trabalhos futuros ANEXOS Defeitos no Metal de Solda REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 114 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Esquema representativo da soldagem GMAW Figura 2.2 Pistola manual refrigerada a ar Figura 2.3 Pistola manual refrigerada a 25 água... Figura 2.4 Esquema representativo bocal/tocha Figura 2.5 Fotos de fontes que compõem o sistema MIG/MAG Duplo Arame 27 com potenciais isolados...

10 Figura 2.6 Foto de duas tochas montadas para realizar soldagem com o 28 processo GMAW duplo arame. Eletrodos posicionados no modo Tandem... Figura 2.7 Foto de duas tochas montadas para realizar soldagem com o 29 processo GMAW duplo arame. Eletrodos posicionados no modo Twin... Figura 2.8 Estrutura da ZTA de um aço de baixo carbono Figura 2.9 Estrutura microscópica da ZTA de um aço de baixo 31 carbono... Figura 2.10 Diluição medida na seção transversal de (a) um cordão depositado 33 sobre chapa e (b) uma solda de topo... Figura 2.11 Modelo da zona parcialmente fundida de uma liga monofásica Figura 2.12 Representação esquemática do crescimento de grão epitaxial 35 (entre A e 1; B e 2; e C e 3) e do crescimento competitivo (entre1,2 e 3)... Figura 2.13 Influência do ciclo térmico de soldagem na largura do grão 35 solidificado... Figura 2.14 Representação esquemática de constituintes 38 microestruturais... Figura Microestrutura do metal depositado com indicação dos diferentes 39 constituintes... Figura 2.16 Relações entre a dureza e o limite de resistência a tração para o 42 aço, latão e ferro fundido... Figura 2.17 Fotomicrografia de uma amostra de latão policristalino.ampliação 44 de 60X (sessenta vezes)... Figura 3.1 Detalhes da bancada de soldagem GMAW Figura 3.2 Sistema de posicionamento e deslocamento automático da tocha Figura 3.3 Detalhes do sistema de alimentação auxiliar do arame eletrodo frio.. 49 Figura 3.4 Máquina de corte Figura 3.5 Imagem da politriz Figura 3.6 Microdurômetro utilizando ensaio de dureza do tipo 52 Vickers... Figura 3.7 Sistema computadorizado para aquisição e análise de imagens Figura 3.8 Sistema computadorizado para aquisição, análise de imagens 54 espectrografia dispersiva de imagens(eds)... Figura 3.9 Foto da tocha de soldagem com o arame frio na posição Twin Figura 3.10 Esquema do seccionamento transversal dos corpos de prova... 56

11 Figura 3.11 Perfil Geométrico do cordão de solda Figura 3.12 Esquema dos pontos utilizados na análise microestrutural Figura 3.13 Esquema representativo da contagem de interceptos Figura 3.14 Distância entre as microintentações Figura 3.15 Perfil de ensaio de microdureza Figura 4.1 Comparativo dos processos de soldagem e energia de soldagem Figura 4.2 Resultado da análise geométrica Figura 4.3 Análise de diluição em relação ao processo de soldagem utilizado Figura 4.4 Resultados obtidos com ataque de Nita2% (2 ml de HNO 3 em 98 ml 69 de água destilada), (a) metal de adição, (b) ZTA e (c) metal de base... Figura 4.5 Resultados obtidos com ataque de Nita1% (1 ml de HNO 3 em 99 ml 70 de água destilada) das áreas de interseção, metal de base com metal de adição, com vários aumentos (a) aumento 200X (duzentas vezes), (b) 500X (quinhentas vezes) e (c) 500X (quinhentas vezes)... Figura 4.6 Resultados obtidos com ataque de Nita1% (1 ml de HNO 3 em 99 ml 71 de água destilada), (a) metal de adição, (b) ZTA e (c) metal de base... Figura 4.7 Resultados obtidos com ataque de Nita1% (1 ml de HNO 3 em 99 ml 71 de água destilada) das áreas de interseção, metal de base com metal de adição, com vário aumentos (a) aumento 200X (duzentas vezes), (b) 500X (quinhentas vezes) e (c) 500X (quinhentas vezes)... Figura 4.8 Resultados obtidos com ataque de 4%Picral + 2%Nital (4 ml de 72 C 6 H 3 N 3 O 7, 2 ml de HNO 3 em 94 ml de água destilada) na (a) ZTA com aumento de 200X (duzentas vezes), (b) e metal de adição com aumento de 500X (quinhentas vezes)... Figura 4.9 Resultados obtidos com ataque de Nital 2% (2 ml de HNO 3 em ml de álcool etílico (95%)), (a) metal de adição, (b) ZTA e (c) metal de base... Figura 4.10 Identificação de uma defeito na interseção entre metal de base e 73 metal de adição... Figura 4.11 Resultados obtidos com ataque de Nital 1% (1 ml de HNO 3 em ml de álcool etílico (95%)) onde foram visualizados ZTA com aumentos de 200X (duzentas vezes) e 500X (quinhentas vezes), respectivamente, (a) e (b)... Figura 4.12 Identificação de uma defeito na interseção do metal de base com 74 metal de adição, com aumentos de 200X (duzentas vezes) e 500X (quinhentas

12 vezes), respectivamente, (a) e (b)... Figura 4.13 Resultados obtidos com ataque de 4%Picral + 2%Nital (4 ml de 75 C 6 H 3 N 3 O 7, 2 ml de HNO 3 em 94 ml de álcool etílico (95%)), interação metal de base com metal de adição com aumento de (a)100x (cem vezes) e 200X (duzentas vezes) (b) e (c)... Figura 4.14 Micrografia do metal de base das amostras com aumento de: (a) x (duzentas vezes), (b) 500X (quinhentas vezes); e (c) micrografia de aço baixo carbono com aumento de 200X (duzentas vezes) (Metals Handbook Vol. 6) Figura 4.15 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW, 77 empurrando com velocidade 6 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.16 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW, 77 puxando com velocidade 6 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.17 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW-CW, 78 empurrando com velocidade 6 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.18 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW-CW, 79 puxando com velocidade 6 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.19 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW, 79 empurrando com velocidade 8 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.20 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW, 80 puxando com velocidade 8 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.21 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW-CW, 80 empurrando com velocidade 8 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.22 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW-CW, 81 puxando com velocidade 8 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.23 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW, 82

13 empurrando com velocidade 10 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.24 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW, 82 puxando com velocidade 10 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.25 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW-CW, 83 empurrando com velocidade 10 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.26 Imagem das microestruturas obtidos com o processo GMAW-CW, 84 puxando com velocidade 10 m/min, com aumento de 500X (quinhentas vezes), (a) Metal de Adição e (b) ZTA... Figura 4.27 Defeito na interseção do metal de adição com metal de base, com 85 aumentos de 232X (duzentas e trinta duas vezes)... Figura 4.28 Área localizada do defeito onde foi realizada analise de EDS, 85 imagem com aumento de 589X (quinhentas e oitenta e nove vezes)... Figura 4.29 Análise de tamanho de grão para a velocidade de 6 m/min Figura 4.30 Análise de tamanho de grão para a velocidade de 8 m/min Figura 4.31 Análise de tamanho de grão para a velocidade de 10 m/min Figura 4.32 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW, empurrando 91 com velocidade 6 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.33 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW, puxando com 91 velocidade 6 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.34 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW-CW, 91 empurrando com velocidade 6 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.35 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW-CW, puxando 91 com velocidade 6 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.36 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW, empurrando 92 com velocidade 8 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base...

14 Figura 4.37 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW, puxando com 92 velocidade 8 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.38 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW-CW, 93 empurrando com velocidade 8 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.39 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW-CW, puxando 93 com velocidade 8 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.40 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW, empurrando 94 com velocidade 10 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.41 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW, puxando com 94 velocidade 10 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.42 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW-CW, 94 empurrando com velocidade 10 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.43 Imagem dos grãos obtidos com o processo GMAW-CW, puxando 95 com velocidade 10 m/min com aumento de 500X (quinhentas vezes): (a) Metal de Adição, (b) ZTA e (c) Metal de Base... Figura 4.44 Influência da adição do arame frio sobre a microdureza à 95 velocidade de 6 m/min... Figura 4.45 Influência da adição do arame frio sobre a microdureza à 96 velocidade de 8 m/min... Figura 4.46 Influência da adição do arame frio sobre a microdureza à 97 velocidade de 10 m/min... Figura 4.47 Influência da adição do arame frio sobre o limite de resistência à 98 tração à velocidade de 6 m/min... Figura 4.48 Influência da adição do arame frio sobre o limite de resistência à 99 tração à velocidade de 8 m/min... Figura 4.49 Influência da adição do arame frio sobre o limite de resistência à 100 tração à velocidade de 10 m/min...

15 Figura 6.1 Defeito encontrado no metal de adição, mensurado e com aumento de 1.420X (mil quatrocentas e vinte vezes)... Figura 6.2 Localização dos pontos 1, 2 e 3 onde foram realizadas as analises de EDS, imagem com aumento de 1000X (mil vezes)... Figura 6.3 Defeito na região do metal de adição, com aumento de 770X (setecentas e setenta vezes)... Figura 6.4 Mensuração dos microporos com aumento de 2.510X (duas mil quinhentas e dez vezes)... Figura 6.5 Área localizada do defeito onde foi realizada analise de EDS, imagem com aumento de 1620X (mil seiscentos e vinte vezes)... Figura 6.6 Defeito na região do metal de adição, com aumento de 415X (quatrocentos e quinze vezes)... Figura 6.7 Mensuração da depressão localizada na parte superior da inclusão com aumento de 1.130X (mil cento e trinta vezes)... Figura 6.8 Mensuração dos microporos da inclusão com aumento de 1.730X (mil setecentas e trinta vezes)... Figura 6.9 Área localizada do defeito onde foi realizada analise de EDS, imagem com aumento de 1000X (mil vezes) LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Técnicas de ensaio de dureza Tabela 2.2 Valores experimentais de α para alguns materiais Tabela 3.1 Composição química do arame Tabela 3.2 Parâmetros variáveis e níveis Tabela 3.3 Reagentes utilizados para ataque das amostras Tabela 4.1 Parametros variáveis obtidos na soldagem Tabela 4.2 Valores da geometria das amostras Tabela 4.3 Percentual dos elementos químicos encontrados no defeito Tabela 4.4 Valores do tamanho de grão Tabela 6.1 Percentual dos elementos químicos encontrados no defeito Tabela 6.2 Percentual dos elementos químicos encontrados na inclusão

16 Tabela 6.3 Percentual dos elementos químicos encontrados na inclusão e na depressão LISTA DE EQUAÇÕES Equação Equação Equação LISTA DE ESPECTROGRAMAS Espectro 4.1 Composição química dos pontos 1 e 2 localizados na figura 4.25, respectivamente (a) e (b)... Espectro 6.1 Composição química dos pontos localizados na figura 7.2, 1, 2 e 3, respectivamente (a), (b) e (c)... Espectro 6.2 Composição química dos pontos localizados na figura 6.5, 1 e 2, respectivamente (a) e (b)... Espectro 6.3 Composição química dos pontos localizados na figura 6.9, 1, 2, 3 e 4 respectivamente (a), (b), (c) e (d)

17 SIMBOLOGIA A Ampére Al Alumínio Ar Argônio AF Ferrita Acircular AP Área de Penetração AR Área de Reforço C Carbono Ca Cálcio Cd Cádmio cm Centímetro C 6 H 3 N 3 O 7 Ácido Picrico Cr Cromo CSi Carbureto de Silício cv Cavalo à Vapor CO 2 Gás Carbonico E Empurrando EDS Espectroscopia de Energia Dispersiva f Força FC Agregado Ferrita Carbeto Fe Ferro FS(A) Ferrita secundária alinhada FS(NA) Ferrita secundária não alinhada g Grama GMAW Metal Active Gás GMAW-CW Metal Active Gas Weld Cold HB Dureza Brinell HNO 3 Ácido Nítrico HV Microdureza Vickers Hz Hertz

18 Im Corrente Média IIW International Institute Welding in Polegada J Joule k Quilo L Litros M Martensita MAG Metal Active Gás MIG Metal Inert Gás min Minuto ml Mililitros mm Milímetros Mn Manganês O Oxigênio P Puxando Pa Pascal PF Ferrita Primária PF(G) Ferrita de contorno de Grão PF(I) Ferrita Intragranular Poligonal rpm Rotação por Minuto S Enxofre s Segundos Si Silício taf Tempo Arame Frio taq Tempo Arame Quente Tw Twin Um Tensão Média V Tensão Vaf Velocidade Arame Frio Vaq Velocidade Arame Quente Vel. Velocidade

19 W Watts X Vezes ZF Zona Fundida Zn Zinco ZTA Zona Termicamente Afetada α Constante Experimental δ Diluição Graus μ Micro % Percentagem σ u Limite de Resistência à Tração

20 RESUMO Nesse trabalho foi estudado a metalurgia e propriedades mecânicas do processo de soldagem Metal Active Gas (GMAW) com alimentação adicional de um arame frio, processo GMAW-CW (Metal Active Gás Welding Cold). O sistema de alimentação do arame frio foi projetado e adaptado à pistola de soldagem GMAW. Utilizou-se uma fonte eletrônica de múltiplos processos ajustada em tensão constante e CC +, proteção gasosa da mistura 75%Ar+25%CO 2, arame ER 70S-6 com diâmetro de 1,2 mm para os dois arames e um cabeçote auxiliar de alimentação para o arame frio. As variáveis operacionais de entrada foram: a velocidade de alimentação de arame, em três níveis, 6, 8 e 10 m/min, a técnica de soldagem, em dois níveis, puxando e empurrando, e o posicionamento do arame frio, no nível Twin. O crescimento de grão de forma estável tanto nos dois processos e a diminuição do valor de diluição no processo GMAW-CW faz com este tenha vantagens sobre o processo convencional, porém quanto a propriedades mecânicas o processo convencional ainda sim tem uma pequena vantagem, porém, isto não desqualifica o novo processo.

21 OBJETIVOS Este trabalho faz parte de um projeto maior em desenvolvimento no Grupo de Estudos em Tecnologia de Soldagem (GETSOLDA) da UFPA, que apresenta os seguintes objetivos. i. desenvolver um sistema auxiliar de alimentação para um arame frio conjugado à tocha de soldagem GMAW; ii. estudar a viabilidade metalurgica do processo de soldagem GMAW com adição de um arame frio. Com base em estudos anteriormente desenvolvidos por outros pesquisadores em especial Barcelar e Ferraz (2005), foram estabelecidos como relevantes para este trabalho, os seguintes aspectos operacionais, a serem avaliados: avaliar os aspectos geométricos quanto a diluição; avaliar o comportamento dos microconstituintes formados; avaliar o tamanho de grão; avaliar as características mecânicas (microdureza e limite de resistência à tração).

22 Introdução 22 1 INTRODUÇÃO Como o mercado industrial atual é muito competitivo, o processo GMAW convencional começou a não atender mais a demanda das indústrias no que diz respeito à produtividade. Neste contexto, foi desenvolvido o processo GMAW Duplo Arame. Esta variante do processo GMAW com Duplo Arame se baseia na formação de dois arcos elétricos entre a peça e dois eletrodos consumíveis continuamente alimentados e proteção da mesma forma que no processo convencional, por um fluxo de gás inerte, ativo ou uma mistura de ambos. No entanto, para o processo GMAW com duplo arame necessita da utilização de duas fontes eletrônicas de soldagem sincronizadas, dois cabeçotes de alimentação de arame, programas computacionais complexos para comandar a sincronia operacional, além do aumento no consumo de insumos como energia elétrica, gás, entre outros. Todos estes fatores constituem custos adicionais elevados que limitam a sua aplicação em escala industrial. De acordo com Michie et al (1999), a tentativa de uso do MIG/MAG (Metal Inert Gás/Metal Active Gás) duplo arame data de 1955, mas as limitações das tecnologias das fontes daquela época impediram o processo de alcançar seu potencial. A proposta da soldagem GMAW com adição de um arame frio (GMAW-CW) se estabelece como uma alternativa técnica e econômica em relação à soldagem GMAW e GMAW com duplo arame. Esta nova versão da soldagem de produção utiliza o equipamento convencional GMAW com um cabeçote extra, ou seja, um sistema auxiliar de alimentação do arame frio conjugado à tocha de soldagem. Utiliza somente um sistema de proteção gasosa, enquanto que a energia elétrica fornecida ao cabeçote auxiliar de alimentação do arame neste caso, é proveniente da fonte de energia a qual o mesmo está conectado.

23 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Processo GMAW Convencional A soldagem a arco com proteção gasosa GMAW (Gás Metal Arc Welding), figura 2.1, é um processo em que a união de peças metálicas é produzida pelo aquecimento destas com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico nu, consumível, e a peça de trabalho. A proteção do arco e da região da solda contra contaminação pela atmosfera é feita por um gás ou mistura de gases, que podem ser inertes ou ativos (MARQUES, 2005). Figura 2.1 Esquema representativo da soldagem GMAW( MARQUES, 2005). Fundamentalmente, a soldagem é realizada pela continua alimentação de um arame, figura 2.1, que é fornecido na mesma proporção de fusão. O arco voltaico produzido tem sua propriedade em estreita dependência das características da fonte de energia, que o alimenta, e das características do gás de proteção. A fonte controla a energia necessária para realizar a soldagem e o alimentador do arame é responsável pelo fornecimento pelo arame-eletrodo (GOHR, 2002). A tocha de soldagem e os cabos possuem três funções básicas: a de conduzir o gás até a região do arco, guiar o arame-eletrodo até o bico de contado e conduzir a corrente de soldagem da fonte até o bico de contato e a peça (GOHR,2002).

24 A fonte de energia pode ser um gerador ou um retificador, ambos com características de potencial constante. A soldagem pelo processo MIG/MAG é geralmente feita em corrente contínua, que pode até ser pulsada. Há estudos para desenvolver o processo para a corrente alternada (WAINER, 1992). O alimentador de eletrodo é ligado à fonte de energia e possui controle para a velocidade de alimentação; a velocidade junto com a tensão selecionada na fonte, determinam o valor da corrente de soldagem (WAINER, 1992). A pistola pode ser refrigerada a ar ou água, dependendo da escolha da corrente de soldagem, do tipo de junta. As figuras 2.2 e 2.3 mostram dois tipos de pistola para o processo MIG/MAG, uma refrigerada a ar e outra refrigerada a água, respectivamente (WAINER, 1992). Figura 2.2 Pistola manual refrigerada a ar (WAINER, 1992).

25 Figura 2.3 Pistola manual refrigerada a água (WAINER, 1992). O reservatório de gás é um cilindro de aço com o gás adequado à soldagem. Acoplado à válvula de abertura existe, geralmente, um regulador de pressão e um medidor e controlador de vazão do gás de proteção (WAINER, 1992). Na soldagem GMAW o dióxido de carbono (CO 2 ) puro, ou misturado com outros gases em menores proporções, é o gás de proteção utilizado que flui através do bocal da tocha para proteger o arco elétrico, o material em fusão e o metal que já se encontra fundido. Este gás desempenha importantes funções metalúrgicas durante a soldagem através de reações químicas na atmosfera do arco, com o metal líquido e/ou com a escória fundida (LABSOLDA, 2006). Os primeiros trabalhos com este processo foram feitos com gás ativo, em peças de aço, no início dos anos 30. O processo foi inviabilizado e, somente após a II Guerra Mundial, foi possível viabiliza-ló, primeiro para a soldagem de magnésio e suas ligas e em seguida para os outros metais, sempre porém com gás inerte. Algum tempo depois foi introduzido no lugar do argônio o CO 2, parcial ou totalmente, na soldagem dos aços( WAINER, 1992). O gás de proteção é alimentado por um sistema adequado através do bocal da pistola de soldagem, figura 2.4, para proteger o arame, o arco e a poça de fusão. Segundo a natureza e composição, o gás de proteção tem influência nas

26 características do arco, no tipo de transferência de metal, na velocidade de soldagem, nas perdas por projeções, na penetração e na geometria da solda. Além disso, o gás também pode afetar a composição química da solda pela perda ou adição de elementos químicos, a temperatura da poça de fusão, a sensibilidade à fissuração e porosidade, bem como a facilidade na execução da soldagem em diversas posições (ALTMANN,2006). Figura 2.4 Esquema representativo bocal/tocha (BARRA, 2003). 2.2 Processo GMAW com Duplo Arame A soldagem MIG/MAG ou GMAW com dois arames é uma variante do processo GMAW, e tem como característica básica a abertura de dois arcos elétricos entre uma única poça de fusão e os dois eletrodos consumíveis. Os arcos e a poça de fusão são protegidos por um gás que, em conjunto com os eletrodos, é selecionado de acordo com o tipo de metal de base (MOTTA, 2005). O emprego da técnica de soldagem com duplo arame, segundo Motta (2005), não é recente. Algumas tentativas com a soldagem GMAW foram realizadas na década de 50. Contudo, apenas agora, com o avanço das fontes eletrônicas, o processo ganhou impulso. Essas fontes (figura 2.5) permitiram ter um controle melhor da estabilidade dos arcos, aumentando a eficiência do processo.

27 Figura 2.5 Fotos de fontes que compõem o sistema MIG/MAG Duplo Arame com potenciais isolados (MOTTA, 2005). Comparado ao GMAW, esta técnica proporciona um crescimento da produtividade através dos aumentos na taxa de deposição e da velocidade de soldagem, outra vantagem operacional creditada ao duplo arame é o baixo aporte térmico. Este caso permite a soldagem com altas velocidades de deslocamento sendo assim possível a redução do aporte de calor sobre a peça soldada, reduzindo as distorções, o que pode favorece a soldagem de chapas finas (MOTTA, 2005). Conforme a aplicação, os sistemas com dois arames permitem ao usuário do processo alterar a disposição dos eletrodos em relação à direção de deslocamento da(s) tocha(s). São duas as principais possibilidades de arranjo verificadas nas aplicações do processo: Eletrodo em posição longitudinal ou Tandem Nesse arranjo, os eletrodos são dispostos na posição longitudinal, figura 2.5, (um em frente ao outro) em relação a direção da velocidade de soldagem (MOTTA, 2005).

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