MARCELO NIEHUES SCHLICKMANN

Transcrição

1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM MARCELO NIEHUES SCHLICKMANN AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO PROCESSO DE SOLDAGEM TIG SOBRE A QUALIDADE DE UMA PEÇA FABRICADA EM AÇO ELÉTRICO SILICIOSO. JOINVILLE, SC 2010

2 1 MARCELO NIEHUES SCHLICKMANN AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO PROCESSO DE SOLDAGEM TIG SOBRE A QUALIDADE DE UMA PEÇA FABRICADA EM AÇO ELÉTRICO SILICIOSO. Dissertação apresentada para a obtenção do título de mestre em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas CCT. Orientador: Guilherme Ourique Verran JOINVILLE, SC 2010

3 2 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOLDAGEM TIG SOBRE A QUALIDADE DE UMA PEÇA FABRICADA EM AÇO ELÉTRICO SILICIOSO por MARCELO NIEHUES SCHLICKMANN Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS área de concentração em Metais, e aprovada em sua forma final pelo CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA. Dr. Guilherme Ourique Verran CCT/UDESC (presidente/orientador) Banca Examinadora: Joinville, 05 de julho de Drª. Danielle Bond SOCIESC Dr. José Antonio Esmerio Mazzafero UFRGS Dr. Sivaldo Leite Correia CCT/UDESC

4 3 FICHA CATALOGRÁFICA S344a Schlickmann, Marcelo Niehues. Avaliação da Influência dos Parâmetros do Processo de Soldagem TIG sobre a Qualidade de uma Peça Fabricada em Aço Elétrico Silicioso / Marcelo Niehues Schlickmann; Orientador: Guilherme Ourique Verran 88 f.: il ; 30cm Incluem referências. Dissertação (mestrado) Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais, Joinville, Metais 2. Soldagem TIG. I. Verran, Guilherme Ourique CDD

5 4 A minha esposa Carolinne.

6 5 AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Guilherme Ourique Verran, que como orientador e amigo soube cobrar, mas também não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização do presente trabalho. À Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC e ao Programa de Pósgraduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho. Ao Centro de Ciências Tecnológicas e ao Departamento de Engenharia Mecânica pela infraestrutura oferecida. À empresa WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS S.A. - MOTORES pela disponibilização das instalações, materiais e equipamentos utilizados nesse trabalho. A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho. Aos amigos, pelo apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho. A minha família pelo incentivo.

7 6 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Aços Elétricos Siliciosos Aço ABNT 50F 466M Processo de Soldagem TIG Métodos Experimentais Introdução Conceitos Gerais Observações para um trabalho experimental Escolha do Projeto Experimental Análise de Dados METODOLOGIA Objetivo Detalhes Experimentais Parâmetros de controle no processo Corpo de Prova Variáveis de Resposta Força máxima para rompimento dos cordões de solda Dureza da solda Dimensão do cordão de solda Forma e tamanho dos grãos Determinação dos níveis de controle Matriz experimental Monitoração dos fatores de controle APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Análise dos fatores de controle Análise das variáveis de resposta Força máxima para rompimento dos cordões de solda Dimensões do cordão de solda Dureza da solda Forma e tamanho dos grãos... 69

8 Avaliação global das variáveis de resposta CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS... 82

9 8 RESUMO SCHLICKMANN, Marcelo Niehues. Avaliação da Influência dos Parâmetros do Processo de Soldagem TIG sobre a Qualidade de uma Peça Fabricada em Aço Elétrico Silicioso f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais Área: Metais) Universidade do Estado de Santa Catarina, Programa de Pós- Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, O processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas), também conhecido como GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), é o processo mais utilizado para a soldagem de chapas finas onde um excelente controle do aporte térmico à peça é necessário. Nesta dissertação é apresentado um estudo realizado em parceria entre o Departamento de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais e os Departamentos de Engenharia Industrial e Estamparia da WEG Equipamentos Elétricos S.A. - Motores. Esse estudo envolveu a utilização da metodologia de delineamento experimental DOE para investigar a influência dos parâmetros do processo de soldagem TIG, corrente elétrica, velocidade de deslocamento da tocha e vazão do gás de proteção, na qualidade de uma peça fabricada com aço elétrico silicioso ABNT 50F 466M, mais conhecido pela classificação 50A 400 da norma JIS. Inicialmente foi elaborado o planejamento do experimento a fim de obter peças soldadas com diferentes combinações dos parâmetros acima mencionados e possibilitar a avaliação da resistência mecânica, dimensão dos cordões de solda, dureza e análise metalográfica dos corpos de prova. Os resultados obtidos, com o auxílio da técnica de análise de variância (ANOVA), mostraram que mudanças nos níveis de corrente e na velocidade de soldagem promoveram alterações significativas nos resultados. Por outro lado, as diferentes taxas de vazão de gás testadas não provocaram diferenças nas variáveis de resposta do estudo. Também foi possível determinar as combinações desses parâmetros que garantem a qualidade requerida e proporcionam aumento de produtividade, economia de energia elétrica e redução no consumo de gás de proteção. Palavras-chave: Aço Elétrico Silicioso. Soldagem TIG. Otimização dos Parâmetros de Soldagem. Metodologia DOE.

10 9 ABSTRACT SCHLICKMANN, Marcelo Niehues. Influence of TIG Welding Process Parameters on the Quality of a Piece Fabricated with Silicon Electrical Steel p. Dissertation (Master Course in Science and Materials Engineering Area: Metals) Santa Catarina State University, Post Graduation Program in Science and Materials Engineering, Joinville, The TIG welding process (Tungsten Inert Gas), also known as GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), is the most commonly used process for welding of thin plates where there is a need for an excellent control of the temperature applied on the piece. This paper presents a study carried out in partnership between the Department of Graduate Studies in Science and Materials Engineering and the Department of Industrial Engineering and Stamping of WEG Equipamentos Elétricos S.A Motors Division. It elaborates on the use of the experimental methodology DOE to investigate the influence of TIG welding process parameters, electrical current, welding speed and flow of the shielding gas on the quality of a piece fabricated with silicon electrical steel - ABNT 50F 466M, best known for its 50A 400 specification on the JIS standard. The first step of the study was the designing of the experiment to obtain welded pieces with different combinations of the parameters above mentioned and enable the evaluation of mechanical strength, fillet weld size, hardness and metallographic analysis of the test specimens. The information obtained with analysis of variance techniques (ANOVA) showed that the change in the levels of electrical current and welding speed promotes significant changes in final results. Furthermore, the different rates of gas flow tested caused no differences in response variables of the study. As a result, it was also possible to determine the combinations of these parameters that ensure the required quality and provide increased productivity, energy saving and reduced consumption of the shielding gas. Key words: Silicon Electrical Steel. TIG Welding. Optimization of Welding Parameters. DOE Methodology.