JACSON RAFAEL WEBER ESTUDOS DOS EFEITOS DO TRATAMENTO TÉRMICO PRÉ-SOLDAGEM EM JUNTAS T DE AÇO 1045 PELO PROCESSO MAG

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1 UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL DCEENG DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA CAMPUS PANAMBI JACSON RAFAEL WEBER ESTUDOS DOS EFEITOS DO TRATAMENTO TÉRMICO PRÉ-SOLDAGEM EM JUNTAS T DE AÇO 1045 PELO PROCESSO MAG Panambi 2014

2 JACSON RAFAEL WEBER ESTUDOS DOS EFEITOS DO TRATAMENTO TÉRMICO PRE-SOLDAGEM EM JUNTAS T DE AÇO 1045 PELO PROCESSO MAG Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul- UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do titulo de Engenheiro Mecânico. Orientador: Prof. Gil Eduardo Guimarães, Dr. Eng. Panambi 2014

3 DEDICATÓRIA Aos meus queridos pais Claudir Dari Weber e Celia Weber, ao meu irmão Cleiton Weber e a minha esposa Camila Hepfner Weber, pelo amor, carinho e estimulo que me ofereceram, dedico-lhes essa conquista como gratidão.

4 AGRADECIMENTOS Manifesto meus sinceros agradecimentos: Primeiramente a Deus, pela força e perseverança. Aos meus pais, pelo incentivo, força e dedicação em tornar meu sonho em realidade. Ao meu irmão que me ajudou nas horas difíceis. A minha esposa, pela paciência, amor, carinho e dedicação. Ao professor Gil Eduardo Guimarães pela valiosa orientação e amizade, a qual tornou possível a realização deste estudo. Ao amigo Maiquel Kuntz, pela valiosa ajuda nos estudos. À Unijuí Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, campus Panambi, que possibilitou tornar meu sonho em realidade dando suporte, embasamento para meus estudos.

5 RESUMO Este estudo baseou-se na comparação dos resultados obtidos e analises dos mesmos, com o que acontece na prática, hoje no local onde foram realizados os seguintes estudos existem peças em Aço SAE 1045, que são soldadas sem pré-aquecimento, estas por sua vez são problemáticas, como o material que é utilizado para a soldagem é um aço SAE 1045 em barras redondas e quadradas, existe pouca região para a solda, sendo possível fazer somente um ponteamento. No inicio da soldagem dos pontos a peça está fria, propiciando então a quebra dos mesmos quando submetidos a cargas, e mais no final do processo onde o conjunto já se encontra aquecido, não existem registros de quebra dos pontos de solda. No presente estudo a metodologia consiste em um comparativo, com o processo já realizado no local, com 4 amostras aleatórias com e sem pré-aquecimento, a fim de se realizar um estudo comparativo de diferentes aquecimentos no material, usando o processo de tratamento térmicos. Foram feitos vários testes, chegando ao número de 4 amostras de aço SAE 1045, que melhor se comportaram, afim de realizar os estudos pretendidos. Com base neste presente estudo, queremos esclarecer o que acontece com as peças que quebram na área de soldagem, quando não submetidas ao tratamento térmico de pré-aquecimento. Palavras chave: Soldagem; SAE 1045; Tratamento térmico de pré-aquecimento.

6 ABSTRACT This study was based on the comparison of results and analysis of the same, what happens in practice today where the following studies were performed pieces exist in SAE 1045, which are welded without preheating, these in turn little area for welding are problematic as the material that is used for welding is a SAE 1045 steel round and square, there being only one possible to tack. At the beginning of the welding points of the part is cold, then providing breaking when subjected to the same loads, and later in the process where the assembly is already warmed up, there are no records of breaking the solder points. In the present study methodology is a comparison with the process already held in place with four random samples with and without pre -heating, in order to carry out a comparative study of different heating the material, using the process of thermal treatment. Several tests were made, reaching number 4 samples of SAE 1045 steel, which better behaved in order to achieve the desired studies. Based on this present study, we want to clarify what happens to the parts that break on the weld area when not subject to heat treatment preheats. Key words: Welding; SAE 1045; Heat treatment of Preheating.

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Côncavo, peça soldada sem pré-aquecimento Figura 2 Cordão de solda com trinca, material AÇO SAE Figura 3 Trinca no cordão de solda, material AÇO SAE Figura 4 Processo de soldagem Figura 5 Fatores de influencia na soldabilidade Figura 6 Formação de uma junta soldada Figura 7 - Classificação geral dos processos Figura 8 Classificação de acordo com o método de produção da união Figura 9 Características do cordão de solda Figura 10 Perfis inadequados de solda Figura 11 Possíveis problemas na solda Figura 12 Tricas em cordões Figura 13 Fluxo de hidrogênio na soldagem Figura 14 Tensão do arco Figura 15 Característica de queima Figura 16 Condições de corrente e tensão, diferentes transferências Figura 17 - Transferência por curto-circuito Figura 18 - Transferência globular Figura 19 - Transferência por spray Figura 20 - Esquema de uma onda pulsada Figura 21 Chapas contadas com óleo Figura 22 Chapas com umidade Figura 23 Chapas livres de óleo Figura 24- Junta T filete Figura 25 Chapas preparadas em junta T Figura 26 Máquina de solda do ponteamento Figura 27 Corpo de prova sem pré-aquecimento Figura 28 Corpo de prova para o pré-aquecimento Figura 29- Processo utilizado Figura 30- Posições de soldagem Figura 31- Forno Figura 32- Tensão e corrente utilizado para os testes... 46

8 Figura 33- Solda sem pré-aquecimento primeiro teste Figura 34- Temperatura do segundo teste Figura 35- Soldagem do segundo teste Figura 36- Temperatura do terceiro teste Figura 37- Soldagem do terceiro teste Figura 38- Temperatura do quarto teste Figura 39- Soldagem do quarto teste Figura 40- Serra de corte Figura 41- Corte com refrigeração Figura 42- Acabamento das peças Figura 43- Lixa de acabamento Figura 44- Ataque com solução Nital 10% Figura 45- Retirada da solução Nital 10% Figura 46- Secagem e remoção do nital com álcool Figura 47- Sem pré-aquecimento Figura 48- Temperatura Figura 49- Temperatura 400º Figura 50- Temperatura 500º Figura 51- Relação entre a tensão do arco e a corrente de soldagem Figura 52- Microscópio Mitutoyo, usado para avaliação Figura 53- Peça sem pré-aquecimento Figura 54- Peça com pré-aquecimento a Figura 55- Peça com pré-aquecimento a 400º Figura 56- Peça com pré-aquecimento a 500º Figura 57- Pontos para verificação da dureza Figura 58- Durometrô utilizado para analises nas amostras Figura 59 - Ensaio de dureza corpo de prova sem pré-aquecimento Figura 60- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 300º Figura 61- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 400º Figura 62- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 500º Figura 63- Peça no microscópio Buehler Figura 64- Peças analisadas Figura 65- Imagem do diagrama curva TTT, do aço SAE

9 Figura 66- Transição cordão sem-pré-aquecimento, ZTA para cordão de solda, aumento de 400x Figura 67- Transição cordão com pré-aquecimento 400º, ZTA para cordão de solda, aumento de 400x Figura 68- Material de base sem pré-aquecimento, próximo a ZTA, aumento de 400x Figura 69- Material de base com pré-aquecimento 400º, perto da ZTA, aumento de 400x Figura 70- Aparecimento do poro microscópio sem pré-aquecimento, aumento de 100x Figura 71- Defeitos na estrutura, iniciação a trincas sem pré-aquecimento, aumento de 400x

10 LISTA DE TABELAS Tabela 1- Composição quimica dos materiais, grupo Tabela 2- Composição química, valor de carbono equivalente Tabela 3 - Relação de materiais, suas composições e temperatura de aquecimento Tabela 4- Tabela comparativa, de resultados da macrografia

11 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1 Cálculo do carbono equivalente...42

12 SUMÁRIO INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Histórico da soldagem Soldabilidade Classificação dos processos de soldagem Classificação dos processos de soldagem Cordão de solda Perfil Incorreto da Solda Processo de soldagem Tipos de transferência metálica Transferência por curto-circuito Transferência globular Transferência por spray Transferência por arco pulsado Tipos de tratamentos térmicos Recozimento Normalização Revenimento Solubilização Têmpera Pré-aquecimento Pós-aquecimento Alívio de tensões MATERIAIS E METODOS Grupo de materiais Preparação do corpo de prova Corpos de Prova (provetes) Arame ER70S Estudo do processo Posições de soldagem Etapa da soldagem dos corpos de prova e tratamento térmico Preparação da junta a ser avaliada... 50

13 2.9 Amostragem das peças após preparação para ensaios Peças que serão analisadas RESULTADOS E ANALISES DO ESTUDO Ensaio macrografia Ensaio de dureza Ensaio micrografia CONCLUSÕES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS... 78

14 14 INTRODUÇÃO Para Fortes (2004), a soldagem envolve muitos fenômenos metalúrgicos como, por exemplo, fusão, solidificação, transformações no estado sólido, deformações causadas pelo calor e tensões de contração, que podem causar muitos problemas práticos. Os problemas podem ser evitados ou resolvidos aplicando-se princípios metalúrgicos apropriados ao processo de soldagem. A metalurgia da soldagem difere da metalurgia convencional em certos pontos de vista, porém um entendimento da metalurgia da soldagem necessita de um amplo conhecimento da metalurgia geral. Segundo Guimarães (2009), na maioria dos processos de soldagem, a junta precisa ser aquecida até uma temperatura adequada. Esta transferência de calor da fonte para a junta causa alterações de temperatura na solda e nas regiões adjacentes do metal base, que dependem da forma com que o calor é difundido para o restante do material sendo soldado. Isto é muito importante, pois a seleção adequada destes permite certo controle sobre a velocidade de aquecimento da região da solda e, portanto, sobre a sua microestrutura e propriedades. As propriedades das ligas metálicas dependem, em princípio, de sua microestrutura. Os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a microestrutura das ligas, resultando, em consequência na alteração, de suas propriedades. Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidas às ligas metálicas, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinadas. De acordo com Rodrigues (2005), o processo de soldagem tem recebido nos últimos anos grande interesse devido sua versatilidade, sendo considerado atualmente um método muito importante na união de metais para a construção de peças e estruturas. Os processos de soldagem, em algumas empresas, apresentam-se como gargalos de produção, devido a pouca informação disponível a respeito da influência de seus parâmetros no comportamento dos cordões de solda. Para Marques (2005), a soldagem é o mais importante processo de união de metais utilizado atualmente na indústria. Este método tem importante aplicação desde a indústria microeletrônica até a fabricação de navios ou estruturas compostas por centenas de toneladas,

15 15 tendo sua aplicação desde estruturas simples até estruturas com elevado grau de responsabilidade. A soldagem abrange um grande número de diferentes processos utilizado na fabricação e recuperação de peças. Soldagem pode ser definida como sendo o processo de união de metais por fusão, ou ainda, a operação que visa obter a união de duas ou mais peças assegurando na junta a continuidade das propriedades físicas e químicas (MARQUES, 2005). Segundo Marques (2005), atualmente mais de 50 diferentes processos de soldagem tem utilização industrial visto que a soldagem é o mais importante método para se obter a união permanente de metais. No local onde estão sendo feito estes testes de soldagem, de peças com e sem-préaquecimento, existem peças sendo produzidas, que não são submetidas ao tratamento térmico, no caso de pré-aquecimento, onde por vezes já ouve problemas de quebra das peças soldadas, abaixo está representado o cordão de solda do conjunto que é soldado, com esse conjunto já se pode verificar o problema de trica na solda, pois este material SAE 1045 não foi submetido a um tratamento térmico de pré-aquecimento. Com isso surgiu à necessidade deste estudo para entender o que acontece quando a chapa é submetida à soldagem sem aquecimento e com pré-aquecimento, no intuito de minimizar estes problemas relacionados à soldagem de peças. Figura 1 Côncavo, peça soldada sem pré-aquecimento.

16 16 Figura 2 Cordão de solda com trinca, material AÇO SAE Figura 3 Trinca no cordão de solda, material AÇO SAE 1045.

17 17 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Na revisão bibliográfica será apresentado o contexto ao qual está inserido o presente estudo. Serão abordados alguns conceitos de solda mig/mag, seguidos de seus tipos de tratamentos térmicos mais utilizados entre outros, baseando-se em normas e estudos já realizados no campo de tratamentos térmicos em chapas soldadas, tipos de descontinuidades, modos de transferência, e entre outros que envolvem o campo de soldagem. 1.1 Histórico da soldagem Na soldagem ao arco elétrico com gás de proteção (GMAW - Gas Metal Arc Welding), também conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG Metal Inert Gas e MAG Metal Active Gas), um arco elétrico é estabelecido entre a peça e um consumível na forma de arame. O arco funde continuamente o arame à medida que este é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera pelo fluxo de um gás (ou mistura de gases) inerte ou ativo. A imagem abaixo mostra esse processo e uma parte da tocha de soldagem. Figura 4 Processo de soldagem. Fonte: ESAB, (2005).

18 18 O conceito básico de GMAW foi introduzido nos idos de 1920, e tornado comercialmente viável após Inicialmente foi empregado com um gás de proteção inerte na soldagem do alumínio. Consequentemente, o termo soldagem MIG foi inicialmente aplicado e ainda é uma referência ao processo. Desenvolvimentos subsequentes acrescentaram atividades com baixas densidades de corrente e corrente contínua pulsada, emprego em uma ampla gama de materiais, e o uso de gases de proteção reativos ou ativos (particularmente o dióxido de carbono, CO2) e misturas de gases. Esse desenvolvimento posterior levou à aceitação formal do termo GMAW Gas Metal Arc Welding para o processo, visto que tanto gases inertes quanto reativos são empregados. No entanto, quando se empregam gases reativos, é muito comum usar o termo soldagem MAG (MAG Metal Active Gas). O processo de soldagem funciona com corrente contínua (CC), normalmente com o arame no polo positivo. Essa configuração é conhecida como polaridade reversa. A polaridade direta é raramente utilizada por causa da transferência deficiente do metal fundido do arame de solda para a peça. São comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais que 600 A e tensões de soldagem de 15 V até 32 V. Um arco elétrico autocorrigido e estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante e com um alimentador de arame de velocidade constante. Melhorias contínuas tornaram o processo MIG/MAG aplicável à soldagem de todos os metais comercialmente importantes como os aços, o alumínio, aço inoxidável, cobre e vários outros. Materiais com espessura acima de 0,76 mm podem ser soldados praticamente em todas as posições. (ESAB, 2005) 1.2 Soldabilidade A American Welding Society (AWS) relata que soldabilidade define-se como a capacidade de uma material ser soldado nas condições de fabricação impostas por uma estrutura específica projetada de forma adequada e de se comportar adequadamente em serviço. Segundo Batalha (2003), a soldabilidade de um material é definida pela formação da junção permanente por solda entre dois materiais para um determinado processo de soldagem.

19 19 Figura 5 Fatores de influencia na soldabilidade. Fonte: Batalha, (2003). 1.3 Classificação dos processos de soldagem De acordo com Fortes (2005), os aços podem ser classificados: Aço carbono; Aço de baixa liga; Aços de média liga; Aços de alta liga. Fortes (2005) comenta que o aço é basicamente uma liga de ferro e carbono, tendo os seus níveis de resistência através da adição de carbono. Os aços carbono podem ser classificados como segue: Baixo carbono- até 0,14% carbono; Aço doce- de 0,15% até 0,29% carbono; Aço de médio carbono- de 0,30% até 0,59% carbono; Aço de alto carbono- de 0,60% até 2,00 % carbono. Os aços de baixo carbono e doce são os grupos mais produzidos, devido sua relativa resistência e boa soldabilidade. Segundo a norma SAE e demais norma, os aços possuem uma nomenclatura padrão, onde os primeiros dois dígitos indicam os principais elementos de liga do aço e o seu teor aproximado de carbono. Os dois (ou três) últimos dígitos indicam o valor

20 20 médio aproximado da faixa de carbono do aço, mas em alguns casos essa regra não é seguida para informar a quantidade de enxofre, cromo, fósforo e outros elementos. Segundo Azevedo (2002), o Aço 1045 é classificado como aço para construção mecânica constituído de 0,45% de Carbono. São geralmente utilizados no estado de fornecimento sem qualquer tratamento térmico, porém para que se obtenham melhores características, dependendo do processo, recorre-se a tratamentos térmicos convencionais, como recozimento e têmpera. Como o carbono já se destaca com grande representatividade na composição desse material, e sendo o elemento que mais afeta a soldabilidade do aço, deve-se considerar também o nível de tensão atuante na região da solda, principalmente em peças com espessuras mais elevadas. O maior problema de soldabilidade destes aços é a formação de trincas induzidas pelo hidrogênio, principalmente na zona termicamente afetada (ZTA). Outros problemas mais específicos incluem a perda de tenacidade na ZTA, ou na zona fundida, e a formação de trincas de solidificação (em peças contaminadas ou na soldagem com aporte térmico elevado). Ainda, em função de uma seleção inadequada de consumíveis ou de um projeto ou execução incorretos, podem ocorrer problemas como porosidade, mordeduras, falta de fusão e corrosão. (MODENESI, 2001). 1.4 Classificação dos processos de soldagem. De acordo com Fogagnolo (2001), a primeira classificação dos processos de soldagem se refere ao método dominante para produzir a união, como pode ser observado abaixo. Figura 6 Formação de uma junta soldada. Fonte: Fogagnolo, (2001).

21 21 Figura 7 - Classificação geral dos processos. Fonte: Messler. R. W. (1999). (2001). A figura 8 mostra o método de produção da união soldada de acordo com Fogagnolo,

22 22 Figura 8 Classificação de acordo com o método de produção da união. Fonte: Fogagnolo, (2001). 1.5 Cordão de solda Segundo Fortes (2005), as características do cordão de solda são altura e largura, conforme é ilustrado abaixo. Essas características são importantes para garantir que a junta de solda seja adequadamente preenchida com um mínimo de defeitos. Se a altura do cordão de solda for muito grande, torna-se muito difícil depositar os passes de solda subsequentes com boa fusão. Quanto mais protuberante e estreito for o cordão de solda, maior a probabilidade de ocorrer falta de fusão. Figura 9 Características do cordão de solda. Fonte: Fortes, (2005). Para Fortes (2005), alterar o tamanho do cordão de solda deve ser mudado a quantidade de metal de solda depositado por unidade de comprimento linear da solda. A corrente e a velocidade de soldagem são os parâmetros mais influentes no controle do tamanho do cordão

23 23 de solda. Uma diminuição na velocidade de soldagem resultará num aumento da largura e da altura do cordão de solda, aumentam ou diminuem conjuntamente. Ainda Fortes (2005), a extensão do eletrodo e a técnica de soldagem empregada (puxando ou empurrando) também afetam essas características, mas apenas até certo limite. 1.6 Perfil Incorreto da Solda Segundo Modenesi (2001), o perfil de uma solda é importante, pois variações bruscas facilitam o aparecimento de trincas. O perfil do cordão pode ser inadequado quando: Facilita o aprisionamento da escória entre os passes de soldagem; acumulam resíduos, prejudicando a resistência da corrosão da estrutura; dimensões incorretas. Abaixo estão representados alguns exemplos de perfis inadequados de solda. Figura 10 Perfis inadequados de solda Fonte: Modenesi, (2001). De acordo com Fortes (2005), existem alguns fatores que podem ocorrer na solda: Trincas na solidificação; Trincas induzidas por hidrogênio no metal de solda; Porosidade; Inclusões de escória ou outras; Trincas de cratera; Falta de fusão; Perfil de cordão desfavorável; Modenesi (2001) apresenta a seguir na figura 11, algumas ilustrações referentes a estes possíveis problemas na solda abordados acima.

24 24 Figura 11 Possíveis problemas na solda. Fonte: Modenesi, (2001). Figura 12 Tricas em cordões. No caso das tricas, o hidrogênio no metal de solda é considerado como um dos mais graves problemas, pois é o agente responsável por trincas a frio. Segundo Araújo (2004), na maioria dos casos, as trincas induzidas pelo hidrogênio podem ocorrer até 48 horas após a

25 25 soldagem e dificilmente poderão ser reparadas. Por isso, é muito importante avaliar as formas de controlar o teor de hidrogênio no metal de solda no processo de soldagem com arame tubular. Segundo Monteiro (1999), quanto maior a corrente, maior o teor de hidrogênio difusível no metal de solda depositado com arame tubular. Dependendo dos parâmetros de soldagem e, particularmente, da corrente, pode ocorrer incidência direta do fluxo interno do arame sobre a poça de fusão. Esta situação pode ser responsável pelo aumento do teor de hidrogênio difusível no metal de solda com o aumento da corrente. Figura 13 Fluxo de hidrogênio na soldagem. Fonte: Willys, M. A, (2001). 1.7 Processo de soldagem De acordo com Fogagnolo (2001) o processo de soldagem MIG/MAG pode ser definido como soldagem por fusão, utilizando-se do calor do arco elétrico formado entre um eletrodo metálico consumível e a poça. Neste processo, tanto o arco quanto a poça são protegidos contra a contaminação pela atmosfera por um gás ou mistura de gases. Quanto ás aplicações, Fogagnolo (2001) comenta que o processo MIG é utilizado para a soldagem: Aços-carbono; Aço de baixa, média e alta liga; Aços inoxidáveis;

26 26 Alumínio; Magnésio; Cobre e suas ligas. Fogagnolo (2001) comenta ainda que a polaridade mais indicada para a soldagem MIG/MAG é a polaridade inversa CC+. Com o uso da polaridade direta (CC-), ocorre a repulsão da gota causada pelas forças dos jatos de plasma e de vapor metálico. A gota é empurrada para cima e em seguida desviada de sua trajetória, o que torna instável a transferência do metal. De acordo com Fogagnolo (2002), a tensão do arco é caracterizada como a tensão entre a extremidade do arame e da peça, conforme pode ser visto na figura 14. Figura 14 Tensão do arco. Fonte: Fogagnolo, (2001). Desta forma, devido às quedas de tensão encontradas no sistema de soldagem, a tensão do arco não pode ser lida de forma direta no voltímetro da fonte. A tensão do arco é diretamente proporcional ao comprimento do arco, desta forma, quanto maior o comprimento, maior a tensão do arco. A tensão de soldagem afeta diretamente o formato do cordão de solda (FOGAGNOLO, 2002). De acordo com a figura abaixo, a corrente de soldagem pode ser medida na saída da fonte (amperagem) no momento de realização da solda.

27 27 Figura 15 Característica de queima. Fonte: Fogagnolo, (2011). A corrente de soldagem de acordo com a figura acima está diretamente relacionada à velocidade de alimentação do arame, no processo de soldagem MIG/MIG. Cada arame possui um intervalo de corrente que está relacionado com o diâmetro do eletrodo. Eletrodos que possuem maiores diâmetros, automaticamente requerem e maiores correntes para uma determinada velocidade de alimentação. Abaixo está representada condição de corrente e tensão para as diferentes formas de transferência para a soldagem GMAW com um gás de proteção a base de argônio. Figura 16 Condições de corrente e tensão, diferentes transferências. Fonte: Modenesi, (2009).

28 Tipos de transferência metálica Segundo Modenesi (2000), diversos aspectos operacionais de soldagem são influenciados pela forma a qual o metal fundido transfere-se do eletrodo para a poça de fusão, em particular, a capacidade da soldagem em várias posições, o formato do cordão, o nível de respingos e fumos, como também a estabilidade e o desempenho operacional do processo. Os modos de transferências metálicas dependem dos ajustes das variáveis operacionais, tais como: corrente, tensão, polaridade, diâmetro e composição do eletrodo utilizado, gás de proteção, comprimento energizado do eletrodo, do modo como às forças atuantes no processo interagem, entre outros. Eles são divididos em transferência por curto circuito, globular e spray. No processo FCAW, a forma de transferência do metal depende particularmente do fluxo interno do arame. De acordo com Norrish (1992), arames com fluxo interno metálico e que contêm muito poucas adições não metálicas, metal cored, se comportam de forma semelhante aos arames sólidos. A transferência por curto-circuito requer correntes médias e baixas, enquanto a transferência globular e spray necessitam de correntes relativamente altas para que ocorram. 1.2 Transferência por curto-circuito Neste modo de transferência, uma grande gota é formada na extremidade do eletrodo e é transferida no momento em que esta toca o metal-base, conforme Figura 2.6. Isso ocorrerá, para correntes geralmente menores que 200A que pode variar em função do diâmetro do eletrodo e dos parâmetros escolhidos. Devido à sua baixa corrente, por ser caracterizado por um arco frio, este tipo de transferência é ideal para chapas finas, passes de raiz em juntas com abertura e especialmente para a soldagem fora de posição em peças de pequena espessura. Quando utilizado para chapas com espessuras maiores que 6 mm, ocorre falta de fusão lateral devido ao baixo aporte térmico. (FORTES, 2004). Na transferência por curto-circuito, a corrente média e as taxas de deposição podem ser limitadas empregando-se fontes de soldagem que permitam ao metal de solda ser transferido através do arco somente durante os intervalos de curtos-circuitos controlados ocorrendo a taxas um pouco maiores do que cinquenta por segundo. A aplicação de uma maior indutância

29 29 é a solução usual para variar o aumento de corrente de tal maneira que as erupções que ocorrem imediatamente após o curto-circuito não causem respingos excessivos. Figura 17 - Transferência por curto-circuito. Fonte: Rodrigues (2005). 1.3 Transferência globular Neste modo de transferência, uma grande gota se acumula na extremidade do eletrodo, e esta é transferida pelo efeito da gravidade, devido ao seu grande volume, como pode ser observado na figura abaixo. Nem sempre as gotas serão direcionadas para a poça de fusão de forma regular e por isso haverá uma quantidade maior de respingos no impacto com o metal de base ou com a poça de fusão. Figura 18 - Transferência globular. Fonte: Rodrigues (2005).

30 Transferência por spray Neste modo de transferência, pequenas gotas são transferidas em forma de uma chuva de gotículas em queda livre, conforme ilustra a figura abaixo. A proteção de argônio ou mistura deste é necessária para proteger o arco, sendo esse modo de transferência caracterizado pela quase ausência de respingos. Pode-se ter dois tipos de transferência por spray, que estão diretamente ligadas aos gases. Quando se trata de soldagem com gás de proteção, e este for o argônio ou uma mistura deste com oxigênio, as gotas são muito finas e não causam curto-circuito do arco. Porém, quando se utiliza o dióxido de carbono ou uma mistura deste com argônio, a tendência é de formar uma gota na extremidade do arame que pode crescer até provocar um curto-circuito, caracterizando assim um modo de transferência chamado falso spray ou quase globular. (FORTES, 2004). Figura 19 - Transferência por spray. Fonte: Rodrigues (2005). 1.5 Transferência por arco pulsado O modo de transferência por spray é aquele que oferece maior estabilidade dentre os demais, porém é necessário um nível alto de corrente, o que inviabiliza sua utilização para a soldagem de chapas finas, devido a seu grande aporte de calor. Durante os últimos anos este modo de transferência tem sido largamente desenvolvido, para assegurar a soldagem com a transferência por spray, a um nível de corrente médio, confirmam Pixley & Mckeown (1988).

31 31 No modo pulsado, que utiliza uma corrente média, decorrente de uma corrente de pico e uma de base e também o tempo de permanência da corrente nestes valores, figura abaixo. Durante o tempo na corrente de base, o arco é mantido aberto, porém não há transferência de metal, o que ocorre somente durante o tempo de pico. Ou seja, a soldagem ocorre a uma alta corrente, com uma corrente média que permanece baixa, ao longo do processo, o que viabiliza a utilização deste modo de transferência na soldagem de chapas finas ou ainda, em todas as posições de soldagem. Figura 20 - Esquema de uma onda pulsada. Fonte: Rodrigues (2005). 1.6 Tipos de tratamentos térmicos Os principais tratamentos térmicos, associado às operações de soldagem são: - Recozimento; - Normalização; - Têmpera; - Revenimento; - Solubilização; - Alivio de Tensões; - Pré-aquecimento; - Pós-aquecimento.

32 Recozimento Consiste no aquecimento da peça até uma temperatura onde haja recristalização e/ou a transformação em uma nova fase. Para os aços, a permanência na temperatura de patamar durante um determinado tempo seria para homogeneizar a austenita, seguido de resfriamento lento, geralmente no próprio forno. Os principais objetivos a serem alcançados com este tratamento são: - Reduzir a dureza do metal; - Melhorar a usinabilidade; - Remover o encruamento; - Aliviar tensões internas; - Homogeneizar a microestrutura de peça; O tratamento de recozimento é o segundo mais utilizado dentre os tratamentos térmicos apresentados. (GIMENES, 1997). 1.8 Normalização É um tratamento para aços que consiste em aquecimento a uma temperatura um pouco acima da austenitização, e resfriamento em ar, com o intuito de refinar o grão, aumentando sua resistência mecânica. (GIMENES, 1997). 1.9 Revenimento É um tratamento para aços que consiste no aquecimento da peça com temperaturas entre 450 a 750 C, permanecendo no forno com períodos de 30 minutos a 4 horas, seguido de resfriamento controlado. O revenimento é um tratamento térmico aplicado a peças nas quais tenham sido produzidas microestruturas martensíticas, quando se deseja alcançar os seguintes objetivos. -aliviar tensões internas; -aumentar a tenacidade (diminuir a fragilidade). Em algumas ligas de alumínio faz-se um envelhecimento, com temperaturas de 100 a 200 C, usado para restaurar a ZTA aumentando a resistência mecânica, que foi afetada pela solda deixando a região menos dura. (GIMENES, 1997).

33 Solubilização É um Tratamento Térmico que faz uma solução no estado sólido de elementos que anteriormente estavam precipitados, seguido de resfriamento rápido, o suficiente para reter na matriz os elementos na solução, antes precipitados. (GIMENES, 1997) Têmpera Consiste no aquecimento da peça até uma determinada temperatura, para austenitização do aço, permanência nesta temperatura durante um determinado tempo para homogeneização da austenita, seguido de resfriamento rápido. São os seguintes os objetivos da têmpera: -Endurecer, aumentar a resistência mecânica, aumentar a resistência ao desgaste, aumentar a resistência ao escoamento. A peça temperada fica muito frágil, sendo necessária, obrigatoriamente, a aplicação do revenido após a têmpera. Esse conjunto de operações, têmpera e revenimento dão-se o nome de beneficiamento. (GIMENES, 1997) Pré-aquecimento Apesar de ser uma fonte de calor adicional introduzidos na peça, quando se executa uma soldagem, muitos não consideram como um tratamento térmico. O aquecimento pode muitas vezes ser feito em uma faixa que varia de 6 a 12 vezes a espessura da peça, o aquecimento pode ser obtido por vários métodos, o pré-aquecimento tem o objetivo de diminuir a velocidade de resfriamento de uma junta soldada, diminuindo tensões residuais. O préaquecimento em metais com alta condutibilidade térmica facilita as operações de soldagem. Em aços favorece a difusão do hidrogênio, reduz a ocorrência de ZTA com altos níveis de dureza. Os principais parâmetros para especificar um pré-aquecimento são: a espessura da peça, natureza composição química e condições metalúrgicas do metal, e o nível de restrição a que a junta está sendo submetida, também o processo de soldagem e seu aporte de energia são variáveis importantes. (GIMENES, 1997).

34 Pós-aquecimento A principal utilização do pós-aquecimento é a eliminação de hidrogênio induzido por processos de soldagem, aplicados em aços ao carbono e baixa liga. Consiste em aquecer a junta soldada em temperaturas na ordem de 250 a 400 C por 1 a 4 horas, imediatamente após a soldagem, aproveitando o pré-aquecimento. As temperaturas e os tempos são diretamente proporcionais à quantidade de liga do material e da espessura. Na maioria dos casos este aquecimento não provoca alivio de tensões, salvo em materiais onde sofreram tempera ou são suscetíveis a ela, o pós-aquecimento pode influenciar em um abaixamento de dureza, caso as temperaturas e os patamares de revenimento do material fiquem próximas as do pós-aquecimento. (GIMENES, 1997) Alívio de tensões O tratamento térmico de alívio de tensões é o mais empregado de todos os estudados. Este tratamento para aços envolve aquecimento abaixo da temperatura crítica de transformação, permanecendo por um período de tempo, geralmente proporcional a espessura seguido de resfriamento lento, permitindo de esta forma reduzir as tensões prejudiciais um limite mínimo e aceitável, provocados pelas operações de soldagem, ou mesmo de conformação. Não confundir a operação de alívio de tensões com tratamentos de recozimento, onde as temperaturas são bem mais elevadas, acima da temperatura crítica de transformação do material, mas que também reduzem as tensões internas. Os benefícios maiores do alívio de tensões são: - Aumentar a ductilidade - Diminuir a dureza - Melhorar as condições metalúrgicas da ZTA. O alívio de tensão depende fundamentalmente da temperatura e do tempo de permanência, também se deve levar em consideração a resistência mecânica e a composição química. (GIMENES, 1997).

35 35 2 MATERIAIS E METODOS No presente trabalho a metodologia consiste em um estudo experimental, a fim de se realizar um estudo comparativo de diferentes práticas da soldagem, usando os processos de tratamentos térmicos. Foram feitos vários testes, chegando ao número de 4 amostras de aço SAE 1045, que melhor se comportaram, afim de realizar os estudos pretendidos. Algumas variáveis não foram variadas, como tensão, amperagem, arame, gás no caso usado o C25 (25%CO2 e 75% de argônio), posição de soldagem e sentido de soldagem, variamos somente o tratamento térmico aplicado na peça, que no caso foi o de pré-aquecimento. Uma das peças foi submetida à soldagem sem pré-aquecimento e as outras 3 com aquecimento variado, de 300º graus, 400º graus e 500º graus, todas as 3 peças que foram submetidas há um pré-aquecimento, ficaram no forno por 60 minutos, com o forno já na temperatura estabelecida. Neste estudo não foram variado as variáveis de soldagem, por que a ideia foi chegar o mais próximo possível da realidade, onde hoje se encontra diversos problemas de qualidade na solda, como quebra das peças, trincas e outros problemas relacionados à soldagem. Este estudo baseou-se na comparação dos resultados obtidos, com o que acontece na prática, hoje no local onde foram realizados os seguintes testes existem peças em Aço SAE 1045, que são soldadas sem pré-aquecimento, estas por sua vez são problemáticas, como o material que é utilizado para a soldagem é um aço SAE 1045 em barras redondas e quadradas, existe pouca região para a solda, sendo possível fazer somente um ponteamento. No inicio da soldagem a peça está fria, propiciando então a quebra dos pontos de solda quanto submetidos a cargas, e mais no final do processo onde o conjunto já se encontra aquecido, não existem registros de quebra dos pontos de solda. Então com isso pretende-se comprovar com este comparativo a necessidade que aquecer a peça, pois se sabe que quando uma peça é aquecida, menor a sua resistência quanto à penetração da solda na junta, menos problemas com trincas devido o seu resfriamento lento e menor aparecimento de martensita, que é prejudicial ao cordão de solda. 2.1 Grupo de materiais A fim de minimizar o número de testes de procedimento de soldadura, aço, níquel e suas ligas são agrupados de acordo com a norma, CR ISO

36 36 Qualificações processo separado, soldagem são necessárias para cada material de pai ou mãe combinações de materiais não abrangidos pelo sistema de agrupamento. Se um material de origem pertence a dois grupos ou subgrupos, que devem ser sempre classificadas no grupo de baixo ou subgrupo. Notam-se, pequenas diferenças de composição entre as qualidades similares decorrentes da utilização das normas nacionais que não precisam de requalificação. Conforme avaliação o material aço SAE 1045 se encontra no grupo 11 e subgrupo 11.2 conforme norma ISO TR 15608, como podemos observar na tabela 1. Tabela 1- Composição quimica dos materiais, grupo11. G ,37-0,44 0,60-0,90 0,030 0,050 G ,40-0,47 0,60-0,90 0,030 0,050 G ,40-0,47 0,70-1,00 0,030 0,050 G ,43-0,50 0,30-0,60 0,030 0,050 G ,43-0,50 0,60-0,90 0,030 0,050 G ,43-0,50 0,70-1,00 0,030 0,050 G ,46-0,53 0,60-0,90 0,030 0,050 G ,48-0,55 0,60-0,90 0,030 0,050 Fonte: ISO TR Preparação do corpo de prova Conforme a DIN EN , a faixa de qualificação para o tipo de junta soldada é tão utilizada no ensaio do procedimento de soldagem sujeitos às limitações dadas em outras cláusulas (por exemplo) e, adicionalmente: a) Soldas de topo qualificar soldas de penetração total e parcial de soldas topo e soldas de filete.

37 37 b) Juntas topo em tubos também qualificam ramo de conexões com um ângulo 60. c) Uniões em T de topo soldados, só podem beneficiar das articulações T topo soldados e soldas de filete. d) Soldas feitas de um lado sem apoio qualificam soldas feitas de ambos os lados e soldas com o apoio. e) Soldas feitas com o apoio de soldas de qualidade feitos de ambos os lados; f) Soldas feitas de ambos os lados sem desbaste qualificam soldas feitas de ambos os lados com desbaste. g) Solda filete qualifica apenas soldas filete. h) Não é permitido alterar um mutirum depósito em uma única corrida (ou executar única em cada lado) ou vice versa para um dado processo. Para a preparação dos corpos de prova, foram cortadas chapas de Aço SAE 1045 com espessura de 9,5 mm, e com dimensões estabelecidas na norma DIN EN , tais dimensões são de 350mmx150mm, as mesmas estavam cheias de óleo, que poderia comprometer a qualidade do cordão de solda, então foi efetuado uma limpeza nas mesmas com um pano e álcool, elas foram ponteadas em uma junta T, onde após serão efetuados o cordão de solda. Abaixo tem imagens das chapas oleadas e limpas, junto com o corpo de prova sendo preparado. Figura 21 Chapas contadas com óleo.

38 38 Figura 22 Chapas com umidade. Figura 23 Chapas livres de óleo. 2.3 Corpos de Prova (provetes) Segundo a DIN EN , a junta soldada a que o procedimento de soldagem incidirá na produção deve ser representada através de um pedaço de teste padronizado ou pedaço no

39 39 caso será junta de T de filete. A duração ou o número de amostras deve ser suficiente para permitir que todos os testes exigidos para ser realizado. Se exigido pela norma de aplicação, a direção de laminação de chapas deve ser marcada no corpo de prova quando os testes de impacto são requeridos a tomar na zona afetada pelo calor (ZTA). Preparação e soldadura de peças de teste devem ser efetuadas de acordo com AS condições gerais de soldagem em produção, que devem representar. Posições de soldagem e limitações para o ângulo de inclinação e rotação do corpo de prova devem estar em conformidade com EN ISO Soldagem e ensaios dos provetes devem ser testemunhados por um examinador ou um organismo examinador. Figura 24- Junta T filete. Fonte: DIN EN , (2008). 2.4 Arame ER70S-6 O arame a ser utilizado nos testes será o ER70S-6, este arame e um dos mais utilizados na empresa, o arame possui uma norma de utilização que é a AWS 5.18, Structural Welding Code-Steel.

40 40 Figura 25 Chapas preparadas em junta T. Figura 26 Máquina de solda do ponteamento.

41 41 Figura 27 Corpo de prova sem pré-aquecimento. Figura 28 Corpo de prova para o pré-aquecimento. 2.5 Estudo do processo O estudo do processo baseia-se na norma ISO 4063, esta norma estabelece a nomenclatura para a soldadura e processos afins, com cada processo identificado por um número de referência. Esta norma abrange os principais grupos de processos (um dígito), grupos (dois dígitos) e subgrupos (três dígitos). O número de referência para qualquer processo tem um máximo de três dígitos. Este sistema destina-se como um auxílio na

42 42 informatização, desenhos, elaboração de documentos de trabalho, especificações de procedimento de soldagem. Figura 29- Processo utilizado MIG soldagem com eletrodo de arame sólido, Gás de soldagem com arco inerte, USA. 135 MAG soldagem com eletrodo de arame solido, Gás de soldagem com arco ativo, USA. 136 MAG soldagem com fluxo de soldagem dentro do eletrodo de tubo, Gás de soldagem ativo e com fluxo no eletrodo. USA. Fonte: DIN EN Apesar da norma ISO , referenciar que material com dureza inferior a 380HV, não há necessidade de pré-aquecimento, e realizando o ensaio de dureza no material SAE 1045, constata-se que ele possui uma dureza entre 190 a 210HV dependendo os pontos analisados, estas medições estão ilustradas no relatório de dureza pelas figuras 59, 60, 61 e 62 pelos pontos 14 e 23 que são o material de base. Existe uma norma a BS EN1011-2, que aponta se o material é de boa, média ou má soldabilidade, ela por usa vez é que estipula uma fórmula para calcular o carbono equivalente do material utilizado, atualmente ela serve de base para aprovação de todas as soldas no local onde foi efetuado o estudo. Fazendo este calculo se constatou que o material SAE 1045 é de média a má soldabilidade como podemos ver nas imagens abaixo, com isso se faz necessário o aquecimento do material para a realização da solda, abaixa a fórmula utilizada e sua variação. Equação 1 Cálculo do carbono equivalente. Fonte: BS EN

43 43 Colocando a fórmula no Excel, como podemos observar na figura abaixo, o resultado foi de 0,595%, ou seja, aço de média a má soldabilidade, neste caso justificando o préaquecimento das chapas antes da soldagem, e com isso verificando seus diferentes comportamentos. Tabela 2- Composição química, valor de carbono equivalente. 2.6 Posições de soldagem Soldagem de um teste em qualquer posição (tubo ou chapa) se qualifica para uma soldagem em todas as posições (tubo ou chapa). Quando os testes de impacto e / ou condições de dureza são especificados devem ser tomada a partir da solda na posição mais alta entrada de calor e dureza os testes devem ser retirados da solda na posição mais baixa entrada de calor, a fim de beneficiar de todas as posições. Por exemplo, solda topa em chapas a posição mais alta entrada de calor é normalmente PF e com o menor PC. Para soldas de tubulação fixa os testes de dureza devem ser tomados a partir da posição de soldagem em cima. Quando nenhum impacto, nem requisitos de dureza são especificados, soldagem em qualquer posição (chapa ou tubo), se qualifica para uma soldagem em todas as posições (chapa ou tubo). Sempre que a qualificação é necessária para todas as posições de ambas as peças de ensaio devem ser submetidas a um exame visual completo e testes não destrutivos. Na figura 30 está sendo ilustradas as posições de soldagem conforme ISO 6947.

44 44 Figura 30- Posições de soldagem. Fonte: ISO Etapa da soldagem dos corpos de prova e tratamento térmico As etapas dos testes que foram realizados, da seguinte forma: Os 4 corpos de prova foram submetidos a um cordão de solda, com a mesma voltagem, amperagem, velocidade, gás, posição de soldagem e arame, variando somente o tratamento térmico aplicada a chapa, no caso de pré-aquecimento, 2 das chapas foram soldadas sem pré-aquecimento, e as outras 6 chapas submetidas a um pré-aquecimento, ambas de 60 minutos, cada par de chapas com temperaturas diferentes, descartando aquela que não ficou com o resultado requerido. No primeiro teste foi deixada uma chapa a 300º graus por 120 minutos, só que a mesma azulou demais, podendo comprometer os resultados, então descartamos este teste. Abaixo contém uma tabela da CAVSTEEL, Welding, onde lá se encontrará vários tipos de aços, com suas composições e espessuras, onde através de testes já realizados pela CAVSTEEL, Welding, onde que por suas composições e espessuras chegaram a temperatura ideal de pré-aquecimento, que foram pré-estabelecidas. No meu teste decidi variar ainda mais a temperatura, para se obter uma ideia melhor do comportamento da dureza, micrografia, macrografia, ZTA e a zona martensitica. Para o primeiro teste foi utilizado a temperatura tabelada que no caso foi de 300º graus, e outras duas para se ter um ideia melhor sobre comportamento do corpo de prova, as temperatura estabelecidas foram de 400º e 500º graus.

45 45 Tabela 3 - Relação de materiais, suas composições e temperatura de aquecimento. Fonte: CVSTEEL, Welding. As figuras abaixo da 31 a 39, ilustram o forno onde as peças foram aquecidas, este forno tem um controlador de temperatura onde é possível visualizar a temperatura em que o forno se encontra no exato momento, e as soldagens que foram realizadas nos corpos de prova. Figura 31- Forno.

46 46 Para a soldagem da peça não foram variado à tensão e corrente de soldagem, para que os resultados sejam iguais para a avaliação dos corpos de prova, abaixo podemos observar qual tensão e corrente foi utilizada para a realização do cordão de solda em ambos os testes. Figura 32- Tensão e corrente utilizado para os testes Figura 33- Solda sem pré-aquecimento primeiro teste.

47 47 Figura 34- Temperatura do segundo teste. Figura 35- Soldagem do segundo teste.

48 48 Figura 36- Temperatura do terceiro teste. Figura 37- Soldagem do terceiro teste.

49 49 Figura 38- Temperatura do quarto teste. Figura 39- Soldagem do quarto teste.

50 Preparação da junta a ser avaliada A figura abaixo ilustra, de que forma os corpos de prova foram preparados, para a realização dos testes de micro dureza, macroestrutura e microestrutura. As peças foram cortadas na serra H-360SA sul corte, este serra possui um sistema de refrigeração quando a peça é serrada, por que o corpo de prova não pode ser aquecido na região que foi soldado, pois pode comprometer os testes. Figura 40- Serra de corte. Figura 41- Corte com refrigeração.

51 51 Após ter sido serrada as peças, o acabamento final foi realizado na lixadeira politriz DP10, com diversas granulações de lixas variando da granulação de 180 até 1200 da marca Teclago, até que o acabamento ficasse de uma forma eficaz para ser avaliado. Estes processos foram realizados em todas as 4 tiragem de peças que foram comparadas. Segue abaixo uma imagem que ilustra o acabamento. Figura 42- Acabamento das peças. Figura 43- Lixa de acabamento.

52 Amostragem das peças após preparação para ensaios As amostragens se baseiam na norma DIN EN , para a obtenção de resultados corretos, foi usado o laboratório de ensaios, sendo que as peças passaram por todo um processo metalógrafico, para obtenção de resultados precisos. Nas próximas imagens será mostardas cada etapa do processo. Nos ensaios foi usado o produto solução Nital 10%, para dar o ataque na peça, onde foi possível visualizar a penetração da solda, a zona termicamente afetada e a formação de martensita, com isso se pode visualizar os resultados obtidos. Abaixo segue o processo metalógrafico de ensaio, que foram realizados. Figura 44- Ataque com solução Nital 10%. Figura 45- Retirada da solução Nital 10%.

53 53 Figura 46- Secagem e remoção do nital com álcool Peças que serão analisadas Abaixo serão ilustrados os corpos de prova já preparados, para serem analisados no ensaio de dureza e macrografia, estas peças foram preparadas em conformidade com a norma DIN EN , segue abaixo imagens das peças preparadas para serem realizados as analises.

54 54 Figura 47- Sem pré-aquecimento. Fonte: Autor Figura 48- Temperatura 300. Fonte: Autor

55 55 Figura 49- Temperatura 400º. Fonte: Autor Figura 50- Temperatura 500º.

56 56 3 RESULTADOS E ANALISES DO ESTUDO Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos para os ensaios realizados, conforme sequenciamento de testes descritos nos capítulos anteriores. Como descrito, serão avaliados 4 corpo de prova, cada um com seu respectivo temperatura de pré-aquecimento, e uma peça sem tratamento térmico. De todos os testes realizados, será avaliada uma de cada, a de melhor comportamento, para finalmente ter um comparativo entre os mesmos e conseguir determinar se é realmente necessário o aquecimento das peças, ou se somente é recomendado. Sendo estabelecidas a significância dos parâmetros e sua influência em cada resposta, com posterior modelamento das respostas: penetração, zona termicamente afetada, macrografia, micrografia e dureza. Foram realizados testes de confirmação para a validação dos resultados obtidos. Segundo Fortes (2005), existe uma relação entre a tensão do arco e a corrente de soldagem para os gases de proteção mais comuns empregados na soldagem MIG/MAG dos aços carbono. A tensão do arco desta forma é aumentada com o aumento da corrente de soldagem a fim de proporcionar a melhor operação. Na figura 51 pode ser visualizada a relação entre a tensão do arco e a corrente de soldagem. Figura 51- Relação entre a tensão do arco e a corrente de soldagem. Fonte: Adaptado de Fortes, (2005).

57 Ensaio macrografia Consiste no exame do aspecto de uma superfície plana seccionada de uma peça ou amostra metálica, devidamente polida e atacada por um reagente adequado. Por seu intermédio tem-se uma ideia de conjunto, referente à homogeneidade do material, à distribuição e natureza de falhas, impurezas, ao processo de fabricação. Para a macrografia o aço é o material de maior interesse. Algumas das heterogeneidades mais comuns nos aços são as seguintes: vazio causado pelo resfriamento lento, segregação, causadas pelas impurezas e outros metais, dendritas, formação de grãos de vários tamanhos, trincas, devido às tensões excessivas no resfriamento. Sobre técnica macrográfica, o primeiro passo consiste em saber qual o fim visado e o que se deseja obter. Para isto necessita-se de um corpo de prova escolhido e preparado com critério. A técnica do preparo de um corpo de prova de macrografia abrange as seguintes fases: Escolha e localização a ser estudada, a qual ficará a critério do analista, que será guiado na sua escolha pela forma, pelos dados que se quer obter e por outras considerações da peça em estudo. Um corte transversal permitirá verificar: a natureza do material (aço, ferro fundido), seção homogênea ou não, forma e intensidade da segregação, posição, forma e dimensões das bolhas, forma e dimensões dos dendritas, existência de restos do vazio, profundidade da têmpera. Um corte longitudinal será preferível quando se quiser verificar: se uma peça é fundida, forjada ou laminada, se a peça foi estampada ou torneada, solda de barras, extensão de tratamentos térmicos superficiais. Preparação de uma superfície plana e polida na área escolhida compreende duas etapas: O corte que é feito com serra ou com cortador de disco abrasivo adequado, quando este meio não é viável, recorre-se ao desbaste, que é praticado com esmeril comum até atingir a região que interessa. Todas estas operações deverão ser levadas a cabo com o devido cuidado, de modo a evitar encruamentos locais excessivos, bem como aquecimento a mais de 100ºC em peças temperadas, pois estes fenômenos seriam mais tarde postos em evidência pelo ataque, adulterando a conclusão do exame. O polimento é iniciado com lixa, em direção normal aos riscos já existentes; passa-se sucessivamente para lixa de granulação mais fina, sempre mudando a direção de 90º. Deve-se tomar cuidados especiais para não arredondar as arestas dos corpos de prova. Após cada lixamento a superfície deve ser cuidadosamente limpa a fim de que o novo lixamento não fique contaminado com resíduos do lixamento anterior. Neste estágio, a superfície denota por

58 58 vezes algumas particularidades tais como: restos do vazio, trincas, grandes inclusões, porosidades, falhas em soldas. Ataque da superfície preparada para por em evidência outras heterogeneidades, é indispensável proceder-se a um ataque comparativo químico. De acordo com o material e com a finalidade do exame, têm-se diversos reativos: reativo de iodo, reativo de ácido sulfúrico, reativo de ácido clorídrico. Para a realização dos testes foram aproveitados somente os corpos de prova que obtiveram o melhor aspecto na inspeção visual, e os mesmos corpos de prova serão utilizados para as analises da dureza e da macrografia. Após as imagens tem uma tabela comparativa das analises, sendo verificados a altura da perna, garganta, penetração e seus defeitos quando encontrado. Para a analises da macrografia foi utilizado o microscópio Mitutoyo. Figura 52- Microscópio Mitutoyo, usado para avaliação.

59 59 Figura 53- Peça sem pré-aquecimento. Figura 54- Peça com pré-aquecimento a 300.

60 60 Figura 55- Peça com pré-aquecimento a 400º. Figura 56- Peça com pré-aquecimento a 500º.

61 61 Como se pode observar nas figuras 53,54,55 e 56., quando um corpo de prova é submetido a um aquecimento anterior a solda, ou seja, um tratamento térmico, a ZTA para as peças com tratamento térmico fica bem maior que na peça que não foi submetida ao tratamento, por que o aporte de calor é maior na peça que sofreu tratamento térmico anteriormente. O pré-aquecimento ajuda a obtenção de uma poça de fusão mais fluida, que de outro modo poderia se muito mais difícil de obter. Normalmente não é necessária nenhuma operação de acabamento no cordão de solda, e a deformação a frio ou a quente do mesmo pode levar ao surgimento de trincas. Um cuidado especial deve ser tomado durante e após o depósito do passe de raiz, que não pode ser muito pequeno, devendo ter as dimensões mínimas necessárias para a soldagem. Tabela 4- Tabela comparativa, de resultados da macrografia. S= 1,0mm, na Sem pré-aquecimento a= 6mm Z1= 8 mm Z2= 8 mm parede de cima, porém, na raiz não teve penetração. Pré-aquecimento a 300º a= 5mm Z1= 7 mm Z2= 8 mm S= 1,5mm, na raiz. Pré-aquecimento a 400º a= 5,5mm Z1= 8 mm Z2= 8 mm S= 1,5mm, na raiz. Pré-aquecimento a 500º a= 5mm Z1= 8 mm Z2= 8 mm S= 1,5mm, na raiz. Como se pode observar na tabela 4, as pernas dos cordões de solda não tiveram grande alteração, já a penetração teve alterações, no caso da peça sem pré-aquecimento a penetração foi de 1 mm, na parede de cima, pois na raiz não se obteve penetração, como não foi alterado posição de soldagem nem parâmetro de solda, já se pode constatar que a peça sem pré-

62 62 aquecimento tem resistência quanto a penetração da solda no material de base. Além disso, não se obteve fusão suficiente na raiz. Já as peças com pré-aquecimento, a solda teve a mesma perna, porém a penetração aumentou significativamente, em ambas as pernas, tanto no material de base quando na sua parede, não ouve problemas como falta de fusão entre outros. Só devemos observar que quando uma peça é submetida a um pré-aquecimento, e após uma soldagem, devemos ter cuidado com a formação de mordeduras, pois a posa de fusão se torna mais liquida, fazendo com que haja mordeduras e possíveis escorrimentos da solda. 3.2 Ensaio de dureza Esta parte da ISO 9015 especifica ensaios de dureza em secções transversais de articulações de soldada a arco de materiais metálicos. Ela cobre ensaios de dureza Vickers em conformidade com a ISO , normalmente com cargas de ensaio de 49,03 N ou 98,07 N (HV 5ou 10 HV). No entanto, os princípios podem ser aplicados a testes dureza de Brinell (com cargas de testes adequadas de HB 2,5/ ou HB 1/2, 5) em conformidade com a ISO ensaios de micro dureza e em conformidade com a ISO e ISO Preparação da amostra deve estar em conformidade com ISO ou ISO Uma seção transversal da peça de teste é retirada por corte mecânico, geralmente transversal à junta soldada. Esta operação e a preparação subsequente da superfície devem ser efetuadas com cuidado, para que a dureza da superfície a ser testada não seja afetada metalurgicamente. A superfície a ser testada será devidamente preparada e preferencialmente gravada, assim que precisas medições do recorte podem ser obtidas em diferentes regiões da junta soldada. (Norma, DIN EN ) Todas as 4 amostragem que melhor tiveram seu comportamento, sendo analisado a parte martensitica, ZTA e perfil de penetração, foram submetidas os ensaio de dureza, o ensaio de dureza foi realizado em conformidade com a norma ISO Abaixo segue uma imagem do perfil que deve ser avaliado, foi retirado da norma, e em sequencia será demostrado as analises da dureza, realizado nos 4 amostragem.

63 63 Figura 57- Pontos para verificação da dureza. Fonte: ISO , (Maio 2011). Figura 58- Durometrô utilizado para analises nas amostras.

64 64 Figura 59 - Ensaio de dureza corpo de prova sem pré-aquecimento.

65 65 Figura 60- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 300º.

66 66 Figura 61- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 400º.

67 67 Figura 62- Ensaio de dureza corpo de prova com pré-aquecimento 500º.

68 68 Após a realização dos ensaios de dureza em todas as amostragens, como pode ser observado acima nas avaliações, foi separado duas amostras, a amostra sem pré-aquecimento e a amostra com pré-aquecimento a 400º, pois se observou nesta que a diminuição a dureza foi mais significativa, comparado com as outras amostras pré-aquecidas, e a macrografia desta amostra ficou mais uniforme do que as demais. Para se ter uma melhor compreensão será analisados alguns pontos, para verificar o que aconteceu com os testes realizados, segundo a norma DIN EN ISO , nos pontos 1,2,8 e 9, estes pontos trata-se do material de adição no caso o arame AWS A5 18 ER70S-6, nestes pontos foi significativo a diminuição da dureza do material adicionado, na peça sem préaquecimento a medida da dureza foi de 241HV, já na peça a pré-aquecida a 300 nota-se que a dureza no mesmo ponto girou em torno de 234HV, a peça pré-aquecida a 400 a dureza ficou em 189HV, e na peça pré-aquecida a 500 a dureza chegou a 182HV, levando em consideração que todos os pontos acima mencionados, reduziram sua dureza conforme o ponto 1. Também nos pontos 6,7,10 e 11, que é a ZTA, ouve uma diminuição da dureza, o que torna a peça menos frágil, em função da taxa de resfriamento maior. Quanto menor a dureza do material, cordão de solda e ZTA menor a tendência ao trincamento. 3.3 Ensaio micrografia O primeiro passo, para a obtenção de um bom resultado é a escolha e preparação adequada da amostra. Esta deve representar a peça em estudo, para isto não deve sofrer qualquer alteração em sua estrutura. Um aquecimento demasiado (acima de 100 C), deformações plásticas (em metais moles), ou a formação de novos grãos por recristalização devem ser evitados. A área da amostra a ser examinada não deveria exceder de 1 a 2 cm², sob pena de se ter um tempo de preparação excessivo. Qualquer preparação depende igualmente do material da amostra, a técnica de lixamento e polimento devem ser adaptados à mesma. (Norma, DIN EN ). Para a realização dos testes de micrografia, novamente a peça passou pelos processos de preparação da junta, como feito para macrografia, porém está preparação é mais minuciosa, pois requer habilidade do preparador da peça, ela passou por varios estágios de preparação, foram feitos lixamentos nas peças, deste a lixa 180 grãos a 1200 grãos, após isso foi feito um polimento a mão com alumina, e na sequencia foi utilizado acido nítrico a 3%, abaixo serão ilustrados as etapas do procedimento, e o microscópio utilizado da marca Buehler, com

69 69 aumento de 100x, 400x e 1000x, nos testes foi utilizado aumento de 100x e 400x, não sendo necessário o aumento de 1000x. Figura 63- Peça no microscópio Buehler. Figura 64- Peças analisadas.

70 70 Abaixo segue imagens do microscópio, onde podemos visualizar algumas diferenças entre os corpos de prova, para está analise foi definido que seria usado somente o corpo de prova sem pré-aquecimento, e o corpo de prova com pré-aquecimento a 400º, pois são estas que tiveram um resultado melhor depois das analises de macrografia e dureza, comparando com a realidade do processo usado atualmente, algumas diferenças entre eles serão mostradas abaixo pelas figuras 66 a 71. Para uma melhor compreensão e entendimento das microestruturas será apresentado na figura 65, o diagrama da curva TTT do material SAE 1045 onde indicará o comportamento do mesmo, quando submetido a um tratamento térmico, podemos verificar onde estão localizadas as fases de transformação metalúrgica do material. Neste presente estudo foi usado um resfriamento a temperatura ambiente sendo assim seria muito difícil encontrar martensita nas microestruturas, mas em algumas imagens podemse visualizar pequenas presenças de martensita, mas que não afetam a estrutura do material neste caso. Nas imagens 70 e 71 conseguimos verificar descontinuidades no cordão soldado sem pré-aquecimento, provavelmente estas são as mesmas condições que acontecem na prática, quando o material é soldado sem aquecimento. Na figura 70 aparece poro, uma descontinuidade que acontece devido à presença de hidrogênio, e na figura 71, se observou a ocorrência de micro trinca proveniente do aquecimento e resfriamento muito rápido da peça, pois o resfriamento da peça ocorre do núcleo para as extremidades, e como a peça não foi préaquecida, ela se encontra na temperatura ambiente, resfriando rapidamente. Figura 65- Imagem do diagrama curva TTT, do aço SAE Fonte: Buerger, G. R. (2009).

71 71 Figura 66- Transição cordão sem-pré-aquecimento, ZTA para cordão de solda, aumento de 400x. Figura 67- Transição cordão com pré-aquecimento 400º, ZTA para cordão de solda, aumento de 400x.

72 72 Figura 68- Material de base sem pré-aquecimento, próximo a ZTA, aumento de 400x. Figura 69- Material de base com pré-aquecimento 400º, perto da ZTA, aumento de 400x.

73 73 Figura 70- Aparecimento do poro microscópio sem pré-aquecimento, aumento de 100x. Figura 71- Defeitos na estrutura, iniciação a trincas sem pré-aquecimento, aumento de 400x.

74 74 CONCLUSÕES Considerando-se os objetivos deste trabalho de análise dos resultados, de 4 testes, com e sem tratamento térmico de pré-aquecimento nas peças, podemos observar: Apesar do material SAE 1045 não ter dureza acima de 380HV, onde seria necessário o tratamento de pré-aquecimento, segundo a norma ISO , este aço é de má soldabilidade, segundo a equação do carbono equivalente, sendo necessário seu aquecimento antes da soldagem, até mesmo um tratamento térmico após a soldagem para alivio das tensões se for necessário. A partir do resultado insatisfatório das juntas soldadas dentro do procedimento normal, buscou-se um procedimento no qual esses defeitos seriam eliminados, e constatou-se que com um pré-aquecimento do material AÇO SAE 1045 antes da soldagem, elimina-se os riscos de trincas, formação de martensita, poros e descontinuidades provenientes de uma soldagem sem pré-aquecimento, a ainda garantindo uma grande redução da dureza do material, tornando o menos frágil. Conclui-se que se faz necessário um pré-aquecimento do material antes da sua soldagem, dentro do processo atual usado. Como está peça é muito grande, precisando de um alto investimento na compra de um forno especial para o pré-aquecimento destas peças, que se tornaria inviável devido ao processo, eu recomendaria uma alteração do material destas barras, substituindo por um material com melhor soldabilidade, eliminando assim o problema de trincas e falta de fusão, que hoje ocasionam a quebra das peças, quando submetidas a cargas. A temperatura é sim um fator muito determinante, dependendo da aplicação que será submetida à peça, quanto mais aquecido o material, mais penetração a solda terá, e menos defeitos em sua estrutura, menor será a taxa de resfriamento e, no entanto menor a tendência ao trincamento. Na região onde foi avaliada a microestrutura pode-se observar que na peça que foi aquecida a 400º durante 60mim, a transição do cordão de solda para a ZTA, foi mais estável e homogênea, já a peça que não foi submetida ao pré-aquecimento, a transição do cordão de solda para a ZTA não se encontrou homogenia, e foi constatados problemas com a mesma, como pequenas tricas e poros, prejudiciais para o cordão, sendo assim justificando o aquecimento do material antes da soldagem.

75 75 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAUJO, W.R., Comparação entre soldagem robotizada com eletrodo sólido e metal cored A ocorrência do Finger, UFMG, fevereiro, Arquivos Bruning. AWS, A5 18 ER70S-6 Structural Welding Code-Steel, Arame diâmetro 1.2mm AWS, Welding Hand book, Materials and Application Part1, American Welding Society, 8ª Edição, Vol. 3, BATALHA, G. F. Processos de Fabricação: Junção, Soldagem e Brasagem. (2003). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo. DIN EN Specification and qualification of welding procedures for metallic materials Welding procedure test Part 1: Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys (ISO : Amd 1: Amd 2:2012) English translation of DIN EN ISO : DIN EN4063- Estudo do processo. Dissertação de mestrado. Florianópolis, 4140 sem Tratamento Térmico Posterior UFSC. EN ISO 6947 Posições de soldagem. EN1321- Execução do ensaio macrografia e micrografia. EN Ensaio de dureza. ESAB. Apostila de soldagem MIG/MAG, ultima revisão em 25 de janeiro de 2005.

76 76 FORTES, Cleber. Metalurgia da soldagem. (2004). Disponível em: < Acesso em: Maio, FORTES, Cleber. Metalurgia da soldagem. (2005). Disponível em: < MIGMAG.pdf>. Acesso em: Maio, GUIMARÃES, Gil. (Notas de aula, 2009). GIMENES, Luiz Jr. Tratamento térmico de alivio de tensões em juntas soldadas São Paulo- ABS-FATEC-SP. História da solda MIG/MAG (GMAW - Gas metal arc welding) solda _ mig_mag.htm>. Acesso em: Maio, ISO Grupo de materiais. ISO Metodologia de teste. ISO 6947 Posições de soldagem. MCKEOWN, D., Synergic control- Another gimmick or practical solution, Joining and Materials, june 1989, pp MARQUES, P. Soldagem. Fundamentos e tecnologia. Ed.3. Editora UFMG MESSLER. R. W. (Principles of Welding, 1999): MODENESI, P.J., Introdução à Física do Arco Elétrico e sua Aplicação na Soldagem dos Metais, Apostila Didática, Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da UFMG, 100p., 2000.

77 77 MODENESI, P.J. Introdução à física do arco elétrico e sua aplicação na soldagem dos metais. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Metalurgia da UFMG, p. (Apostila). MODENESI, P. J. Terminologia. (2008) Disponível em: < Acessado em: 01 Maio MONTEIRO, M. C., Estudo da Influência da Corrente de Soldagem com Arame Tubular na Quantidade de Hidrogênio Difusível no Metal de Solda, XXV Encontro Nacional de tecnologia de Soldagem 8 a 10 de setembro de NORRISH, J., Advanced Welding Processes, Bristol, IOP, 375 p., RODRIGUES L. Análise e Otimização de parâmetros na soldagem com arame tubular. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-graduação em engenharia Mecânica. Universidade Federal de Itajubá. (2005). PIXLEY, M., Power Sources for pulsed MIG Welding, Joining and Materials, june, 1989, pp SAE J-403. Rev SAE J403- Propriedades do material SAE WILLYS, M. A. Dissertação sobre Soldagem do aço ABNT 4140 sem tratamento térmico posterior, Universidade Federal do Ceará. (Março de 2001).

78 ANEXOS 78

79 79 Anexo A - Composição mecânica AÇO SAE Fonte: Norma SAE J403.