XLI CONSOLDA Congresso Nacional de Soldagem 12 a 15 de Outubro de 2015 Salvador-BA, Brasil.

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1 XLI CONSOLDA Congresso Nacional de Soldagem 12 a 15 de Outubro de 2015 Salvador-BA, Brasil. Análise do Comportamento da Utilização de Misturas Argônio + CO 2 na Soldagem do Aço ASTM A36 com o Processo Arame Tubular (Behavior Analysis of Argon + CO2 Blends in FCAW-G on Mild Steel ASTM A36) Marcos Müller Lobato 1, Miguel Luiz Ribeiro Ferreira 2 1 White Martins Gases Industriais Ltda., Laboratório de Soldagem/CTR, Duque de Caxias, Rio de Janeiro, Brasil, marcos_lobato@praxair.com 2 Universidade Federal Fluminense, Programa de Pós-Graduação em Montagem Industrial, Niterói, Rio de Janeiro, Brasil, miguelluiz@lamis.uff.br Resumo Neste trabalho são analisados o comportamento de 6 misturas gasosas de Argônio e CO 2, na soldagem com o processo arame tubular do aço estrutural ASTM A36, com o arame AWS E71T-1C/M, no que diz respeito a estabilidade do arco elétrico e ocorrência de descontinuidades. O arame AWS E71T-1C/M é homologado para soldagem com a mistura de gás com Argônio e 25% de CO 2, entretanto, os resultados dos testes mecânicos similares àqueles utilizados no processo de homologação em juntas soldadas utilizando como gás de proteção contendo Argônio e 40% de CO 2 foram satisfatórios. Na realização deste estudo foram analisados o comportamento das seguintes misturas: Argônio + 40% CO 2; Argônio + 25% CO 2; Argônio + 15% CO 2; Argônio + 10% CO 2; Argônio + 8% CO 2 e Argônio + 4% CO 2. Os resultados obtidos sugerem que o aumento da proporção do Argônio melhorou de forma significativa a estabilidade do arco elétrico, o que pode ser constatado na diminuição da tensão do arco elétrico e aumento da amperagem. Por outro lado, o aumento do percentual de Argônio na mistura aumentou a incidência da ocorrência de descontinuidades do tipo porosidade vermiforme e inclusão de escória, que é diminuída com a utilização de gases com maiores teores de CO 2. Da mesma forma, observa-se que nos corpos de prova soldados com os gases com maior percentual de CO 2 a escória apresentou-se com maior aderência, dificultando sua remoção, o que aumenta o tempo de limpeza entre passes, o que é compensado pelo aumento da taxa de deposição em comparação com as misturas rica em Argônio. Os resultados do trabalho permitem concluir que existem possibilidades da utilização de outros gases de proteção além da mistura com a qual o arame AWS E71T-1C/M foi homologado com Argônio + 25% CO 2. Palavras-Chave: Arame Tubular. Misturas Argônio + CO 2. Gases de Proteção. Soldagem semiautomatica. Aços ao Carbono Abstract: This work intends to analyse the arc stabitily and discontinuities of six binary blends, Argon and CO 2, with Flux Cored process on ASTM A36 structural steel using regular cored wire AWS E71T-1C/M. This wire is approved to use a shielding gas with 25% CO 2 and Argon in balance, however, the results of mechanical tests similar to those used in the approval process with a 40% CO 2 shielding gas were satisfactory. In this work were analyzed the behavior of the following mixtures: Argon + 40% CO 2; Argon + 25% CO 2; Argon + 15% CO 2; Argon + 10% CO 2; Argon + 8% CO 2 and Argon + 4% CO 2. These results suggest that increasing the participation of argon significantly improved the stability of the arc, which can be seen in reducing the arc voltage and increasing amperage. On the other hand, increasing the percentage of argon in shielding gas increased the incidence of wormholes and slag inclusion, which is reduced using blends with higher levels of CO 2. Similarly, it is observed difficulty to remove slag in the welded coupons with high CO 2, which increases cleaning time between welding passes, which is compensated by increasing the deposition rate compared to high Argon blends. The results support that there are possibilities of using other shielding gases beyond the approved mixture. Key Words: Flux Cored Wire. Argon+CO 2 Blends. Shielding Gas. Semi-automatic Welding. Mild Steel

2 1. Introdução O mercado mundial de soldagem vem substituindo o processo de soldagem manual por eletrodo revestido por outros processos de maior produtividade, principalmente processos semiautomáticos. Dentre os processos semiautomáticos, o processo com arame tubular vem sendo utilizado com bastante abrangência na indústria naval e de estruturas metálicas. A configuração do processo arame tubular que é encontrada em maior número é a que utiliza proteção gasosa de 100% de dióxido de carbono (CO 2). A globalização mundial tem forçado as empresas brasileiras a investirem em novas tecnologias de soldagem, e o processo arame tubular vem substituindo processos de soldagem manuais. [1] A maior presença desse tipo de consumível no mercado brasileiro justifica o presente estudo, que tem o intuito de mostrar possíveis ganhos produtivos e econômicos. O objetivo deste trabalho é o de avaliar a estabilidade do arco e as descontinuidades desenvolvidas pelo uso de misturas binárias de Argônio com 40% a 04% de CO 2 na soldagem de aços carbono. Cabe destacar que este trabalho apresenta os resultados parciais de um projeto de pesquisa sobre a viabilidade de utilização destas misturas, como alternativa àquelas previstas na norma AWS A5.36M/A5.36:2012. [2]. 2. Materiais e Métodos As misturas escolhidas são encontradas normalmente no mercado brasileiro e também em outros países. Foram utilizadas seis (06) misturas comerciais de Argônio e Dióxido de Carbono com o intuito de observar a possibilidade ou não do uso desses gases de proteção com o processo de soldagem arame tubular. Dentre essas misturas a única homologada pelos fabricantes de arame de acordo com a norma AWS A5.36M/A5.36:2012. [2] é a mistura com 25% de CO 2. As misturas possuem a seguinte nomenclatura: [3] Mistura com 60% de Argônio e 40% de CO 2 (M31 - ArC 40) Mistura com 75% de Argônio e 25% de CO 2 (M21 - ArC 25) Mistura com 85% de Argônio e 15% de CO 2 (M20 - ArC 15) Mistura com 90% de Argônio e 10% de CO 2 (M20 - ArC 10) Mistura com 92% de Argônio e 8% de CO 2 (M20 - ArC 8) Mistura com 95% de Argônio e 4% de CO 2 (M12 - ArC 4) A mistura ArC 40 é a que possui maior percentual de CO 2. Esse percentual de dióxido de carbono é o máximo que pode ser conseguido em um cilindro de alta pressão, pois maiores volumes irão liquefazer o CO 2 e provocar a separação dos gases e inviabilizar o fornecimento de cilindros para clientes finais. O volume dessa mistura em um cilindro do tipo T é de apenas 6,1 m³, quando comparado com o volume de 10 m³ que é obtido em um cilindro de Argônio também do tipo T. Um cilindro do tipo T é capaz de armazenar em média 49 quilogramas de água. Foi realizada a soldagem de um (01) corpo de prova (CP) de aço carbono ASTM A36 na posição plana, AWS 1G, [4] para cada um dos gases de proteção com as seguintes dimensões: Comprimento de cada chapa: 300 mm Largura de cada chapa: 150 a 200 mm Espessura das chapas: 19,56 mm Ângulo do bisel: 22,5º ±2º Abertura da raiz: 5,0 mm Largura do backing metálico: 50 mm Espessura do backing: 6,35 mm Essas dimensões atendem aos requisitos estabelecidos pela norma AWS A5.36M/A5.36:2012 com o objetivo de simular a mesma condição de homologação que os fabricantes de arames utilizam na busca pela conformidade do seu produto com os requisitos da mesma. Durante a soldagem dos corpos de prova a temperatura de pré-aquecimento e entre passes foi mantida entre 15ºC e 150ºC. As medidas de temperatura foram realizadas na metade do comprimento da chapa e localizadas a 25 mm da linha de centro do cordão de solda. Após a execução de cada cordão de solda, foi realizada uma análise visual com o intuito de observar a presença de porosidades, mordeduras, escória aderente e respingos com grande dimensão. As temperaturas foram realizadas com a utilização de lápis térmico. Os arames utilizados no desenvolvimento do trabalho são homologados de acordo com a norma AWS A5.36M/A5.36:2012. [2]com diâmetro de 1,2mm, O equipamento de soldagem utilizado é uma fonte de soldagem eletrônica do tipo tiristorizada, do fabricante CEA, modelo Solmig 400 Navy com alimentador TR80 Navy que é um dos mais usados no Brasil. A tocha de soldagem utilizada foi do tipo seca, refrigerada a gás, do fabricante Abicor Binzel, modelo KHBR400. Os gases de proteção são referenciados através de uma abreviação, com o objetivo de esclarecer a composição dos gases entre os fabricantes, que na sua grande maioria utiliza nomes comerciais. Como no presente trabalho só são utilizadas misturas binária de Argônio e CO 2, a nomenclatura informa que o Argônio deve ser referenciado como Ar e o dióxido de carbono como C. A ordem de ocorrência das letras tem importância e o primeiro gás a aparecer na abreviatura significa que é o gás com maior participação percentual na mistura. Portanto essa mistura

3 binária terá três letras assim unidas: ArC. A numeração depois da letra C é referente ao percentual de participação do gás secundário da mistura gasosa. As configurações testadas nessa etapa estão apresentadas na Tabela 8. Tabela 1: Configurações das Composições do Gases de Proteção Utilizados na Soldagem dos Corpos de Prova Configuração Tipo de Composição Nomenclatura Junta Gás de Proteção Gás de Proteção 01 1G 60% Ar + 40% CO 2 ArC G 75% Ar + 25% CO 2 ArC G 85% Ar + 15% CO 2 ArC G 90% Ar + 10% CO 2 ArC G 92% Ar + 8% CO 2 ArC G 96% Ar + 4% CO 2 ArC-4 O ensaio visual de soldagem foi realizado após a execução de cada cordão de solda, e qualquer descontinuidade observada foi removida com esmerilhadeira até a eliminação visual. Após a soldagem, os corpos de prova foram enviados para a realização do ensaio não destrutivo de radiografia, com o objetivo de verificar a ocorrência de descontinuidades internas. 3. Resultados e Discussão Os corpos de prova soldados com as misturas com percentual de CO 2 ou igual a 15% foram reprovados no ensaio não destrutivo por radiografia. Em todos eles, foram observadas descontinuidades do tipo inclusão de escória. Tal descontinuidade não é aceita pela norma AWS A5.36M/5.36. Os corpos de prova que utilizaram como proteção gasosa as misturas binárias de Argônio com 25% e 40% de CO 2 foram aprovadas no ensaio radiográfico. O aumento do percentual de CO 2 na proteção gasosa, proporcionou baixa ocorrencia de defeitos do tipo porosidade vermiforme e inclusão de escória. É interessante mencionar que na literatura pesquisada, não foram encontradas informações sobre a ocorrencia de porosidades do tipo vermiformes, nem como elas devem ser evitadas. [5]. Em todos os corpos de prova foram observadas descontinuidades do tipo porosidades vermiformes. A quantidade de ocorrências e o tamanho das mesmas variaram de acordo com o gás de proteção utilizado. Essas descontinuidades foram retiradas após o surgimento e antes dos passes subsequentes. A Figura 1 apresenta uma porosidade vermiforme encontrada em um passe de acabamento. Figura 1 Porosidade no passe de acabamento na soldagem com o gás ArC-10 A Figura 2 mostra o resultado da retirada da descontinuidade apresentada na Figura 1. Esse processo de limpeza demanda tempo do soldador e contribui para diminuição da produtividade, pois ao invés de estar depositando metal, o soldador estará retirando material de solda. Essa operação também irá utilizar mais metal de adição para reconstituir o cordão de solda, assim como o gás de proteção, o que irá aumentar ainda mais os custos de soldagem. Figura 2 Remoção da porosidade apresentada na Figura 1 Outro gasto no processo de limpeza que muitas vezes não é computado no custo de soldagem é o preço dos

4 discos abrasivos que são consumidos para o reparo dos cordões de solda. Dentro desse tópico é importante destacar o custo de manutenção da utilização de esmerilhadeiras nos procedimentos de soldagem, assim como o custo da eletricidade para o seu funcionamento e o investimento de capital de na compra das mesmas. Adicionalmente, existe ainda o risco de segurança operacional para o funcionário que estiver realizando a retirada de defeitos, pois a velocidade de rotação de uma esmerilhadeira elétrica é bem superior ao de uma pneumática. 3.1 Comportamento do Gás ArC-40 O gás de proteção com menor percentual de Argônio, ArC-40, foi utilizado na primeira configuração. O intuito era observar o comportamento do consumível com um excesso de CO 2 na proteção gasosa. A vazão do gás de proteção foi de 18 litros por minuto (l/min). Os parâmetros da execução do corpo de prova estão na Tabela 2. Tabela 2: Resultados da Soldagem com o gás ArC-40 Parâmetros: Resultados Comprimento Médio dos cordões: 338 mm Tempo de Arco aberto médio de cada cordão: 55 segundos Tempo médio de limpeza de cada cordão: 65 segundos Corrente de soldagem média: 264 A Tensão de soldagem média: 24,1 V Velocidade de soldagem média: 375 mm/min Aporte térmico médio: 0,95 kj/mm Nessa primeira configuração, o tempo de limpeza foi superior ao tempo de arco aberto, ou seja: O Soldador comprometeu a maior parte do seu no processo de limpeza do cordão de solda, do que realmente soldando. O ciclo de trabalho foi de 45,8%. O aporte térmico ficou um pouco abaixo da recomendação mínima da AWS, que é de 1,0 kj/mm. A utilização do gás ArC-40 apresentou maior aderência da escoria ao metal de solda quando comparado com o ensaio que utilizou a mistura homologada. O aparecimento de porosidade do tipo vermiforme ocorreu apenas em dois momentos, sendo o primeiro deles somente na execução do sexto cordão de solda. Também foi observado porosidade do tipo tradicional com várias perfurações, conforme pode ser observado na Figura 3 (b). (a) (b) Figura 3 Porosidades que ocorreram no sexto cordão do CP na soldagem com o gás ArC-40 A Figura 4 apresenta uma leve porosidade do tipo vermiforme encontrada na soldagem do corpo de prova. Figura 4 Porosidade vermiforme superficial no oitavo cordão na soldagem com o gás ArC-40

5 3.2 Comportamento do Gás ArC-25 O gás de proteção ArC-25 foi utilizado na segunda configuração, esse gás está dentro da variação de homologação aceitável pela AWS, que é de misturas com 20 a 25% de CO 2. O objetivo era ratificar o comportamento da soldagem com o gás de proteção recomendado pelo fabricante do arame. A vazão do gás de proteção foi mantida em 18 litros por minuto (l/min). Os parâmetros obtidos na realização do corpo de prova podem ser observados na Tabela 3. Tabela 3: Resultados da Soldagem com o gás ArC-25 Parâmetros: Resultados Comprimento Médio dos cordões: 332 mm Tempo de Arco aberto médio de cada cordão: 53 segundos Tempo médio de limpeza de cada cordão: 108 segundos Corrente de soldagem média: 270 A Tensão de soldagem média: 23,2 V Velocidade de soldagem média: 384 mm/min Aporte térmico médio: 0,99 kj/mm Da mesma forma que na soldagem com o gás ArC-40 o tempo de limpeza médio do cordão de solda foi superior ao tempo de arco aberto. Por outro lado, o tempo de limpeza entre passes em comparação com o ArC-40 é significativamente maior. Consequentemente, o ciclo de trabalho de 32,9% foi inferior ao da mistura com 40% CO 2, o que resulta na diminuição da produtividade com a utilização da mistura dentro da faixa de homologação. Devido ao menor percentual de CO 2 na proteção gasosa, o valor da tensão média ficou aproximadamente 1,0 volt inferior ao da primeira configuração. A velocidade de soldagem foi um pouco superior ao da configuração anterior, um incremento de 2%. Foram observadas porosidades, mas de forma apenas superficial e o laudo do ensaio radiográfico foi aprovado. Cabe ressaltar a facilidade da remoção da escória neste corpo de prova, que se auto destacava durante a soldagem. Esta evidência revela que a compatibilidade do gás de proteção com o metal de adição estava perfeita, o que era esperado, pois, se trata de uma composição de gás com a qual o metal de adição foi homologado. A Figura 5 apresenta porosidades vermiformes bem superficiais no corpo de prova soldado com o ArC-25. Figura 5 Porosidades superficiais no corpo de prova na soldagem com o gás ArC-25 A Figura 6 apresenta como a escória foi destacada facilmente do cordão de solda, mantendo boa parte do seu tamanho original ao ser retirada no processo de limpeza. Figura 6 Fácil remoção da escória na soldagem com o gás ArC-25

6 3.3 Comportamento do Gás ArC-15 Na execução da soldagem com a mistura ArC-15 o aparecimento de descontinuidades do tipo porosidade vermiforme foi expressivo. A vazão do gás de proteção utilizado foi mantida em 18 litros por minuto (l/min). A cada ocorrência, a descontinuidade era retirada para soldagem do passe subsequente. Para confirmação dessa instabilidade, foram utilizados 03 fornecedores de arame distintos. Todos os corpos de prova dessa configuração foram reprovados no ensaio radiográfico por causa de descontinuidade do tipo inclusão de escória. Durante a soldagem existiram evidências de aprisionamento da escória, fato que foi reforçado tendo em vista que os cuidados de limpeza entre passes foram rigorosos. As porosidades vermiformes não foram a causa da reprovação final no ensaio de radiografia, entretanto, provocaram diminuição da produtividade e a sua ocorrência delas não é desejável do ponto de vista operacional. Os parâmetros obtidos na realização dos corpos de prova podem ser observados na Tabela 4: Tabela 4: Resultados da Soldagem com o gás ArC-15 Arame utilizado: Arame 1 Arame 2 Arame 3 Comprimento Médio dos cordões: 356 mm 341 mm 362 mm Tempo de Arco aberto médio de cada cordão: 63 segundos 68 segundos 77 segundos Tempo médio de limpeza de cada cordão: 131 segundos 93 segundos 46 segundos Corrente de soldagem média: 271 A 260 A 241 A Tensão de soldagem média: 22,2 V 23,6 V 23,7 V Velocidade de soldagem média: 350 mm/min 308 mm/min 291 mm/min Aporte térmico médio: 1,08 kj/mm 1,23 kj/mm 1,21 kj/mm A diferença de desempenho entre os consumíveis analisados é bem significativa nessa configuração. A velocidade de soldagem está associada diretamente com a corrente média de soldagem, ou seja, quanto maior for maior for a amperagem maior a velocidade de soldagem. Nessa configuração, o maior valor de aporte térmico proporcionou o maior ciclo de trabalho (Arame 2 = 42,2%) e menor valor proporcionou o mais baixo ciclo de trabalho (Arame 1 = 32,5%). Tal constatação pode estar relacionada com o fato de uma menor velocidade de resfriamento contribuir para uma melhor condição de destacamento da escória. Por outro lado, o desempenho do ciclo de trabalho foi próximo das duas misturas anteriores. A soldagem com o gás ArC-15 apesar das porosidades vermiformes durante a sua execução, apresentou na maior parte do tempo cordões com acabamento superficial de excelente qualidade. A Figura 7 apresenta as porosidades vermiformes observadas durante a soldagem, tais descontinuidades foram bem superiores as encontradas nas configurações 1 e 2. Figura 7 Porosidades vermiformes com o Arame 1 na soldagem com o gás ArC-15 A maior parte da execução dos cordões de solda com o arame 1 não apresentou porosidades vermiformes, conforme pode ser observado na Figura 8. O acabamento superficial é excelente. O nível de respingos também foi menor do que as configurações anteriores. O comportamento do arco elétrico também foi modificado com a mistura ArC-15, o mesmo ficou mais estável com o aumento do percentual de Argônio.

7 Figura 8 Acabamento superficial do Arame 1 na soldagem com o gás ArC-15 A utilização do Arame 2 com a configuração 3 também apresentou na maior parte do tempo cordões com excelente acabamento superficial e baixo nível de respingo. Nas Figuras 9 e 10 pode ser observado o cordão de solda antes e após a retirada da camada de escória. Figura 9 Cordão de solda antes da limpeza com o Arame 2 na soldagem com o gás ArC-15 Já a Figura 10 apresenta o acabamento superficial do cordão após a retirada da escória (limpeza). Figura 10 Cordão de solda da Figura 9 após a limpeza com o Arame 2 na soldagem com o gás ArC-15 Na Figura 11 pode ser observada a presença de uma porosidade profunda após tentativa para remoção da mesma com o esmeril, porém essa descontinuidade não apareceu no laudo radiográfico. Figura 11 Porosidade com indicação de alta profundidade com o Arame 2 na soldagem com o gás ArC-15

8 Com a utilização do Arame 2 com o gás ArC-15 ocorreu o aparecimento de marcações na superfície do cordão de solda. Essas marcas não apresentaram profundidade, pois após ensaio por líquidos penetrantes, não foi percebido nenhum sinal do líquido penetrante na revelação. Essas falsas indicações foram chamadas de brotoejas. Essas marcas são um sinal de que a compatibilidade do gás de proteção com o metal de adição não é a ideal, o que poderá gerar indícios de descontinuidades mais profundas como, por exemplo, inclusões de escória. Figura 12 Aparecimento de brotoejas no cordão de solda com o Arame 2 na soldagem com o gás ArC-15 O terceiro fabricante de arame testado com o gás ArC-15 foi o que apresentou maior sensibilidade ao gás de proteção. A presença de porosidades vermiformes foi generalizada. Tais descontinuidades também possuíam grande profundidade. O acabamento superficial pode ser observado na Figura 13. Figura 13 Acabamento superficial do Arame 3 na soldagem com o gás ArC-15 Observou-se que a mudança na proteção gasosa acaba influenciando na aderência da escória formada sobre o cordão, sendo que a diminuição do percentual de CO 2 resulta na maior aderência ao metal de solda, dificultando sua remoção. Cabe ressaltar que entre todos os passes observados, o que apresenta maior dificuldade na limpeza para remoção da escória é o do passe de raiz, sendo necessária a utilização de limpeza mecânica (escova rotativa) ao invés da limpeza manual com escova e/ou picadeira. 3.4 Comportamento do Gás ArC-10 Na soldagem do corpo de prova com o gásarc-10, a vazão do gás de proteção utilizado foi a mesma dos primeiros corpos de prova. Esse corpo de prova também teve insucesso no ensaio radiográfico e o motivo da reprovação foi novamente a presença de inclusão de escória. A ocorrência de porosidades vermiformes foi mais uma vez presenciada. Os parâmetros obtidos na realização do corpo de prova estão apresentados na Tabela 5. Tabela 5: Resultados da Soldagem com o gás ArC-10 Parâmetros: Resultados Comprimento Médio dos cordões: 364 mm Tempo de Arco aberto médio de cada cordão: 57 segundos Tempo médio de limpeza de cada cordão: 102 segundos Corrente de soldagem média: 305 A Tensão de soldagem média: 23,0 V Velocidade de soldagem média: 394 mm/min Aporte térmico médio: 1,10 kj/mm

9 Ao se analisar a Tabela 5, nota-se que o aporte térmico é próximo da recomendação mínima proposta pela norma AWS A5.36:2012, a velocidade de soldagem superior às configurações anteriores e o ciclo de trabalho de 35,9% é superior ao da mistura ArC-25. Destaca-se ainda que o aumento da razão da corrente de soldagem média sobre a tensão do arco elétrico que apresentou o valor de 13,26 A/V, enquanto que na mistura ArC-40, ArC-25 e ArC-15 foi respectivamente de 10,95, 11,64 e 12,21 A/V utilizando-se o mesmo consumível. Tal comportamento permite concluir que o aumento da participação de Argônio na proteção gasosa possibilita a utilização de maiores valores de corrente com a diminuição da tensão do arco elétrico, o que é um indicativo da maior estabilidade do arco decorrente da maior participação deste gás na composição da mistura gasosa. Esta constatação corrobora com as conclusões do trabalho publicado pela Praxair que afirma que a diminuição dos valores de tensão está diretamente relacionada com a menor necessidade de ionização do gás de proteção. [8] A configuração quatro foi o que apresentou o menor índice de inclusão de escória revelada pelo ensaio radiográfico, mesmo apresentando porosidades a partir do terceiro cordão soldado. A Figura 14 mostra uma porosidade vermiforme com tamanho inferior à encontrada nos corpos de prova anteriores Figura 14 Porosidade no terceiro cordão do corpo de prova soldado com o gás ArC Comportamento do Gás ArC-8 A quinta configuração utilizou como gás de proteção o ArC-8. A vazão do gás de proteção utilizado foi de 18 litros por minuto (l/min), o ciclo de trabalho dessa configuração, 32,6%, foi inferior a anterior e demandou mais tempo na realização do processo de limpeza entre passes. A razão da corrente média de soldagem e a tensão do arco foi praticamente a mesma, 13,24 versus 13,26 com o gás ArC-10, o que era esperado devido a pequena diferença no percentual de dióxido de carbono. O aporte térmico também foi bem próximo do obtido com a utilização da configuração 4. Os parâmetros obtidos na realização do corpo de prova estão apresentados na Tabela 6. Tabela 6: Resultados da Soldagem com o gás ArC-8 Parâmetros: Resultados Comprimento Médio dos cordões: 342 mm Tempo de Arco aberto médio de cada cordão: 57 segundos Tempo médio de limpeza de cada cordão: 118 segundos Corrente de soldagem média: 302 A Tensão de soldagem média: 22,8 V Velocidade de soldagem média: 363 mm/min Aporte térmico médio: 1,17 kj/mm O corpo de prova soldado com este gás de proteção também foi reprovado no exame radiográfico devido às inclusões de escória. A ocorrência de porosidades vermiformes foi bem parecida ao obtida com a mistura ArC-10. O acabamento superficial do cordão de solda na maior parte da sua extensão também foi excelente, e a geração de respingos aderentes ao corpo de prova foi praticamente nenhuma, conforme pode ser observado na Figura 15.

10 Figura 15 Acabamento superficial do quarto cordão do corpo de prova soldado com o gás ArC Comportamento do Gás ArC-4 A soldagem com o gás de proteção com maior percentual de Argônio, ArC-4, foi utilizado na última configuração, a de número seis e a vazão do gás de proteção foi mantida em 18 litros por minuto (l/min), o aporte térmico foi praticamente o mesmo da configuração 5 e a razão da corrente pela tensão foi de 14,13 A/V, a maior entre os gases testados. O ciclo de trabalho dessa configuração foi o pior de todas as situações testadas, situandose em 31%. A corrente média de soldagem foi a maior dentre todos os corpos de prova, o que está relacionado diretamente com o alto percentual de Argônio da proteção gasosa utilizada que propicia maior estabilidade do arco elétrico. Os parâmetros obtidos na realização do corpo de prova podem ser observados na Tabela 7. Tabela 7: Resultados da Soldagem com o gás ArC-4 Parâmetros: Resultados Comprimento Médios dos cordões: 368 mm Tempo de Arco aberto médio de cada cordão: 61 segundos Tempo médio de limpeza de cada cordão: 136 segundos Corrente de soldagem média: 318 A Tensão de soldagem média: 22,5 V Velocidade de soldagem média: 377 mm/min Aporte térmico médio: 1,18 kj/mm O corpo de prova soldado com o gás de proteção com 4% de CO 2 apresentou a maior quantidade de porosidades, sendo que estas descontinuidades eram de maior profundidade em comparação com as soldas realizadas utilizando misturas com níveis superiores de CO 2, o que pode ser observado na Figura 16. O corpo de prova soldado foi submetido à radiografia e reprovado em função da presença de inclusões de escória. Figura 16 Imagem das porosidades na soldagem com o gás ArC-4

11 Ampere / Volt 3.7 Análise Comparativa do Comportamento dos Gases de Proteção Os resultados encontrados com as misturas binárias (Ar + CO 2) com até 15% de dióxido de carbono não eram esperados, pois testes preliminares haviam sido realizados com sucessos em juntas de ângulo e junta de topo, onde as chapas possuíam espessura de 7,94 mm, menos da metade da espessura utilizada no presente estudo. A presença de porosidade com as novas misturas só foi observada na soldagem da posição de teste 1G segundo a AWS. Na soldagem de junta de ângulo solda de filete na posição de teste 2F segundo a norma AWS não foi observada a presença deste tipo de descontinuidade, assim como na simples deposição de cordões sobre chapa. Na execução dos corpos de provas, as porosidades foram reparadas com o objetivo de aproveitamento dos mesmos. No procedimento de retiradas dos poros, foi observada a presença de linha de inclusão de escória no fundo da porosidade em dois momentos distintos. A ocorrência destas duas descontinuidades pode estar relacionada, entretanto, um estudo mais apurado deverá ser realizado para uma análise mais aprofundada sobre o assunto. Aparentemente a dissipação de calor decorrente da geometria da junta interfere na solidificação do cordão de solda e está relacionada a ocorrência de porosidades vermiformes, pois na realização de simples depósito sobre chapa não houve registro do surgimento desta descontinuidade na soldagem com nenhuma das misturas utilizadas. A Tabela 8 apresenta o comprimento total das descontinuidades identificadas no ensaio radiográfico para cada uma das configurações estudadas neste trabalho. O critério de aceitação da norma AWS A5.36M é de que as inclusões de escórias não possuam comprimento superior a 6,0 mm. Assim, somente as configurações 1 e 2 estão aprovadas pela referida norma. Tabela 8: Comparação do comprimento das descontinuidades Gás de Proteção: Comprimento Total das Descontinuidades ArC-40: - ArC-25: - ArC-15: 54 mm ArC-10: 20 mm ArC-8: 139 mm ArC-4: 277 mm O corpo de prova executado utilizando a mistura ArC-40 foi aprovado nos ensaios mecânicos exigidos pela norma AWS A5.36M. Esse procedimento é uma simulação do processo de homologação que os fabricantes de metais de adição devem se submeter para utilização de uma nova combinação metal de adição e gás de proteção e neste caso e desta forma o uso do gás de proteção ArC-40 pode ser disponibilizado para utilização na soldagem na indústria metal mecânica. A relação entre o valor de corrente de soldagem e a tensão do arco elétrico mensurada em cada uma das misturas estudadas pode ser observada na Figura 17. O aumento do percentual de Argônio possibilita a utilização de maiores valores de corrente e menores valores de tensão sem afetar a estabilidade do arco elétrico Razão Corrente e Tensão y = 0,0025x 2-0,1941x + 14,785 R² = 0, Percentual de CO 2 no Gás de Proteção (%) Figura 17 Influência do percentual de CO 2 na relação entre a corrente e a tensão de soldagem

12 4. Conclusões A utilização de gases de proteção com percentual de Argônio superior a mistura que foi utilizada na homologação pelo fabricante do consumível geram o surgimento durante a soldagem de descontinuidades do tipo porosidade vermiforme que não justificam a sua utilização em situações industriais. Tais descontinuidades irão provocar diminuição do ciclo de trabalho e consequentemente diminuição da produtividade. Existem evidências de que o surgimento de porosidades vermiforme está relacionado a geometria da junta. Durante a realização da soldagem na junta de topo houve a ocorrência deste tipo de descontinuidade o que não se verificou na soldagem de juntas em ângulo e o depósito do cordão de solda sobre a chapa. O efeito do aumento do percentual de Argônio nos gases de proteção estudados interfere na relação dos parâmetros tensão e corrente de soldagem, sendo que nestes casos ocorreram o surgimento de inclusão de escória, apesar dos cuidados adotados na limpeza entre passes. Tal fato, sugere que existe correlação entre a relação destes parâmetros e a ocorrência de inclusão de escória na soldagem, [6] A utilização de maiores percentuais de Argônio na composição do gás de proteção propicia melhor acabamento superficial no cordão de solda o que está de acordo com a bibliografia pesquisada. [7] A utilização de misturas ricas em Argônio com consumíveis do tipo arame tubular poderá ser mais bem estudada com a modificação da composição do fluxo interno do arame e novas formulações poderão ser desenvolvidas para propiciar um equilíbrio adequado com o gás de proteção e eliminação da ocorrência de porosidades e inclusões de escória. No processo de decisão sobre a utilização do gás de proteção recomenda-se uma análise que considere os custos de soldagem e o desempenho de cada composição. Por outro lado, nesta análise também devem ser considerados o metal de adição e a posição de soldagem que será utilizada na obra. 5. Agradecimentos A empresa White Martins Gases Industriais Ltda. pelo apoio profissional na realização dos experimentos. A empresa ITW pelo fornecimento dos metais de adição. 6. Bibliografia [1] PEDROSA, M. F., LOBATO, M. M., & OLIVEIRA, C. R. (2012). Comparativo do Desempenho de Soldagem para o Processo MCAW com Fonte Pulsada e Gás de Proteção Rico em Argônio versus o Processo FCAW com proteção gasosa de CO 2. Ouro Preto: Associação Brasileira de Soldagem. [2] AWS. A5.36/A5.36M. (2012) [3] AWS. A5.32/A5.32M. (2011) [4] AWS. Welding Handbook (8th ed., Vol. I). (L. P. Connor, Ed.) Miami. [5] STARLING, C. M., MODENESI, P. J., & BORBA, T. M. Caracterização do Cordão na Soldagem FCAW com um Arame Tubular Rutílico. Soldagem & Inspeção, 14. (2009) [6] GARCIA, D. N., JARDIM, F. O., ASSUNÇÃO, P. D., RODRIGUES, B. G., & DA MOTA, C. A. Estudos das Descontinuidades das Soldas Depositadas pelos Processos de Soldagem MAG e MAG-CW. Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte Nordeste de Educação Tecnológica. Belém: CONNEPI. (2009) [7] MYERS, T. Choosing a Shielding Gas for FCAW. Welding Journal, (2010) [8] PRAXAIR Inc. (n.d.). Praxair Shielding Gas Selection Manual. (Praxair) Retrieved 05 30, 2013, from Praxair: