no Gás de Proteção sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame

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1 no Gás de Proteção sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame (Influence of the CO 2 Content in the Shielding Gas on Metal Transfer of the Double Wire MIG/MAG Process) Peter Jan Groetelaars 1, Américo Scotti 2 1 Braskem - CPL, Camaçari, Bahia, Brasil, peterjan@braskemcombr 2 Universidade Federal de Uberlândia, LAPROSOLDA,Uberlândia, Minas Gerais, Brasil, ascotti@mecanicaufubr Resumo O processo de soldagem MIG/MAG duplo arame desponta no mercado como uma alternativa de aumento de produtividade Por ser um processo ainda não muito usual, um maior entendimento dessa tecnologia é fundamental para uma maior aplicação na indústria O objetivo deste trabalho foi avaliar, para este processo, a influência do teor de CO 2 em mistura com Argônio de gás de proteção, sobre a transferência metálica e sobre a geometria dos cordões Utilizando-se de uma tocha de potencial único, uma série de soldagens foi feita em 3 comprimentos de arco, mantendo-se um mesmo valor aproximado de corrente A visualização da transferência metálica foi feita pela técnica de shadowgrafia, enquanto a geometria foi avaliada a partir de macrografias de seções transversais dos cordões Arcos mais longos levaram a cordões com maior volume e rendimento de deposição Observou-se uma tendência de transferência metálica mais estável, rendimento de deposição bem maior e cordões com maior penetração para o menor teor de CO 2, mas o maior conteúdo de CO 2 proporcionou uma maior eficiência térmica e largura do cordão Palavras-chave: MIG/MAG; Duplo-Arame; Transferência Metálica; Gás de proteção; Geometria de cordão Abstract: Double Wire MIG/MAG welding process appeared in manufacturing market as an alternative for increasing productivity As an unusual technology, a better knowledge of it is fundamental for enlarging its industrial application Therefore, the objective of this work was to evaluate the influence of using shielding gas with different CO 2 contents, at the same current level, on metal transfer modes and bead geometry profiles Using a torch with a single electrical potential, a series of weldments was carried out at 3 different arc length conditions The visualization of the metal transfer was possible by using the technique of shadowgraphy, while geometry was evaluated from macrographies of weld bead transverse sections Longer arcs lead to larger beads and higher deposition rates A trend towards more stable transfer, higher deposition rates and deeper penetration was observed for the shielding gas with the lower CO 2 content In contrast, the higher level of CO 2 produced higher thermal efficiency and larger beads Keywords: MIG/MAG; Double-Wire; Metal Transfer; Shielding Gas; Geometric Profile 1 Introdução O processo MIG/MAG foi introduzido no mercado no final da década de 40 com o intuito de aumentar a produtividade e versatilidade dentre os processos de soldagem de ligas ferrosas e não-ferrosas Como o mercado industrial atual é muito competitivo, o processo MIG/MAG convencional começou a não atender mais a demanda das indústrias no que diz respeito à produtividade Neste contexto, foi desenvolvido o processo MIG/MAG Duplo Arame Esta variante do processo MIG/MAG se baseia na formação de dois arcos elétricos entre a peça e dois eletrodos consumíveis continuamente alimentados A poça (Recebido em 30/08/2005; Texto Final em 10/12/2005) Artigo baseado em versão apresentada no XXXI CONSOLDA, São Paulo, 29 de Novembro a 1 de Dezembro 2005 Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar 2007 de fusão é protegida da mesma forma que na soldagem MIG/MAG convencional, por um fluxo de gás inerte, ativo ou uma mistura de ambos Entre as características principais da versão com duplo arame pode ser mencionada a possibilidade de atingir elevadas taxas de fusão absolutas (a somatória das taxas de fusão de cada arame) Conseqüentemente, maiores velocidades de soldagem podem ser alcançadas Hedegärd et al [1] afirmam que se pode alcançar um aumento de até 300% na velocidade de soldagem em se comparando com o processo com arame simples, proporcionando assim uma alta produtividade Mas Michie et al [2] afirma que esta maior capacidade de velocidade de soldagem supera a maior complicação do processo em relação ao número de variáveis do que o MIG/MAG convencional Groetelaars [3] cita que, além da capacidade de obter altas taxas de deposição e velocidade de soldagem, o processo duplo 29

2 Groetelaars, P J; Scotti, A arame ainda possibilita algumas outras vantagens como: Controlar a geometria do cordão de solda, através do posicionamento da tocha (ângulos), do comprimento de arco e da corrente de cada arame, apresentando-se como uma solução na soldagem de juntas mal ajustadas; Utilizar eletrodos com diferentes diâmetros e diferentes composições químicas; Alimentar arames com diferentes velocidades e diferentes intensidades de corrente; Reduzir o nível de porosidade em altas velocidades devido ao aumento da área da poça de fusão (maior o tempo para liberação dos gases dissolvidos na poça de fusão); Extrema versatilidade e ampla faixa de aplicações, excelentes características para robotização e pouca produção de escória (intrínsecas ao processo MIG/MAG convencional) A possibilidade de alterar a disposição dos eletrodos em relação ao cordão de solda também garante uma vantagem em relação ao processo utilizando somente um arame-eletrodo Existem basicamente duas disposições utilizadas nesse processo: em paralelo, que é mais aplicada para revestimentos, e disposição em série (ou seqüencial), que é mais usada para união e preenchimento de juntas Existem também variantes do processo em relação à energização dos eletrodos, a saber, potencial único e potencial isolado A denominação potencial único é utilizada devido ao tipo construtivo da tocha de soldagem que possui os dois bicos de contato não isolados eletricamente, podendo ser alimentados por uma só fonte ou por duas fontes interligadas (como para serem interligadas sem desbalanceamento elétrico uma tem de comandar a outra, as fontes são denominadas mestra e escrava) A tensão de soldagem é comandada pela fonte mestra e as correntes e os comprimentos de arcos variam de acordo com a regulagem da velocidade de alimentação em cada cabeçote de alimentação, para uma dada tensão e distância bico de contato-peça ajustados (assumindo a demais variáveis, como diâmetro e material dos eletrodos, gás de proteção, etc, valores constantes) A potencial isolado se refere ao caso em que cada arame é energizado separadamente por uma fonte Os gases de proteção para soldagem MIG/MAG são classificados pelos seus efeitos sobre as características do arco, a transferência metálica e o comportamento da poça fundida Duas características de extrema importância em gases de proteção são o potencial de ionização e a condutividade térmica Variações do potencial de ionização (a grosso modo a tensão necessária para remover um elétron de um átomo tornando este em um íon) criam algumas das diferenças distintas de desempenho vistas entre gases de proteção [4] O acendimento e a estabilidade do arco são grandemente influenciados por esta propriedade dos gases de proteção Ainda segundo Lyttle & Stapon [4], um gás com baixo potencial de ionização, como o argônio, pode transformar átomos em íons facilmente Isto ajuda a manter um arco suave e estável Já em relação à condutividade térmica dos componentes do gás de proteção, gases que têm alta condutividade térmica transferem mais calor para a peça, influenciando, assim, a penetração e a forma do cordão (maior fluidez e molhabilidade da poça) A demanda por gases com alta condutividade térmica é crítica especialmente quando se soldam metais como o alumínio e o cobre, isto é, metais que perdem calor rapidamente Estes necessitam um arco que transfira mais calor para a peça, para que não haja uma perda de produtividade devido à necessidade de redução da velocidade de soldagem, para que a solda não apresente problemas de falta de fusão e/ou de penetração [4] Na soldagem com duplo arame, o desempenho dos gases de proteção é parecido com o do processo utilizado no arame simples Dilthey et al [5] investigaram esse efeito para aços carbono no processo MIG/MAG Duplo arame e constataram que com um aumento do teor de CO 2 (mais de 18%) em misturas com Argônio, houve um aumento da penetração lateral no perfil do cordão soldado, formando assim perfis com formato mais simétrico Os autores ainda observaram que velocidades de soldagem acima de 2 m/min não puderam ser alcançadas com gases de alto teor de CO 2, pois com tal velocidade a poça de fusão tornou-se mais viscosa e maiores gotas são formadas pela união da transferência metálica dos dois arames (efeito de interferência do campo magnético), ocasionando a transferência por curto-circuito, gerando assim muito respingo Porém Mulligan & Melton [6] julgaram mais adequado a utilização do gás Ar+5%CO 2 +2%O 2 para soldagem com corrente pulsada e Ar+20%CO 2 +2%O 2 para soldagem no modo convencional Dilthey et al [5] não observaram melhoras significantes na qualidade e desempenho do processo quando foi utilizada uma mistura de três componentes no gás de proteção Segundo os mesmos, o custo dessa mistura não é comercialmente justificável Como se vê, por ser um processo de soldagem ainda não muito usual, a literatura corrente ainda apresenta grandes discordâncias sobre alguns aspectos importantes do processo Por isto, o grupo de soldagem LAPROSOLDA da UFU iniciou um estudo investigativo mais sistemático sobre este processo No tocante aos efeitos do gás de proteção sobre a transferência metálica e geometria do cordão, muitos trabalhos já foram desenvolvidos para arame simples, porém pouco se sabe a respeito do Duplo-Arame A avaliação do efeito do comprimento do arco sobre a transferência metálica foi recentemente publicada [7] Neste contexto, a intenção desse trabalho foi agora avaliar a influência da variação do teor de CO 2 no gás de proteção em diferentes comprimentos de arco sobre a transferência metálica e as conseqüências sobre a geometria do cordão 2 Procedimento Experimental O comprimento do arco e a corrente são os principais parâmetros de soldagem, possuindo grande influência sobre os modos de transferência metálica e, como conseqüência, na qualidade e aspecto do cordão de solda Então, para estudar a influência do teor de CO 2 na composição do gás de prote- 30 Soldagem 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3 no Gás de Proteção sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame ção sobre a transferência metálica no processo MIG/MAG Duplo Arame Potencial Único, optou-se por fixar para todos os experimentos o valor da corrente em uma mesma faixa, mas mantendo-se a mesma velocidade de alimentação, já que esta afeta o modo de transferência (velocidade inicial de destacamento da gota) Como para cada composição de gás de proteção pode haver um comprimento do arco mais adequado, procurou-se variar o comprimento do arco cobrindo valores de relativamente curto a longo Neste estudo, foram utilizados dois níveis de teores de CO 2 em mistura com Ar, a saber, Ar+20%CO 2 e Ar+8%CO 2 Todos os ensaios foram realizados com duas fontes de soldagem interligadas eletronicamente, com dois cabeçotes tracionadores e uma tocha de potencial único posicionada perpendicularmente em relação à superfície da solda, com arames dispostos em serie (arame líder e seguidor) Nesta tocha, os arames-eletrodo saem numa trajetória paralela entre eles e distanciados de 4 mm Foram utilizados arames AWS ER70S-6 de 1,2 mm de diâmetro, com vazão de 20 l/min do gás de proteção e mantendo-se a Valim em cada alimentador no valor de 11 m/min (taxa de fusão total de 11,7 kg/h) As soldas foram sempre de simples deposição sobre corpos de prova (CP) de aço-carbono (ABNT 1020), de dimensões de 12,7 x 38 x 200 mm A velocidade de soldagem foi mantida constante em 10 mm/s Ambas as velocidades de alimentação e soldagem foram devidamente aferidas e calibradas antes do início dos experimentos Inicialmente, para obter comprimentos de arcos diferentes com o gás de 8% de CO 2 na mesma faixa de corrente (I) e velocidades de alimentação (Valim) em uma fonte com característica estática do tipo tensão constante, utilizou-se o artifício de variar a Distância do Bico de Contato à Peça (DBCP) Quando, por exemplo, se aumenta a DBCP, mantendo-se todos os outros parâmetros constantes (inclusive Valim), há uma diminuição do valor da corrente, pois há um aumento do comprimento energizado do eletrodo, apesar do comprimento do arco ficar praticamente o mesmo (o aumento do comprimento energizado do eletrodo ocasiona um aumento da resistência elétrica, que, por efeito joule, aumenta a energia em forma de calor para o arame, diminuindo assim a corrente demandada para manter a mesma taxa de fusão, representada pela mesma Valim) Em seguida, aumenta-se a tensão até que a corrente retorne para o valor desejado Este aumento da tensão, para uma dada corrente e DBCP, resulta em uma variação no comprimento do arco Seguindo este procedimento, três níveis de comprimento de arco (pequeno, médio e longo) foram obtidos numa série de soldas com proteção da mistura Ar+8%CO 2, fixando-se a DBCP em 16, 20 e 24 mm As tensões de regulagem (Uaj) nas fontes encontradas para a correção do valor de I para as diferentes DBCP s foram 24, 30,5 e 32,8 V, respectivamente Os mesmos ajustes (DBCP, Uaj e Valim) foram usados com a mistura com 20% CO 2 para obter os 3 níveis de comprimentos de arco (medidos pela técnica de shadowgrafia) Entretanto, a garantia de mesmas corrente e tensão frutos de um mesmo ajuste não é garantia de um mesmo comprimento de arco quando se mudam os gases de proteção E não se pode comparar efeitos de uma variável sobre a transferência metálica se os arcos forem de diferentes tamanhos, mesmo que no mesmo nível de corrente Por isto, foi procurado corrigir o comprimento de arco em uma das combinações, para se fazer uma análise não apenas relacionada com a relação arco curto/médio e longo, mas também entre arcos de mesmo comprimento A condição escolhida para comparação foi a de arco longo, a qual se demonstrou exclusivamente goticular e de maior estabilidade A visualização dos arcos e da transferência metálica foi feita pela técnica de Shadowgrafia com câmera de alta velocidade Para cada combinação de parâmetros (cada comprimento de arco, com a mesma I e Valim, para um dado gás de proteção), soldou-se dois corpos de prova, para que se pudesse filmar a transferência metálica Foi feita a aquisição dos sinais de corrente e tensão para se obter os valores médios e eficazes (rms) dos mesmos, e, portanto comprovar que os arcos com os três diferentes comprimentos estavam numa faixa de corrente semelhante Os corpos de prova após a soldagem foram secionados para observar a geometria do cordão O critério utilizado para a posição do corte foi o de fazê-lo antes da marca da cratera solidificada, garantindo que a transferência metálica e a formação do cordão estivessem estáveis (ver Figura 1(a)) Cada amostra foi lixada em suas duas seções transversais, em lixas de granulações 220, 320, 600 e 1000, e, em seguida, atacada quimicamente com NITAL 4%, para a revelação da zona fundida e uma posterior medição dos parâmetros geométricos (largura, penetração, área total fundida e área adicionada), esquematizados pela Figura 1(b) Para tanto, utilizou-se um equipamento de aquisição digital de imagens e softwares comerciais para a delineação e sombreamento da zona fundida e quantificação geométrica das imagens Figura 1 - Posição de corte das amostras no corpo de prova e parâmetros geométricos medidos, onde L = largura, P = penetração, Aad = área adicionada e Ap = área penetrada Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar

4 Groetelaars, P J; Scotti, A 3 Resultados e Discussão De acordo com a Tabela 1, pode-se observar a média dos valores médios e eficazes resultantes das correntes e tensões em cada par de experimentos, tanto para o arame líder como para o arame seguidor, para ambos os gases Esperava-se que com um aumento no teor de CO 2 na mistura com Argônio houvesse um aumento da resistência oferecida pelo arco elétrico e, conseqüentemente, uma diminuição da corrente, para um dada regulagem de tensão na fonte (tensão constante) Nota-se que os valores de corrente para uma mesma combinação de tensão de regulagem na fonte e DBCP (CP 1/2 x CP 7/8; CP 3/4 x CP 9/10; CP 5/6 x CP 11/12) são menores para o gás de maior teor de CO 2, mas não significativamente a ponto de atrapalhar a análise Verifica-se também que para se conseguir o mesmo comprimento de arco da combinação CP 5/6, a tensão de regulagem para o gás de maior teor de CO 2 encontrada foi 37,6 V (CP 13/14) As filmagens em alta velocidade de cada soldagem dos CP s proporcionaram, além da visualização do tipo de transferência metálica, a observação da interação entre os arcos elétricos Dilthey et al [5] e Mulligan & Melton [6] condenam, em muitos casos, a utilização do processo com potencial único em MIG/MAG duplo arame devido a esta interação eletromagnética entre os dois arcos O comportamento da transferência metálica para as diversas condições pode ser ilustrado através de amostras seqüenciais (tempo entre quadros não necessariamente constantes), representado pelas figuras seguintes Nas Figuras 2 e 3, pode-se observar a transferência com arco mais curto (DBCP de 16mm) para os gases com 8% e 20% de CO 2, respectivamente Em ambos verifica-se uma transferência exclusivamente por curto-circuito, com os arames líder e seguidor enterrados de forma alternada (maior parte) e curto-circuito com explosões constantes, ocasionando uma quantidade considerada de respingos O arco com 20% de CO 2 é ainda mais curto Não se observa grande interação dos arcos Tabela 1 Parâmetros de ajuste e monitorados nas combinações experimentais Onde: I = corrente (A) e U (V) = tensão, sendo os índices aj = ajuste, m = médio e ef = eficaz, DBCP = distância bico de contato-peça (mm), líder = arame líder e seg = arame seguidor Figura 2 Transferência em arco curto com Ar+8% CO 2 (CP s 1 e 2 - eletrodo líder à esquerda) Figura 3 Transferência em arco curto com Ar+20% CO 2 (CP s 7 e 8 - eletrodo líder à esquerda) 32 Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar 2007

5 no Gás de Proteção sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame A transferência com comprimento de arco médio (DBCP de 20 mm) para 8% de CO 2 (Figura 4) demonstrouse inconstante, ora por curto-circuito ora goticular Já há uma tendência de interação entre os arcos, avaliado pela atração entre as gotas Pode-se destacar um comportamento diferenciado neste experimento, caracterizado pelo fato do arame líder alternar o tipo de transferência, algumas vezes goticular com elongamento e na seqüência passando ao curto-circuito enterrado A transferência do arame seguidor se comportou na maior parte do tempo como curto-circuito Já para o gás com 20% de CO 2 (Figura 5) a instabilidade da transferência metálica por curto-circuito fez com que algumas gotas de metal fundido aglomerassem-se constantemente nas paredes dos dois arames sólidos, até formarem uma só grande gota entre os mesmos (ajudadas pela tensão superficial e pela atração eletromagnética) Por estarem na forma de metal fundido (altas temperaturas), as gotas aglomeradas contribuíram para a fusão do arame sólido em alguns momentos, propiciando um destacamento prematuro de uma gota de grandes dimensões Esse destacamento prematuro ocasiona um aumento do comprimento do arco, possibilitando inicialmente uma transferência metálica goticular/globular até o momento da junção das gotas, onde há a ocorrência de transferência globular Visualmente notou-se que o comprimento do arco médio era menor para a mistura com 20% de CO 2, quando comparada com os mesmos ajustes com a proteção de Ar+8%CO 2 Na Figura 6 se pode observar a transferência metálica do arco de maior comprimento para o gás de 8% de CO 2, com DBCP de 24 mm Essa transferência se dá no modo goticular/goticular com elogamento em ambos arames, ocasionando uma transferência estável e uniforme ao longo do cordão de solda, com pouca ou nenhuma quantidade de respingos Ainda observando a Figura 6, os fenômenos do sopro magnético e a tensão superficial demonstram provocar grande interação entre as gotas Percebe-se em alguns momentos que as gotas são transferidas ao metal de base separadamente e outros em que elas se unem antes de tocar a poça de fusão Pode-se destacar também que há uma tendência de deslocamento e junção das gotas no sentido do arame escravo, fenômeno explicado pelo maior volume da poça sob o mesmo, com tendência de ambos arcos procurarem se formar sobre esta região (os valores de corrente são sempre levemente maiores nesse arame Tabela 1, característico de uma arco um pouco mais curto) Figura 4 Transferência em arco médio com Ar+8% CO 2 (CP s 3 e 4 - eletrodo líder à esquerda) Figura 5 Transferência metálica com arco médio com Ar + 20% CO 2 (CP s 9 e 10 - eletrodo líder à esquerda) Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar

6 Groetelaars, P J; Scotti, A Figura 6 Transferência metálica com arco longo com Ar + 8% CO 2 (CP s 5 e 6 - eletrodo líder à esquerda) Através da Figura 7, que representaria o arco longo com o gás de 20% de CO 2 com uma DBCP de 24 mm, pode-se perceber mais nitidamente a atração entre as gotas pelas forças eletromagnéticas e pela tensão superficial A grande interferência entre as gotas gera uma grande instabilidade na transferência metálica, podendo observar-se os três tipos de transferência metálica sequencialmente, globular, curtocircuito e goticular (este modo misto de transferência é explicado em Scotti [8]) Ainda baseado na Figura 7, podese visualizar casos de curtos-circuitos independentes em cada arame e em outros momentos na gota formada pela fusão dos dois arames que toca a chapa, ocasionando o curto Mais uma vez o arco tendeu a ser mais longo com 8% do que com 20% de CO 2 Na Figura 8 pode-se observar o comportamento da transferência quando se igualou o comprimento do arco com a mistura Ar+20%CO 2 (CP 13 e 14), do arco mais longo com a mistura Ar+8%CO 2 (CP 5 e 6, Figura 6) Neste caso pode-se verificar a existência dos dois tipos de transferência metálica para esse comprimento de arco elevado, goticular e globular (maioria do tempo), mesmo ainda com a ocorrência de curtos (em menor escala) Deve-se lembrar que a transferência para o caso de 8% CO 2 se deu somente da forma goticular/ goticular com elongamento Figura 7 - Transferência metálica com arco longo com Ar + 20% CO 2 (CP s 11 e 12 - eletrodo líder à esquerda) 34 Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar 2007

7 no Gás de Proteção sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame Figura 8 - Transferência metálica com arco longo corrigido (U= 37,6 V) com Ar+20% CO 2 (CP s 13 e 14 - eletrodo líder à esquerda) Os resultados encontrados para o gás de maior teor de CO 2 seguem a mesma linha dos obtidos por Dilthey et al [5] Os autores observaram que a poça de fusão tornouse mais viscosa e que maiores gotas são formadas pela união da transferência metálica dos dois arames (efeito de interferência do campo magnético), ocasionando a transferência por curto-circuito, gerando assim muito respingo A influência da transferência metálica e comprimento do arco sobre a geometria do cordão em cada condição de soldagem pode ser avaliada pelos dados apresentados na Tabela 2 Deve-se lembrar que a área adicionada deveria ser a mesma para todas as combinações, já que as velocidades de alimentação do arame e de soldagem eram constantes A diferença é relacionada a perdas por respingos Já a área total dá uma idéia da área penetrada, ou seja, do calor realmente imposto na chapa Este efeito sobre a área adicionada (Aad) pode ser observado pela Figura 9 Percebe-se que não houve crescimento significativo desta área para o gás de com o aumento da tensão (arcos mais longos), ao contrário do verificado para o gás de 8% de CO 2 (os respingos se reduzem à medida que o arco crescia de tamanho e a transferência progressivamente passava de curto-circuito para goticular) A razão seria a presença de curtos-circuitos e, conseqüentemente, respingos nos três comprimentos de arco para o gás de 20% de CO 2, mesmo para os arcos longos Na verdade, na condição de arco mais longo para 20% de CO 2 (CP 13 e 14), houve até queda de Aad; apesar de não haver mais curtos-circuitos, a transferência instável causava visualmente muito respingos Usando-se a suposição de que todo material fornecido pelos arames fosse depositado no cordão de solda (um valor máximo de deposição de 41,4 mm²), ou seja, sem respingos, e aceitando-se os erros Tabela 2 Parâmetros geométricos resultantes Onde: DBCP = distância bico de contato-peça (mm), Uaj = tensão de ajuste (V), At = área total (mm 2 ), Aad = área adicionada (mm 2 ), L = largura do cordão (mm), P = penetração (mm) e σ = desvio padrão Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar

8 Groetelaars, P J; Scotti, A das medições geométricas intrínsecos em medições de seções transversais de cordão de solda, pode-se calcular o rendimento de deposição de cada condição de soldagens e verificar que para o gás com 20% de CO 2 o rendimento variou de 72% (CP 13 e 14) a 80% (CP 9 a 12) Já a melhor condição (arco longo, CP 5 e 6) com 8%CO 2 apresentou um rendimento de deposição que pode ser considerado de 100% Desta forma, comparando-se os dois tipos de gases no caso do arco longo, a diferença alcança valores de aproximadamente 30 % com 8% CO 2 ) enquanto outros fenômenos concorrentes não facilmente extrapolados devem estar agindo Já através da Figura 10, pode-se observar nas duas misturas de gases, que a largura apresentou a mesma tendência de aumento para maiores arcos e, comparativamente, com largura um pouco maior para as soldas com 20% de CO 2 Como a área adicionada do gás de 20% de CO 2 fora menor, era de se esperar uma menor largura, a menos que viesse a prevalecer um efeito de maior molhabilidade causado por um arco mais quente, resultante do maior teor de CO 2 (onde se espera cordões menos convexos) Figura 9 Variação das Área Adicionada e Penetrada em função da Tensão para os diferentes gases de proteção (mesma taxa de fusão), onde quanto maior a tensão, maior o comprimento de arco) Subtraindo-se as áreas adicionadas (Aad) das áreas totais (At) na Tabela 2 se obtém a área penetrada (Ap) Verifica-se ainda pela Figura 9 que a área penetrada é praticamente a mesma para os dois gases, mesmo sabendose que a corrente é um pouco menor para o gás com maior teor de CO 2 Este fato confirma que o gás com 20% de CO 2 tem maior poder de fusão (popularmente chamado de mais quente ), mas nada que possa ser considerado extraordinário quando se compara com uma composição que tenha 8%CO 2 Nota-se também nesta figura que para ambos os gases, há um aumento de área penetrada do arco curto para com o arco médio, permanecendo praticamente a mesma de arco médio para arco longo A justificativa para estes casos é de que a transferência de calor é aumentada significativamente da condição arco enterrado para um arco um pouco maior Quando se passa de curto-circuito para goticular, o arco fica mais tempo aberto, adquire maior pressão de estagnação e as próprias gotas começam a contribuir com sua energia cinética para a formação do cordão Um aumento maior do comprimento do arco, passando o modo da transferência de uma interface curto-circuito/goticular para goticular puro, poderia até passar a reduzir a penetração, uma vez que agora passaria a prevalecer o efeito da menor concentração de arco com o seu aumento Porém, sempre vale ressaltar que, no caso dos 20% de CO 2, não houve mudança de curto-circuito para goticular quando se aumentou de arco médio para arco longo (como ocorreu para o caso do gás Figura 10 Variação da Largura e Penetração em função da Tensão para os diferentes gases de proteção, onde quanto maior a tensão maior o comprimento de arco Ainda pela Figura 10, nota-se que um crescimento da penetração com o aumento do comprimento de arco ocorre apenas de arco curto para arco médio (ao contrário do comportamento da área penetrada, Figura 9, que é mais nítida de arco curto para médio, mas é consistentemente crescente quando se alcança arco longo), chegando a se reduzir quando se passa para o arco longo Uma maior área fundida ao mesmo tempo de uma menor penetração significa que o cordão tem a relação largura/penetração aumentada (cordões bem menos convexos) É sabido que a penetração e a área fundida são funções de vários fatores concorrentes, como intensidade de corrente, concentração do arco, tipo de transferência, entre outros Dessa forma, em certas condições, o aumento de comprimento de arco numa dada corrente faz aumentar a eficiência térmica, mas a custa da redução da penetração e do aumento da largura do cordão Especula-se que uma possível causa para o aumento da relação largura/penetração em arcos mais longos seja o tipo de transferência (gotas atraídas ligadas entre si, Figuras 6, 7 e 8) Este comportamento das gotas pode estar fazendo com que passe a agir apenas um arco no lugar dos dois arcos ou, até mesmo, a diminuição da energia cinética no momento do destacamento O efeito destes fatores é mais pronunciado com maior teor de CO 2 no gás de proteção, para o qual a aderência das gotas foi maior e a queda da penetração mais sensível 36 Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar 2007

9 no Gás de Proteção sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame A razão para se repetir o CP 11 e 12 com uma tensão maior (CP 13 e 14) e, assim, aproximar a corrente com as do CP 5 e 6, foi tentar isolar o efeito da intensidade de corrente do efeito do comprimento de arco Verificou-se que o aumento de tensão e, conseqüentemente, da corrente, não foi ainda suficiente para mudar o modo de transferência metálica de curto-circuito para goticular puro quando se usa 20%CO 2 Ao contrário, formaram-se grandes gotas entre os eletrodos Essa particularidade é uma característica de gases com alto teor de CO 2, que são mais apropriados para transferências por curto-circuito e globular no caso de arcos mais longos É importante destacar que Hedegärd et all [1] verificaram, mas sem demonstrar no artigo, que a mistura 92%Ar+8%CO 2 +0,03%NO apresentou melhores resultados do que a mistura 84%Ar+16%CO 2 +0,03%NO 4 Conclusões Os resultados mostraram que, dentro da faixa de parâmetros estudados, para soldagem MIG/MAG duplo arame com potencial único e gás de proteção Ar + CO 2, o aumento do comprimento do arco também modifica o tipo de transferência de curto-circuito para goticular/globular, mas que, quanto maior o arco, maior a influência da interação magnética dos arcos e das gotas Quanto mais longo o arco e com menor percentual de CO 2, maior a chance de se obter transferência goticular, que mesmo apresentando atração entre as gotas, consegue produzir cordões com perfis adequados Conservando os mesmos parâmetros de soldagem e com um aumento no teor de CO 2 de 8% para 20% numa mistura com Argônio, a corrente média e o comprimento dos arcos (dos dois arames) diminuem para um dado ajuste de velocidade de alimentação e tensão Em relação ao comportamento da transferência metálica, teores elevados de CO 2 levam à formação de gotas de grande volume originadas da junção do metal fundido dos dois arames antes de destacar Mesmo aumentando-se bastante o comprimento do arco, não se consegue com este gás de proteção fazer uma transferência que seja exclusivamente globular ou goticular (sempre há presença de curtos-circuitos) Essa forma particular de transferência acarreta em uma maior instabilidade do arco e em grande produção de respingos (chegando a perdas de até 30%) O rendimento de deposição (economicamente importante) é sempre menor para arcos mais curtos (maiores perdas do metal depositado por causa de uma maior geração dos respingos em virtude de curtos-circuitos) e proteção com 20% de CO 2 O efeito do aumento de CO 2 no gás de proteção sobre a geometria é nítido no sentido da tendência de se aumentar o rendimento térmico do processo, produzindo cordões mais largos, mas com menos penetração Já o aumento do comprimento do arco mostrou os mesmos efeitos do aumento de CO 2 Combinando todos os efeitos pode-se dizer que o arco protegido com menor teor de CO 2 (8%) e arco mais longo produz cordões um pouco mais convexos, menos largos e de maior penetração, mas favorece significativamente o aumento do rendimento de deposição (menos respingos) 5 Agradecimentos Agradece-se a CAPES pelo suporte através de uma bolsa de mestrado, ao Laboratório para o Desenvolvimento de Processos de Soldagem LAPROSOLDA/UFU, CNPq e FAPEMIG pelo suporte financeiro e de infra-estrutura à pesquisa, à White Martins pelo fornecimento dos equipamentos e consumíveis necessários para o desenvolvimento desta pesquisa e ao bolsista de iniciação cientifica Adriano Carvalho de Paula, pelo apoio dado à realização dos experimentos 6 Referências Bibliográficas [1] HEDEGÄRD, Jet al ; Enhanced Prospects for Tandem- MIG/MAG Welding, IIW, Doc XII , 2004 [2] MICHIE K, BLACKMAN, S & OGUNBIYI, TEB, Twin-Wire GMAW: Process Characteristics and Applications, Welding Journal, AWS, v78, n5 p31-34, may, 1999 [3] Groetelaars, P J, Influência da Variação de Parâmetros de Soldagem sobre a Transferência Metálica e Perfil do Cordão no Processo MIG/MAG Duplo Arame, 135 f, Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia-MG, 2005 [4] LYTTLE, K A & STAPON, F G, Select the Best Shielding Gas Blend for the Application, Welding Journal, pp 21 28, November de 1990, [5] DILTHEY U et al, Increased Productivity as a Result of Higher Welding Speed by Using Two-Wire-GMAW Process, Eurojoin 3, p , April, 1998 [6] MULLIGAN S J & MELTON G B, An assessment of the tandem MIG/MAG welding process, TWI The Welding Institute, United Kingdom, 21 p, may, 2002 [7] GROETELAARS, PJ MORAIS, CO & SCOTTI, A, Influência do Comprimento do Arco sobre a Transferência Metálica no Processo MIG/MAG Duplo-Arame com Potencial Único, III Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação COBEF 2005, ABCM, Abril 2005, Joinville, SC, CD ROM artigo [8] SCOTTI, A, Mapping the Transfer Modes for Stainless Steel GMAW, J of Science and Technology of Welding and Joining, Institute of Materials Publ, UK, Vol5, No4, 2000, pp (ISSN ) Soldagem Insp, Vol 12, No 1, Jan/Mar