XLI CONSOLDA CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM SALVADOR - BA 12 a 15 de Outubro de 2015

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1 XLI CONSOLDA CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM SALVADOR - BA 12 a 15 de Outubro de 2015 Avaliação da Geometria do Cordão de Solda Depositado com Diferentes Gases pelo Processo GMAW (Evaluation of Weld Bead Geometry Deposited with Different Gases by GMAW Process) Fabiano Cardoso1, Adriano Albino Machado1, Fernando Henrique Gruber Colaço1 Instituto Federal de Santa Catarina, Departamento de Mecânica, Jaraguá do Sul, Santa Catarina, Brasil. fernandogruber@ifsc.edu.br 1 Resumo O estudo da geometria do cordão de solda é de extrema importância, pois para a soldagem de união requer uma penetração adequada para adquirir a resistência requerida no projeto. Entretanto, a soldagem de revestimento tem como característica uma baixa diluição, ou seja, a solda deve apresentar baixa penetração, maior reforço e largura do cordão para a formação do revestimento. Por isso, neste trabalho estudou-se a deposição de cordões de solda pelo processo de soldagem GMAW com variação do gás de proteção e sentido de soldagem. Com arame sólido ER70S6 de 1,2 mm de diâmetro foram depositados cordões simples sobre chapas de aço ao Carbono AISI 1020, utilizando as técnicas de soldagem "puxando" e "empurrando", para a análise da morfologia e diluição destes cordões. Para a realização da soldagem, as composições e percentuais dos gases utilizados foram: 98% Ar + 2% CO2, 75%Ar + 25 % CO2, 98% Ar + 2% O, 80% Ar + 20% CO2 e 100% Ar. Por meio de análise de imagem da secção transversal foram feitas as medições de reforço, largura e penetração do cordão de solda e, por consequência, obtida a diluição. Os cordões depositados com 100% Ar apresentaram menores valores de diluição e o sentido de soldagem influenciou na penetração do cordão de solda. Palavras-chave: Diluição. Soldagem. Morfologia. Abstract: The study of weld bead geometry is extremely important, because for welding union requires adequate penetration to acquire the required strength in the project. However, welding the coating has a characteristically low dilution, ie, the weld must have low penetration, greater reinforcement and the bead width for the formation of the coating. Therefore, this paper studied the deposition of weld beads by GMAW welding process with variation of the shielding gas and welding direction. ER70S6 solid wire 1.2 mm in diameter were deposited on single strands Carbon steel sheets AISI 1020, using welding techniques pulling and pushing, to analyze the morphology and diluting these cords. To perform the welding, the compositions and percentages of gases were used: "98% Ar + 2% CO2," "75% Ar + 25% CO2," "98% Ar + 2% O" "80% Ar + 20% CO2 "and" 100% Ar. " Through the cross-section image analysis were made reinforcing measurements, width and weld bead penetration and, consequently, the dilution obtained. The cords deposited 100% Air had lower dilution values and the sense of welding influenced the penetration of the weld bead. Key-words: Dilution. Welding. Morphology.. 1. Introdução O processo de soldagem de união e de revestimento com o processo MIG (Metal Inert Gas) e MAG ( Metal Active Gas) tem sido visto como a melhor opção se avaliados custo/beneficio para componentes mecânicos, este processo vem sendo desenvolvido em vários ramos da indústria, seja ela sucroalcooleira, petroquímica e metalmecânica [1]. Com tudo os processos com MIG/MAG, requer uma atenção especial diante da dificuldade do processo, uma das principais variáveis atuantes no processo é a seleção correta do gás de proteção utilizada, no qual a seleção influir nas propriedades do cordão (resistência mecânica, corrosão, porosidade e na dureza), como também na geometria e tamanho do cordão depositado. Os gases podem ser divididos como inertes e reativos, os inertes são os gases que não tem reação com o metal fundido (Ar e H), enquanto que os reativos podem alterar as propriedades metalúrgicas e mecânicas do metal de solda (Co2 e O) [2]. Algumas características físicas e químicas dos gases devem ser levado em consideração antes da seleção, pois têm influência direta na geometria dos cordões depositados como a potência de ionização e condutividade térmica do gás. O Argônio (Ar) é um dos gases que apresenta menor condutividade térmica em todas as condições de temperatura atmosférica do arco, a importância da condutividade térmica esta ligado diretamente

2 com a taxa de diluição quanto maior o mesmo mais alta será a taxa de diluição. Outro fator importante é a potência de ionização, de modo geral a abertura do arco, estabilidade do processo e a condução térmica estão relacionados com a facilidade de ionização destes materiais [3]. Na seleção do gás de proteção é importante observar as características mecânica e geométricas esperadas após a deposição, embora estas características possa depender na grande maioria dos casos do material de adição, a escolha incorreta do gás de proteção pode ter influência direta nestas características. O Dióxido de Carbono (CO2) e o Oxigênio (O)são gases que aumentam a potência de oxidação, quanto maior esta potência menor será a dureza, este fenômeno ocorre devido ao aumento de óxidos no material depositado, reduzindo assim a quantidade de metais como o manganês e o silício no cordão depositado[2]. O Ar acompanhado da adição de gases paralelos como o CO2 e o O, apresentam variações nas características dos cordões, como a taxa de diluição, altura do reforço e profundidade de penetração, tornado-se assim sua escolha um fator dependente do processo a ser realizado[4]. A correta seleção do gás de proteção também é dependente do tipo de processo, de união ou de revestimento, enquanto que na soldagem de revestimento espera-se uma baixa penetração, maior largura dos cordões e uma maior altura do reforço, na soldagem de juntas esta variável está ligada as dimensões das peças a serem unidas, chapas mais finas busca-se uma menor penetração, enquanto espessuras maiores necessita-se de um valor de penetração mais elevado garantido assim a diluição total de ambas as peças vindo a evitar futuras falha decorrentes de trincas pela falta de penetração [5]. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência do gás de proteção e do sentido de soldagem na geometria dos cordões utilizando o processo MIG/MAG. 2. Matérias e Métodos Nestes experimentos foram depositados cordões de solda em chapas de aço ao carbono AISI 1020 utilizando arame sólido ER70S6 com diâmetro de 1,2 mm. As variáveis deste trabalho foram o gás de proteção e o sentido de soldagem. O percentual dos gases utilizados para atmosfera protetora dos cordões de solda foram 98% Ar + 2% CO2, 75%Ar + 25 % CO2, 98% Ar + 2% O, 80% Ar + 20% CO2 e 100% Ar. Todos os cordões foram depositados com vazão do gás em 18 l/min, o sentido de soldagem para metade das amostras foi empurrando (positivo) e para outra puxando (negativo) a poça de fusão. Para a deposição foi utilizada uma fonte de soldagem ajustada para soldar em modo de tensão constante operando em corrente contínua com o polo positivo na tocha (CC+), equipamento denominado Bambozzi TMC 250. Para o deslocamento da tocha de soldagem foi utilizado um sistema tipo robô cartesiano, com possibilidade de variação na velocidade de soldagem, altura do bico de contato e ângulo da tocha, desenvolvido no laboratório do IFSC. Com a velocidade de soldagem (Vsol), a distância entre o bico de contato à peça (DBCP) e o grau de inclinação da tocha de soldagem mantidos constantes para todas as deposições em 5 mm/s, 20 mm e 75º respectivamente, foram depositados 3 cordões para cada tipo de gás de proteção e sentido de soldagem. A energia de soldagem utilizada para fundir o arame e a peça foi gerada pela tensão de 24 V e a corrente resultante da alimentação do arame em 14 m/min, o modo de transferência metálica para a obtenção das soldas foi curto-circuito. Os valores da diluição %Dil foram realizados na seção transversal dos cordões de solda medidos través das áreas de penetração Apen e áreas de reforço Aref. As imagens foram obtidas, após preparação metalográfica e ataque químico por aplicação de Iodo, utilizando um microscópio estereoscópio Stemi 2000-C. Neste caso, utilizando o software Image Pro Plus, foi realizada a medição da área transversal de material fundido abaixo da linha horizontal da peça, e encontrada a relação com a área transversal total do cordão solidificado. Com isso pôde-se calcular o percentual de diluição dos cordões de solda pela Eq. 1. %Dil = Apen x100% Aref+Apen Eq.1 3. Resultados e Discussão A Figura 1 mostra as imagens da seção transversal dos cordões de solda depositados variando a composição e o percentual do gás de proteção e o sentido de soldagem.

3 Técnica de Soldagem "empurrando" 98% Ar + 2% CO2 75%Ar + 25 % CO2 98% Ar + 2% O 80% Ar + 20% CO2 100% Ar Figura 1. Imagens da morfologia dos cordões de solda. "puxando"

4 A Figura 2 mostra o efeito da composição do gás de proteção e da variação do sentido de soldagem no percentual de diluição do cordão de solda. O resultado mais significativo foi visto na variação do sentido de soldagem para as amostras depositadas com 100% Ar, o sentido de soldagem puxando apresentou o maior valor de diluição com uma diferença de aproximadamente 10% em relação ao sentido de soldagem empurrando. Comportamento semelhante foi visto nas amostras 98% Ar + 2% CO2 e 80% Ar + 20% CO2 com 1,34% e 2,38%, respectivamente. Percentual de Diluição (%) Percentual de Diluição (% ) Figura 2. Efeito do gás e sentido de soldagem no percentual de diluição do cordão de solda. Com relação a atmosfera gasosa percebe-se que, para o sentido de soldagem empurrando, as amostras depositadas sem a presença de dióxido de Carbono e Oxigênio apresentaram menor percentual de diluição com diferença de mais de 12%, este comportamento está associado presença de CO2 e O que interagem a solda devido à condutividade térmica gerando maior calor ao arco elétrico e, consequentemente, a poça de fusão. O restante dos valores não apresentaram variação significativa no percentual de diluição, porém mostraram uma tendência de maior valor nas amostras depositadas com sentido de soldagem puxando. Na Figura 3 pode-se verificar a variação da área de penetração do cordão de solda com a deposição utilizando os diferentes tipos de gases de proteção. Além disso é possível perceber os efeitos do sentido de soldagem na área de penetração dos cordões. A principal diferença em relação ao gás de proteção foi vista nas amostras depositadas com 100% Ar utilizando o sentido de soldagem empurrando com 5,75 mm² em relação as outras condições de atmosfera gasosa, justificando a menor diluição para esta condição. Área de Penetração (mm²) Área de Penetração (mm²) Figura 3. Área de penetração dos cordões de solda. Para a técnica de soldagem puxando as variações não foram tão grandes, ocorrendo entre as amostras depositadas com os gases 98% Ar + 2% CO2 e 75% Ar + 25% CO2 com 0,77 mm² e entre as amostras 80%

5 Ar + 20% CO2 e 75% Ar + 25% CO2 com 1,35 mm². O efeito do sentido de soldagem foi evidente para as amostras depositadas com os gases 98% Ar + 2% CO2 80% Ar + 20% CO2 e mais irrefutável com 100% Ar, sendo 1,2 mm² 1,98 mm² e 5,23 mm² respectivamente. A altura do reforço dos cordões de solda apresentaram variação com a mudança do sentido de soldagem e atmosfera de proteção, como pode ser visto na Figura 4. Área de Reforço do Cordão [mm²] Área de Reforço do Cordão (mm²) Figura 4. Área de reforço do cordão de solda. Cordões com áreas menores foram encontrados nas condições 98% Ar + 2% CO2 75% Ar + 25% CO2 e 98% Ar + 2% CO2 independente da técnica de soldagem. Porém as amostras 80% Ar + 20% CO2 e 100% Ar apresentaram 3,04 mm² e 1,9 mm², respectivamente, entre as duas primeiras amostras utilizando a técnica de soldagem puxando. Entretanto, para a técnica de soldagem empurrando, o efeito foi menor com 0,86 mm² entre a amostra 80% Ar + 20% CO2 e as amostras 98% Ar + 2% CO2 / 75% Ar + 25% CO2, além de 0,1 mm² entre a amostra 100% Ar e as amostras 98% Ar + 2% CO2 / 75% Ar + 25% CO2. Com relação ao sentido de soldagem não foi observado variação significativa. O efeito da atmosfera gasosa e o sentido de soldagem na profundidade de penetração do cordão de solda pode ser visto na Figura 5. Com a técnica de soldagem puxando pode-se perceber menor profundidade de penetração utilizando o gás 75% Ar + 25% CO2 com aproximadamente 0,5 mm em relação a 98% Ar + 2% CO2 e 0,6 mm em relação a 80% Ar + 20% CO2. Profundidade de Penetração do Cordão de Solda (mm) Profundidade de penetração [mm] 4,6 4,2 3,8 3,4 3,0 2,6 2,2 Figura 5. Valores de profundidade de penetração do cordão de solda. Entretanto, a técnica de soldagem empurrando não apresentou uma variação significativa com a variação dos gases de proteção, porém a condição 75% Ar + 25% CO2 apresentou tendência de menor diluição. A

6 profundidade de penetração do cordão de solda foi influenciada somente na deposição de Argônio puro ( 100% Ar ), a maior penetração foi obtida com a técnica empurrando com uma diferença de 0,31 mm para a técnica puxando, o restante das amostras não apresentaram diferença na profundidade de penetração do cordão de solda. O efeito da atmosfera gasosa e do sentido de soldagem na altura do reforço do cordão de solda pode ser visto na Figura 6. Altura do Reforço [mm] Altura do Reforço do Cordão de Solda (mm) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Figura 6. Valores de altura do reforço dos cordões de solda. A altura do reforço foi fortemente influenciada pelo sentido de soldagem independente da atmosfera gasosa com maiores valores para a técnica puxando. A maior diferença foi percebida na deposição utilizando a atmosfera gasosa com 100% Ar com uma diferença da técnica puxando de 2,31 mm para a técnica empurrando, seguido das condições 80% Ar + 20% CO2 e 98% Ar + 2% O ambos com 1,12 mm, 75% Ar + 25% CO2 com 0,76 mm e 98% Ar + 2% CO2 com 0,66 mm de diferença na altura do cordão de solda. A influência do gás de proteção na altura do reforço foi significativa para as amostras depositadas com 100% Ar 0,36 mm menor em relação as outras utilizando a técnica empurrando. Para as amostras depositadas com a técnica empurrando a maior altura do reforço do cordão de solda ocorreu nas soldas com 80% Ar + 20% CO2 e a menor altura nas amostras depositadas com 75% Ar + 25% CO2. A Figura 7 mostra o efeito do gás de proteção e sentido de soldagem na largura do cordão de solda. Largura do Cordão do Cordão de Solda (mm) Largura do Cordão [mm] 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 Figura 7. Valores de largura do cordão de solda. Nesta figura é possível fazer uma avaliação sobre a atmosfera gasosa, onde as amostras depositadas com 100% Ar apresentaram valores entre 0,57 mm e 2,1 mm menores do que as outras amostras utilizando a técnica de soldagem empurrando. Para a soldagem puxando a condição 75% Ar + 25% CO2 apresentou

7 tendência de maior largura no cordão de solda às depositadas variando a composição gasosa. A largura do cordão de solda também foi afetada com o sentido de soldagem especialmente nas amostras depositadas com os gases 75%Ar + 25 % CO2, 98% Ar + 2% O e 80% Ar + 20% CO2 com maior largura do cordão utilizando o sentido de soldagem empurrando com diferença nos valores de 1,18 mm 0,49 mm e 0,94 mm, respectivamente. 4. Conclusões Avaliando o efeito da composição do gás de proteção e o efeito da técnica de soldagem na deposição de cordões de solda pode-se concluir que: O sentido de soldagem empurrando apresentou menores percentuais de diluição principalmente nas amostras depositadas com atmosfera gasosa com 100% Ar. O percentual de CO2 contribui para o aumento da diluição. 5. Agradecimentos Os autores expressam o seu agradecimento ao Instituto Federal de Santa Catarina pelo apoio financeiro e disponibilidade de infraestrutura. 6. Referências Bibliográficas [1] LIMA, Aldemi Coelho; FERRARESI, Valtair Antônio. Análise da Resistência ao Desgaste de Revestimento Duro Aplicado por Soldagem em Facas Picadoras de Cana-de-açúcar. Soldagem & Inspeção, v 15 (2), p , Abr/Jun [2] GROUP, The Linde. Gases de Proteção: Produtos e Processos. São Paulo: Linde Gases Ltda, p. [3] MACHADO, I. G. Soldagem & Técnicas Conexas: Processos. Porto Alegre: Editado pelo autor, 477 p., [4] SOUZA, Eng. Antonio C. CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM. Guarulhos: Lincoln Electric, p. Disponível em: < Acesso em: 2 ago [5] SCOTTI, A.; PONOMAREV, V. Soldagem MIG/MAG: melhor entendimento, melhor desempenho. 284 p., São Paulo: Artliber Editora