UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS. Rafael Peres Höhn. Trabalho de Conclusão de Curso

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS Rafael Peres Höhn Trabalho de Conclusão de Curso Estudo da sensibilidade dos processos MIG/MAG e Arame Tubular Auto-protegido para a Soldagem em Operação de Dutos Florianópolis 2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS Rafael Peres Höhn Estudo da sensibilidade dos processos MIG/MAG e Arame Tubular Auto-protegido para a Soldagem em Operação de Dutos Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro de Materiais. Orientador: Prof. Carlos EnriqueNiño, Dr. Eng. Florianópolis 2010 2

Rafael Peres Höhn Estudo da sensibilidade dos processos MIG/MAG e Arame Tubular Auto-protegido para a Soldagem em Operação de Dutos Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para obtenção do título de Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina. Prof. Dylton do Vale Pereira Filho Coordenador Banca Examinadora: Prof. Carlos Enrique Niño, Dr. Eng. Orientador Prof. Dylton do Vale Pereira Filho Prof. 3

AGRADECIMENTOS Ao Professor Carlos Enrique Niño, pela orientação e incentivo no desenvolvimento deste trabalho, pelas críticas, sempre construtivas, fundamentais para a qualidade do trabalho e também pela paciência. Ao doutorando Aldo Santos Pereira, pela orientação e auxilio na realização deste trabalho. A todos os Professores do curso que colaboraram não apenas com este trabalho, mas também com minha formação como engenheiro. Aos membros da secretaria e coordenação do curso por todo apoio e atenção ao longo destes anos. A toda a minha família pelo apoio e incentivo 4

Sumario Introdução... 6 1.1 Problema e Justificativa... 7 1.2 Objetivo... 7 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 9 2.1 Soldagem em operação... 9 2.2 Métodos Convencionais de Reparo para Dutos com Defeitos... 10 2.3 Perfuração ( Blowout / Burnthrough )... 11 2.4 Trepanação ( Hot Tapping )... 11 2.5 Trinca a Frio... 12 2.6 Eletrodo Revestido... 12 2.7 MIG/MAG... 13 2.8 Soldagem com Arame tubular... 13 2.9 Tipos de Transferência Metálica... 14 2.10 Transferência por curto-circuito... 15 2.11 Soldagem por aerossol (spray) pulsado... 16 2.12 ARAMES SÓLIDOS... 17 2.13 Arames tubulares... 17 2.14 Características do cordão de solda... 19 2.15 Penetração... 20 2.16 POROSIDADES... 20 2.17 A corrente de soldagem... 21 2.18 Taxa de deposição... 22 2.19 Velocidade de soldagem (Vs)... 22 2.20 Distância entre o bico de contato e o metal de base (DCP)... 23 2.21 Aporte térmico... 24 2.22 Ciclo térmico de soldagem e Repartição térmica... 25 3 Materiais e métodos... 27 3.1 Materiais empregados... 27 3.2 Soldas preliminares em chapas... 29 3.3 Soldas em Tubos sem pressão... 29 3.4 Soldas em tubos com pressão... 30 4 Analise dos resultados... 30 Conclusões... 54 5 Bibliografia... 56 5

INTRODUÇÃO A técnica de soldagem em operação é freqüentemente empregada no reparo ou modificação de tubulações, tento em vista que ela apresenta significativas vantagens econômicas, ao evitar os custos envolvidos na interrupção da operação da tubulação ou duto. A técnica de soldagem em operação é utilizada normalmente em duas situações distintas: em operações de reparo estrutural e em trepanação. As operações de reparo estrutural consistem na instalação por soldagem de um reforço metálico, compatível com o metal base(por exemplo, dupla-calha, bacalhau, conector mecânico etc.) ou no enchimento com solda em uma área defeituosa do equipamento, tubulação ou duto em operação, de modo a recompor sua resistência mecânica. A trepanação Hot Tapping consiste em uma técnica que permite a instalação de conexões numa linha principal em funcionamento (por exemplo, para ampliação da linha, desvio de uma seção com defeito, etc.) Operações de reparo estrutural e operações de trepanação fazem da soldagem em operação uma ferramenta de enorme valor. Durante a aplicação da técnica, dois riscos precisam ser considerados. O primeiro é a ocorrência de trincas a frio, cuja possibilidade aumenta pelas maiores taxas de resfriamento impostas pelo escoamento do fluido e, em especial, o risco de perfuração da parede pelo arco voltaico, eventualmente com sérios danos ao operador e ao meio ambiente. Atualmente a soldagem em operação é quase que exclusivamente executada com o processo de soldagem com eletrodo revestido (ER), mas para se conseguir um aumento de produtividade e conseqüentemente uma redução de custos e uma maior competitividade no mercado é necessário, que estudos sobre processos como o MIG/MAG (GMAW) e arame tubular (FCAW) auto-protegido, sejam feitos, de forma a permitir que estes processos possam ser empregados na soldagem em operação. Assim, torna-se necessário o conhecimento dos vários fatores que influenciam a soldagem MIG/MAG (GMAW) e arame tubular auto-protegido (FCAW), para que se possa obter uma solda com a qualidade e segurança que o eletrodo revestido (ER) proporciona, mas com as vantagens de alta produtividade do MIG/MAG e arame tubular auto-protegido. 6

1.1 PROBLEMA E JUSTIFICATIVA A soldagem em operação envolve muitos riscos por si só, como a perfuração da parede do tubo pelo arco e o surgimento de trincas a frio. Deve-se também levar em conta o fato de que o trabalho de soldagem em operação é executado muitas vezes exposto a ventos que dificultam a proteção da solda e em posição desfavorável. Devido a estes problemas o processo mais utilizado para a soldagem em operação é o eletrodo revestido (ER) que possui grande flexibilidade e robustez, conseguindo manter a confiabilidade do processo mesmo sob vento e em posição desfavorável. O processo de soldagem com eletrodo revestido (ER) se adapta bem à soldagem em operação, mas tem seus problemas em relação à armazenagem do eletrodo, limitações de produtividade e dificuldades de automatização. O processo MIG/MAG é muito utilizado pela indústria e supera grande parte dos problemas do eletrodo revestido (ER), mas quem trabalha com soldagem em operação teme o surgimento defeitos de falta de fusão, o que torna necessários estudos sobre como contornar estes problemas. Algumas empresas utilizam o eletrodo revestido (ER) para fazer o passe de raiz e fazem o preenchimento da junta dos tubos com o MIG/MAG, visando combinar a confiabilidade do eletrodo revestido (ER) com a produtividade do MIG/MAG. Encontrar parâmetros que tornem possível soldar com segurança e sem risco de surgimento de defeito tubos com pequena espessura usando o MIG/MAG, tornará o processo MIG/MAG uma alternativa ao eletrodo revestido (ER), aumentará a produtividade e diminuirá os custos da soldagem em operação. O processo arame tubular (FCAW) auto-protegido combina qualidades dos processos eletrodo revestido (ER) e MIG/MAG, podendo se tornar uma boa alternativa ao eletrodo revestido (ER) na soldagem em operação. 1.2 OBJETIVO Verificar a viabilidade da utilização dos processos MIG/MAG e arame tubular (FCAW) auto-protegido na soldagem em operação de tubos com pequena espessura, ao redor de 3 mm. 7

Nas soldagens em laboratório com condições controladas (quanto ao equipamento e as condições de soldagem) é possível chegar a uma situação otimizada quanto ao custo, produtividade e segurança. Entretanto, não se deseja que desvios normais nas condições de operação produzam efeitos insatisfatórios, principalmente, neste caso, em relação à segurança causando a perfuração do tubo ou a formação de trinca a frio. Desta forma pretende-se verificar junto com a viabilidade de se soldar a sensibilidade dos processos MIG/MAG e arame tubular auto-protegido a desvios normais das condições de operação para a soldagem em operação de tubos com pequena espessura,. 8

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Nesta revisão é abordada inicialmente a soldagem em operação, sua necessidade, importância, modos de execução e riscos inerentes. Na seqüência são apresentadas as principais características dos processos de soldagem com eletrodo revestido (ER), MIG/MAG e arame tubular (FCAW) auto-protegido no que diz respeito à sua aplicabilidade à soldagem em operação. 2.1 SOLDAGEM EM OPERAÇÃO A soldagem em dutos e tubulações, sem interrupção de fluxo, conhecida como soldagem em operação, é um método aplicado comumente por diversas companhias para a modificação, reparo ou expansão da malha de dutos da indústria do petróleo e gás natural. A técnica de soldagem em operação pode ser separada basicamente em duas classes: uma voltada para o reparo de dutos ou tubulações e outra para a instalação de derivações ou conexões. Sua grande vantagem é permitir uma intervenção, seja de reparo ou instalação, sem interromper o escoamento, evitando perda do produto, emissão de gases, parada de dutos e gasodutos, parada de unidades, interrupção de fornecimento para clientes, além de uma eventual contaminação do meio-ambiente em caso de falha na selagem e desgaseificação durante os preparativos para uma soldagem sem fluxo de fluido. Quando se realiza uma soldagem em operação há dois riscos principais a serem considerados. O primeiro é o risco de perfuração ( burnthrough e/ou burnout ) devido à sobrepenetração do arco voltaico, resultando no vazamento do fluido e problemas para a segurança do soldador. O segundo é que devido às potenciais altas velocidades de resfriamento da solda ampliadas pelo efeito do escoamento de calor pelo fluido, pode provocar o surgimento de microestruturas duras na zona termicamente afetada (ZTA), que podem dar origem a trincas por hidrogênio (também chamadas de trincas a frio, TF). Sua aplicação é de uso corrente, seguindo regras e códigos estabelecidos em normas internacionais como as API 1104 (soldagem de dutos e instalações conexas), API RP 2201 (praticas seguras de Hot Tapping na industria petroquímica), BS 6990 (Código de pratica para a soldagem de tubos de aço que contenham fluidos), CSA Z 662 (padrão canadense de sistemas de tubulação de gás e petróleo), e no Brasil a da Petrobrás N2163 (soldagem e trepanação em 9

equipamentos, tubulações e dutos em operação), que procuram garantir um procedimento seguro, considerando a relação entre energia de soldagem, espessura da parede e composição química do material. 2.2 MÉTODOS CONVENCIONAIS DE REPARO PARA DUTOS COM DEFEITOS Os tipos de reparos nos dutos podem ser divididos em reparos de contingência, reparos temporários e reparos permanentes. Os reparos de contingência são realizados para minimizar os impactos ao meio ambiente e às pessoas, e viabilizam a execução de reparos temporários ou permanentes. Os reparos temporários são realizados para reforçar as regiões com defeito, procurando devolver a continuidade operacional do duto, o qual posteriormente deve ser substituído por um reparo permanente [1,8]. Os reparos permanentes devolvem a integridade estrutural ao duto. Exemplos de reparos permanentes são: Corte e Substituição: consiste na troca do trecho corroído por um segmento de duto novo. É usado em conjunto com a técnica de trepanação. Dupla Calha Soldada: consiste em envolver o duto com duas meias calhas soldadas longitudinalmente e circunferencialmente no duto, sem deixar nenhum espaço anular. Estes reparos têm suas variantes que são, por exemplo, reparos feitos com dupla calha com fechamento e aperto por parafusos, entre outros. Dupla Calha com Enchimento: consiste em envolver o trecho corroído com uma luva de diâmetro maior que o diâmetro do duto. No espaço anular se injeta resina epóxi ou outro material similar sob pressão. O uso de dupla-calha é considerado o método mais simples na soldagem em operação, mas apresenta inconvenientes, como a necessidade de material adicional (calhas), impossibilidade de instalação em trechos curvos, e a geração de concentradores de tensão que podem dar início a trincas de fadiga em pressões cíclicas. Dependendo das condições operacionais e severidade do defeito, o uso de calhas pode ser substituído por luvas de compósitos, limitada pela temperatura de aplicação em torno de 150 C [1,8], ou braçadeira aparafusada reforçada com soldagem de fechamento. 10

Para manter a produção durante uma operação de corte e substituição de um trecho com defeito, pode ser utilizado o método da trepanação, situação comum na área industrial que permite a substituição da região danificada com o escoamento sendo desviado provisoriamente para a nova conexão, fixa em flanges instalados na linha principal através de operação de hottapping [1,2,3,4,5]. Na Figura 1 esquema operação de hot-tapping. Figura 1 hot-tapping [1] 2.3 PERFURAÇÃO ( BLOWOUT / BURNTHROUGH ) Fenômeno em que a penetração do arco de solda para dentro da parede metálica pressurizada é suficiente para reduzir a seção útil resistente ou mesmo para perfurá-la, gerando um vazamento [1,5]. 2.4 TREPANAÇÃO ( HOT TAPPING ) A trepanação é uma técnica que possibilita acoplar uma conexão de forma mecânica ou soldada a uma tubulação, duto ou equipamento em operação. Na Figura 2 técnica de trepanação utilizada para criar um desvio em uma seção a ser substituída. Para se fazer a trepanação é feita uma abertura por meio de perfuração ou recorte de uma porção da parede metálica, com ferramenta apropriada (vide Figura 1), internamente à conexão acoplada, com equipamentos específicos e componentes típicos e sem parada operacional [1,6,8]. 11

Figura 2 Técnica de trepanação [1] 2.5 TRINCA A FRIO Trincas induzidas pela ação do hidrogênio em juntas soldadas em temperaturas abaixo de 150 C[1]. Esse modo de fissuração acontece a temperaturas próximas da ambiente, sendo mais comumente observada na zona termicamente afetada. O hidrogênio é introduzido na poça de fusão através da umidade ou do hidrogênio contidos nos compostos dos fluxos ou nas superfícies dos arames ou do metal de base, resultando em que a poça de fusão e o cordão de solda já solidificado tornam-se um reservatório de hidrogênio dissolvido. O hidrogênio dissolvido induz a formação de trincas a frio, que dificilmente poderão ser reparadas [6,7,9]. Por isso, é muito importante controlar o teor de hidrogênio no metal de solda. 2.6 ELETRODO REVESTIDO É um processo muito empregado graças à sua grande versatilidade, ao baixo custo de operação, à simplicidade e portabilidade dos equipamentos necessários e à possibilidade de uso em locais de difícil acesso ou sujeitos a ventos [6]. As desvantagens do processo são a baixa produtividade, os cuidados especiais que são necessários no tratamento e manuseio dos eletrodos revestidos, o desperdício das pontas dos eletrodos e o grande volume de gases e fumos gerados durante a soldagem [17]. Na soldagem em operação é o processo mais utilizado, não só pelas qualidades já citadas a cima, mas também pela boa qualidade da solda e pela disponibilidade de mão de obra capacitada e com grande habilidade para usar este processo. 12

2.7 MIG/MAG O processo de soldagem MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas) ou GMAW (Gas Metal Arc Welding), é caracterizado pela abertura e manutenção do arco elétrico entre o metal de base (poça de fusão quando em regime) e o metal de adição (arame alimentado continuamente). Como o arame/eletrodo não apresenta revestimento (comum no processo Eletrodo Revestido) torna-se necessária o fornecimento de uma proteção gasosa suprida com vazão adequada. O uso do gás de proteção é justificado pela necessidade de, ao mesmo tempo, viabilizar a proteção da gota metálica e da poça de fusão contra a atmosfera vizinha ao arco voltaico e, além disso, auxiliar na formação e manutenção do arco elétrico [6]. É um processo de grande produtividade e o principal motivo pelo qual este processo de soldagem utilizando arame sólido não substituiu totalmente o processo com eletrodo revestido está relacionado à maior probabilidade de ocorrência de falta de fusão [7]. Muitas empresas utilizam o processo MIG/MAG em combinação com o eletrodo revestido. Por exemplo, realizam o passe de raiz e o passe quente com eletrodos celulósicos e o enchimento e o acabamento com arame sólido pelo processo semi-automático em uma tubulação [1,6]. 2.8 SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR A soldagem com arame tubular (em inglês FCAW, flux cored arc welding) foi desenvolvida visando unir as vantagens do processo MIG/MAG (semi-automático) com as do processo eletrodo revestido (revestimento fusível formador de gases protetores, escória, fornecedor de elementos de liga, etc.). Deste modo o arame eletrodo maciço foi substituído por outro, que consiste em um arame tubular com alma de fluxo fusível, semelhante ao utilizado no arco submerso [22]. Uma das maiores vantagens da utilização do processo arame tubular são as altas taxas de deposição atingidas em comparação com as obtidas no processo MIG/MAG utilizando arame sólido e particularmente com o processo de soldagem por eletrodos revestidos, para níveis idênticos de qualidade. 13

2.9 TIPOS DE TRANSFERÊNCIA METÁLICA A transferência metálica nos processos MIG/MAG e arame tubular auto-protegido é função dos parâmetros de soldagem empregados e do gás ou mistura gasosa utilizada. Na Figura 3 apresenta uma representação esquemática dos principais tipos de transferência. Basicamente os processos MIG/MAG e arame tubular auto-protegido incluem três técnicas distintas de modo de transferência de metal: curto-circuito (short arc), globular (globular) e aerossol (spray arc).[6, 13]: Curto-circuito: caracterizada pelo constante processo de extinção e re-acendimento do arco elétrico[13], a transferência ocorre quando um curto-circuito elétrico é estabelecido. Este tipo de transferência permite a soldagem em todas as posições, mas com o inconveniente de gerar uma grande quantidade de respingos. Globular: ocorre quando a corrente e a tensão de soldagem são aumentadas para valores acima do máximo recomendado para a soldagem por curto-circuito. O metal se transfere através do arco sob a forma gotas de metal fundido, usualmente com diâmetro maior que o do próprio arame. Esse modo de transferência pode ser errático, com respingos e curtos-circuitos ocasionais. É a transferência metálica típica produzida pelos arames tubulares; ocorre com correntes mais baixas que na transferência por spray. Existe grande incidência de respingos de metal de solda [7]. Por aerossol (spray): ocorre quando são utilizadas altas intensidades de corrente e altas tensões do arco em relação a um determinado diâmetro de arame. Dentre os gases ou misturas gasosas utilizadas, apenas o argônio e as misturas de argônio com teor de CO2 variando entre 0 e 15%, permitem produzir este tipo de transferência metálica[6]. Por produzir uma elevada taxa de deposição, a transferência por spray restringe-se apenas à posição plana. Um problema gerado por este tipo de transferência metálica é a possibilidade de ocorrência de falta de fusão, quando as gotas são dirigidas para regiões que não tenham sido suficientemente aquecidas. Por aerossol (spray) pulsada: é uma variação da técnica aerossol (spray) convencional, obtida pela pulsação da corrente entre dois níveis pré-estabelecidos: uma corrente de base, apenas suficiente para manter o arco e uma corrente de pico, superior à corrente de transição globular - 14

spray. Por este motivo a energia de soldagem é baixa, facilitando a soldagem com arames de grandes diâmetros fora da posição plana [8]. Figura 3 Representação esquemática dos principais modos de transferência. 2.10 TRANSFERÊNCIA POR CURTO-CIRCUITO Na soldagem com transferência por curto-circuito são utilizados arames com diâmetros na faixa de 0,8 mm a 1,2 mm, baixas tensões de arco (e, portanto, pequenos comprimentos de arco) e baixas correntes de soldagem. É obtida uma pequena poça de fusão de rápida solidificação. Essa técnica de soldagem é particularmente útil na união de materiais de pequena espessura em qualquer posição, materiais de grande espessura nas posições vertical e sobre-cabeça, e no enchimento de largas aberturas. A soldagem por curto-circuito também deve ser empregada quando se tem como requisito uma distorção mínima da peça [13]. O metal é transferido do arame à poça de fusão apenas quando há contato entre os dois, ou a cada curto-circuito. O arame entra em curto-circuito com a peça de 20 a 200 vezes por segundo. A Figura 4 ilustra um ciclo completo de curto-circuito. Quando o arame toca a poça de fusão a corrente começa a aumentar para uma corrente de curto-circuito. Quando esse valor alto de corrente é atingido, o metal é transferido. O arco é então reaberto. Como o arame está sendo alimentado mais rapidamente que o arco consegue fundi-lo, o arco será eventualmente extinguido por outro curto (I) e o ciclo recomeça. Não há metal transferido durante o período em que o arco está aberto, somente nos curtoscircuitos. 15

Figura 4- esquema de como ocorre a transferência por curto circuito Para garantir uma boa estabilidade do arco na técnica de curto circuito devem ser empregadas correntes baixas. 2.11 SOLDAGEM POR AEROSSOL (SPRAY) PULSADO Uma variação da técnica de arco em aerossol é conhecida como soldagem pulsada em aerossol. Nessa técnica, a corrente é variada entre um valor alto e um baixo. O nível baixo de corrente fica abaixo da corrente de transição, enquanto que o nível alto fica acima da corrente de transição globular - spray [7]. O metal é transferido para a peça apenas durante o período de aplicação de corrente alta. Geralmente é transferida uma gota durante cada pulso de corrente alta. A Figura 5 retrata a forma da onda de corrente de soldagem usada na soldagem pulsada em aerossol. Valores comuns de freqüência ficam entre 60 e 120 pulsos por segundo. Como a corrente de pico fica na região de arco em aerossol, a estabilidade do arco é similar à da soldagem em aerossol convencional [13]. O período de baixa corrente mantém o arco aberto e serve para reduzir a corrente média. Assim, a técnica pulsada em aerossol produzirá um arco em aerossol com níveis de corrente mais baixos que os necessários para a soldagem em aerossol convencional. A corrente média mais baixa possibilita soldar peças de pequena espessura com transferência em aerossol usando maiores diâmetros de arame que nos outros modos. A técnica pulsada em aerossol também pode ser empregada na soldagem fora de posição de peças de grande espessura [8]. 16

Figura 5- esquema de como ocorre a transferência por spray pulsado 2.12 ARAMES SÓLIDOS São arames contínuos e maciços, podendo, em alguns casos, como acontece com a maioria dos arames de aço carbono, ser protegidos por uma fina camada de cobre com o objetivo de evitar a oxidação. Arames maciços podem ser usados para soldar diversos materiais, tais como: aço ao carbono, aços alta liga, aços ARBL, alumínio, cobre e aços inoxidáveis. Diferentemente do que ocorre com o arame tubular, a soldagem de arames maciços não produz escória e a proteção da poça de fusão é totalmente dependente do gás de proteção [9]. 2.13 ARAMES TUBULARES O arame tubular é um eletrodo contínuo de seção transversal tubular, com um invólucro de aço de baixo carbono, aço inoxidável ou liga de níquel, contendo desoxidantes, formadores de escória e estabilizadores de arco na forma de um fluxo em pó [12,13]. Na Figura 6 pode-se observar a diferença entre um arame sólido e um tubular. 17

Figura 6 Seção transversal de arames sólidos e tubulares. Os arames tubulares se classificam em rutílicos, básicos, metálicos (com fluxo metálico), auto protegidos e tubulares para arco submerso [9]. Diferente dos eletrodos revestidos (ER) os arames tubulares podem ser utilizados com gás de proteção como ocorre no MIG/MAG []. Na soldagem com arames tubulares auto-protegidos se utiliza o mesmo equipamento do MIG/MAG, exceto que não há necessidade de fornecer externamente gás de proteção, pois a queima do eletrodo produz não só gases de proteção como uma escória (de forma similar ao eletrodo revestido, ER). A escória ajuda a melhorar o perfil do cordão de solda e também reduz a taxa de resfriamento [7]. Em locais de difícil acesso, onde não é viável a utilização de gás de proteção, a utilização de arames tubulares auto-protegidos se mostra como uma boa opção. A soldagem empregando arames tubulares oferece muitas vantagens em relação ao processo eletrodo revestido. Taxas de deposição mais altas e ciclos de trabalho maiores (devido a que não há troca de eletrodos) significam economia no custo da mão de obra [16]. No processo arame tubular o arco é mais largo do que no MIG/MAG e, portanto, as gotas espalham-se e criam uma área de projeção maior, distribuindo a energia de soldagem de forma mais uniforme. O arco mais largo dos arames tubulares produz uma poça de fusão calma e plana que forma um cordão de solda de aspecto liso e com boa molhabilidade. Essas diferenças têm um efeito significativo na qualidade do metal de solda. Na soldagem com arames sólidos, a penetração é estreita e pequena, num formato dediforme (finger), por isso há uma maior risco de defeitos por falta de fusão, vide Figura 7. Um pequeno desalinhamento da tocha pode causar uma falta de fusão numa das laterais de uma junta em ângulo. Na soldagem com arames tubulares, a penetração tem uma forma mais rasa, porém mais larga, possibilitando uma tolerância muito maior para desalinhamentos da tocha, com isso, reduz os riscos de defeitos de falta de fusão [16]. 18

Monteiro (1999), também evidencia que uma outra vantagem do processo arame tubular em relação ao MIG/MAG é a quantidade reduzida de respingos, a qual pode ser facilmente verificada na soldagem com arame rutílico. Figura 7 Transferência de gotas de arames sólidos/tubulares, Araújo (2004). 2.14 CARACTERÍSTICAS DO CORDÃO DE SOLDA Duas características do cordão de solda são a altura do reforço e a largura, conforme é mostrado na Figura 8. As características geométricas do cordão de solda podem ser alteradas em seu tamanho e/ou em sua forma, variando-se os parâmetros de soldagem. Na Figura 8 o w é a largura, p é a penetração máxima, h é a altura, Ad é a área depositada, Ap é a área de penetração. A diluição pode ser determinada em função das áreas Ap e Ad, através da seguinte equação [1]: ap diluição % = 100 (1) ap + ad 19

Figura 8 - Características do cordão de solda 2.15 PENETRAÇÃO A penetração de solda é a distância que a linha de fusão se estende abaixo da superfície do material sendo soldado, como mostra a Figura 8. No caso da soldagem em operação a penetração tem uma importância extremamente grande uma vez que se a penetração for muito próxima da espessura do tubo, este irá se romper. 2.16 POROSIDADES São descontinuidades originadas no metal de solda em função do aprisionamento de gases ou vapores dissolvidos na poça de fusão durante o processo de solidificação. Este aprisionamento resulta do decréscimo na solubilidade dos gases no metal líquido o durante o resfriamento, ou ainda de reações químicas no metal de solda. Porosidades em metais de solda de aços ao carbono podem ser o resultado de uma excessiva quantidade de gases como monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrogênio, hidrogênio e oxigênio na região da poça de fusão. A presença de monóxido de carbono no metal de solda pode surgir tanto da reação entre o oxigênio com o carbono contido na poça de fusão quanto pela reação entre o dióxido de carbono e o oxigênio [20]. A porosidade reduz a área útil resistente. Além disso, a porosidade aberta (i.e., aflorando à superfície) exerce um efeito de concentrador de tensões. Alguns autores e normas sugerem a seguinte classificação para a porosidade de acordo com sua forma e distribuição. Uniformemente distribuída (uniformly scattered porosity); Agrupada (cluster porosity); 20

Alinhada (aligned porosity); Vermicular ou vermiforme (alongated porosity or worm holes); Esférica (spherical porosity). O mecanismo de formação de um poro se baseia na relação velocidade da frente de solidificação versus taxa de separação dos gases/vapores dissolvidos na poça de fusão. Caso a velocidade da frente de solidificação seja maior que a velocidade de desprendimento dos gases/vapores (velocidade de soldagem alta) o poro formado terá a forma esférica. Por outro lado, se a velocidade da frente for igual a velocidade de desprendimento (velocidade de soldagem média) o poro terá a forma vermicular. Não haverá formação de poro quando a velocidade da frente for inferior à de desprendimento (velocidade de soldagem lenta). Uma das condições para o surgimento de porosidade é a presença de supersaturação total ou localizada de gás na poça de fusão [20]. 2.17 A CORRENTE DE SOLDAGEM No processo MIG/MAG a corrente de soldagem está diretamente relacionada à velocidade de alimentação do arame (para uma distancia bico de contato e a peça constante). Quando a velocidade de alimentação do arame é alterada, a corrente de soldagem varia no mesmo sentido [13]. Em outras palavras, um aumento (ou diminuição) na velocidade de alimentação do arame causará um aumento (ou diminuição) da corrente de soldagem, como mostra a Figura 9. Figura 9--Taxa de deposição versus corrente de soldagem 21

A corrente de soldagem é um fator de máxima importância na penetração. A penetração da solda é diretamente proporcional à corrente de soldagem. Um aumento na corrente aumentará a penetração da solda e uma diminuição na corrente diminuirá a penetração da solda [19,10]. 2.18 TAXA DE DEPOSIÇÃO A taxa de deposição descreve o quanto de metal de adição será depositado sobre o metal de base com o arco aberto. Como o processo MIG/MAG possui alto rendimento de deposição, apenas uma pequena quantidade de metal de adição será perdida na forma de respingos. A taxa de deposição para qualquer arame é calculada pela Equação [2]: Va 60 Td = (2) ρ Td é a taxa de deposição de arame em Kg/h, Va é a velocidade de alimentação do arame em m/min e ρ é a densidade do material do arame em m/kg de arame. Taxa de deposição é sinônimo de velocidade de alimentação do arame e é determinada pela corrente aplicada. A Figura 8 mostra a variação da taxa de deposição com a corrente de soldagem [15]. A corrente necessária para alcançar uma determinada taxa de deposição também pode ser alterada variando-se a distância bico peça. 2.19 VELOCIDADE DE SOLDAGEM (VS) A velocidade de soldagem é a relação entre a distância percorrida pelo arco ao longo da peça e o tempo gasto para percorrê-la. Esse parâmetro é normalmente expresso em cm/min ou mm/min [13]: Um aumento na velocidade de soldagem irá propiciar estreitamento do cordão e uma elevação na penetração, num primeiro instante, e diminuição desta em valores maiores; Em velocidades muito altas poderá ocorrer o surgimento de mordeduras (sulcos no pé do cordão) e de trincas de solidificação; 22

O incremento na velocidade de soldagem, mantidos os outros parâmetros fixos, acarretará ainda uma redução no nível de distorção, tamanho da ZTA e modificação na microestrutura do metal de solda e ZTA. Velocidades altas de soldagem, pelo efeito de aumento na taxa de resfriamento, também tenderá a acarretar aumentos nos limites de ruptura e escoamento e uma redução da elongação. 2.20 DISTÂNCIA ENTRE O BICO DE CONTATO E O METAL DE BASE (DCP) A distância entre o bico de contato e a peça (DCP) é a distância entre o último ponto de contato elétrico, normalmente a extremidade do bico de contato, e a peça de trabalho [13,14]. A Figura 10 mostra esquematicamente a distância entre o bico de contato e a peça (DCP), o comprimento do eletrodo (quanto ele se projeta para fora do bico de contato) e o comprimento do arco. É no comprimento do eletrodo que ocorre o efeito Joule. A distância entre o bico de contato e a peça (DCP) afeta a corrente de soldagem necessária para fundir o arame a uma dada velocidade de alimentação de arame, Figura 11 exemplo desta correlação. É muito importante que a distância entre o bico de contato e a peça (DCP) seja mantida constante durante a atividade de soldagem. Tendo em vista o substancial efeito na soldagem, é sempre bom registrar não só a corrente e a tensão, mas também a velocidade de alimentação do arame [9]. Figura 10 23

Figura 11 Efeito da distância bico de contato peça na corrente e na taxa de deposição, Houldcroft (1988). 2.21 APORTE TÉRMICO O aporte térmico ou energia de soldagem é uma função da energia do arco, velocidade de soldagem e da eficiência térmica do processo. A maioria dos processos de soldagem por fusão é caracterizada pela utilização de uma fonte de calor intensa e localizada. Esta energia concentrada pode gerar em pequenas regiões temperaturas elevadas, altos gradientes térmicos, variações bruscas de temperatura e, conseqüentemente, extensas variações de microestrutura e propriedades em um pequeno volume de matéria [14]. A microestrutura na região soldada de acordo com FERRANTE (2002) ocorre basicamente em função da taxa de resfriamento, que por sua vez depende do aporte térmico, da espessura, condutividade térmica e da composição química do metal de base. Portanto para uma dada espessura, condutividade térmica e composição química o aporte térmico determina a microenstrutura da região da solda e, por conseqüência, as características mecânicas da mesma. Na soldagem a arco elétrico o aporte térmico (heat input) é definido como o calor cedido à junta soldada por unidade de comprimento e é calculado pela equação [3]: V I H = η ( 3 ) Vs Onde, H é o aporte térmico, V é a tensão de soldagem, I é a corrente de soldagem, Vs é a velocidade de soldagem e η é a eficiência térmica do processo de soldagem(%), que é determinada pela seguinte equação [4]. 24

ET η = ( 4 ) EG Onde, η é a eficiência térmica do processo em %, ET é a energia transferida para a solda e EG é a energia gerada pela fonte. Na Tabela 1 eficiência térmica dos processos de soldagem mais comuns. Tabela 1 Eficiência térmica dos principais processos de soldagem Processo de soldagem Eficiência Térmica (%) Laser, Feixe de elétrons 5-20 TIG 30 60 Plasma 50 60 MIG/MAG 70 80 Eletrodo revestido 80 90 Arco submerso 90 99 Utilizando a e a velocidade de soldagem em cm/min equação [5]. V I H = 0, 006 η (5) Vs Onde, aporte térmico (H) é dado em KJ/cm, a Tensão do arco (V) em volts, a Corrente (I) em A, a eficiência térmica do processo (η) em % e a Velocidade de soldagem Vs em cm/min. Após a soldagem a dissipação de calor ocorre principalmente por condução na peça das regiões de maior temperatura para o restante do metal. 2.22 CICLO TÉRMICO DE SOLDAGEM E REPARTIÇÃO TÉRMICA A variação da temperatura em diferentes pontos da peça durante a soldagem pode ser estimada na forma de uma curva denominada ciclo térmico de soldagem. Na Figura 12 é mostrado um exemplo de ciclo térmico [14]. 25

Se considerarmos o ciclo térmico de cada ponto próximo à junta, podemos dizer que a temperatura de pico (Tp) de cada ponto varia com sua distância ao centro do cordão de solda. Colocando na forma de um gráfico as temperaturas de pico contra a distância ao cordão de solda obtemos uma curva esquemática semelhante à exibida na Figura 13. Esta curva é conhecida como repartição térmica. Um ciclo térmico típico de soldas a arco consiste de um aquecimento rápido (algumas centenas de graus por segundo) até uma temperatura de pico, seguido por um resfriamento relativamente rápido (algumas dezenas ou poucas centenas de graus por segundo) até a temperatura ambiente, mas depende do material de base, da geometria, da espessura e do fluxo no interior do tubo, por exemplo. A microestrutura do metal de solda e na ZTA depende muito da taxa de resfriamento que, por sua vez, depende basicamente do aporte térmico do processo utilizado (uma função da potência do arco, velocidade de soldagem e da eficiência térmica do processo), da geometria/espessura do corpo de prova, da temperatura inicial e da condutibilidade térmica do material de base. Portanto para uma dada espessura, condutividade térmica e composição química, a taxa de resfriamento é muito dependente do aporte térmico e no caso de tubos com fluxo interno, a taxa de resfriamento é fortemente influenciada pelo fluxo no interior do tubo. As mudanças microestruturais, causadas pela taxa de resfriamento, afetam diretamente propriedades mecânicas do material de base na zona fundida e na ZTA. Para reduzi o gradiente de calor muitas vezes se faz um pré-aquecimento do metal de base e com isso se reduz também a taxa de resfriamento, evitando a formação de uma microestrutura na zona fundida e na ZTA muito dura que fragiliza a tubulação, reduzindo a tenacidade e tornando o problema da contaminação por hidrogênio mais critico. Figura 12-- Ciclo térmico [REFERÊNCIA?] 26

Figura 13-- Repartição térmica [REFERÊNCIA?] 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 MATERIAIS EMPREGADOS O processo de deposição foi executado utilizando uma fonte de soldagem com microprocessadores e multiprocesso da marca IMC, modelo MTE DIGITEC 450. A DIGITEC é uma fonte de soldagem transistorizada, com chaveamento após o secundário do transformador, que apresenta as seguintes características operacionais: corrente nominal de 280 A a 100% do fator de trabalho, dinâmica no sinal de corrente (di/dt) na ordem de 600 A/ms, dinâmica no sinal da velocidade de alimentação do arame (dva/dt) de 0 a 6 m/min no intervalo de 46 ms e fator de potência de 94%. Para controle da velocidade de soldagem (vs) utilizou-se o sistema de deslocamento automático da pistola, denominado de TARTÍLOPE V1, Figura 14. Figura 14 tartílope V1 27

A monitoração e captura, dos sinais de corrente, tensão e velocidade de alimentação do arame foram feitas a partir do sistema SAP, que utiliza o software comercial OSCILOS, ambos desenvolvidos pelo LABSOLDA/IMC. Os cordões de solda foram depositados na posição plana sobre chapas de aço carbono de 3 3,2 e 4,8mm e tubos de aço carbono de 3 e 3,2mm durante o levantamento de parâmetros e os ensaios propriamente ditos. Foi utilizado o arame de aço C ER 70S-6 com diâmetro de 1,2 mm, com gás de proteção 92% Ar + 8% CO 2. Nas soldas com o processo FCAW usou-se o arame tubular auto-protegido E 71T-11 com diâmetro de 1,2 mm. Para gerar o fluxo de água e pressão no interior do tubo se utilizou uma bomba de água ligada por uma tubulação flexível a dois flanges que vedam a entrada e saída de água do corpo de prova. Tanto na entrada quanto na saída existe um registro e variando a abertura e fechamento destes foram controladas a pressão e a vazão. A pressão é medida com um manômetro instalado na tubulação de saída da água imediatamente após o flange antes do registro. A vazão é medida por um medidor de vazão instalado na frente da bancada. Veja na Figura 15 a bancada utilizada. Figura 15 Nos ensaios foram feitos cordões simples sobre o metal de base com aproximadamente 25 cm de comprimento. 28

3.2 SOLDAS PRELIMINARES EM CHAPAS Inicialmente, foram realizadas soldas em chapas de aço carbono, para que se tivesse um ajuste preliminar dos principais parâmetros de soldagem: tensão de soldagem, corrente de soldagem, distancia bico-peça, velocidade de alimentação do arame, velocidade de soldagem e vazão de gás de proteção. Durante estes testes foram produzidos cordões de solda sobre as chapas de aço carbono variando-se a corrente, a DCP, a velocidade de soldagem, a vazão de gás, até se chegar a parâmetros onde a estabilidade do arco fosse adequada, isto é, o cordão produzido apresentasse boa molhabilidade e ausência de defeitos na superfície. Desta forma foram definidos os parâmetros que seriam utilizados para as soldas nos tubos, e posteriormente nos tubos simulando as condições de operação. Primeiro se estabeleceram os parâmetros para se soldar com o MIG/MAG com transferência por curto circuito, em seguida se estabeleceram os parâmetros para se soldar com o MIG/MAG com corrente pulsada, na seqüência com o arame tubular auto-protegido com transferência curto circuito e, por último, com o arame tubular auto-protegido com corrente pulsada. A soldabilidade do arame tubular auto-protegido com corrente pulsada não se mostrou muito adequada e, por este motivo, com esse processo se utilizou apenas o modo de transferência por curto circuito nas soldas feitas nos tubos. Como se desejava verificar se existem desvios oriundos do processo que possam ser incompatíveis com a solda em operação, optou-se por reduzir as variantes e se fixou a distancia bico peça em 18 mm e a velocidade de soldagem em 30 cm/min para todas as soldagens. Os corpos de prova foram cortados transversalmente à solda para se analisar a penetração. 3.3 SOLDAS EM TUBOS SEM PRESSÃO Após o levantamento de parâmetros de soldagem foram feitas soldas em tubos sem pressão ou fluxo interno. Estas soldas foram usadas para confirmar parâmetros de soldagem e os corpos de prova foram cortados para se analisar a penetração ao longo da região soldada. 29

Os corpos de prova foram cortados de forma transversal para se avaliar a penetração da solda no inicio, no meio e no final do cordão. 3.4 SOLDAS EM TUBOS COM PRESSÃO As soldas em tubos com pressão foram feitas variando a pressão e a vazão do fluido ( no caso água), para verificar não só a viabilidade da aplicação, mas também realizar a soldagem no caso mais crítico no que diz respeito às trincas a frio. Nesta etapa foram feitos ensaios com vazões e pressões de 80L/min a 2bar, 40L/min a 2bar, 20L/min a 2bar, 20L/min a 5bar e 40L/min a 5bar. Até a conclusão deste TCC os ensaios com o arame tubular auto-protegido ainda não ocorreram e, portanto, não serão tratadas no mesmo. Os corpos de prova foram cortados de forma transversal para se avaliar a penetração da solda no inicio, no meio e no final do cordão. 4 ANALISE DOS RESULTADOS As soldas primeiramente foram analisadas quanto ao aspecto superficial, sendo que neste quesito apenas o arame tubular auto-protegido com corrente pulsada que apresentou um cordão descontinuo e com diversas imperfeições e defeitos superficiais, principalmente porosidade aberta esférica, vermicular e agrupada. Na Figura 16 exemplo de porosidade agrupada. Figura 16- porosidade agrupada[20] Juntando os dados obtidos com o sistema SAP e os obtidos com as macrografias, foi possível criar gráficos da penetração em função da corrente para as diversas soldas, nas chapas, nos tubos e nos tubos com as diferentes pressões e vazões. 30

Analisando os gráficos gerados individualmente e em conjunto pode-se chegar a certas conclusões. Na Tabela 2 são apresentados os resultados de soldagens com MIG/MAG com curto circuito em tubo com 3,2 mm e na Tabela 3 são apresentados os resultados de soldagens com MIG/MAG com curto circuito em tubo com 4,8 mm. Na Figura 17 são utilizados os dados das Tabelas 2 e 3 para fazer uma comparação da penetração em função da corrente para o MIG/MAG com transferência por curto circuito usando os mesmos parâmetros em tubos com 3,2 e 4,8mm de espessura sem pressão e sem vazão. Tabela 2 MIG/MAG curto circuito em tubo 3,2mm sem pressão e vazão Corrente Veloc. Tensão Potencia Energia Penetração Largura Reforço Va T.ºC (A) (cm/min) (V) (KW) (KJ/cm) (mm) (mm) (mm) (m/min) 155,4 30 18,8 2,96 5,92 1,92 8,51 2,28 3,8 21 163,3 30 19,3 3,19 6,38 2,53 8,81 2,36 4,1 25 170,2 30 19,8 3,4 6,8 2,43 9,23 2,43 4,5 20 181,1 30 20,3 3,7 7,4 2,44 10,1 2,62 4,9 27 189,6 30 20,5 3,93 7,86 1,95 10,82 2,46 5,3 21 198,1 30 20,8 4,15 8,3 2,54 11,3 2,56 5,7 27 208,1 30 21,2 4,46 8,92 2,56 11,76 2,48 6 23 217,3 30 21,7 4,75 9,5 2,8 12,61 2,77 6,4 40 223,7 30 22,1 4,98 9,96 2,78 13,14 2,76 6,8 23 236,2 30 22,5 5,36 10,72 3,2 - - 7,1 30 Tabela 3 - MIG/MAG curto circuito tubo 4,8mm sem pressão e vazão Corrente Veloc. Tensão Potencia Energia Penetração Largura Reforço Va T.ºC (A) (cm/min) (V) (KW) (KJ/cm) (mm) (mm) (mm) (m/min) 128,3 30 18,2 2,36 4,72 1,25 6,77 2,59 3,3 30 143 30 18,4 2,66 5,32 1,5 7,38 2,54 3,6 30 154,4 30 18,8 2,94 5,88 1,52 8,2 2,5 3,9 30 171,1 30 19,6 3,4 6,8 1,66 8,72 2,74 4,6 30 188,5 30 20,5 3,89 7,78 1,8 9,96 2,82 5,4 30 207,1 30 21,3 4,44 8,88 1,89 10,11 3,01 5,9 30 211,6 30 21,5 4,58 9,16 1,91 10,2 3,22 6,3 30 Ao observar Figura 17 nota-se que para os mesmos parâmetros de soldagem em dois tubos com espessura de parede diferente existe uma variação da penetração da solda. Com isso pode-se dizer que a espessura da parede é um fator que influencia muito a penetração da solda para o 31

MIG/MAG com transferência por curto circuito, no caso a variação da parede foi de 50 % e a diminuição média da penetração da solda feita ao aumentar a espessura do tubo de 3,2 para 4,8mm foi de 16,6 %. A maior penetração obtida ao soldar o tubo de menor espessura é devida à diminuição da transferência de calor da solda para a peça. Figura 17 Relação entre a penetração e a corrente na soldagem MIG/MAG com curto-circuito de tubos com 3,2 e 4,8 mm de espessura Na Figura 18 são utilizados os dados das Tabelas 2 e 3 para fazer uma comparação da penetração em função da energia de soldagem para o MIG/MAG com curto circuito. Nota-se que para uma mesma energia de soldagem o tubo com 3,2mm teve uma maior penetração, comportamento similar ao que aconteceu na Figura 17, onde para uma mesma corrente a penetração da chapa de 3,2mm foi maior. A maior penetração obtida ao soldar o tubo de menor espessura é devida à diminuição da transferência de calor da solda para a peça. 32

Figura 18 Relação entre a penetração e a energia de soldagem na soldagem MIG/MAG com curto-circuito de tubos com 3,2 e 4,8 mm de espessura Na Tabela 4 são apresentados os resultados de soldagens com MIG/MAG com corrente pulsada na chapa com 3 mm e na Tabela 5 os resultados de soldagens com MIG/MAG com curto circuito na chapa com 3 mm. Tabela 4 - corrente pulsada na chapa com 3mm Corrente (A) Veloc. (cm/min) Tensão (V) Potencia (KW) Energia (KJ/cm) Penetração (mm) 64,2 30 15,7 1,03 2,06 1,29 78,4 30 15,9 1,27 2,54 1,61 96,7 30 17 1,66 3,32 1,73 120,7 30 17,7 2,17 4,34 2,02 129,8 30 18,1 2,38 4,76 2,16 139,7 30 18,4 2,59 5,18 2,69 154,7 30 19,2 3 6 3,07 167,4 30 18,3 3,1 6,2 2,75 172,8 30 18,9 3,3 6,6 2,69 184,1 30 19,5 3,63 7,27 3,05 193,7 30 19,6 3,84 7,68 2,16 206,4 30 20 4,16 8,32 2,33 219,1 30 20,5 4,52 9,04 furou 33

Tabela 5 - curto circuito na chapa com 3mm Veloc. Tensão Potencia Energia (cm/min) (V) (KW) (KJ/cm) 160 30 29,4 5,06 10,1 1,24 170 30 28,7 5,22 10,44 2,03 180 30 30,5 5,77 11,54 0,76 190 30 31,1 6,12 12,24 1,33 200 30 32 6,6 13,2 1,33 210 30 32,6 7,01 14,02 3 Corrente (A) Penetração (mm) Na Figura 19 são utilizados os dados das Tabelas 4 e 5 para fazer uma comparação da penetração em função da corrente para o MIG/MAG com o curto circuito e com corrente pulsada em chapas de 3 mm. Pode-se observar que para um mesmo valor de corrente média, a corrente pulsada produz uma penetração menor que a obtida com curto circuito, sendo por isso mais adequado a soldar tubos com paredes finas. Entretanto, o uso de corrente pulsada gera uma maior variabilidade na penetração da solda. Figura 19 Relação entre a penetração e a corrente na soldagem MIG/MAG pulsado e com curto-circuito Na Figura 20 são utilizados os dados das Tabelas 4 e 5 para fazer uma comparação da penetração em função da energia de soldagem para o MIG/MAG com o curto circuito e com corrente pulsada em chapas de 3 mm. Ao observar esta Figura nota-se que mesmo com uma 34

energia de soldagem maior, o MIG/MAG pulsado obtém uma penetração da solda menor que o MIG/MAG com curto circuito. Figura 20 Relação entre a penetração e a energia de soldagem na soldagem MIG/MAG pulsado e com curtocircuito Na Tabela 6 e 7 são apresentados os resultados de soldagens com MIG/MAG pulsado em chapas com 3,2 mm e 4,8 mm, respectivamente. Tabela 6 - MIG/MAG pulsado em chapas com 3,2 mm Corrente Veloc. Tensão Potencia Energia Penetração Largura Reforço Va T.ºC (A) (cm/min) (V) (KW) (KJ/cm) (mm) (mm) (mm) (m/min) 140 30 24,7 3,9 7,8 2,43 11,53 1,74 4,1 27 160 30 26,3 4,6 9,2 2,69 12,59 2,27 4,7 27 180 30 28,5 5,4 10,4 2,31 14,38 2,1 5,2 27 200 30 29,7 6,2 12,4 3,2 - - 5,7 27 Tabela 7 MIG/MAG pulsado em chapas com 4,8 mm Corrente Veloc. Tensão Potencia Energia Penetração Largura Reforço Va T.ºC (A) (cm/min) (V) (KW) (KJ/cm) (mm) (mm) (mm) (m/min) 140 30 26,8 4,2 8,4 1,1 10,23 2,08 4 30 160 30 26,9 4,7 9,4 1,45 11,17 2,14 4,6 27 180 30 28,1 5,4 10,8 1,49 12,63 2,5 5,2 27 200 30 30,5 6,3 12,6 1,21 13,71 2,73 5,7 27 220 30 32,8 7,4 14,8 1,66 14,62 2,56 6,3 27 35

Na Figura 21 são utilizados os dados das Tabelas 6 e 7 para fazer uma comparação da penetração em função da corrente para o processo MIG/MAG com transferência por corrente pulsada, usando os mesmos parâmetros em chapas com 3,2 e 4,8mm de espessura. Assim como foi verificado nas soldagens com curto-circuito, verifica-se aqui que na soldagem com corrente pulsada pelo processo MIG/MAG a espessura da parede é um fator que influi muito na penetração da solda. Figura 21 Relação entre a penetração e a corrente na soldagem MIG/MAG pulsado Na Figura 22 são utilizados os dados das Tabelas 6 e 7 para fazer uma comparação da penetração em função da energia de soldagem para o processo MIG/MAG com transferência por corrente pulsada, usando os mesmos parâmetros em chapas com 3,2 e 4,8 mm de espessura. Nota-se que para uma mesma energia de soldagem a chapa com 3,2 mm teve uma maior penetração, comportamento similar ao que aconteceu na Figura 21 onde para uma mesma corrente a penetração da chapa de 3,2mm foi maior. A maior penetração obtida ao soldar a chapa de menor espessura é devida à diminuição da transferência de calor da solda para a peça. 36

Figura 22 Relação entre a penetração e a energia de soldagem na soldagem MIG/MAG pulsado A variação da penetração de quatro cordões de solda com correntes diferentes, usando corrente pulsada é mostrada na Tabela 8 que da origem a Figura 23. Para cada cordão de solda foram retiradas cinco amostras, em torno de 4, 8, 12, 16 e 20 cm do inicio do cordão de solda. Neste gráfico percebe-se que dentro de um mesmo cordão de solda a variação na penetração é significativa. A variação máxima, ou seja, a diferença entre a maior penetração e a menor penetração para uma mesma corrente foi de 1,25mm e a variação media dos quatro cordões de solda foi de 0,5mm, em um tubo com 3,2mm de espessura. 37