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UNIVERSIDADE FEDERAL
DE ITAJUBÁ
Antenor Leonello Filho
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO
PROCESSO DE SOLDAGEM COM ELETRODOS
REVESTIDOS NA ESTABILIDADE DO ARCO E
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DO CORDÃO
Dissertação submetida ao programa de Pós-
Graduação em Engenharia de Produção como
requisito parcial à obtenção do título de
Mestre
em Engenharia de Produção
Orientador: Pr
of. Dr. Sebastião Carlos da Costa
Itajubá
2005
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ii
LEONELLO, Antenor Filho
Análise da influência dos parâmetros do processo de soldagem
com eletrodos revestidos na estabilidade do arco e características
geométricas do cor
dão.
Itajubá: UNIFEI, 2005.
89p.
Dissertação (mestrado)
Universidade Federal de Itajubá
Itajubá, 2005.
Orientador: Prof. Dr. Sebastião Carlos da Costa
1.
Sistemas de Produção
XYZ
Produ
ção e tecnologia
I.Costa, Sebastião Carlos. II. Universidade Federal de Itajubá
III.Título
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iii
UNIVERSIDADE FEDERAL
DE ITAJUBÁ
Antenor Leonello Filho
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO
PROCESSO DE SOLDAGEM COM ELETRODOS
REVESTIDOS NA ESTABILIDADE DO ARCO E
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTR
ICAS DO CORDÃO
Dissertação aprovada por banca examinadora em 21 de novembro de 2005, conferindo
ao autor o título de
Mestre em Eng
enharia de Produção
Banca examinadora
:
Examinador 1: Prof. Dr. Sebastião Carlos da Costa (Orientador)
Examinador 2: Prof. Dr. Wanderlei Xavier Pereira
Examinador 3: Prof. Dr. José Leonardo Noronha
Itajubá
iv
200
5
Universidade Federal de Itajubá
-
Unifei
-
Palavras Chave:
Soldagem, estabilidade do arco, eletrodos revestidos
Banca examinadora:
Prof. Dr. Wanderley Xavier Pereira
1º Examinador
UNIS
-
Varginha
Prof. Dr. José Leonardo Noronha
2º Examinador
UNIFEI
-
Prof. Dr. Sebastião Carlos da Costa. (Orientador)
3º Examinador
-
UNIFEI
Programa de Pós Graduação em Engenharia de Produção
v
AGRADECIMENTOS
Ao professor e orientador Sebastião Carlos da Costa, pela orientação e suporte técnico
fundamental à realização desta dissertação.
Ao professor Júlio Navarro Santos pelos incentivos na construção dos equipamentos
que demandaram longo tempo e disponibilização do laboratório de Materiai
s.
Ao prof. Newton Figueiredo no auxílio ao desenvolvimento do sistema de projeção do
arco voltaico.
Ao engenheiro Manoel do IESTI/UNIFEI pelo auxílio prestado na construção do
controle eletro
-
eletrônico do equipamento de soldagem.
Aos professores Nelso
n Augusto Viana e Geraldo Tiago Filho pela disponibilização de
computadores e equipamentos de medi
ção
do LHPCH.
Ao engenheiro Wilson Furlaneto pelo auxílio no projeto e na fabricação do protótipo
de soldagem automática.
Aos funcionários da Oficina Mecânica, laboratórios de Materiais e Metrologia da
UNIFEI, que auxiliaram sobremaneira na construção dos vários protótipos desenvolvidos,
sem os quais não seria possível a construção final do equipamento de solda semi
-
automática.
A todos aqueles que de alguma
forma contribuiram para a realização deste trabalho.
vi
RESUMO
Este trabalho se propõe a analisar a influência de alguns dos parâmetros (corrente,
polaridade e comprimento do arco) na soldagem com eletrodos revestidos sobre a
estabilidade do arco e características geométricas e produtivas do cordão de solda. Para
cumprir com estes objetivos foi necessário o desenvolvimento de um protótipo para
permitir o controle automático da soldagem. Para o delineamento dos experimentos e
posterior análise da influência dos parâmetros utilizou-se uma ferramenta estatística
baseada na técnica do projeto e análise de experimentos
DOE aplicados através do
software Minitab. Para a realização das análises de estabilidade do arco foi utilizado o
comportamento
dinâmico da tensão
aquisitada
durante realização dos testes o qual
associado a filtragens digitais permitiu verificar sua constância durante soldagens. Para
avaliações dos aspectos geométricos do cordão foram analisados a influência dos
parâmetros do processo sobre a convexidade, penetração, diluição além das características
produtivas de taxa de fusão e de deposição e rendimento de deposição para três diferentes
tipos de eletrodos, ou seja, rutílicos, básicos e celulósicos. Em função dos resultados
obtidos
verificou-se que a metodologia de verificação da estabilidade do arco baseada no
coeficiente de variação da tensão se mostrou adequada para avaliação de soldagens, sendo
que o modo de soldagem automático melhorou a estabilidade do arco comparado ao modo
de soldagem manual para todos os tipos de eletrodos. Observou-se também que a
polaridade teve grande influência na estabilidade do arco.
O
eletrodo celulósico foi o mais
estável em ambas as polaridades, e mostrou maior estabilidade na polaridade direta
, ape
sar
de não ser recomendado para soldagens nesta polaridade. O eletrodo rutílico se situou na
posição intermediária sem mostrar variações de comportamento com a polaridade. O
eletrodo básico foi o menos estável com uma constância de comportamento em ambas a
s
polaridades.
vii
ABSTRACT
This work has the aim to analyze the influence of parameters welding current, polarity and
arc length in the arc stability and geometrical weld bead characteristics of a Shielded Metal
Arc Welding
SMAW
process. In order to complain with the objectives a prototype of
an automatic welding equipment was developed. Based on this equipment a set of tests
were design by the use of statistical tools based on the Design of Experiments techniques
through a Minitab software. The
electrical arc signals, in particular, voltage, were recorded
by a data acquisition system and after processed by the use of a fast Fourier Transform
(FFT) technique with a low-pass filter with a cut-off frequency of 4 kHz. The arc stability
analysis were based on the variation coefficient by the voltage arc signal filtered. The
geometrical characteristics and productivity of the welding bead specimens were evaluated
by direct recorded dimensions after cross-sectioning, polishing and measuring of the
penet
ration, dilution and bead convexity index, deposition and fusion rate, and deposition
efficiency by the use of three different kind of covered electrodes, i.e., rutile, basic and
celulosic. It was found that the automatic welding increased the arc stability compared
with the manual welding procedure for all covered electrodes. Also the polarity had an
important effect in the arc welding stability. The celulosic electrode had a higher arc
stability in straight and reverse polarity, despite of its non recommended use in straight
polarity,
followed by rutile and basic electrodes, but this electrodes not showed cond
uct
variations with the polarity.
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1.
Ilustração dos diversos modos de transferência metálica
(
BRANDI, 1990
).
08
Figura 2.2.
Oscilograma da corrente e tensão e fases do arco na transfer
ê
ncia
por curto
-
circuito (
W
ELDING HAN
DBOOK,
1976).
0
9
Figura 2.3.
Mecanismo de
transferência metálica (Larson,
1942).
11
Figura 2.4.
Esquema de circulação
de uma bolha de gás no in
terior
da gota
em eletrodo rutílico (BRANDI,1988)
.
12
Figura 2.5 V
ariáveis utilizadas na determinação dos modos de transferências e
índices de estabilidade num oscilograma típico de tensão.
17
Figura 2.6
Exemplo de coluna de arco com as respectivas manchas catódica e
a
nódica
.
19
Figura 3.1.
Variação da tensão
para soldagem A
-
CV=0,32
.
30
Figura 3.2.
Análise FFT da variação da tensão para soldagem A -
CV=0
,
05
.
30
Figura 3.3.
Variação da tensão para soldagem B
-
CV=0
,
28
.
31
Figura 3.4.
Análises FFT da variação da tensão para soldagem
B
-
CV=0
,
1.
31
Figura 4.1
Esquema do banco de ensaios com o conjunto eletro
-
mecanico
.
33
Figura 4.2.
Sistema de projeção do arco
.
34
Figura 4.3.
Desenho esquemático do hydro
-
check
.
36
Figura 4.4.
Banco de e
nsaios para soldagens automáticas
.
38
Figura 4.
5.
Seção transversal da solda no corpo de prova.
41
Figura 5.1.
Influência das interações dos fatores na estabilidade do arco.
4
7
Figura 5.2.
Influência do modo de soldagem no rendimento dos eletrodos.
49
Figura 5.3. Efeitos principais dos fatores sobre a penetração da solda
-
E 6010
.
51
Figura 5.4. Efeitos principais dos fatores sobre a convexidade do cord
ão
-
E 6010. 52
Figura 5.5. Efeitos principais dos fatores sobre a diluição do cordão
-
E 6010
.
53
Figura 5.6. Efeitos principais dos fatores sobre o rendimento da soldagem
-
E 6010.
54
Figura 5.7.
Interação ent
re a intensidade de corrente e comprimento do arco
sobre o
rendimento da soldagem
-
E 6010
.
54
Figura 5.8 Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de fusão da soldagem
-
E 6010
.
55
Figura 5.9. Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de deposição
-
E 6010
.
55
Figura 5.10. Efeitos principais dos fatores sobre o coeficiente de variação
da
ix
tensão E 6010
.
56
Figura 5.11.
Interação entre a comprimento do arco e polaridade sobre
o coeficiente de variação da tensão
-
E 6010
.
57
Figura 5.12. Efeitos principais dos fatores sobre a penetração da solda
-
E 6013
.
58
Figura 5.13 Efeitos principais dos fatores sobre a convexidade do cordão
-
E 6013
.
58
Figura 5.14. E
feitos principais dos fatores sobre a diluição do cordão
-
E 6013.
59
Figura 5.15. Efeitos principais dos fatores sobre o rendimento da soldagem
-
E 6013. 60
Figura 5.16
Interação entre a intensidade de corrente e comprimento do
arco sobre o rendimento da soldagem
-
E 6013
.
60
Figura 5.17. Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de fusão da soldagem
-
E 6013
.
61
Figura 5.18. Efeitos principais dos fatores so
bre a taxa de deposição
-
E 6013
.
61
Figura 5.19. Interação entre a intensidade de corrente e comprimento
do arco sobre a taxa de deposição
-
E 6013
.
62
Figura 5.
20. Efeitos principais dos fatores sobre o coeficiente de variação da tensão
E 6013
.
63
Figura 5.21
. Interação entre a comprimento do arco e polaridade sobre
o coeficiente de variação da tensão
-
E 6013
.
63
Figura 5.22 Efeitos principais dos fatores sobre a penetração da sol
da
-
E 7018
.
64
Figura 5.23 Efeitos principais dos fatores sobre a convexidade do cordão
-
E 7018
.
65
Figura 5.24. Interação da corrente e comprim
ento do arco sobre a convexidade
do cordão
.
65
Figura 5.25. Interação entre o comprimento do arco e a polaridade sobre a diluição
E 7018.
66
Figura 5.26 Efeitos principais dos fatores sobre o rendimento da soldagem
E7018. 67
Figura 5.27 Interação entre o comprimento do arco e a polaridade s
obre a diluição
E 7018
. 67
Figura 5.28 Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de fusão da soldagem
-
E 7018
.
68
F
igura 5.29. Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de deposição
E7018
.
68
Figura 5.30 Comportamento da estabilidade do arco para os eletrodos estudados
.
69
Figura 5.31
-
Comportamento da taxa de deposição para os ele
trodos estudados
.
70
Figura 5.32
-
Comportamento do rendimento de soldagem para os eletrodos
estudados
.
71
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1
Comparação entre as técnicas de estudo das transferências
metálicas com
eletrodos revestidos.
15
Tabela 2.2 Equacionamentos para estudo de transferência
s metálicas (SANTOS, 1995).
17
Tabela 4.1 Variáveis com seus respectivos níveis
.
39
Tabela 4.2.
Matriz de delineamento fatorial 2
3
, com suas respectivas combinações
de variáveis
.
39
Tabela 4.
3.
Configuração da aquisição de dados
.
40
Tabela 5.1
Resultados obtidos
para soldagens automáticas e manuais.
45
Tabela 5.2
Resultados obtidos com o delineamento experimental para os eletrodos
E 6010, E6013 e E70
18.
46
Tabela 5.3 ANOVA para os eletrodos utilizados
.
50
Tabela 5.4
Resultados observados sobre a qualidade visual da solda durante a
experiência para os eletrodos E
-
6010, E
-
7018 e E
-
6013
.
72
xi
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 2.1 Força eletromagnética ou força de compressão
.
14
Equação 2.2 Força eletromagnética equação de Sack
.
14
Equação 2.3 Indice de est
abilidade do arco
.
21
Equação 4.1.
Convexidade do cordão
.
41
Equação 4.2.
Diluição
.
41
Equação 4.3.
Taxa d
e fusão
.
41
Equação 4.4.
Taxa de deposição
.
42
Equação 4.5. Rendimento de deposição
.
42
Equação 4.6
Coeficiente de variação da
tensão
.
42
Equação 4.7
Energia de soldagem
.
43
xii
LISTA DE SÍMBOLOS
H Energia de
soldagem (J/mm)
P
Potência de soldagem (Watts)
V
Tensão de soldagem (Volts)
I
Corrente de soldagem (Amp
ere
)
Resistividade do eletrodo (
.cm)
l
Comprimento do eletrodo (mm)
R
Resistência elétrica (
)
A
Constante, depende do tipo de metal do cátodo
T Temperatura (Kelvin)
L
Função trabalho do elétron ( eV)
K
Constante de Boltzmann
Fp
Força peso
d
Densidade da gota (g/mm
3
)
g
Aceleração da gravidade
Fc
Força de compressão
Fj
Força devido à evaporação metálica
Fg
Força d
evido às reações químicas
B
Índice de avaliação da estabilidade do arco em corrente alternada
EL
Variação do peso do eletrodo antes e após a soldagem
(g)
t
Tempo de arco aceso
(s)
CP
Variação do peso do corpo de prova antes e após a soldagem
RD
Rend
imento de deposição real do eletrodo
(%)
v
s
Velocidade de soldagem (mm/s)
DP
Desvio padrão da amostra
Vm
Tensão média (Volt)
Im
Corrente média (Ampere)
p
Profundidade de penetração(mm)
r
Altura do reforço ( mm)
b
Largura
do cordão
(mm)
D
Diluiç
ão (%)
xiii
TF
Taxa de Fusão (kg/h)
TD
Taxa de Deposição (kg/h)
RD
Rendimento de soldagem (%)
CV
Coeficiente de variação da tensão (%)
V
Desvio padrão da tensão (Volts)
CP
Corpo de prova
a
Comprimento do arco (mm)
Pol Polaridade
CA
Soldagem co
m corrente alternada
CC+
Soldagem na polaridade reversa
CC
-
Soldagem na polaridade direta
C
Eletrodo do tipo celulósico
B
Eletrodo do tipo básico
R Eletrodo do tipo rutílico
FFT
Fast Fourier Transform ( Transformada Rápida de Fourier)
CC
Transf
erência metálica por curto
-
circuito
GG
Transferência metálica
globular
SS
Transferência metálica por spray
R_ Eletrodo E6013
rutílico vs
1,67 mm/s
B_ Eletrodo E7018
básico vs
1,67 mm/s
C_ Eletrodo E6010
celu
lósico vs
1,67 mm/s
S
r
Área de reforço do cordão (mm
2
)
S
p
Área de penetração da solda (mm
2
)
S
z
Área afetada pelo calor ( ZAC)
(mm
2
)
RR_ E6013 vs
-
2,33 mm/s
BB_ E7018 vs
-
2,33 mm/s
CC_ E6010 vs
-
2,33 mm/s
R
M_ Eletrodo rutílico soldagem manual
BM_ Eletrodo básico soldagem manual
CM_ Eletrodo celulósico soldagem manual
S
2
Variância
B
i
Indice
de estabilidade (
-1
.S
-1
)
I
1
Corrente no momento da reignição do arco (A)
V
1
Tensão de reignição do arco (V)
xiv
Voc
Tensão em vazio (V)
ângulo de defasagem entre a corrente e a tensão em vazio (graus)
T
c
Período
médio de transferência (ms)
t
cc
Tempo médio de curto-
circuito
(ms)
f
i
Freqüência da corrente (Hz)
f
Eficiência do processo
IC Índice de Convexidade
E6010 Eletrodo celulósico
E6013 Eletrodo rutílico
E7018 Eletrodo básico
xv
SUMÁRIO
Agradec
imentos
ii
Resumo
iii
Abstract
iv
Lista de figuras
v
Lista de equações
viii
Lista de tabelas
ix
Lista de símbolos
x
Sumário
xii
1.
INTRODUÇÃO
1.1.
Considerações iniciais
1
1.2.
Motivação do trabalho
2
1.3.
Objetivos
2
1.4.
Organização do Trabalho
3
2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4
2.1.
Introdução
4
2.2.
O processo de soldagem com eletrodo revestido
4
2.2.1. Revestimentos e suas características
6
2.3.
Transferência metálica na soldagem com eletrodo revestido
7
2.4.
Forças atuantes nas transferências metálicas
12
2.5.
Técnicas usadas nas observações das transferências metálicas
14
2.6.
Estabilidade do arco
16
2.7.
Aspectos econ
ômicos da soldagem com eletrodos revestidos
21
2.8.
Aspectos e geometria do cordão de solda
24
2.9.
Considerações finais sobre a revisão bibliográfica 25
3.
COMPARAÇÃO ENTRE SOLDAGENS ATRAVÉS DA ANÁLISE DA
VARIAÇÃO DA TENSÃO
27
3.1.
Coeficiente de Variação
27
3.2.
Coeficiente de variação da tensão de soldagem como forma de avaliação
de soldagens
28
xvi
4.
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
33
4.1.
Ban
co de ensaios
33
4.2.
Sistema de acionamento de alime
ntação do eletrodo
35
4.2.1
.
Acionamento hidrá
ulico pneumático
35
4.
2.2.
Aciona
mento elétrico
36
4.2.2.1. Motor de passo 35
4.2.2.2. Motor elétrico universal Singer
36
4.2.2.3. Motor elétrico 12V, CC com redutor de 1:40
37
4
.3
De
senvolvimento Experimental
38
4.3.1.
Critério para avaliação das características econômicas dos
eletrodos . 4
1
4.3.2. Metodologia utilizada para avaliação da estabilidade do arco 42
4.3.3. Avaliação dos parâmetros operacionais
43
5.
RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISES
44
5.1.
Resultados obtidos
44
5.2.
Análise dos resultados
47
5.2.1.
Comparação entre soldagem automática e manual
47
5.2.2.
Comentários gerais sobre soldagens automáticas e manuais
49
5.2.3.
Estudo particular
dos eletrodos utilizando a metodologia
DOE
49
5.2.3.1.
Análise dos Efeitos Principais e de Interaç
ão para o Eletrodo
Celulósico E6010
50
5.2.3.2. Análise dos Efeitos Principais e de Interação para o Eletrodo
Rutílico E6013 57
5.2.3.3. Análise dos Efeitos Principais e de Interação para o Eletrodo
Básico E7018
6
3
5.3.
Comparações finais do comportamento operacional para os três tipos de
eletrodos
69
5.4.
Comparações entre qualidades visuais para os
três tipos de eletrodos
71
5.5.
Considerações finais
dos resultados
7
1
xvii
6.
CONCLUSÃO
73
6.1
Sugestões para trabalhos futuros
7
4
REFERÊNCIAS BIB
LIOGRÁFICAS
75
AP
Ê
NDICE A
78
APÊ
NDICE B
86
1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1
Considerações Iniciais
Sabe
-se que a estabilidade de arco é um fator importante no controle da soldagem, e
esta estabilidade é influenciada por vários fatores, entre eles, o modo de transferência de
material de adição, os tipos de gases, os consumíveis, a polaridade, etc. Estas modificações no
comportamento do arco influenciam no modo de soldabilidade dos materiais (propriedades
auferidas pela solda) principalmente aquelas relacionadas à penetração, quantidade de
respingos, ciclos térmicos da solda, posição de soldagem, etc.
Muitos estudos tem sido dedicados à análise de estabilidade de arco abordando vários
aspectos, como por exemplo estudo de novos gases (misturas) de proteção, desenvolvimento
de novos eletrodos, análise de desempenho de fontes de soldagem, etc. Muitas formas de
análise de estabilidade de arco tem sido utilizadas, porém face ao uso cada vez mais comum
de sistemas de aquisição de d
ados, tem se considerado que a análise da característica dinâmica
da tensão de soldagem é um dos mais efetivos neste sentido. Várias formas de análises tem
sido consideradas a este respeito e, principalmente, aquelas que abordam novas ferramentas
matemátic
as e estatísticas. Devido à dificuldade de se filmar o arco voltaico, análises de seu
comportamento através do estudo estatístico das características dinâmicas da tensão de
soldagem tem sido citadas na literatura por autores como Shinoda (1989), Brandi (
1988
) e
outros. Autores como Lancaster (1971) e Pistorius (1987) utilizaram a análise de freqüência
de curtos para determinar os modos de transferências e, conseqüentemente, a estabilidade do
arco. Outros como Chawla (1992) abordaram o uso de transformadas rápidas de Fourier para
análise da estabilidade do arco quando da utilização de diferentes tipos de gases em soldagens
MIG/MAG. Santos (1995), por outro lado, empregou a análise de modos de transferências
para comparação de fontes de energia em soldagem com eletrodos revestidos. Autores como
Wyant et. al. (1948), Shinoda (1989), Dutra (1990) ressaltam a importância da aquisição de
dados via computador no estudo das transferências de gotas que ocorrem durante a soldagem.
Como se nota muitos trabalhos tem sido desenvolvido nesta área, porém observam-se poucos
2
trabalhos neste sentido, dedicados à análise de desempenho de equipamentos e sua aplicação
no processo com eletrodos revestidos.
Este trabalho procura utilizar uma nova metodologia baseada na análise de
tr
ansformadas rápidas de Fourier para implementação de filtros digitais e sua aplicabilidade
no estudo de desempenho de equipamentos automáticos e manuais. Estende ainda sua
utilização para a análise de consumíveis no que concerne à estabilidade do arco (CV) para as
classes de eletrodos celulósicos, rutílicos e básicos. Finalmente são estudados para estes
eletrodos, utilizando-se a metodologia estatística baseada no Projeto e Análise de
Experimentos (DOE
Design of Experiments), a influência do comprimento do arco,
polaridade e intensidade de corrente na penetração, convexidade e diluição do cordão, taxa e
rendimento de deposição a partir de testes de simples deposição de soldagem.
1.2
Motivação do trabalho
Verificação da aplicabilidade de novas técnicas d
e análise na estabilidade de arco.
Poucos estudos de análise aplicados aos eletrodos revestidos. Considerando que este
processo é um dos mais utilizados tal estudo se reveste de uma grande importância.
Verificação de desempenho de um protótipo de soldagem automática para eletrodos
revestidos desenvolvido para este fim, comparados às soldagens manuais no que concerne
a estabilidade do arco.
Análise da influência dos parâmetros de soldagem na configuração geométrica do cordão.
1.3
Objetivos
No desenvolvimento deste trabalho, deseja-se que os seguintes objetivos sejam
alcançados:
Proposição de nova metodologia de análise baseada no coeficiente de variação da tensão
dinâmica de soldagem e sua aplicabilidade na comparação entre soldagens automáticas e
manuai
s.
Desenvolvimento de um protótipo automático para soldagem com eletrodos revestidos.
Verificar a influência dos parâmetros polaridade, comprimento do arco e corrente na
penetração, convexidade e diluição do cordão além da taxa e rendimento de deposição
pa
ra diferentes eletrodos.
Para que estes objetivos pudessem ser atingidos, alguns objetivos intermediários foram
definidos de modo a nortear o seu desenvolvimento. Tais objetivos são:
3
Desenvolvimento de um banco de ensaios constituído por uma máquina automá
tica
especialmente desenvolvida para este fim, além de um sistema de projeção de arco.
Identificação dos tipos de transferências metálicas para cada tipo de eletrodo utilizado
neste trabalho.
1.4
Organização do Trabalho
Esta dissertação de mestrado está subd
ividida em 6 capítulos.
O capítulo 1 apresenta a introdução do trabalho bem como seus objetivos.
O capítulo 2 apresenta as informações teóricas sobre o assunto desenvolvido neste
trabalho, pesquisadas em publicações científicas e livros técnicos, de modo a servir de base
para discussão dos resultados e conclusões.
No capítulo 3 é apresentado o desenvolvimento da metodologia de análise usando-
se
ferramentas baseadas em Transformadas Rápidas de Fourier (FFT) e coeficiente de variação a
serem utilizadas na comparação entre soldagens automática e manual .
No capítulo 4 descrevem-se as várias tentativas e problemas enfrentados no
desenvolvimento do protótipo automático para soldagem com eletrodos revestidos e de um
sistema de projeção do arco. Neste capitulo tra
ta
-se também do desenvolvimento
experimental.
O capítulo 5 apresenta os resultados obtidos e suas análises.
No capítulo 6, são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
Como complementação há dois apêndices. No apêndice A são mostrados os dados
complementares obtidos em ensaios e no apêndice B as macrografias esquemáticas das
soldagens nas polaridades direta e reversa.
4
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1
Introdução
Neste capítulo procura-se apresentar de maneira clara e concisa as principais
informações e estudos de pesquisadores sobre processos de soldagem com eletrodos
revestidos, sobre os vários tipos de transferências metálicas características dos eletrodos
revestidos, sobre as forças atuantes nas transferências, sobre o conceito de estabilidade do
arco, sobre os aspectos econômicos da soldagem com eletrodos e finalmente aspectos da
geometria dos cordões de solda
. Além disso, informações sobre metodologias de análise de estabilidade de
arco são também descritas.
2
.2
O processo de soldagem com eletrodo revestido
O processo de soldagem com eletrodo revestido é um processo no qual a fusão do
metal é produzida pelo aquecimento de um arco elétrico, mantido entre a ponta de um
eletrodo revestido e a superfície do metal de base a ser soldada. Durante a soldagem, o arco e
a poça metálica são protegidos da atmosfera circundante através da formação de uma cortina
gasosa oriunda da queima do revestimento e a decomposição de seus constituintes. Outras
vezes, ou mesmo conjuntamente, a proteção é feita por uma escória líquida, de densidade
menor que a do metal base, protegendo a poça de fusão durante a solidificação. Após a
soldagem, este líquido protetor se solidifica formando uma escória sólida, a qual deve ser
removida (
SANTO
S, 1995
).
O equipamento básico para soldagem com eletrodo revestido possui uma das mais
simples configurações possíveis, em comparação com outros processos elétricos. O processo
consiste de uma fonte de energia de característica estática de corrente const
ante, de um alicate
para a fixação dos eletrodos, de cabos de interligação, de materiais de segurança, de
equipamento para limpeza da solda e do eletrodo revestido propriamente dito.
Segundo Brandi (1988), o eletrodo revestido consiste de uma vareta metáli
ca,
chamada alma, trefilada ou fundida, que conduz a corrente elétrica e fornece o metal de
adição para o preenchimento da junta. Esta alma é recoberta por um revestimento formado
pela mistura de diferentes materiais, o qual tem diversas funções na soldagem como a
5
ajustagem da composição química do cordão pela adição de elementos de liga; a proteção da
poça de fusão e o metal de solda da contaminação da atmosfera; conferir características
operacionais e mecânicas ao eletrodo e à solda. Além destas, o revest
imento desempenha uma
importante função na manutenção da estabilidade do arco. Os gases provenientes da queima
do revestimento são muito mais facilmente ionizáveis do que o ar, tornando assim a abertura
e manutenção do arco mais fácil, minimizando inclusi
ve o sopro magnético
O processo com eletrodos revestidos é um dos mais utilizados devido à sua
versatilidade em termos de ligas soldáveis, operacionalidade e características mecânicas e
metalúrgicas do metal depositado. O processo puramente elétrico que ocorre enquanto durar o
arco é bem entendido quando o cátodo e o ânodo forem de materiais refratários, como grafite
e tungstênio. Em soldagem com eletrodos revestidos a existência do arco e suas propriedades
são menos conhecidas e muito mais difíceis de explicar por causa da emissão de elétrons que
é acompanhada pela transferência de metal e escória, formação de plasma, e ocorrência de
varias reações físico
-
químicas, metalúrgicas e elétricas.
Na soldagem com eletrodos revestidos, o diâmetro do eletrodo e a espessura do
revestimento são os principais parâmetros que controlam a magnitude da corrente, de acordo
com Wegrzyn (1980), enquanto que a voltagem e o comprimento do arco dependem do tipo
de revestimento e do soldador. Eles não são ajustáveis como na soldagem com o arco
protegido por gás (GMAW). Apesar do tipo de corrente e polaridade do eletrodo (CA ou CC),
a transferência do líquido e dos gases principais no arco, sempre ocorrem em uma direção, ou
seja, do eletrodo para a poça de fusão.
A presença de escória no cátodo, em particular óxidos livres emitindo elétrons, e a
atmosfera ionizada no arco, alteram consideravelmente as condições para a emissão
termoiônica. As propriedades de emissão dos eletrodos revestidos dependem da composição
do revestimento, particularmente do conteúdo de óxidos compostos de sódio e potássio nos
eletrodos rutílicos e tipos similares como fluoritas nos revestimentos dos eletrodos básicos.
Altas temperaturas ocorrem mais freqüentemente na zona catódica, onde as gotas têm alto
pote
ncial, de emissão elétrica e onde processos de ionização também ocorrem. O menor
potencial da gota no cátodo ocorre quando os eletrodos contêm em seu revestimento grandes
quantidades de compostos de potássio e seus óxidos.
6
2.2.1
Revestimentos e suas cara
cterísticas
Eletrodos revestidos para soldagem manual de aço são classificados como ácidos,
óxidos, básicos, rutílicos e celulósicos. Há um senso de que esta classificação é baseada nas
divisões metalúrgicas. As propriedades do arco e os processos que ocorrem são determinados
principalmente pelo tipo de eletrodo.
Os tipos de revestimentos quanto a composição básica podem ser (SANTOS, 1995):
a)
Rutílicos
, que tem como características:
alta proporção de rutila (TiO
2
) produzindo proteção essencialmente por esc
ória;
fácil acendimento e manutenção do arco, com poucos respingos;
menos suscetível que os demais em relação as chapas sujas (impurezas presentes na
superfície da chapa a ser soldada);
acabamento plano nos filetes;
alto teor de hidrogênio (20ml/100g).
Com
o resultado desta composição, o metal fundido do eletrodo não é altamente
oxidável, portanto, a tensão superficial é um fator mais significativo do que para os eletrodos
óxidos, e o modo de fundição envolve menos mecanismos do tipo spray do que com os
elet
rodos ácidos e óxidos. A rutila é reconhecida como um mineral que estabiliza melhor o
arco do que o ferro e o minério de manganês, mas as diferenças não são grandes, de acordo
com Wegrzyn (1980).
b)
Celulósicos
, que tem como características:
alta proporção de
celulose, produzindo proteção essencialmente gasosa;
alta tensão de arco;
alta penetração;
baixo volume de escória;
cordão de solda com alto teor de hidrogênio, tornando
-
se inadequado para soldas de
alta resistência;
acabamento do cordão ruim e com muitos
respingos.
c)
Básicos
, que tem como características:
7
alta proporção de CaCO
3
e CaF
2
, produzindo proteção mista (gases e escoria);
forte ação fluxante;
depósitos de alta qualidade e baixo hidrogênio (10-15 ml/100g ), chegando a 5
ml/100g com secagem e conser
vação apropriadas;
fornece depósitos de bom aspecto superficial;
escória mais difícil de destacar que os rutílicos;
escória de alta tensão superficial, facilitando o controle da poça de fusão,
principalmente na posição vertical ascendente, mas produzindo c
ordões convexos;
altamente higroscópicos.
Os eletrodos básicos possuem propriedades marcadamente diferentes dos outros tipos
de eletrodos. Pelo menos três propriedades distinguem estes eletrodos, ou seja, as
transferências metálicas se processam através de grandes gotas, há um importante efeito da
polaridade e estes eletrodos são, notoriamente, de difícil soldagem em corrente alternada
(CA).
2.3
Transferência metálica na soldagem com eletrodos revestidos
Os modos de transferência do metal encontrados na soldagem com arcos manuais, é
similar aqueles encontrados no processo MIG (Metal Inerte Gás), segundo Norrish (1988),
mas o fluxo do revestimento do eletrodo tem influência no comportamento da transferência
metálica ou tem efeitos mecânicos na poça de fusão. A transferência metálica está ligada à
soldabilidade de um dado metal ou liga, sendo relacionada com a estabilidade do arco,
posição de soldagem, quantidade de respingos, penetração, ciclo térmico de soldagem e
qualidade da solda. O conhecimento de como se processa a transferência também tem sido
utilizado para aperfeiçoar e automatizar processos de soldagem, segundo Wyant et. al. (1948),
Brandi e Taniguchi (1988, 1990).
Segundo o Instituto Internacional de Soldagem (IIW, 1977) a transferência metálic
a
pode ser divida em três grupos: transferência por vôo livre , por
contato
e
protegida pela
escória
.
A transferência por vôo livre abrange a transferência globular, a transferência por
pulverização e a transferência por explosão. A transferência por contato engloba a
transferência por curto-circuito e a transferência por contato ininterrupto. A transferência
8
protegida pela escória engloba a transferência guiada pela parede do fluxo fundido. A
Figura
2.1
, mostra esquematicamente os modos genéricos de tr
ansferências metálicas. Observando
-
se
essa figura, vê-se a transferência por gotas (a), por repulsão (b), por projeção (c), por
pulverização axial (d), por pulverização rotacional (e), por explosão (f), por curto-circuito (g)
e guiada pela parede do fluxo
fundido (h).
Figura 2.1
Ilustração dos diversos modos de transferências metálicas
(BRANDI, 1990)
Apesar do exposto, de acordo com Pokhodnya et. al. (1990), os modos mais comuns
de transferência encontrados para eletrodos revestidos são através de grandes gotas, de
explosões e de pequenas gotas.
As transferências por explosão são típicas de revestimentos ácidos ou orgânicos, onde
acontecem intensos respingamentos. No mecanismo de transferência metálica, as gotas
fundidas na ponta do eletrodo são transferidas para a poça de fusão quando atingem certo
diâmetro, onde a força da gravidade supera as forças de tensão superficial, de evaporação
metálica e devido às reações químicas, segundo Brandi (1988) e Chen et. Al. (1989).
Transferências metálicas por gotas podem estar associadas a curtos-circuitos, ou não,
sendo que neste caso, a gota atinge a poça de fusão por vôo livre. Nas transferências através
de explosões, onde diz-se que houve curto-circuito mas não houve transferência metálica, as
gotas se separam da ponta do eletrodo de forma aleatória. De acordo com Pokhodnya et. al.
9
(1990), existe um ciclo de transferência metálica por curto circuito conforme mostrado na
Figura 2.2. Esta figura mostra um oscilograma típico da tensão do arco na soldagem com
curtos
-circuitos causados por transferências metálicas por gotas para a poça de fusão. Essers
et. al. (1971) afirmam ainda que transferências de grandes gotas para a peça é raramente
acompanhada por curto-circuito, que podem ser vistos nos oscilogramas, enquanto que as
transferências por pequenas gotas causa pequenas ondulações nos oscilogramas.
Figura 2.2
-
Oscilograma da cor
rente e tensão e fases do arco na transferencia por curto
-
circuito (WELDING HANDBOOK (1976)).
Do oscilograma, Figura 2.2,
observa
-se os períodos de crescimento da gota t
2
(F
-I) e
de transferência t
1
(A
-E). No começo da transferência da gota (curto-
cir
cuito zona 1-2), a
voltagem do arco cai a alguns volts, e durante a transferência (zona 2-3), apresenta lento
crescimento. O final da transferência (rompimento da ponte líquido/metal) é acompanhado de
um grande salto na voltagem do arco até seu valor máximo (zona 3-4). O ponto 4 é referido
como pico de reignição do arco.
De acordo ainda com Pokhodnya (1983), aumentando-se significativamente a
corrente, a quantidade de curtos circuitos decresce rapidamente. O número de curtos-
circuitos
também diminui com o aumento do comprimento do arco. Nas transferências metálicas
através de gotas, mas sem curtos-circuitos, a tensão do arco não varia tão rapidamente, e não
10
atinge valores tão baixos, e o tempo t
1
é consideravelmente menor. Pokhodnya et. al. (1983,
1990), afirma que para haver transferência metálica durante um curto circuito, este deverá ser
maior que 2 ms, e que há uma relação quantitativa entre o tempo de curto circuito e a
dimensão das gotas transferidas.
Pokhodnya et al (1990) e Brandi (1988) afirmam que pode ocorrer durante uma
soldagem, a combinação dos três tipos de transferências ao mesmo tempo, com
predominância de um dos três tipos
Com relação aos tipos de eletrodos há consenso nos modos de transferência. Assim,
eletrodos
básicos
tendem a transferência por curto circuito, em baixas correntes e do tipo
globular
em altas correntes enquanto que os eletrodos rutílicos geram tamanhos de gotas
médias (POKHODNYA
et. al.
, 1990
). Brandi (1988) afirma, ainda, que o tipo de transferência
do eletrodo básico é similar ao do eletrodo rutílico. A diferença está na freqüência de curto-
circuito que é menor e o tamanho da gota que é maior. Eletrodos do tipo
celulósico
tem altas
taxas de transferência e pequenos tamanhos de gotas, caracterizando a transferência por spray
projetada além de verificar
-
se também muitos curtos
-
circuitos, de acordo com Norrish (1988),
Brandi (1990) e Pistorius (1997). Este tipo de eletrodo aparentemente possue bolhas de gás
em seu interior, influenciando bastante no modo de transferência metálica de acordo com
Brandi (1990c) e Essers et. al. (1971).
Outro fator importante a ser considerado na transferência metálica do eletrodo rutílico
por exemplo, é que existe a presença de bolhas de gás na gota e que ela é levada a explodir
no momento da transferência, influenciando bastante no modo de transferência metálica,
segundo Brandi e Taniguchi (1988), Chen et. al. (1996).
Considerando o aspecto da presença de bolhas de gás no interior da gota, Larson
(1942) propôs um modelo para caracterizar o seu modo de expansão. Apesar do mecanismo
ser preponderante para soldagem sobre-cabeça, ele explica bem o que acontece também na
posição plana, Figura 2.3. Segundo ele a bolha de gás no interior da gota pode se comportar
de duas maneiras, ou seja, esta bolha pode se expandir e acabar por explodir a gota metálica
sem que tenha sido formado um curto-circuito ou então expandir, tocar a poça de fusão e
somente depois explodir a gota metálica. O tipo preponderante de transferência depende da
taxa de aquecimento, da geração do gás no interior da bolha, da tensão superficial entre a gota
e a escória, da viscosidade da gota líquida. Se a taxa de aquecimento for elevada, ocorre a
expansão do gás com maior rapidez, ocasionando a explosão da gota. O mesmo ocorre com a
11
geraçã
o de gás, porém com a diferença de que um aumento na temperatura diminui a
quantidade de CO formado porque a reação é exotér
mica.
Figura 2.3
-
Mecanismo de transferência metálica (LARSON,1942).
De acordo com Chen et. al. (1996), para o eletrodo básico, o principal processo
causador de salpicos (respingos), é a explosão do gás CO no interior da bolha, no momento
do destacamento da gota por curto-circuito, e o conseqüente incremento da corrente neste
momento realça significativamente este processo. Portanto, o controle da corrente é o
principal fator para diminuir a quantidade de respingos.
Lancaster (1971) afirma que para o eletrodo rutílico há formação de gás CO no
interior da gota e este fato faz com que a transferência ocorra em forma de pequenas gota
s
com diâmetros entre 1 e 3 mm, não havendo portanto transferência por spray neste caso.
Brandi (1988) diz que o eletrodo rutílico possui o arco mais estável porque consegue aliar
tamanhos de gotas relativamente pequenas com uma quantidade de respingos men
or,
comparando com os outros dois eletrodos.
Para o eletrodo celulósico, Brandi (1988) diz que o diâmetro médio das gotas é de 1,82
mm e que uma grande quantidade delas deve explodir antes que haja curto
-
circuito, sendo este
um dos mecanismos propostos por Larson (1942). Neste caso há também evidências de
formação de bolhas de gás no interior da gota, conforme afirma Wegrzyn (1980), favorecendo
12
a transferência por spray. Lancaster (1971) afirma que para eletrodos rutílicos, básicos e
celulósicos, os diâmetr
os das gotas transferidas estão na faixa de 1 a 3 mm de diâmetro.
A
Figura 2.4 mostra um esquema de bolha de gás no interior de gota e suas
respectivas circulações, para o eletrodo rutílico. Quanto maior a tensão superficial entre a gota
e a escória e quan
to mais viscosa for a gota, maior a probabilidade de ocorrer curto circuito.
Figura 2.4
-
Esquema de circulação de uma bolha de gás no interior
da gota em um eletrodo rutílico (BRANDI,1988)
Além de todas as considerações anteriores, Wainer (1992) destaca que a posição de
soldagem também influencia na transferência. Desta forma gotas menores são obtidas quando
o eletrodo é mantido na posição horizontal, devido possivelmente a uma diminuição do efeito
da tensão superficial entre o metal fundido e a escória.
2.4
Forças atuantes nas transferências metálicas
As forças que agem na gota metálica são dependentes de um certo número de fatores,
e na prática são difíceis de serem quantificadas. Por exemplo, a tensão superficial é função da
temperatura, da composição e da forma da gota fundida. A forma da gota muda durante esta
evolução resultando numa mudança da magnitude da força de tensão superficial. Similares
mudanças ocorrem com outras forças dominantes, em geral, o comportamento d
o
destacamento da gota da ponta do eletrodo deve levar em conta o tempo de ocorrência do
fenômeno.
13
De acordo com Brandi (1988), as forças que podem agir na gota promovendo a
transferência metálica são:
Força devido a ação da gravidade;
Força devido a tensão superficial (tensão superficial entre a gota e o metal de adição e
entre a gota e a poça de fusão);
Força eletromagnética ou força de compressão (efeito pinch);
Força aerodinâmica (força de arraste do plasma e do gás de proteção);
Força devido a evapor
ação metálica e a reações químicas;
Forças mecânicas externas.
A transferência metálica é influenciada pelo balanço de forças que atuam em um dado
instante. Este balanço é função dos parâmetros de soldagem, geometria do metal de adição,
tipo de metal de
adição, geometria do arco, posição de soldagem, composição do revestimento
ou fluxo, pressão local e equipamento de soldagem.
De acordo com Brandi (1990, 1991), as forças predominantes no mecanismo de
transferência metálica na soldagem com eletrodos reve
stidos são:
Força devido a tensão superficial
Wegrzyn (1980) afirma que a viscosidade do metal líquido e da escória na fundição de
eletrodos revestidos tem efeito marcante no modo de transferência, propriedades e
movimentos na poça de fusão, mas, o tipo de revestimento determina o modo predominante
da transferência. Como regra geral eletrodos básicos produzem grandes gotas. A tensão
superficial segura as gotas na ponta do eletrodo fundido e causa a adoção de formas esféricas,
retendo a gota qualquer que s
eja a posição de soldagem.
Força devido às reações químicas.
Essa força é gerada pela reação do oxigênio dissolvido na gota com elementos
desoxidantes. O produto gasoso formado expande-se de uma forma explosiva no interior
da gota. A primeira menção a este tipo de força foi feita por Doan em 1932. Erdmann-
Jesnitzer foi quem estudou esta força com mais detalhes. Segundo ele os gases presentes
no interior da bolha podem ser CO, CO
2
, H
2
, H
2
O e CH
4
(citação de BRANDI, 1988).
Para eletrodos revestidos acredita-se que as bolhas de gás são predominantemente de CO
(BRANDI, 1988; CHEN et. al., 1996).
14
Força devido a evaporação metálica.
A força devido a evaporação metálica foi citada pela primeira vez por Conrady
(1940). Segundo ele há uma pressão gerada pela mancha catódica que deforma a superfície da
gota. Lancaster (1971) acredita que esta força pode superar a força de compressão
(eletromagnéticas) no caso do eletrodo revestido. Segundo Hummitzsch (citação de BRANDI,
1988) chega-se a encontrar de 10 a 20% de vapor metálico na atmosfera do arco, mostrando
que esta força tem papel importante na transferência metálica.
Força eletromagnética ou força de compressão
-
Fc (efeito pinch);
A ação da força eletromagnética ou de compressão ocorre nos momentos finais
do
destacamento e tem sua importância no fenômeno, apesar de não ser citada como força
importante no processo de soldagem com eletrodos revestidos (BRANDI, 1988).
O primeiro estudo para quantificar esta força foi feito por Creedy e colaboradores em
1932, o
btendo a expressão:
200
2
I
Fc
Onde: I
corrente de soldagem
(2.1)
Sack (citação de BRANDI, 1988) em 1932 modificou esta relação, introduzindo as
áreas de entrada (A
1
) e saída da corrente (A
2
), chegando a relação:
)
ln(
200
12
2
AA
I
Fc
(2.2)
A partir da equação 2.2, Sack (citação de Brandi, 1988) concluiu que se a gota
metálica for deformada, formando um pescoço por exemplo, a concentração das linhas de
corrente no pescoço acentua cada vez mais a ação da força de compressão. Caso não haja a
formação do pescoço, a força tende a alongar a gota.
Para um detalhamento mais específico sobre os equacionamentos de cada força há
farta literatura disponível, como por exemplo em Brandi (1988) e
Wainer (1992).
2.5
Técnicas usadas na observação das transferências metálicas
O estudo das transferências metálicas e do comportamento do arco no processo com
eletrodos revestidos é dificultado devido aos gases gerados pela queima do revestimento e às
got
as de escória que são transferidas junto com as gotas metálicas.
15
Para o estudo do comportamento do arco com relação às transferências metálicas é
necessário a utilização de algumas técnicas particulares. A comparação entre as técnicas mais
comumente utilizadas, bem como suas vantagens, desvantagens e limitações são mostradas na
Tabela 2.1.
Técnicas
Vantagens
Desvantagens
Câmeras de vídeo de alta
velocidade.
Observação direta da
transferência da gota.
Resolução ótica
média/boa
Preparação experimental
com
plexa.
Medida imprecisa do
tamanho da gota.
Difícil distinguir a gota da
escória
Câmeras Fotográficas
Observação direta da
transferência da gota.
Preparação experimental
simples.
Boa resolução ótica.
Curto tempo de
amostragem.
Medida imprecisa do
tamanho
da gota.
Difícil distinguir gota da
cobertura de escória
Oscilogramas de voltagem e
corrente.
Preparação experimental
simples.
Possibilidade de grandes
quantidades de amostras
Observação indireta e
correlação.
Difícil caracterizar a
transferência.
Incap
acidade para
determinar o tamanho da
gota.
Incapacidade para
distinguir gota da escória.
Deposição em pratos
metálicos.
Observação direta da
transferência da gota.
Preparação simples.
Possibilidade de grandes
amostras.
Capacidade para
distinguir gotas da
escória.
As gotas podem coalescer
e fraturar em contato com
o frio (ar).
Tabela 2.1
Comparação entre as técnicas de estudo das transferências metálicas com
eletrodos revestidos.
Estas considerações bem como observações dos estudos realizados por autores como
Brandi (1988), Shinoda (1989), Baixo (1990), Chawla (1992) e Santos (1995) permitem uma
avaliação sobre as técnicas de pesquisas adequadas ao estudo do comportamento do arco e
consequentemente das transferências metálicas.
16
Dentre estas técnicas, uma das mais utilizadas são as análises do comportamento
dinâmico da tensão e corrente durante o processo de soldagem.
Observa
-
se que para avaliações
de transferências em soldagem, o monitoramento da tensão é um parâmetro mais efetivo do que
a corrente já que sendo a mesma proporcional ao comprimento do arco, a distinção entre uma
transferência por curto-circuito e a globular se torna possível. Tal distinção fundamental no
estudo de fontes de soldagem, consumíveis entre outros pode ser realizada através da
determinação de valores instantâneos obtidos dos oscilogramas da tensão do arco da soldagem
como mostrado na Figura 2.5. Consegue-se deste modo, a partir destes registros obter
parâmetros indicativos interessantes como, por exemplo (SANTOS , 1995):
ten
são média (V), o seu desvio padrão (
V) e o desvio padrão relativo (
V/V);
tensão eficaz;
períodos de curto
-
circuitos (T
c
), os seus desvios padrões e os seus desvios padrões
relativos;
tempos de curto-circuitos (t
cc
), os seus desvios padrões e os seus desvios padrões
relativos;
frequência dos curto-circuitos (F), os seus desvios padrões e os desvios padrões
relativos.
Além destes parâmetros indicativos é fundamental na distinção entre transferência
globular e por curto-circuito a definição de uma tensão de referência abaixo da qual se verifica a
ocorrência de curto-circuito. Na literatura encontra-se variações de 7-13 V para este nível, como
destaca Santos (1995). Entretanto, para que efetivamente ocorra transferência por curto
-
circuito é
necessário defini
r o tempo mínimo de curto
-
circuito que transferem gota metálica. Para eletrodos
revestidos este valor varia de 1,5 a 3,5 ms (SANTOS, 1995). A partir destes critérios e ainda
considerando os equacionamentos mostrados na
Tabela 2.2
, pode
-
se ter uma análise m
ais segura
da influência da transferência metálica na estabilidade do arco.
Tais considerações servirão de base para a seleção da melhor técnica aplicada a este
trabalho.
2.6
Estabilidade do arco
A estabilidade de um arco elétrico é uma das propriedades fundamentais para o
desenvolvimento da soldagem, sendo este um dos fenômenos bastante estudado até hoje.
Entretanto o conceito de estabilidade é muitas vezes mal empregado, pois, vários fenômenos
fazem com que surjam estes erros de interpretação.
17
Figur
a 2.5
-
Variáveis utilizadas na determinação dos modos de tra
nsferências
e índices
de estabilidade num oscilograma típico de tensão (fonte).
Variáveis
Índices
Considerações
Análise
Facilidade de
ocorrência de
curto
-
circuito
F
tm
=1/tcc*1000 (s
-1
) t
cc
-
Tempo médio de
curto
-
circuito (ms)
T
c
-
Período médio de
transferência (ms)
Quanto maiores estes
índices, maiores serão as
facilidades de ocorrência
de curtos
-
circuitos e de
transferência metálica por
curto
-
circuito.
Facilidade de
transferência
da
gota no curto
-
circuito
F
cc
=1/T
c
*1000 (s
-1
)
Regularidade da
transferência de
metal
R
cc
=T
c
/ T
c
R
tm
=tcc/
t
cc
T
c
-
Desvio padrão
dos valores de T
c
(ms)
t
cc
Desvio padrão
dos valores de t
cc
(ms)
Quanto maiores estes
valores, maior é a
regularidade de
transferência de metal
verificada no curto
-
circuito.
Tabela 2.2
-
Equacionamentos para estudo de transferências metálicas (SANTOS, 1995).
Um arco é considerado estável quando o escoamento de calor é uniforme e a
deposição do material de adição é regular em face dos fenômenos transientes que ocorrem
durante a transferência Wegrzyn (1980). Analisando o arco do ponto de vista da estabilidade,
quanto menor a gota, mais estável é o arco. Segundo Brandi (1988), quanto menor a gota,
maior sua temperatura. Como a gota também transporta energia, isso aumentaria a
temperatura da poça de fusão, aumentando sua fluidez e dificultando, por exemplo, a
18
soldagem fora de posição. A influência da transferência de carga elétrica na estabilidade do
arco pode ser percebida durante um curto-circuito em CC, onde o comprimento da coluna do
arco é nulo, enquanto que a corrente permanece elevada. De acordo com Farias (1993), a
avaliação da facilidade de transferência de carga pode ser analisada como a medida do
restabelecimento da c
ondutividade elétrica da coluna do arco, o que também depende da fonte
de energia. Por outro lado, as causas da desestabilização do arco, segundo Brandi (1988),
citando Ludwig (1933), pode ser entendida como a perturbação da emissão de elétrons na
mancha
catódica,
Figura 2.6, devido ao transiente que ocorre durante a interrupção do arco
ou a uma diminuição no gradiente de tensão na coluna do arco que dificulta a sua ionização.
A estabilidade de um arco pode ser avaliada de várias formas quer seja pelo som
oriundo da solda, pelo comportamento da tensão do arco, pelo formato do cordão, ou ainda
pelo nível de salpicagem.
A avaliação do arco pela sua aparência ou ruído, é feita de uma forma macroscópica.
Isto é, um eletrodo que permite soldagens com um arco geometricamente constante, com
níveis de ruídos homogêneos e poucos salpicos pode ser considerado um eletrodo de arco
estável. Porém, como se sabe, estes aspectos são influenciados enormemente pelo tipo de
revestimento, transferência do metal e tipo de corrente (FARIAS et. al., 1984). Desta forma,
somente equipamentos de alta sensibilidade pode detectar as diferenças nos níveis de ruído
entre diferentes arcos de soldagem ou até mesmo a presença de ruídos externos, dificultando
sobremaneira uma avaliação mais
precisa da estabilidade do arco.
Figura 2.6
-
Exemplo de coluna de arco com as respectivas
manchas catódica e anódica.
19
Sob este aspecto, técnicas computacionais mais modernas, como a utilização de redes
neurais, tem sido exploradas objetivando contornar estes problemas porém ainda sem sucesso
(
BURGER, 1992
).
Uma outra forma de avaliação é pelo valor de tensão do arco, onde alguns consideram
que os eletrodos que trabalham com menor tensão do arco, incluindo a tensão inicial para
abertura, tem arco mais estável.
A explicação estaria no fato de que uma menor tensão de arco para as mesmas
condições implica em uma atmosfera mais fácil de ionizar (
FARIAS
et. al
., 1984).
Hoje, sabe-se que um fator muito importante que governa a estabilidade, é a
característica dinâmica do arco, isto é, o comportamento da tensão com o tempo. Um arco
para se tornar estável dever manter sua coluna ionizada mesmo quando por motivos tais
como, soldagem em CA ou transferência por curto circuito, a tensão atinja durante curtos
intervalos de tempo, valores insuficientes para mantê
-
lo aberto. A reignição será tão mais fácil
quanto maior o grau de ionização em que se mantiver o arco. A estabilidade estaria, pois,
relacionada com a facilidade de reignição.
Dentro os mecanismos influentes na estabilidade do arco de eletrodos revestidos, as
transferências metálicas assumem um papel fundamental, principalmente quando a soldagem
é realizada em corrente contínua (
POKHODNYA
et. al.
,
1983
). Assim sendo, mudanças nos
valores instantâneos da corrente e tensão de soldagem, também chamadas de representação
funcional, podem ser utilizadas para avaliar o tipo de transferência metálica que está
ocorrendo e a estabilidade do arco.
No mecanismo de transferência por spray com soldagem em corrente contínua a
temperatura na coluna do arco pode ser considerada estável. Na condição de curto-circuito, a
temperatura de fusão do eletrodo varia continuamente, e parece improvável que os gases e
vapores na coluna do arco estejam em equilíbrio (WEGRZYN, 1980). A temperatura dos
gases na coluna do arco flutua mais ou menos em relação à duração do curto
-
circuito.
Na soldagem com eletrodo revestido, o modo mais comum de transferência metálica
conforme relatado anteriormente é o curto-
cir
cuito (BRANDI, 1988). Para haver curto-
circuito a gota deve ter tamanho relativamente grande comparado com o comprimento do
arco. No momento do curto-circuito, o arco é interrompido causando uma instabilidade no
mesmo. Sob este mesmo ponto de vista, Pokhodnya et. al. (1983) afirmam que quanto
menor
a
corrente
de abertura ou
maior
a
tensão
de abertura, mais instável é o arco. Além disso,
quanto maior o tempo de curto-circuito, mais instável é o arco. Estes autores ainda afirmam
20
que o tempo de curto circuito é diretamente proporcional ao tamanho da gota transferida.
Portanto, quanto maior o tamanho da gota, mais instável é o arco.
Quando a soldagem é fora de posição, o arco deve ser o mais estável possível para que
o soldador consiga realizar a solda sem muit
a dificuldade.
No caso de eletrodos revestidos tem-se duas situações antagônicas. A soldagem fora
de posição é feita preferencialmente por transferências do tipo curto-circuito e, portanto, com
gotas grandes. Por outro lado, o arco elétrico é mais estável
para gotas pequenas.
Com o eletrodo revestido ocorre a explosão de bolhas de gás no interior da gota que
pode diminuir o tamanho da gota mas gerar um transiente que influi na estabilidade do arco.
Quanto maior a quantidade de respingos, maior a possibilidade da deposição do material de
adição ser irregular, consequentemente deixando o arco mais instável.
Portanto, para se avaliar a instabilidade do arco deve-se levar em conta, também, tanto
o tamanho da gota, quanto a quantidade de respingos, conforme afirma Brandi (1988). A
situação ideal seria o menor tamanho de gota possível com a menor quantidade de respingos.
Portanto, as variáveis que influem no tamanho da gota e na quantidade de respingos são:
diâmetro do eletrodo, tipo de revestimento, corrente de soldagem, polaridade e posição de
soldagem.
Santos (1995) citando Bollmann e Rehfeldt (1988), diz que a determinação de
parâmetros do arco de soldagem com eletrodos revestidos, os quais podem ser obtidos dos
oscilogramas da tensão e corrente de soldagem, contém informações sobre fatos físicos da
coluna do arco, tais como emissão de elétrons, transferência metálica e condutividade.
Assim, uma completa análise do processo de soldagem permite afirmações objetivas e
quantificadas a respeito de:
transferência m
etálicas
comportamento da reignição após o curto circuito
estabilidade do arco
soldabilidade em corrente alternada.
Estes autores afirmam que o processo de soldagem a arco é mais estável se este
queimar sem grandes movimentos espontâneos e deflexões, os qu
ais produzem altas variações
na tensão de soldagem. Deste modo, o desvio padrão e o fator de variação da tensão média do
arco podem ser usados como medida do grau de estabilidade do arco.
Farias et al (1984), estudando vários critérios de avaliação da estabilidade do arco
voltaico, concluiu que a análise através da característica dinâmica do arco, que é definida
21
como o comportamento da tensão e corrente durante a variação no tempo, permite verificar o
quanto varia a energia consumida pelo arco no decorrer do tempo, analisando-se a condição
de regime térmico do mesmo. Estes autores propuseram um índice para avaliar a estabilidade
em corrente alternada, cuja equação é mostrada na
equação 2.3
.
)
2
(
2
1
1
1
Voc
V
arcsen
V
If
B
i
i
(2.3)
onde,
B
i
- Índice de estabilidade |
-1
s
-1
|; f
i
- Freqüência da corrente (Hz); I
1
- Corrente no
momento da reignição do arco (A) ; V
1
- Tensão de reignição do arco (V); Voc - Tensão em
vazio (V);
-
ângulo de
defasagem entre a corrente e a tensão em vazio (graus).
Farias et. al. (1984) estabelece que quanto maior o valor de B, maior será a
estabilidade do arco, e este índice cresce com a corrente, freqüência, valor eficaz da tensão em
vazio, e decresce com a tensão de reignição e ângulo de defasagem.
Em suma, a análise da flutuação do grau da voltagem, corrente, número e duração dos
curtos
-circuitos, medidos através de oscilogramas, possibilitam avaliar a estabilidade do arco.
Tais análises propiciam não só a avaliação da magnitude da variação, mas a exata forma de
onda de variação, indicando ainda o número de curtos-circuitos presentes e a correspondente
mudança na corrente do arco. Como extensão deste tipo de análise, a própria utilização de
FFT (Fast Fourier
Transform) pode conduzir a informações importantes do comportamento da
soldagem como observado por Chawla (1992). Este fato possibilita um completo estudo
estatístico dos valores da voltagem e corrente de soldagem, sendo esta uma das metodologias
a serem
aplicadas neste trabalho.
2.7
Aspectos Econômicos da Soldagem com eletrodos revestidos
O consumo, a produção e o rendimento de deposição caracterizam os aspectos
econômicos da soldagem com eletrodos revestidos. De acordo com Santos (1995) citando
Farias (
1993),
estes aspectos dependem do tipo de eletrodo, do tipo da fonte de energia e dos
demais parâmetros de soldagem. O consumo real do eletrodo ou taxa de fusão (TF) é maior
que a produção de material de adição ou taxa de deposição, devido as perdas nas
t
ransferências de massa, principalmente aquelas geradas por formação de respingos.
A taxa de fusão (TF) representa a quantidade material da alma fundida enquanto que a
taxa de deposição (TD) representa a massa de material depositada durante um determinado
tempo de soldagem. Desta forma, o rendimento de deposição real (RD) está relacionado com
22
a quantidade de material perdido por salpicos ou pela escória, e a quantidade de metais
contidos no revestimento transferido para a solda, sendo calculada pela relação
entre produção
e consumo do eletrodo expressa em porcentagens. Este tratamento foi utilizado neste
trabalho.
Conforme mostrou-se anteriormente, os fatores que mais influenciam o consumo do
eletrodo são o seu diâmetro e a composição química da alma, a polaridade e a intensidade de
corrente utilizada.
Segundo Quites e Dutra (1979a), quanto maior a energia de ionização da atmosfera do
arco para eletrodos revestidos, com comprimentos de arco iguais, maior será o consumo do
eletrodo, maior a freqüência de passagem de gotas do eletrodo para a peça, e menor será o
diâmetro médio das mesmas.
Outro fator importante já mencionado, é a viscosidade superficial da gota que impede
a separação da mesma da ponta do eletrodo, necessitando-se de correntes mais elevadas para
ocorrer a transferência. Assim sendo, quanto maior for o teor de gás dissolvido no interior da
gota, menores serão as forças viscosas, e em conseqüência, maior será o consumo do eletrodo.
Desta forma, o tipo de revestimento do eletrodo exerce influência na transferência, de acordo
com Quites e Dutra (1979b).
Estes autores afirmam ainda que, quando eletrodos trabalham na mesma faixa de
corrente, o rutílico apresenta maior produção, embora o eletrodo básico com pó de ferro
apresente produções maiores porque permite correntes mais elevadas. Já o eletrodo celulósico
apresenta menores produções, embora o consumo seja intermediário entre o rutílico e o
básico. Isto se deve provavelmente pela grande quantidade de salpicos gerados por este
eletrodo, causando baixo
rendimento de deposição metálica.
O eletrodo rutílico E6013 produz o arco mais estável e baixo nível de respingos por
causa do pequeno tamanho das gotas transferidas. A presença de titânio ou rutila (TiO
2
) em
seu revestimento, faz com que o mecanismo de transferência envolvido seja menos por spray
do que para os eletrodos ácidos. A rutila é reconhecida como um mineral que estabiliza
melhor o arco do que o aço e o minério de manganês, mas as diferenças não são grandes
Wegrzyn (1980).
Para o eletrodo básico E7018, Brandi et. al. (1991) mostram que a polaridade tem
efeito contrário nos diâmetros característicos das gotas transferidas. Isto acontece devido a
composição do fluxo do revestimento e reações químicas que ocorrem entre o metal e a ponta
fundida do eletrodo. Wegrzyn (1980) afirma ainda que a presença de carbonato de flúor
(CaF
2
) no revestimento, causa um decréscimo do ponto de fundição e da viscosidade da
23
escória, sendo que a presença de fluoritas, soldando na polaridade negativa, a voltagem do
arco e
o espalhamento aumentam.
Para o eletrodo celulósico, Brandi et. al. (1991) diz que a polaridade é a variável que
mais afeta o tamanho das gotas transferidas, bem como a quantidade de respingos. Wegrzyn
(1980) salienta que estes eletrodos possuem em seu revestimento mais de 30% de celulose.
Este tipo de eletrodo produz predominantemente gases tais como CO e CO
2
. Esta grande
quantidade de gases produzidos pelo revestimento associada à presença de grandes
quantidades de silica (SiO
2
) e a menor presença de alumina (Al
2
O
3
) faz com que a voltagem
do arco alcance 50V, favorecendo penetrações profundas.
De fundamental importância na determinação dos fatores econômicos que influenciam
em uma soldagem é a formação de respingos. De acordo com Santos (1995) referi
ndo
-se a
Farias (1993), incluindo Brandi (1988) as principais fontes de respingos na soldagem a arco
voltaico são:
Evolução dos gases: explosão da gota e/ ou da poça de fusão;
Curto circuito ou desintegração explosiva do "pescoço" (efeito "constricção", de
vido
às forças de compressão na transferência por curto
-
circuito);
Desintegração da gota devido ao tamanho excessivo;
Transferência irregular de metal devido a movimentação das manchas catódicas e
anódicas;
Impacto do arco sobre a poça de fusão no instante
de sua reignição após curto
-
circuito;
Choque das gotas na poça de fusão e
Instabilidade do arco devido a presença de íons negativos (íons negativos de flúor por
exemplo), que barram o fluxo de elétrons.
Quanto menor a viscosidade da gota, maior a quantid
ade de respingos
Pode
-se reduzir as perdas por respingos na soldagem com eletrodos revestidos
controlando
-se a composição do revestimento, de modo a garantir o efeito "canhão", ou,
quando possível, ajustando a indutância da fonte de soldagem, de modo que a taxa de
crescimento da corrente no momento do curto-circuito seja tal que não haja o crescimento
violento da temperatura na região do "pescoço" (SANTOS, 1995). Este procedimento vem
sendo aprimorado por meio do desenvolvimento de circuito, adaptados às fontes de energia,
que controlam a variação da corrente durante o curto circuito (FARIAS, 1993). Para um
determinado tipo de eletrodo e fonte de soldagem, pode-se, ainda, reduzir a quantidade de
respingos pela seleção correta dos parâmetros de soldagem.
24
2.8
Aspectos e geometria dos cordões de solda
A geometria do cordão caracterizada principalmente por sua largura, pelo reforço, pela
diluição, pela penetração, pela convexidade do cordão, pelas áreas de reforço e de penetração,
entre outros influenciam a resistência mecânica da junta soldada, principalmente no limite de
resistência à fadiga (FARIAS, 1993).
A penetração da solda é maior, quanto maior for a concentração e intensidade de
energia e quanto maior for a escavação do arco. A concentração de energia é função do
diâmetro do arco, e este é tanto menor, quanto menor for o seu comprimento, maior sua
condutividade térmica e menor o diâmetro do eletrodo (FARIAS, 1993). A intensidade de
energia aumenta a medida em que aumenta a corrente e diminui a velocidade de soldagem
para a mesma atmosfera do arco.
De acordo com Farias (1993), citando Lancaster (1971), a penetração na soldagem é
gerada basicamente da pressão exercida pela força do arco sobre a poça fundida, a qual
comprime a superfície líquida para uma penetração profunda. Essa força resulta da inércia de
um fluxo de gotas metálicas ou de um jato de gás colidindo com a poça de fusão, ou uma
combinação dos dois mecanismos (SANTOS, 1995). Normalmente para qualquer intensidade
de corrente, a penetração é inversamente proporcional à velocidade de soldagem e ao
diâmetro do eletrodo.
A largura do cordão de solda é tanto maior quanto maior for o diâmetro do arco e
menor a viscosidade e tensão superficial da escória. Ela é inversamente proporcional à
velocida
de de soldagem e diretamente proporcional à tensão de soldagem e ao diâmetro do
eletrodo, os quais afetam a área sobre a qual a força do arco é dissipada. A influência da
corrente de soldagem, comprimento do eletrodo e composição do fluxo na largura do cor
dão é
mais difícil de determinar. Geralmente em CC, a largura aumenta com a corrente até um valor
crítico, a partir do qual começa a diminuir. Em CA verifica-se pouco efeito da corrente sobre
a largura da solda (FARIAS, 1993).
Com relação ao reforço, sua forma é determinada pela largura da poça de fusão, pelo
volume de metal adicionado, pela pressão hidrostática sobre o metal líquido, pela presença de
escória e, em correntes elevadas, pela velocidade de movimentação do metal líquido. O
reforço do cordão de solda aumenta com a redução do diâmetro do arco, com o aumento da
área adicionada da solda, da viscosidade e tensão superficial. Logo independe do tipo de
corrente e polaridade, e é diretamente proporcional à corrente de soldagem. Reduções na
tensão, velocidade de soldagem e no diâmetro do eletrodo aumentam o reforço do cordão de
25
solda. Experimentos tem comprovado que o reforço é maior em CC- e menor em CC+, com
valores intermediários em CA (
FARIAS 1993
).
A área da seção transversal do cordão de solda (S) é diretamente proporcional à
corrente de soldagem e inversamente proporcional à velocidade de soldagem e ao diâmetro
do eletrodo. De acordo com Farias (1993), não há relação bem definida entre a área da solda e
o comprimento do eletrodo. Assim sendo, po
de
-se ver que muitos fatores afetam direta ou
indiretamente as características geométricas do cordão de solda. Dentre eles estão a
composição dos gases e fluxos, e a composição química do metal de base. Estes fatores
podem afetar significativamente a tensão de soldagem, a configuração e a estabilidade do
arco, a função de trabalho das superfícies do cátodo e ânodo, além de influenciarem nas
propriedades físicas dos gases e escórias, no tipo de transferência de metal de adição e na
força do arco de acordo co
m Santos (1995) citando Farias (1993).
O calor gerado na coluna do arco depende da corrente e tensão de soldagem. Logo,
quanto maior a corrente ou tensão, maior a quantidade de calor gerado e maior a quantidade
de material de base fundido, consequentement
e, maior a zona termicamente afetada (ZTA).
2.9
Considerações finais sobre a revisão bibliográfica
Na revisão bibliográfica, procurou-se fazer um apanhado geral sobre as publicações
científicas mais significativas do processo com eletrodos revestidos bem como dos fatores
associados à estabilidade do arco e formas de transferências metálicas, dos métodos de
aquisição de dados. Mostrou
-
se também alguns aspectos econômicos da soldagem, utilizando
-
se conceitos de produção, consumo e rendimento de deposição pa
ra eletrodos revestidos.
A concentração da revisão nestes itens foi devido à necessidade de se desenvolver uma
metodologia de análise baseada na utilização do coeficiente de variação da tensão (CV) e na
aplicação das Transformadas Rápidas de Fourier (FFT) para este fim. Para a aplicação desta
metodologia e para forçar o aparecimento dos vários tipos de transferências, foi necessário o
desenvolvimento de um protótipo para soldagens automáticas com eletrodos revestidos, sendo
os dados obtidos, comparados com a soldagem manual (feita por soldador). A construção do
banco de ensaios é apresentada no capítulo 4. Ressalta-se também as dificuldades em se
encontrar publicações científicas referentes a estudos comparativos sobre eletrodos revestidos
no que concern
e a tratamentos econômicos.
A seguir, no capítulo três, será desenvolvida a metodologia de análise baseada nas
Transformadas Rápidas de Fourier (FFT) e no Coeficiente de Variação (CV)
26
Assim sendo, as qualidades superficiais do cordão de solda, a análise
dos oscilogramas
de tensão e corrente para identificar a estabilidade do arco bem como o provável tipo de
transferência presente, a área de penetração da solda, o rendimento de deposição metálica e as
Transformadas Rápidas de Fourier (FFT) serão utilizadas principalmente nas análises dos
resultados obtidos.
27
CAPÍTULO 3
COMPARAÇÃO ENTRE SOLDAGENS ATRAVÉS DA
ANÁLISE DE VARIAÇÃO DA TENSÃO
Em soldagem muitas avaliações estatísticas são necessárias para se realmente extrair o
verdadeiro significado, nem sempre aparente, de determinadas influências de variáveis
diretamente no processo. Tais avaliações são imprescindíveis quando se trabalha com sinais
dinâmicos, sujeitos a diferentes perturbações. Nestes casos, além dos aspectos e
statísticos
deve
-se também procurar a utilização de novas ferramentas que permitam retrabalhar estes
sinais e processá-los de tal forma a gerar novas informações antes imperceptíveis. Tais
ferramentas podem ser adaptadas através da utilização de transformadas rápidas de Fourier e
consequentemente de filtros digitais possibilitando criar novas potencialidades para análises
de sinais dinâmicos. Nos ítens seguintes, estas considerações serão avaliadas no sentido de
poder utilizá-las para, num primeiro momento, permitir comparações entre soldagens e, numa
segunda fase, realizar estudos comparativos entre diferentes tipos de transferências metálicas
obtidas de soldagem com diferentes tipos de eletrodos revestidos, bem como avaliações
econômicas.
3.1
Coeficiente
de Variação (CV)
O coeficiente de variação é um importante índice estatístico para análise de sinais
flutuantes. Para melhor entendimento de como se interpreta o coeficiente de variação, imagine
dois grupos de resultados obtidos para a tensão durante uma soldagem qualquer. No primeiro
grupo, os resultados obtidos através da aquisição de dados foram:
3,1 e 5 V
VX 05,4
e no segundo grupo os resultados obtidos foram:
55, 57 e 53 V
No primeiro grupo, a média dos resultados obtidos é 4,05 V e no segundo grupo, a
média dos resultados é 55 V. Nos dois grupos a dispersão dos dados é a mesma. Ambas têm
variância S
2
= 4. Mas a diferença de 2 V são mais importantes no primeiro grupo, que tem
média 3, do que no segundo grupo que tem média 55
.
28
Agora vejamos os coeficientes de variação:
No primeiro grupo o coeficiente de variação (CV) é:
CV = 2/3 = 0,6667
No segundo grupo o coeficiente de variação (CV) é:
CV = 2/55 = 0,0364
Um coeficiente de variação igual a 0,6667 indica que a dispersão
dos dados em relação
à média é muito grande, ou seja, a dispersão relativa é alta. Já um coeficiente de variação de
0,0364 indica que a dispersão dos dados em relação à média é pequena. Em outras palavras, a
diferença de 2 V são relativamente mais importantes no primeiro grupo, que tem média 3 (o
coeficiente de variação é 0,6667), do que no segundo grupo, que tem média 55 (o coeficiente
de variação é 0,0364). Então, o coeficiente de variação mede a dispersão em relação à média.
Portanto, um resultado ideal significa ter uma dispersão em relação à média muito
pequena, o que significa dizer, que a curva é estável, não tendo grandes oscilações e
diferenças de amplitude e deste modo o coeficiente de variação tenderia a zero, que é o ideal.
No caso da soldagem, de posse da característica dinâmica da tensão, que representa melhor a
variação do comportamento do arco que a corrente, tal análise poderia ser feita para se avaliar
a estabilidade da soldagem utilizando diferentes eletrodos onde um menor coeficiente de
variação (razão entre o desvio padrão e a média das medidas) certamente garante uma melhor
estabilidade do arco de soldagem. Este conceito foi aplicado neste trabalho caracterizando a
metodologia para avaliação de soldagens, melhor explicada a seguir:
Foi
verificada a aplicabilidade desta técnica de análise no controle da tensão via
filtragem dos sinais no domínio da freqüência para eliminar-se as interferências provocadas
pelos tipos de transferências. Esta técnica foi aplicada na comparação entre soldage
m
automática e manual, sendo os resultados apresentados e analisados no capítulo 6.
3.2
Coeficiente de variação da tensão de soldagem como forma
de avaliação de soldagens
É conhecido que a melhor forma de se avaliar um arco em soldagem é pelo controle d
e
seu comprimento de arco. Sabe-se também que o comprimento do arco é proporcional a
tensão de soldagem, isto é, quanto mais próximo o soldador estiver soldando do material base,
menor será o valor da tensão de soldagem correspondente. Obviamente que nem sempre o
registro puro e simples do valor da tensão num instante qualquer traduz o comprimento do
29
arco real, já que outros tipos de influência também ocorrem, como por exemplo, o tipo de
transferência de gotas.
Considerando a característica dinâmica da tensão, isto é, o registro das variações de
tensão como uma função do tempo, poderíamos afirmar que quanto menor for o desvio padrão
da tensão média de soldagem e, consequentemente, menor coeficiente de variação (
/Vm),
teoricamente melhor poderá ser o cordão de solda gerado por um sinal mais estável mantido
pelo equipamento de soldagem. Entretanto, muitas vezes tais resultados obtidos para o
coeficiente de variação são mascarados pelos tipos de transferências que ocorrem durante a
soldagem, já que o desvio padrão do sinal em relação a média ( ) aumentaria
significativamente. Os sinais devem, portanto, serem filtrados para se poder ter um parâmetro
comparativo entre sinais sob diferentes condições considerando o aspecto de constância do
sinal base em relação ao tempo. Para ilustrar tal fato, pode se observar da Figura 3.1, onde o
comportamento dinâmico da tensão é registrado durante uma soldagem realizada por simples
deposição, a qual será denominada de soldagem A. Neste gráfico nota-se uma série de picos
de tensão ocasionados por variações nos modos de transferências de gotas. Estes picos
influenciam no desvio padrão obtido e, em conseqüência, no coeficiente de variação da
tensão, porém não permite nenhuma análise com relação ao comportamento base do
arco.Caso
se deseje implementar um sistema eficiente para avaliação do comportamento base
do arco e em conseqüência permitir avaliações de equipamentos sob o ponto de vista de
estabilidade será necessário utilizar sistemas de filtragens que possam eliminar tais
inf
luências. Isto pode ser realizado através da utilização de filtros digitais obtidos através de
transformadas rápidas de Fourier. A utilização de filtros passa-baixa com freqüências de corte
pré
-determinadas podem eliminar tais desvios nos valores da tensão ocasionados por
diferentes tipos de transferências.
Aplicando uma filtragem digital através de filtros passa-baixa com freqüência de corte
de 4 Hz na curva de tensão observada na Figura 3.1 é possível gerar-se o sinal mostrado na
Figura 3.2. Observa-
se,
com a filtragem, um comportamento mais constante da tensão e uma
redução substancial do desvio padrão das amostras, que neste caso reduziu de 4,95 (
Figura
3.1)
para 0,81 (
Figura 3.2)
, o mesmo acontecendo para o coeficiente de variação que reduziu
de 0,32
(
Figura 3.1),
para 0,05 (
Figura 3.2)
.
30
Figura 3.1
-
Variação da tensão para a soldagem A
-
CV = 0,32
Figura 3.2
-
Análise FFT da variação da tensão para a soldagem A
-
CV = 0,05
Para uma discussão mais geral da metodologia anteriormente descrita considere-
se
agora uma soldagem B, representada pela Figura 3.3, a qual após filtragem digital através de
um filtro passa baixa com frequência de corte de 4 Hz gerou o comportamento mostrado na
Figura 3.4
.
Através de uma análise preliminar das
soldagens
A e B nota-se que, pelo
comportamento da tensão dinâmica, a
soldagem A mostrou-se mais estável que a soldagem B.
Entretanto quando se considera a análise do coeficiente de variação, observa-se que a
soldagem B com CV de 0.28 e a soldagem A com CV de 0.32 nos indica que sob este ponto
de vista a
soldagem B
se mostra mais estável que a
soldagem A
indicando assim um
resultado
impreciso e não compatível com a realidade. Por outro lado, após a filtragem dos dados
observa
-se uma diferença bastante nítida entre a
s
soldagens A e B, sendo que tanto o desvio
padrão quanto o coeficiente de variação para a soldagem A se apresentou muito inferior aos
31
valores obtidos para a
soldagem B
, ou seja, 0,81
-
4,71 volts para o desvio padrão e 0,05
0,21
para o coeficiente de va
riação respectivamente para as soldagens A e B.
Figura 3.3
-
Variação da tensão para a soldagem B; CV = 0,28.
Figura 3.4
-
Análise FFT da variação de tensão para soldagem B; CV = 0,21
Assim, pode-se notar que a soldagem A mostrou um desempenho muito melhor que a
soldagem B. Tal resultado é reforçado pelo formato das curvas das características dinâmicas
de tensão representadas nas Figuras 3.2 e 3.4, onde se percebe visualmente o comportamento
mais estável obtido pela soldagem A, comparativamente com
a soldagem B.
Com base nos aspectos expostos, este trabalho procura estender a metodologia de
avaliação do coeficiente de variação na comparação entre soldagens com diferentes tipos de
eletrodos revestidos baseado no conceito de estabilidade de arco bem como os seus reflexos
sobre a qualidade e produtividade da solda. Para isto este trabalho foi dividido em três partes.
Na primeira parte foi necessário realizar a montagem de um protótipo para a execução de
32
soldagens automáticas que permitissem monitorar os parâmetros de soldagem sem a
interferência do fator humano na execução das soldas. Numa segunda etapa procurou-
se
comparar a estabilidade das soldagens executadas automaticamente com soldagens manuais
sob as mesmas condições, comparações estas feitas com base na análise do comportamento
dinâmico da tensão e coeficiente de variação através da utilização de filtros digitais e
aplicáveis a diferentes tipos de eletrodos. Na terceira etapa foram avaliadas as influências de
alguns parâmetros nos aspectos geométrico e produtivo do processo para três diferentes tipos
de eletrodos.
33
CAPITULO 4
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
4.1
Banco de Ensaios
Para atender aos objetivos especificados houve necessidade de se idealizar um banco
de ensaios que pu
desse permitir a simulação e testes das variáveis a serem estudadas. O banco
de ensaios foi na realidade subdividido em duas etapas, ou seja, uma etapa que correspondia a
um banco com soldagem automática e outra etapa correspondente a um banco para soldage
m
manual. Na verdade, a distinção entre soldagem automática e manual corresponde apenas na
forma de realização das soldas, sendo no primeiro caso realizada por um protótipo de máquina
especialmente desenvolvido para isto e no segundo caso por um soldador.
O restante do banco
foi considerado o mesmo para todas as etapas e consistiu basicamente de uma fonte
retificadora de soldagem de um sistema de aquisição de dados e um sistema projetor do arco.
As soldagens foram realizadas sobre corpos de prova colocados sobre um carro de velocidade
variável ( tartaruga ), utilizando testes de simples deposição sobre chapas conforme esquema
mostrado na Figura 4.1
.
Figura 4.1
-
Esquema do banco de ensaios com o conjunto eletro
-
mecânico.
34
Como equipamento base para este trabalho foi utilizado uma fonte de soldagem
retificadora tipo RS 425 NM, fabricante White Martins, com capacidade de 45 A a 425 A e
tensão em vazio de 80 volts.
Para a aquisição e o processamento dos dados foi utilizado um sistema de aquisição
denom
inado Arc-Mate , o qual permitiu o registro da tensão e da corrente de soldagem
durante a execução dos testes e sua posterior filtragem através da utilização de um gerador de
FFT para eliminação das freqüências indesejáveis e sua posterior reconstituição do sinal no
tempo.
Como um dos parâmetros do processo foi o comprimento do arco, houve a
necessidade de desenvolvimento de um sistema de projeção mostrado na Figura 4.2
,
constituído por uma lente de projetor de slide de 50 mm acoplada a um suporte de made
ira. O
sistema permitiu a projeção do arco em um anteparo colocado a 2 metros da lente. Para esta
distância a escala de projeção foi de 1/15mm, ou seja, 1mm de comprimento de arco
corresponde à 15mm de projeção no papel quadriculado de 10 em 10 mm. A lente foi
colocada a 100 mm do cordão de solda.
Figura 4.2
-
Sistema de projeção do arco.
Independente do tipo de acionamento utilizado, a velocidade de descida do eletrodo
foi controlada através de uma fonte de corrente contínua, com possibilidades de variação da
tensão de 0 a 25 Volts e de corrente de 0 a 2 A, a qual permitiu ajustes precisos na
alimentação do eletrodo e, conseqüentemente, controle no comprimento do arco de soldagem.
suporte
Lente proj.
Cordão
solda
Carro
v. var.
35
Para esta alimentação do eletrodo procurou-se desenvolver um sistema de acionamento que
garantisse uma descida suave e controlada sobre a poça de fusão, característica esta necessária
para se controlar o comprimento do arco e forçar o aparecimento dos vários tipos de
transferências metálicas. A seguir são descritas as várias tentativas de desenvolvimento de um
sistema de acionamento da alimentação do eletrodo.
4.2
Sistema de acionamento da alimentação do eletrodo
Para a montagem do sistema de acionamento foi utilizada uma estrutura básica de
ferro, em L, que serviu de base para os tipos de acionamentos testados. Várias opções de
acionamento foram consideradas analisando-se sua viabilidade de utilização para o propósito
deste trabalho. Em função do grande esforço despendido nesta fase, a seguir far-
se
-á uma
breve descrição dos tipos utilizados bem como as avaliações decorrentes de sua utilização
para atender os objetivos requeridos.
4.2.1
Acionamento Hidráulico
-
Pneumático
Inicialmente utilizou-se um sistema de acionamento hidráulico-pneumático (hydro-
check) mostrado na
Fig
ura 4.3. O hydro-check impõe um controle hidráulico totalmente
regulável ao movimento de avanço do cilindro pneumático, eliminando vibrações e
trepidações, sendo que pode ser montado em qualquer posição e ser preparado para regular
a velocidade de descida da haste em extensa faixa de controle. O hydro-check utilizado
apresentava como características principais uma carga máxima admissível de 575 kg (1200
lb); temperatura máxima de trabalho de 80 C; velocidade de deslocamento variando de 2,5
cm/min a 18,5 c
m/min contendo ainda vedações resistentes aos óleos hidráulicos, sendo este
equipamento fabricado pela Scharader Bellows.
Este tipo de acionamento foi descartado, devido ao comprimento da haste do hydro-
check ser limitado, impedindo o consumo total do eletrodo e também pelo seu elevado custo.
Apesar disto, o comprimento de solda depositado sobre o corpo de prova, mesmo não sendo o
comprimento desejado, foi satisfatório. Em função da inadequação do hydro-check, tentou-
se
ainda improvisar algo que pudesse simular o funcionamento do mesmo, o qual foi feito
através da utilização de dois cilindros pneumáticos com óleo hidráulico em partes alternadas
dos mesmos (2
projeto hidráulico-pneumático). Entretanto esta idéia também foi descartada
devido à dificuldade de se vedar a entrada de ar dentro dos pistões, e não ter-se avanços
regulares na haste do eletrodo
.
36
Figura 4.3
-
Desenho esquemático do hydro
-
check.
4.2.2
Acionamento Elétrico
Descartados os protótipos pneumático e hidráulico, que não atenderam
sat
isfatoriamente a manutenção constante do arco voltaico, passou-se à utilização de motor
elétrico no lugar dos cilindros hidráulicos. Foram testados três tipos diferentes de motor,
sempre utilizando a mesma estrutura em L inicial, sendo que neste caso, foi necessário a
inclusão de duas hastes guia e um fuso de 12,7 mm (1/2") para suportar o porta eletrodo,
figura 4.4.
O sistema foi montado utilizando-se um fuso de 500mm de comprimento e passo da
rosca de 2 mm. Foram utilizadas ainda duas guias paralelas ao fuso, um mancal de
rolamentos duplos e uma mesa suporte para o conjunto alicate-eletrodo. Este sistema foi
utilizado nas três versões que são expostas a seguir, sendo que as únicas diferenças entre
elas foram os tipos de suporte para cada motor, e o tipo de
relação de acionamento (tamanho
das polias motora e movida).
4.2.2.1
Motor de Passo
Foi utilizado um motor de passo de 2 /passo, 1.4 A, 4.5 V, sem a utilização de
redução. O motor de passo foi acoplado diretamente no fuso. Foi desenvolvido um circuito
eletrônico (através do depto de Eletrônica da UNIFEI), para controle da variação de
rotações do motor de passo. Neste caso colocou-se o motor de passo diretamente no fuso
para ganho de torque, portanto sem relação de polias. Apesar do sistema proporcionar
torque suficiente para um acionamento eficaz do conjunto aliado a uma facilidade de se
monitorar os dados de tensão e corrente através de uma interface com o micro computador,
37
podendo
-se utilizar os padrões do Windows, o sistema não conseguiu atingir uma
rotação
adequada. A limitação deste sistema foi devido à rotação máxima conseguida no motor de
passo de 6 rpm, insuficiente para o acionamento do conjunto alicate-eletrodo, que necessita
de rotação em torno de 200 rpm. A alternativa de utilizar-se um multiplicador de rotações
foi cogitada, mas o motor de passo não teve troque suficiente para acionar o conjunto.
4.2.2.2
Motor elétrico universal marca Singer
Neste projeto foi utilizado a mesma estrutura montada para o motor de passo,
diferenciando apenas no tipo de acionamento do conjunto. Foi acoplado o motor Singer de
110V, 0,9 A, 100W e variação de rotação de 0 a 7000 rpm. Neste motor foi acoplado um
regulador de tensão Dimer , para variar a sua rotação e um inversor de campo magnético.
A relação de redução de velocidades foi com polias de 1:10 (polia motora d = 25mm, polia
movida d = 250mm). O fato deste motor ter pouco torque à baixa rotação, inviabilizou o
experimento. Neste caso, acredita-se que para ter uma montagem do conjunto trabalhando
de forma adequado haveria a necessidade de que o sistema de acionamento (guias, fuso e
porta eletrodo) deveria trabalhar com o mínimo de atrito possível. Entretanto na prática isto
não foi possível mesmo com a utilização de rolamentos colocados nas duas extremidade
s do
fuso.
4.2.2.3
Motor elétrico 12V, c.c. com redutor de 1:40
Foi utilizado neste quarto e definitivo projeto um motor elétrico de limpador de pára-
brisa de automóvel , com redutor acoplado. A tensão de trabalho deste motor variou de 7V a
12 V com corrente de 2 A. Como este motor já possuía um redutor de 1:40 acoplado, foi
necessário utilizarmos um multiplicador de velocidades de 1:4, a fim de ter-se a velocidade
em torno de 5 mm/s, constante, necessária para realizar a deposição do eletrodo sobre o
corpo
de prova, Figura 4.4. Paralelamente foi montado um conjunto de chaves tipo liga/desliga em
uma caixa para controles de elevação, velocidades e rotação, bem como uma fonte com
corrente e tensão variáveis para controle da velocidade do conjunto, permitindo regulagens de
0 a 25 V e corrente de 0 a 2 A (já descrita no ítem 4.1). A Figura 4.4 mostra a montagem do
conjunto final.
38
Figura 4.4
-
Banco de ensaios para soldagens automáticas.
4.3
Desenvolvimento experimental
Concluído o banco de ensaio, iniciou-se o desenvolvimento experimental. Para este
trabalho foram estudados três tipos de eletrodos, ou seja:
AWS E6010 (celulósico); 3,25 mm; comp. 350 mm; 22
-
28 V; 80
-
140 A CC+
AWS E6013 (rutílico); 3,25mm; comp. 350mm; 18
-
28V; 80 150
A. CC+ e CC
-
AWS E7018 (básico); 3,25mm; comp. 350mm; 20
-
30V; 110
-
150 A. CC+
Os testes foram realizados através de simples deposição de soldagem (teste BOP)
sobre corpos de prova de aço carbono ABNT 1020, de dimensões 150 x 40 x 12,5 mm.
Para a al
eatorização eficaz dos testes foram utilizadas técnicas de projeto e análise de
experimentos, sendo escolhido o fatorial completo (2
k
) com uma replicagem onde foram
fixados dois níveis para as variáveis, ou seja, um inferior e outro superior. As análises
estatísticas obtidas são válidas somente nos intervalos definidos pelas variáveis escolhidas.
As variáveis escolhidas para análise bem como os níveis de estudo estão
especificados na Tabela 4.1. Vale ressaltar que em função da dificuldade no controle da
intensidade de corrente e comprimento do arco, admitiu-se para a fixação dos níveis uma
variação conforme explicitado na mesma tabela.
Controle
Veloc.
eletrodo
eletrodo
Corpo prova
tartaruga
Sistema
Projeção
arco
39
Variáveis
Inferior
Superior
Corrente (A)
(70
10) A
(140
10) A
Comprimento do arco (mm)
2 1 6 1
Polaridade
CC
-
CC+
T
abela 4.1
Variáveis com seus respectivos níveis.
A sequência dos experimentos foi definida através do software comercial Minitab cuja
matriz é mostrada na
Tabela 4.2.
Sequência
Corrente de
Soldagem
Polaridade
Comprimento
do
Arco
1 + + +
2 + + -
3 + - +
4 + - -
5 - - -
6 - - +
7 - + -
8 - + +
Tabela 4.2
- Matriz de delineamento fatorial 2
3
,
com suas
respectivas
combinações de variáveis
.
Foram executados 72 testes com o protótipo da máquina de soldagem automática para
os três tipos de eletrodos. Os testes foram divididos da seguinte maneira: 16 testes para cada
um dos três eletrodos estudados, com oito repetições de cada teste, totalizando 48 testes, com
velocidade de soldagem de 1,67 mm/s. A seguir foram feitos mais 8 testes com cada tipo de
eletrodo (total de 24 testes), com velocidade de 2,33 mm/s, para efeitos de comparação com a
soldagem manual.
A segunda etapa do experimento foi realizada com a soldagem manual utilizando-
se o
mesmo banco de ensaios da soldagem automática, apenas
substituindo
-se a máquina pelo
soldador. O procedimento para fixação do comprimento do arco próximo de 2 mm, com
variação admissível em torno de 1 a 2 mm, foi aproximado utilizando-se o equipamento de
projeção do arco. Antes de iniciar os testes definitivos, foi feito um teste experimental, onde o
soldador treinava a fixação da distância do comprimento do arco em 2 mm. Foram executados
4 testes com velocidade de 1,67 mm/s e 4 testes com velocidade de 2,33 mm/s para cada
40
eletrodo. Para garantir a velocidade de soldagem, o soldador posicionou-se defronte ao
carrinho de soldagem, acompanhando o seu movimento através de uma marca visível. Com
estas duas referências, o soldador tentou colocar-se o mais próximo possível dentro dos
parâmetros de soldagem pré
-
fixa
dos.
Como respostas foram definidos os seguintes aspectos associados as características
do cordão:
Características geométricas representadas pela penetração, convexidade do cordão
e diluição.
Características produtivas representadas pela taxa de deposição, taxa de fusão e
rendimento da soldagem;
Características de estabilidade do arco representadas pelo comportamento relativo
percentual (coeficiente de variação) da característica dinâmica da tensão após
filtragem digital .
Com relação a aquisição de dados, foram feitas as aquisições da tensão e corrente de
soldagem, utilizando-se a mesma configuração para todos os casos conforme mostrado na
Tabela 4.3. A aquisição foi iniciada após a estabilização da soldagem nas condições
especificadas e foi realizada atr
avés de 5 janelas com intervalo de 4 segundos entre janelas, de
tal forma a permitir a aquisição ao longo de todo o cordão.
Número de canais: 02
Canal: 0 Tensão (V) Fator de escala 0 : 20
Canal: 1 Corrente (A)
Fator de escala 1 : 100
Taxa de amostragem: 1000 Hz
Quantidade de janelas de Amostragem: 5
Quantidade de amostras por janela: 512
Modo de disparo da aquisição: retardado = 2000 ms
Modo de disparo entre janelas: temporizado =
4000 ms
Tabela 4.3
Configuração da aquisição de dados.
Após a soldagem procedeu-se a retirada da escória, escovamento e pesagem todos
os corpos de prova além de se fazer uma primeira análise visual da qualidade superficial
do cordão de solda. A seguir os corpos de prova foram seccionados transversalmente em
41
uma região significativa do cordão, sendo polidos e atacados com nital diluído a 4%.
Através da utilização de um projetor de perfil, com ampliação de 10 vezes, foi possível
registrar o perfil transversal de cada solda em um papel vegetal e com a utilização de
planímetro determinou-se todos os valores geométricos do cordão, tais como, penetração
(p), largura (b), altura do reforço (r), área penetrada do cordão (Sp), área de reforço (Sr)
conforme esquema mostrado na Figura 4.5. No apêndice A são mostrados os resultados
das medições gerais de todos os corpos de prova e no apêndice B são mostradas algumas
das áreas obtidas através do projetor de perfil em papel vegetal.
Figura 4.5
Aspecto t
ransversal de um cordão de solda.
Em função destas medições determinaram-se a convexidade do cordão (IC) e diluição (D)
conforme equações 4.1 e 4.2, respectivamente:
(%)
100
*
b
r
IC
(4.1)
(%)
100
*
Sr
Sp
Sp
D
(4.2)
4.3.1
Critério para a avaliação das características econômicas dos
eletrodos
A taxa de fusão (TF), a taxa de deposição (TD) e o rendimento (RD) ou eficiência de
deposição, constituem as características econômicas de avaliação d
os eletrodos revestidos.
A taxa de fusão foi determinada pela equação 4.3:
t
EL
TF
*6,3
(4.3)
42
onde, TF
taxa de fusão (kg/h); EL
Variação no peso do eletrodo antes e depois da
soldagem (g); t
Tempo de arco aceso (s
)
A taxa de deposição (TD) foi determinada pela equação 4.4:
t
CP
TD
*6,3
(4.4)
onde, TD
taxa de deposição (kg/h);
CP
variação no peso do corpo de prova antes e
depois da soldagem removidas as escórias (g); t
tempo
de arco aceso (s).
O rendimento ou a eficiência de deposição foi avaliado pela equação 4.5:
(%)
100
TF
TD
RD
(4.5)
onde, RD
rendimento de deposição (%); TD
taxa de deposição (kg/h); TF
taxa de
fusão (kg/h).
4.3.2
Metodologia utilizada para avaliação da estabilidade do arco
Conforme descrito no capítulo 3, a estabilidade do arco pode ser influenciado por
vários fatores, e dentre estes os tipos de transferências metálicas apresentam papel
fundamental no comportamento do arco. Neste trabalho utilizaram-se as análises dos
oscilogramas da tensão aquisitadas durante a soldagem. Através da utilização de um filtro
passa baixo com freqüência de corte de 4 Hz determinou-se o desvio padrão da tensão.
Através da equação 4.6 determinou-se o coeficiente de variação da tensão (CV), sendo
considerado como critério de estabilidade que quanto menor for a variação percentual de
CV maior a estabilidade do arco.
100
*
Vm
V
CV
(%)
(4.6)
Onde: CV
coeficiente de variação da tensão (%);
V
desvio padrão da tensão
após filtragem digital (V); Vm
tensão média (V).
É interessante ressaltar que foram testadas várias freqüências de corte, conforme pode
ser visto no apêndice A, sendo que na freqüência de 4 Hz se obteve a melhor característica do
sinal. Testaram-se freqüências menores que 4 Hz e maiores, sendo que foi observado um
aumento significado do desvio padrão da média da tensão, à medida que se utilizava
freqüências mais altas.
43
4.3.3
Avaliação dos pa
râmetros operacionais
Entre os parâmetros operacionais neste trabalho, complementares nas análises a
serem efetuadas destacam-se a energia de soldagem e a avaliação da qualidade visual do
cordão de solda.
Em função da utilização de duas diferentes velocidades de soldagem, houve
alterações na imposição de calor na solda. Desta forma a energia de soldagem reflete esta
variação e foi calculada através da equação clássica mostrada na equação 4.7:
vs
IV
fH *
(4.7)
onde, H
energia de soldagem (J/mm); f
-
Eficiência do processo sendo considerado 1 para
efeitos de cálculos neste trabalho; V
tensão de soldagem (V); I
corrente de soldagem
(A); v
s
velocidade de soldagem (mm/s).
Além das avaliações geométricas, descritas anteriormente, foram realizadas
análises do aspecto visual dos cordões de solda onde procurou-se avaliar quatro ítens de
qualidade através de uma classificação conforme o seguinte:
a.
Perfil:
PA
Adequado
-
deposição com penetração
PI
Inadequado
-
simples deposição
b.
Porosidade Superficial:
SP
sem porosidade
CP com porosidade
c.
Ondulações superficiais do cordão:
MO
muitas ondulações
SO
sem ondulações
PO
poucas ondulações
d.
Aspecto Geral do cordão:
MB
muito bom
B
bom
M
m
édio
R
(ruim
A tabela com os valores obtidos para análise do aspecto visual dos cordões está
mostrada no apêndice A.
No capítulo seguinte serão apresentados os resultados obtidos bem como suas análises.
44
CAPÍTULO 5
RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISES
Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos com os testes e suas análises de
acordo com metodologia descrita no capítulo 4. No item 5.1 são mostradas as tabelas com os
dados aquisitados em soldagens automáticas e manuais para os três tipos de elet
rodos
estudados. No item 5.2 é realizada uma análise comparativa do desempenho da soldagem, no
que concerne a estabilidade do arco refletida pela uniformidade do comprimento do arco, para
estes dois modos de execução. No item 5.3 são analisadas as influências dos parâmetros de
solda (comprimento do arco, corrente e polaridade) nos efeitos geométricos do cordão
caracterizados pela penetração, convexidade do cordão, diluição e nos efeitos operacionais
dos eletrodos caracterizado pelo rendimento de deposição, taxa de fusão, taxa de deposição e
comportamento do arco durante soldagem. Para isto utilizou-se como ferramenta de apoio a
metodologia estatística DOE tendo o software comercial Minitab como base para as análises.
No item 5.4 é feita uma avaliação final comparativa entre os eletrodos sob a ótica do
comportamento operacional das soldagens. Complementarmente é realizada uma análise
visual da qualidade dos cordões obtidos com a soldagem automática.
5.1
Resultados Obtidos.
A
Tabela 5.1 mostra as condições de cada teste e os resultados obtidos para a energia
de soldagem (H), o rendimento (Rd), a polaridade (Pol), tensão (V), Corrente (I) e o
coeficiente de variação da tensão (CV) sob a forma filtrada quando executadas as soldagens
de forma automática e manual. Vale ressaltar que a primeira coluna mostra a identificação do
corpo de prova (CP), sendo utilizados as letras iniciais de cada revestimento para identificar o
tipo de eletrodo que foi testado. Assim para o eletrodo celulósico utilizou-se a letra C, para o
eletrodo rutílico a letra R e para o eletrodo básico a letra B. A
Tabela 5.2
mostra os resultados
obtidos do delineamento experimental para análise da influência da variação da polaridade,
comprimento do arco e corrente de soldagem sobre as características geométricas e
operacionais para os eletrodos E6010, E6013 e E7018. Todas as soldagens nesta etapa foram
realizadas com o dispositivo de soldagem automático e velocidade de translação do eletrodo
de 2,33 mm/s.
45
CP
Pol
vs
V I H
Rd
CV
mm/s
Volts
Amps
J/mm % %
Soldagens Automáticas
CC1
+
2,33
32
133
1835
58
2,4
CC8
+
2,33
31
83
1089
63
2,7
CC3
+
2,33
36
73
1143
49
2,3
CC4
+
2,33
42
113
2030
44
1,4
CC5
-
2,33
33
83
1154
61
2,1
CC6
-
2,33
43
118
2155
48
0,7
CC7
-
2,33
45
67
1307
27
0,7
CC2
-
2,3
3
51
103
2221
53
0,5
RR3
+
2,33
22
85
792
64
8,1
RR4
+
2,33
25
140
1477
63
4,4
RR2
+
2,33
27
77
877
50
6,9
RR6
+
2,33
35
123
1834
57
2,5
RR1
-
2,33
18
92
714
70
5,4
RR5
-
2,33
25
135
1454
67
4,6
RR7
-
2,33
27
85
960
64
4,0
RR8
-
2,33
32
128
1724
65
3,2
BB1
+
2,33
26
136
1517
72
7,4
BB4
+
2,33
24
92
942
82
6,9
BB3
+
2,33
34
126
1851
69
6,2
BB7
+
2,33
29
92
1121
47
3,2
BB5
-
2,33
24
141
1427
76
6,2
BB8
-
2,33
24
90
940
74
10,3
BB2
-
2,33
28
138
1624
66
4,8
BB6
-
2,33
26
90
1006
79
12,7
Solda
gens Manuais
CM3
+
1,67
33,3
98,2
1963
50,7
3,0
CM4
+
1,67
39,3
164,6
3882
41,5
3,0
CM7
+
2,33
30,1
86,6
1117
53,6
5,9
CM8
+
2,33
40,5
159,8
2777
40,9
1,7
CM1
-
1,67
36,3
66,8
1454
40,7
3,3
CM2
-
1,67
47,6
107,6
3072
46,7
1,6
CM5
-
2,33
40,1
63,4
10
92
44,7
3,1
CM6
-
2,33
48,6
104,8
2183
44,1
1,4
RM3
+
1,67
24,1
34,9
505
106,5
7,7
RM4
+
1,67
28,6
99,1
1700
76,1
2,6
RM7
+
2,33
25,2
34,8
376
91,7
7,7
RM8
+
2,33
29,5
104,2
1317
72,9
4,2
RM1
-
1,67
30,3
83,2
1510
79,4
2,8
RM2
-
1,67
26,0
102,3
1594
82,2
4,5
RM5
-
2,33
29,0
117,0
1452
86,9
4,5
RM6
-
2,33
28,0
98,4
1182
87,1
4,6
BM3
+
1,67
21,0
100,4
1265
58,1
9,6
BM4
+
1,67
27,3
143,1
2339
57,1 13,0
BM7
+
2,33
24,7
95,9
1017
68,0
8,2
BM8
+
2,33
24,6
142,7
1507
56,9
7,6
BM1
-
1,67
19,3
101,0
11
72
71,8 11,3
BM2
-
1,67
23,7
136,4
1943
45,5 10,0
BM5
-
2,33
19,2
93,3
769
67,6 14,2
BM6
-
2,33
26,0
133,5
1485
30,8
6,5
Tabela 5.1
-
Resultados obtidos para soldagens automáticas e manuais.
46
Ti
po
Pol
a I V H D
IC
p
TD
TF
Rd
CV
CP
- -
mm
A
Volts
J/mm
% %
mm
kg/h
kg/h
% % -
6010
- 2
70,2
39
1659
61
13
2,3
0,87
1,44
61
1,2
C10
6010
- 2
117,4
45
3148
58
10
3,5
0,88
1,98
44
0,7
C6
6010
- 6
76,7
43
1983
69
6
3,2
0,58
1,43
40
0,8
C9
6010
- 6
100,3
48
2856
75
5
3,0
0,80
1,80
44
0,5
C2
6010
+ 2
86,0
28
1419
63
12
2,5
0,72
1,14
63
3,5
C13
6010
+ 2
151,3
34
3104
32
19
2,5
0,96
1,75
55
2,7
C1
6010
+ 6
74,7
36
1622
85
4
1,5
0,77
1,11
69
2,1
C3
6010
+ 6
139,9
41
3432
70
4
2,7
0,66
2,66
25
0,9
C16
6010
- 2
93,5
40
2249
68
9
3,1
0,78
1,68
46
1,0
C5
6010
- 2
116,0
45
3110
59
9
4,0
0,91
1,91
48
0,8
C14
6010
- 6
76,8
46
2119
75
3
3,5
0,77
1,50
51
0,8
C7
6010
- 6
101,9
49
3001
73
6
3,0
0,72
1,81
40
0,5
C15
6010
+ 2
97,0
28
1629
70
8
2,4
0,73
1,19
61
5,4
C8
6010
+ 2
152,5
34
3120
51
15
3,2
1,09
1
,76
62
2,6
C11
6010
+ 6
75,7
36
1639
53
4
1,5
0,55
1,00
56
2,0
C12
6010
+ 6
128,0
43
3309
80
2
2,2
0,50
1,55
33
0,4
C4
6013
- 2
64,5
16
611
22
17
0,2
0,89
1,27
70
6,2
R1
6013
- 2
116,8
18
1289
41
18
1,3
1,64
2,47
66
9,1
R13
6013
- 6
66,1
31
1217
28
17
0,7
0,86
1,28
67
4,3
R7
6013
- 6
108,2
27
1746
27
15
0,7
1,04
1,63
64
4,8
R15
6013
+ 2
61,2
16
602
27
19
0,3
0,74
1,05
71
5,9
R11
6013
+ 2
124,3
26
1946
36
19
1,3
1,01
1,57
64
6,2
R4
6013
+ 6
63,5
24
929
31
26
0,8
0,86
1,20
72
8,3
R10
6013
+ 6
115,6
35
2441
47
17
1,3
0,77
1,36
57
3,8
R6
6013
- 2
84,9
15
769
32
19
0,7
0,91
1,32
69
6,1
R12
6013
- 2
110,7
17
1116
41
17
1,2
1,15
1,62
71
10,4
R5
6013
- 6
75,0
27
1215
39
11
0,5
0,77
1,22
63
4,3
R9
6013
- 6
106,0
26
1634
41
13
1,2
0,97
1,53
64
4,5
R8
60
13
+ 2
98,6
22
1319
27
23
1,8
0,86
1,19
72
4,8
R3
6013
+ 2
112,1
21
1439
41
18
1,6
1,27
1,98
64
6,5
R16
6013
+ 6
93,3
31
1752
13
15
0,6
0,72
1,10
66
5,9
R2
6013
+ 6
105,2
28
1742
38
15
1,5
0,58
0,93
62
5,5
R14
7018
- 2
51,0
19
572
19
43
0,3
0,86
1,22
71
8,3
B8
7018
- 2
121,8
17
1257
23
19
0,7
0,90
1,41
64
7,7
B5
7018
- 6
56,4
21
694
33
22
1,0
0,72
0,92
79
10,3
B6
7018
- 6
116,9
22
1536
29
15
1,8
0,76
1,17
65
7,3
B9
7018
+ 2
66,5
19
750
32
37
0,8
0,97
1,38
70
9,8
B4
7018
+ 2
116,9
20
1374
37
22
1,5
1,03
1,44
71
7,9
B1
7018
+ 6
59,0
31
1083
18
23
0,7
0,57
0,83
68
7,8
B7
7018
+ 6
126,3
33
2500
31
18
1,4
1,08
1,58
68
6,9
B15
7018
- 2
47,7
20
572
13
36
0,4
0,90
1,23
74
6,0
B14
7018
- 2
120,0
18
1289
25
25
1,0
1,10
1,59
69
6,8
B16
7018
- 6
49,3
19
57
4
16
23
1,1
0,68
0,94
73
13,4
B10
7018
- 6
117,7
22
1560
22
20
0,2
0,70
1,10
64
8,9
B2
7018
+ 2
76,2
18
805
34
22
1,3
0,88
1,28
69
7,8
B13
7018
+ 2
109,5
19
1261
27
23
1,2
0,87
1,24
71
8,5
B12
7018
+ 6
54,8
25
805
24
21
1,6
0,70
1,01
69
7,0
B11
7018
+ 6
101,2
29
1736
26
17
0,9
0,89
1,30
68
12,8
B3
Tabela 5.2
- Resultados obtidos com o delineamento experimental para os eletrodos
Celulósico (E 6010), Rutílico (E6013) e Básico (E7018).
47
5.2
Análise dos Resultados.
5.2.1
Comparação entre s
oldagem automática e manual.
As análises feitas neste item referem-se às comparações entre os dois modos de
soldagem com eletrodos revestidos, ou seja, automática e manual. O objetivo inicial destas
análises foi verificar a eficiência da metodologia de comparação baseada no coeficiente de
variação da tensão (CV). Considerando o pressuposto estabelecido no capítulo 3, quanto
menor for o coeficiente de variação da tensão filtrada, maior deverá ser a estabilidade do arco
durante soldagem. A Figura 5.1
apresen
ta o comportamento médio do coeficiente de variação
da tensão para os três tipos de eletrodos, considerando ainda suas interações com os modos de
soldagem e polaridade. Estes resultados foram processados através do software Minitab.
Apesar dos gráficos abaixo apresentarem uma reta, não significa que se trata de função linear.
Figura 5.1
-
Influência das interações dos fatores na estabilidade do arco.
Observa-se destes resultados que os eletrodos E6010 e E7018 apresentaram maior
estabilidad
e do arco no modo de soldagem automático, sendo que o eletrodo E6013 não foi
influenciado pelo modo de soldagem. Este comportamento do eletrodo rutílico de certa forma
era esperado em função da sua maior facilidade de soldagem comparativamente aos outros
Tipo de EletrodoTipo de Eletrodo
Modo de SoldagemModo de Soldagem
Polar idadePolar idade
manaut +-
9
6
3
9
6
3
Elet
7018
6010
6013
Modo
aut
man
Interações do Coeficiente de Variação da Tensão (% )
48
tipos. Desta forma o soldador provavelmente desenvolveu um melhor controle do arco
durante soldagem com este eletrodo. Além deste aspecto observa
-
se que o eletrodo celulósico
foi o que apresentou menor coeficiente de variação da tensão, seguido do eletrodo rutílico e
por último o eletrodo básico. Esta tendência se manteve em ambos os modos de soldagem. O
fato de o eletrodo celulósico apresentar maior estabilidade do arco provavelmente se deve ao
fato deste eletrodo, quando soldado na polaridade direta possuir um tipo de transferência
caracterizado por um número muito grande de pequenas gotas (BRANDI E TANIGUCHI,
1989
), que a despeito da elevada perda e baixo rendimento nesta polaridade, parece influir
positivamente no comportamento do arco quando comparado com os outros tipos de
eletrodos.
Ao observar a interação do modo de soldagem com o tipo de polaridade nota-
se
novamente que, considerando o comportamento de todos os eletrodos estudados, o modo
automático apresentou menor coeficiente de variação de tensão que o manual em ambas
polaridades estudadas. Observa-se ainda que no modo automático não houve variação deste
coeficiente, sendo que no modo manual há uma pequena tendência de crescimento quando da
mudança da polaridade direta para a inversa. A razão para isto provavelmente se deve ao
comportamento do eletrodo celulósico que na polaridade inversa apresenta maiores
dificuldades de soldagem influenciando no desempenho do soldador.
Com relação a interação do eletrodo com a polaridade, tal comportamento será melhor
analisado posteriormente quando da análise das soldagens automáticas.
A estabilidade do arco certamente influencia no rendimento de soldagem. Para
verificar esta influência, a Figura 5.2 mostra o resultado obtido para o rendimento de
soldagem para os eletrodos estudados em ambos os modos de soldagem. Nota-se que a
tendência do rendimento da soldagem para os eletrodos celulósicos e básicos no modo
automático foi superior que no modo manual resultado este esperado em função da maior
estabilidade do arco gerada por estes eletrodos conforme análise anterior do coeficiente de
variação. Porém para o eletrodo rutílico esta tendência se mostrou inversa ao esperado, ou
seja, o rendimento em soldagem manual foi significativamente maior que no modo
automátic
o. Isto provavelmente se deve ao fato de que este eletrodo possui grande quantidade
de rutila (TiO
2
) na composição do revestimento, facilitando muito a soldagem manual
comparativamente aos outros tipos (BRANDI E TANIGUCHI,
1989
). Isto, provavelmente,
permi
tiu ao soldador um melhor controle do comprimento do arco durante soldagem, fato este
não possível com o modo automático onde este comprimento de arco se manteve fixo durante
toda a execução do cordão.
49
Figura 5.2
-
Influência do modo de soldagem no rendimento dos eletrodos.
5.2.2
Comentários gerais sobre soldagem automática e manual.
As análises comparativas do Coeficiente de Variação dos dois modos de soldagem,
automática e manual, mostraram que a soldagem automática foi melhor que a soldagem
manual, praticamente em todos os testes efetuados, nas duas polaridades. Este fato mostra a
eficiência no controle dos parâmetros de soldagem que este tipo de equipamento proporciona
para a soldagem na posição plana, principalmente para eletrodos de difícil soldagem como os
básicos e celulósicos. Ressalva deve ser feita para a soldagem com o eletrodo rutílico,
conforme mencionado anteriormente como sendo o que apresenta melhor estabilidade do
arco, onde os dois modos de soldagem não apresentaram diferenças significativas entre si,
com valores do coeficiente de variação bem próximos.
5.2.3
Estudo particular dos eletrodos utilizando a met
odologia DOE.
Conforme descrito, nesta etapa apenas soldagens automáticas foram utilizadas, sendo a
velocidade de soldagem mantida constante em 2,33 mm/s. A partir dos resultados gerados,
(Tabela 5.2), bem como do delineamento experimental inseriu-se os mesmos no software
Minitab para que se pudesse fazer uma análise da influência dos parâmetros nos aspectos
geométricos e operacionais do cordão de solda obtidos com cada tipo de eletrodo. Em função
do delineamento de experimento projetado, a Tabela 5.3 apresenta a Análise de Variância
(ANOVA) para cada eletrodo utilizado considerando como 95% o nível de confiança, o que
implica em valores de
(pvalue) inferiores a 5% considerados como significativos. Para as
respostas analisadas de penetração (p), convexidade do cordão (IC), diluição (D), rendimento
(Rd), taxa de deposição (TD), taxa de fusão (TF), e coeficiente de variação de tensão (CVcf),
os valores em negrito indicam os parâmetros significativos em cada resposta, considerando-
se
para isto interações de
até 1
a
. ordem.
Parâmetros
pol
a I
pol*a
pol*I
a*I
R
2
R
2
(adj)
50
AWS E6010 (celulósico)
p
0,001
0,467
0,021
0,229
0,562
0,975
78,6
64,4
IC
0,331
0,000
0,948
0,497
0,135
0,163
84,9
74,8
D
0,535
0,016
0,685
0,700
0,439
0,087
62,6
37,7
Rd
0,016
0,001
0,003
0,690
0,896
0,019
83,1
71,8
TD
0,365
0,006
0,358
0,983
0,653
0,083
71,3
52,2
TF
0,013
0,059
0,001
0,472
0,872
0,100
83,4
72,3
CVcf
0,000
0,001
0,037
0,005
0,324
0,819
90,2
83,7
AWS E6013 (rutílico)
P
0,166
0,780
0,006
0,810
0,976
0,295
69,2
48,6
IC
0,037
0,091
0,161
0,417
0,275
0,145
61,7
36,2
D
0,617
0,863
0,095
0,994
0,990
0,684
31,1
0
Rd
0,953
0,007
0,004
0,767
0,039
0,202
78,3
63,9
TD
0,039
0,033
0,031
0,974
0,111
0,060
76,6
60,9
TF
0,071
0,158
0,018
0,898
0,277
0,155
69,4
49,1
CVcf
0,54
9
0,003
0,728
0,002
0,002
0,003
89,2
82,1
AWS E7018 (básico)
P
0,190
0,408
0,348
0,407
0,803
0,351
39,4
0
IC
0,439
0,002
0,002
0,493
0,759
0,053
83,1
71,2
D
0,075
0,723
0,128
0,067
0,877
0,920
58,4
30,6
Rd
0,647
0,622
0,018
0,322
0,005
0,094
79,3
65,
5
TD
0,459
0,010
0,013
0,254
0,124
0,508
74,5
57,4
TF
0,474
0,007
0,002
0,140
0,355
0,252
81,4
69,1
CVcf
0,972
0,197
0,648
0,276
0,342
0,460
37,7
0
Tabela 5.3
-
ANOVA para os eletrodos utilizados.
Observa-se dos resultados que os coeficientes de correlação (R
2
e R
2
adj
) para os dados
processados foram bastante dispersos, tendo condições com altos coeficientes e outras com
valores muito baixos. De forma geral os melhores resultados foram obtidos para o eletrodo
celulósico, seguido do eletrodo rutílico e
básico nesta ordem.
5.2.3.1
Análise dos Efeitos Principais e de Interação para o Eletrodo Celulósico E6010
Para este eletrodo observou-se que o parâmetro polaridade (pol) foi estatisticamente
significativo na penetração, no rendimento, na taxa de fusão e coeficiente de variação da
tensão. O parâmetro de comprimento do arco (a) influenciou em todas as respostas com
exceção da penetração e taxa de fusão. A intensidade de corrente influenciou a penetração,
rendimento, taxa de fusão e coeficiente de variação. Com relação às interações, apenas duas
se mostraram significativas, sendo que o rendimento foi influenciado pela interação do
comprimento do arco com a intensidade de corrente (a*I) e o coeficiente de variação
influenciado pela interação da polaridade com o comp
rimento do arco (pol*I).
a.
Penetração.
A
Figura 5.3
mostra os efeitos principais dos parâmetros sobre a penetração.
51
Figura 5.3
-
Efeitos principais dos fatores sobre a penetração da solda
-
E 6010.
Figura 5.3
-
Efeitos principais dos
fatores sobre a penetração da solda
-
E 6010.
Observa-se dos efeitos principais que a polaridade e intensidade de corrente afetaram
significativamente a penetração. No caso da polaridade observou-se que a polaridade direta
(CC
-) gerou uma maior penetração na solda. Entretanto como esta polaridade apresentou uma
excessiva taxa de formação de respingos, afetando significativamente o rendimento, a mesma
não é recomendada pelo fabricante. Com relação a intensidade de corrente, como esperado,
um maior nível desta gerou uma maior penetração da solda, em função do maior nível de
energia gerado no arco. O comprimento do arco pouco afetou a penetração, entretanto pela
Figura 5.3
observa
-se que melhores resultados de penetração indicam para a utilização de um
menor
comprimento do arco. Tal resultado se justifica pelo fato de que um maior
comprimento de arco aumenta a abrangência do mesmo, aumentando a largura do cordão e,
conseqüentemente, diminuição da penetração, além de provavelmente aumentar as perdas por
resping
os.
b.
Convexidade do Cordão.
Para o eletrodo celulósico E6010 observou-se que o parâmetro comprimento de arco
foi o único fator estatisticamente significativo na convexidade do cordão (IC). Considerando
os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.4, observa-se que o aumento do comprimento
de arco conduziu a uma diminuição da convexidade do cordão. Este comportamento já era
esperado em função do aumento da abrangência do arco quando se procedeu à solda com um
maior afastamento do eletrodo. Entretanto, vale ressaltar que a convexidade do cordão, o qual
é um parâmetro que muitas vezes é recomendado se trabalhar entre 20 a 30% (SILVA, 1998
),
no caso do eletrodo E 6010 ficou bem abaixo desta faixa. Além disso, quando soldados com
52
comprimento de arco maior, a convexidade se tornou excessivamente baixa, podendo
inclusive gerar defeitos na soldagem. Neste caso específico sugere-se como um melhor
resultado a utilização de um comprimento de arco menor.
Figura 5.4
-
Efeitos principais dos fatores sobre a convexidade do cordão
-
E 601
0.
Com relação aos outros parâmetros não houve significância dos mesmos nesta
resposta. Entretanto observando os efeitos principais sugere-se que uma melhor combinação
que resulte numa convexidade mais adequada do cordão seria a utilização da polaridade
reversa (CC+) associada a uma intensidade de corrente em seu nível máximo.
c.
Diluição.
Com relação a diluição (D), o único fator estatisticamente significativo foi o
comprimento do arco. Considerando-se os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.5
,
observa
-se que o aumento do comprimento de arco conduziu a um aumento significativo da
diluição. Isto provavelmente pode ser característico do tipo de gotas pequenas predominante
neste tipo de eletrodo (BRANDI E TANIGUCHI, 1989) e com a utilização de um
comprimento de arco maior permitiu com que as gotas sofressem um processo de aceleração
maior e, conseqüentemente, aumentassem a área de penetração influenciando
significativamente no aumento da diluição do cordão. Com relação aos outros fatores, muito
embora não influenciando significativamente a diluição, sugere-se que a condição onde possa
se obter os melhores resultados seriam os utilizados para a análise de penetração, ou seja,
polaridade reversa (CC+) e intensidade de corrente em seu nível máximo (entretanto
reconhecendo que uma corrente menor aparentemente favorece, no caso deste eletrodo, a
diluição do cordão de solda).
53
Figura 5.5
-
Efeitos principais dos fatores sobre a diluição do cordão
-
E 6010.
F
igura 5.5
-
Efeitos principais dos fatores sobre a diluição do cordão
-
E 6010.
d.
Rendimento.
No caso do rendimento (Rd) todos os parâmetros isoladamente afetaram
significativamente o seu comportamento, além da interação da corrente com o comprimento
de
arco. Considerando os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.6, observa-se que a
condição de maximização do rendimento de soldagem é conseguida através da polaridade
reversa (CC+), resultado este esperado, pois observou uma menor taxa de formação de
respingos, associado a um comprimento de arco em seu nível mínimo e intensidade de
corrente em seu nível máximo. Todos os resultados coincidem com o esperado. A utilização
de um comprimento de arco menor diminui o espaço para que gotas se dispersem e
conse
qüentemente diminuem a formação de respingos. Associado a este aspecto, a
maximização da intensidade de corrente aparentemente permitiu melhorar o rendimento da
soldagem, muito embora tenha ocorrido pequeno incremento deste.
Figura 5.6
-
Ef
eitos principais dos fatores sobre o rendimento da soldagem -
E 6010.
54
Com relação a interação significativa da intensidade de corrente com o comprimento
de arco, a Figura 5.7 confirma o resultado dos efeitos principais dos parâmetros, ou seja,
melhores resultados de rendimento são obtidos com utilização de um comprimento de arco
menor.Vale ressaltar desta figura que no caso de arco com 2 mm de comprimento o
rendimento sofreu pouca influência da corrente. Entretanto com 6 mm de comprimento,
ocorreu uma sensível diminuição do rendimento para intensidade de corrente ascendentes,
provavelmente pela maior agitação das gotas e conseqüentemente perda de direcionamento
das mesmas em relação ao material base gerando aumento da taxa de respingos.
Figura 5.7
-
Int
eração entre a intensidade de corrente e comprimento do arco sobre o
rendimento da soldagem
-
E 6010
.
e.
Taxa de Fusão.
Com relação a taxa de fusão (TF), Figura 5.8, observou-se que os parâmetros
polaridade e corrente foram significativos no consumo do
eletrodo E6010.
Figura 5.8
-
Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de fusão da soldagem
-
E 6010.
55
No caso da polaridade, a maior taxa de fusão do eletrodo se verificou na polaridade
direta (CC
-
), talvez por uma maior ação do efeito termoiônico do
arco. No caso da intensidade
de corrente, o seu aumento gerou maior aquecimento do eletrodo por efeito Joule e,
conseqüentemente, gerou um aumento significativo da taxa de fusão.
f.
Taxa de Deposição.
Os resultados obtidos permitiram verificar que somente o comprimento do arco afetou
significativamente a taxa de deposição, Figura 5.9, e que a utilização de comprimento de
arcos menores (baixa tensão) favorece uma melhor deposição de soldagem, provavelmente
pela diminuição da taxa de respingos como discutido anteriormente. Observando os efeitos
principais, a utilização de uma intensidade de corrente em seu nível superior igualmente
beneficia o aumento da deposição de soldagem, muito embora este fator não tenha
apresentado significância nesta resposta.
Fig
ura 5.9
- Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de deposição -
E 6010.
g.
Coeficiente de Variação da Tensão
-
CV.
A estabilidade de arco é de fundamental importância no estudo da soldagem, e
principalmente no comportamento dos eletrodos. Como discutido anteriormente, a tensão e o
seu índice derivativo de coeficiente de variação com a utilização de filtragem digital é aqui
utilizado como elemento indicativo da estabilidade do arco. Conforme os resultados obtidos
no caso do eletrodo E6010 todos os parâmetros isoladamente afetaram significativamente o
seu comportamento, além da interação da polaridade com o comprimento de arco.
Considerando os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.10, observa-se que a condição
onde teoricamente se obteve uma melhor estabilidade do cordão foi originada da polaridade
direta (CC
-), comprimento de arco de 6 mm e intensidade de corrente de 70 A. Com relação a
56
polaridade este resultado era esperado desde que a forma de transferência verificada nesta
polaridade se caracteriza por um tipo predominante de pequenas gotas, notadamente mais
estável que os outros modos. No caso do comprimento de arco maior, este resultado sugere
que talvez a transferência de gotas se proceda de uma forma mais adequada devido ao maior
espaçamento
para adquirir um movimento axial (BRANDI E TANIGUCHI,
1989
d). Com
relação a intensidade de corrente o aumento de sua intensidade diminuiu a estabilidade da
soldagem, talvez pelo aumento da taxa de respingos originada. A interação da polaridade com
o comprimento de arco, Figura 5.11 confirma a tendência descrita. Entretanto vale ressaltar
desta figura que a utilização da polaridade reversa com um comprimento de arco de 6 mm
resultou em um bom resultado de estabilidade de arco, resultado este muito próximo d
o
considerado ideal.
Figura 5.10
-
Efeitos principais dos fatores sobre o coeficiente de variação tensão
-
E 6010.
Figura 5.11
-
Interação entre a comprimento do arco e polaridade sobre
o coeficiente de variação d
a tensão
-
E 6010.
57
5.2.3.2
Análise dos Efeitos Principais e de Interação para o Eletrodo Rutílico E6013.
Para este eletrodo observou-se, (Tabela 5.3), que o parâmetro polaridade (pol) foi
estatisticamente significativo para o índice de convexidade (IC) e taxa de deposição (TD). O
parâmetro de comprimento do arco (a) influenciou no rendimento (Rd), na taxa de deposição
(TD) e no coeficiente de variação (CV). A intensidade de corrente (I) influenciou a penetração
(p), rendimento (Rd), taxa
de fusão (TF) e taxa de deposição (TD). Com relação as interações,
temos que a interação da polaridade com o comprimento do arco (pol*a) influenciou apenas o
coeficiente de variação (CV). A interação da polaridade com a corrente (pol*I) influenciou o
rend
imento de deposição (Rd) e o coeficiente de variação (CV). A interação da corrente com
o comprimento do arco (I*a) influenciou o coeficiente de variação e a taxa de deposição.
a.
Penetração.
A
Figura 5.12 mostra os efeitos principais dos parâmetros sobre a penetração onde
observa
-se que a intensidade de corrente afetou significativamente a penetração. A polaridade
e o comprimento do arco não apresentaram valores significativos, entretanto a utilização da
polaridade reversa (CC+) apresentou uma tendência
de gera
r uma maior penetração na solda
Figura 5.12
-
Efeitos principais dos fatores sobre a penetração da solda
-
E 6013.
Com relação a intensidade de corrente, como esperado, um maior nível desta gerou
uma maior penetração da solda, em função do maior nível de energia gerado no arco. O
comprimento do arco pouco afetou a penetração sendo que o menor comprimento gerou uma
leve melhora na penetração, como era de se esperar.
b.
Convexidade do Cordão.
58
Para o eletrodo rutilico E6013 observou-se que o parâmetro polaridade foi o único fator que
apresentou significância estatística de 95% na convexidade do cordão
(Tabela 5.3)
. Entretanto
caso esta significância fosse reduzido para 90% a intensidade de corrente também se tornaria
significativa. Entretanto no
ta
-se que a convexidade de forma geral não apresentou grandes
variações entre os níveis máximo (19,2%) e mínimo (15,8%). Considerando os efeitos
principais dos parâmetros, Figura 5.13, observa-se que na polaridade direta (CC-) obtêm-
se
valores menores para a convexidade associada ao comprimento do arco e intensidade de
corrente em seu níveis máximos. Este comportamento já era esperado, conforme explicado
acima.
Figura 5.13
-
Efeitos principais dos fatores sobre a convexidade do cordão
-
E 6013.
c.
Dilu
ição.
Com relação a diluição para o eletrodo E6013, nenhum dos fatores foi significativo.
Considerando
-se os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.14, observa-se que apenas a
corrente apresenta uma maior influência sobre esta resposta sendo que um maior nível de
corrente conduziu a um aumento da diluição. Este fato já era esperado, pois com o aumento
da corrente aumenta-se a energia de soldagem e, com isto a escória tende a ficar mais fluída
diminuindo o tamanho das gotas e conseqüentemente provocando aumento da diluição
(
BRANDI 1992
).
59
Figura 5.14
-
Efeitos principais dos fatores sobre a diluição do cordão
-
E 6013.
d.
Rendimento.
No caso do rendimento os parâmetros comprimento do arco e intensidade de corrente
afetaram significativamente o seu comportamento, além da interação da corrente com a
polaridade. Considerando os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.15, observa-se que a
condição onde se maximiza o rendimento de soldagem é conseguida através do comprimento
de arco e corrente em seus níveis mínimos, resultado este esperado, pois se observou uma
menor taxa de formação de respingos.
Figura 5.15
-
Efeitos principais dos fatores sobre o rendimento da soldagem
-
E 6013.
Estudos realizados por Brandi e Taniguchi (1989) atestam que para correntes baixas o
tamanho médio das gotas são maiores que para correntes altas, sendo que desta forma é
possível que os respingos sejam melhor direcionados neste caso do que para correntes altas,
ou seja, aumentando-se a corrente aumenta-se a quantidade de respingos e conseqüentemente
60
diminui
-se o rendimento de soldagem. Também a mudança da polaridade reversa (CC+) para
a direta (CC-) causou um aumento de respingos. Conforme dito anteriormente a utilização de
um comprimento de arco menor reduz o espaço eletrodo-peça, reduzindo também a formação
de respingos.
A interação das variáveis intensidade de corrente com a polaridade, Figura 5.16,
também influenciaram na resposta, sendo que a melhor condição é obtida com a polaridade
reversa (CC+) e a corrente em seu nível mínimo. Ressalta-se desta figura que, embora os
fabricantes deste tipo de eletrodo recomendem a utilização das duas polaridades, aqui
observa
-
se que na polaridade CC+ o rendimento foi maior.
Figura 5.16
-
Interação entre a intensidade de
corrente e comprimento
do arco sobre o rendimento da soldagem
-
E 6013
.
e.
Taxa de Fusão.
Com relação a taxa de fusão, Figura 5.17, observa-se que apenas a corrente
apresentou significância na taxa de fusão, apesar deste fato, pode-se perceber do gráfico que
houve tendência da polaridade direta (CC-) e comprimento de arco de 2 mm maximizarem a
taxa de fusão. No caso da intensidade de corrente o aumento da taxa de fusão ocorre
diretamente com o aumento da intensidade de corrente, o que era de se esperar, pois o
aquecimento por efeito Joule se torna mais efetivo nestas condições.
De acordo com Quites e Dutra (1979), o consumo e a produção de material de adição
do eletrodo são muito afetados pelo tipo de revestimento, devido à geração de atmosferas de
arco com diferentes graus de ionização as quais influenciam nos modos de transferência de
material de adição, intensidade de corrente, do comprimento do eletrodo e da polaridade.
Desta forma quanto maior for a energia de ionização da atmosfera do arco, com
comprimentos iguais de arco, maior a taxa de fusão do eletrodo, maior também a freqüência
de passagem das gotas e menor será o diâmetro médio das mesmas.
61
Figura 5.17
-
Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de fusão da soldagem
-
E 6013.
f.
Taxa de Deposição.
Os resultados obtidos permitem verificar que os três parâmetros estudados afetaram
significativamente a taxa de deposição Figura 5.18, ou seja, polaridade direta associada a
corrente em seu nível máximo e comprimento de arco em seu nível mínimo apontam para
uma melhor taxa deposição de material de adição..
Figura 5.18
-
Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de deposição
-
E 6013.
Tais resultados são interessantes e, em particular a polaridade, pois como este eletr
odo
apresenta um bom comportamento do arco em ambas as polaridades, a polaridade direta se
torna uma opção economicamente interessante de ser utilizada. Observa-se também que os
gráficos de taxa de fusão e de deposição têm uma certa semelhança, isto porque existe uma
proporcionalidade entre os dois parâmetros estudados
62
A interação significativa da intensidade de corrente com o comprimento de arco,
Figura 5.19,
confirma que os melhores resultados de deposição são obtidos com a utilização
de um comprimento de arco menor associado a corrente em seu nível máximo. Vale ressaltar
desta figura que no caso de arco com 6 mm de comprimento a taxa de deposição sofreu
pouca influência da corrente. Entretanto com 2 mm de comprimento, ocorreu um sensível
aumento da taxa de deposição para intensidades de correntes ascendentes. De acordo com
Quites e Dutra (1979), a taxa de deposição é muito dependente do tipo de revestimento, pois
este gera atmosferas de arco com diferentes graus de ionização, as quais influenciam nos
mo
dos de transferências de material de adição.
Figura 5.19
-
Interação entre a intensidade de corrente e comprimento
do arco sobre a taxa de deposição
-
E 6013
.
g.
Coeficiente de Variação da Tensão.
Conforme mencionado anteriormente, a estabilidade do arco é muito importante no
estudo da soldagem e no comportamento dos eletrodos. Dos resultados obtidos, no caso do
eletrodo E6013, o único parâmetro que afetou significativamente o seu comportamento foi o
comprimento do arco, além da
interação da corrente com o comprimento de arco e polaridade,
e da polaridade com o comprimento do arco. Considerando os efeitos principais dos
parâmetros,
Figura 5.20, observa-se que a condição onde teoricamente se obteve uma melhor
estabilidade do cordão foi originada com comprimento de arco de 6 mm, e apesar dos outros
dois parâmetros não apresentaram significância, pode-se perceber que a polaridade inversa
(CC+) e a corrente em seu nível mínimo contribuíram para a melhor estabilidade da
soldagem. As interações da polaridade e corrente com o comprimento de arco, Figura 5.21
confirmam a tendência descrita.
63
Figura 5.20
-
Efeitos principais dos fatores sobre o coeficiente de variação da tensão E 6013.
Figura 5.21
-
Interação entre a comprimento do a
rco e polaridade sobre
o coeficiente de variação da tensão
-
E 6013.
No caso do comprimento de arco maior, este resultado sugere a mesma explicação
feita para o eletrodo E6010. Brandi e Taniguchi (1989) afirmam que a mudança da polarida
de
reversa (CC+) para a direta (CC-) causa um aumento na quantidade de respingos. Com
relação a intensidade de corrente o aumento de sua intensidade diminuiu a estabilidade da
soldagem.
5.2.3.3
Análise dos Efeitos Principais e de Interação para o Eletrodo Básico
E7018.
Para este eletrodo observou
-
se,
Tabela 5.3
,
que o parâmetro polaridade não apresentou
influencia estatística sobre nenhuma das respostas. O parâmetro comprimento do arco
64
influenciou na convexidade do cordão, na taxa de deposição e na taxa de fusão. A intensidade
de corrente influenciou na convexidade do cordão, no rendimento na taxa de deposição e taxa
de fusão. Com relação às interações, observa-se que a interação da polaridade com o
comprimento do arco influenciou apenas a diluição, a interação da polaridade com a corrente
influenciou o rendimento de deposição e a interação da corrente com o comprimento do arco
influenciou na convexidade do cordão.
a.
Penetração.
A
Figura 5.22
mostra os efeitos principais dos parâmetros sobre a penetração
.
Figura 5.22
-
Efeitos principais dos fatores sobre a penetração da solda
-
E 7018.
Observa-se da figura 5.22 que a corrente foi o único fator que afetou
significativamente a penetração sendo que um maior nível desta gerou uma maior penetração
da solda, em função do maior nível de energia gerado no arco. No caso da polaridade
observou
-se que a polaridade inversa (CC+) gerou uma maior penetração na solda, estando de
acordo com as recomendações do fabricante. O comprimento do arco pouco afetou a
penetração,
entretanto com uma tendência de se obter melhores resultados de penetração com
a utilização de um maior comprimento do arco. Este fato se justifica talvez pela característica
singular deste tipo de revestimento de apresentar transferências através de grandes gotas além
de apresentarem importante efeito da polaridade.
b.
Convexidade do Cordão
.
65
Para o eletrodo celulósico E7018 nota-
se
da Figura 5.23 que a convexidade obtida
com este eletrodo foi superior aos outros tipos. Observa-se também que os parâmet
ros
comprimento do arco e corrente foram os únicos fatores estatisticamente significativos na
convexidade do cordão. Considerando os efeitos principais dos parâmetros, Figura 5.23
,
observa
-se que o aumento do comprimento de arco e da corrente conduziu a uma diminuição
da convexidade do cordão, muito embora a utilização de um menor comprimento de arco
ainda permite convexidades adequadas do cordão.
Figura 5.23
-
Efeitos principais dos fatores sobre a convexidade do cordão
-
E 7018.
Figura 5.24
-
Intera
ção da corrente e comprimento do arco sobre a convexidade do cordão.
A interação da corrente com o comprimento do arco praticamente se situou no limite
de significância, sendo por isto considerado significativo na resposta. Considerando a
Figura
5.24
, ob
serva
-se que valores de convexidade por volta de 20% (considerados adequados)
podem ser obtidos para corrente no nível máximo associado a um menor comprimento do
arco.
66
Considerando todos os efeitos dos parâmetros sugere-se que uma melhor combinação
que resulte numa convexidade mais adequada do cordão seria a utilização da polaridade
reversa (CC+) associada a uma intensidade de corrente em seu nível máximo e comprimento
do arco de 2 mm.
c.
Diluição.
Com relação a diluição, não houve fator estatisticamente significativo, apenas a
interação do comprimento do arco com a polaridade. Considerando-se a interação dos
parâmetros observa-se da Figura 5.25 que para a utilização de um comprimento de arco em
seu nível mínimo associado à polaridade reversa (CC+) conduziram a um aumento
significativo da diluição.
Figura 5.25
-
Interação entre o comprimento do arco e a
Polaridade sobre a diluição
E7018.
Isto provavelmente pode ser característico do tipo de transferência globular
predominante, ou seja, gotas grandes, que segundo Polchodnya et. al. (1990) e Brandi e
Taniguchi (1988) a utilização de comprimentos de arco menores podem causar acréscimos
de pressão na superfície da poça líquida gerando em conseqüência aumento da área de
penetração e
da diluição do cordão.
d.
Rendimento.
Para o rendimento o único fator que afetou significativamente seu comportamento foi
a corrente de soldagem, além da interação da corrente com a polaridade. Considerando os
efeitos principais dos parâmetros, Figura 5
.26
, observa-se que a condição onde se maximiza
o rendimento de soldagem é conseguida através da corrente em seu nível mínimo. Entretanto
67
como este nível de corrente é muito baixo (47 A) o que pode afetar a taxa de deposição,
sugere
-se que a utilização da corrente no seu nível superior, muito embora apresente uma
redução de rendimento de 74% para 68%, variação esta não muito significativa. Este fato é
fortalecido pela interação da corrente com a polaridade, Figura 5.27. Como os eletrodos
E7018 são recomenda
dos pelo fabricante para soldar em polaridade reversa (CC+), observa
-
se
desta interação e condição que o melhor rendimento foi conseguido com uma corrente em seu
nível superior.
Figura 5.26
-
Efeitos principais dos fatores sobre o rendimento da soldagem
E7018.
Figura 5.27
-
Interação entre o comprimento do arco e a
polaridade sobre a diluição
-
E 7018.
e.
Taxa de Fusão.
Com relação a taxa de fusão, Figura 5.28
,
observou
-se que os parâmetros
comprimento do arco e corrente foram significativos na taxa de fusão do eletrodo E7018. O
revestimento gera atmosferas de arco com diferentes graus de ionização, as quais influenciam
nos diferentes modos de transferência de material de adição. Assim sendo, a taxa de
68
deposição e a taxa de fusão são muito dependentes do tipo de revestimento. No caso do
comprimento do arco, a maior taxa de fusão do eletrodo se verificou para comprimentos em
seu nível mínimo.
Figura 5.28
-
Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de fusão da soldagem
-
E 7
018.
Para a intensidade de corrente o aumento da taxa de fusão ocorre diretamente com o
aumento da intensidade de corrente, o que era de se esperar, devido ao aquecimento por efeito
Joule. No caso da polaridade, apesar desta não ter apresentado significâ
ncia, pode
-se observar
que há uma tendência da mesma ser maior na polaridade CC+, conforme esperado.
f.
Taxa de Deposição.
Com relação a taxa de deposição, tanto o comprimento do arco quanto a corrente de
soldagem
afetaram
significativamente a taxa de de
posição,
Figura 5.29, e a
utilização
de
comprimentos de arcos menores (baixa tensão) e a corrente em seu nível máximo favorecer
am
5.29
-
Efeitos principais dos fatores sobre a taxa de deposição
E7018.
69
uma melhor deposição de soldagem. Apesar da polaridade não ter apresentado significância,
pode
-
se ver que a taxa de deposição foi maior na polaridade positiva, como era de se esperar.
g.
Coeficiente de Variação da Tensão.
Conforme a ANOVA, nenhum dos três parâmetros estudados, bem como as intera
ções
afetaram significativamente a estabilidade do arco.
5.3
Comparações finais do comportamento operacional para os
três tipos de eletrodos.
Os aspectos anteriormente discutidos no item 5.2 estabelecem a influência dos
parâmetros no comportamento individual dos eletrodos. Entretanto é de fundamental
importância compara-los conjuntamente no sentido de melhor adequá-los a uma aplicação
industrial. Sob este aspecto algumas características se destacam sob o ponto de vista
operacional e econômico. Desta forma três respostas serão analisadas comparativamente aos
eletrodos estudados, ou seja, a estabilidade do arco, a taxa de deposição e o rendimento de
soldagem.
A
Figura 5.30 mostra o comportamento do coeficiente de variação da tensão para os
eletrodos
estudados sob a influência de sua interação com a polaridade e comprimento do
arco.
Eletr odo
Polar idade
Compr im ento
+- 62
10
5
0
10
5
0
Eletrodo
7018
6010
6013
Polaridade
-
+
Figura 5.30
-
Comportamento da estabilidade do arco para os eletrodos estudados
.
70
Observa-se que o eletrodo celulósico foi o mais estável em ambas as polaridades
comparativamente aos outros tipos e mostrou maior estabilidade na polaridade direta, fato este
esperado e já explicado anteriormente. O eletrodo rutílico se situou na posição intermediária
sem mostrar variações de comportamento com a polaridade. Por sua vez o eletrodo básico foi
o menos estável com uma constância de comportamento em ambas as polaridades.
Considerando a influência do comprimento do arco, os resultados mostram que para os
eletrodos celulósicos e rutílicos a utilização de um comprimento de arco maior conduziu a
uma estabilidade melhor, comportamento oposto ao eletrodo básico
Com relação à taxa deposição, observa-se dos resultados obtidos, Figura 5.31, que o
eletrodo rutílico apresentou, dentre os eletrodos estudados, a maior taxa na polaridade direta,
sendo que quando soldado na polaridade reversa a taxa de deposição foi praticamente igual à
do eletrodo básico. Considerando a influência do comprimento do arco, é nítido que a
utilização do menor comprimento (2 mm) produziu os melhores resultados de deposição,
como era esperado em função da menor perda por respingos.
Eletrodo
Polaridade
Comprimento
+- 62
1,05
0,90
0,75
1,05
0,90
0,75
Eletrodo
7018
6010
6013
Polaridade
-
+
Figura 5.31
-
Comportamento da taxa de deposição para os eletrodos estudados.
No caso do rendimento de soldagem obser
va
-
se pelos resultados gerados,
Figura 5.32
,
que o eletrodo básico seguido pelo rutílico foram nesta ordem os de maiores rendimentos,
sendo que ambos não são influenciados pela polaridade. O eletrodo celulósico apresentou um
rendimento bem inferior aos outros tipos estudados na sua condição normal de trabalho, ou
seja, na polaridade reversa. Observando a influência do comprimento do arco, o rendimento
71
apresenta a mesma tendência da taxa de deposição, onde os melhores resultados foram
obtidos para a condição de menor comprimento do arco. Entretanto para o eletrodo básico
aparentemente o comprimento do arco não influenciou no rendimento. Isto pode ser explicado
em função de que o tipo de transferência predominante neste eletrodo é globular com uma
movimentaçã
o de gotas bastante regular gerando boa estabilidade do arco. Desta forma a
quantidade de respingos formada independerá do comprimento do arco.
Eletrodo
Polaridade
Compr imento
+- 62
70
60
50
70
60
50
Eletrodo
7018
6010
6013
Polaridade
-
+
Figura 5.32
-
Comportamento do rendimento de soldagem para os eletrodos estuda
dos.
5.4 Comparações entre qualidades visuais para os três eletrodos
Foram analisados alguns corpos de prova sob o aspecto da qualidade visual da solda,
sendo os resultados apresentados na Tabela 5.4. Estes resultados são oriundos de alguns
cor
pos de prova, sendo que os resultados completos para todos os testes realizados
encontram
-se dispostos no Apêndice A. Como se pode observar desta tabela, os eletrodos do
tipo básico e rutílico apresentaram aspectos visuais do cordão de solda considerados m
uito
bons, enquanto que os eletrodos celulósicos apresentaram qualidade visual inferior mas ainda
satisfatória.
5.5
Considerações finais dos resultados
Através das análises dos parâmetros de desempenho dos eletrodos, caracterizados pela
penetração, convexidade do cordão, diluição, rendimento de deposição, taxa de deposição,
72
taxa de fusão e coeficiente de variação, pode-se perceber que os resultados obtidos neste
trabalho assemelham-se aos obtidos pelos autores citados, evidenciando desta forma a
aplicabilidad
e do equipamento automático de soldagem para análise de eletrodos revestidos.
A utilização da metodologia DOE com a fixação dos parâmetros de comprimento do arco,
corrente e polaridade permitiu uma visão geral da influência dos parâmetros importantes na
s
oldagem com eletrodos revestidos
.
CP
POL
Aspecto
Superf.
Qualidade
Superf.
E
kJ/cm
Transf.
(G,CC,S)
a
mm
B1
CC+
SO
MB
13.76
CC
2,00
B5
CC
-
SO
MB
12.62
CC
2.00
BB1
CC+
PO
MB
15.17
CC
2.00
BB5
CC
-
PO
B
14.27
CC
2.00
C13
CC+
PO
MB
14.15
CC
2.00
C2
CC
-
SO
B
31.09
S
6.00
CC1
CC+
PO
B
18.35
G
2.00
CC7
CC
-
MO
B
12. 0
S
6.00
R4
CC+
PO
MB
6.12
G
2.00
RR1
CC
-
PO
MB
7.14
CC
2.00
RR3
CC+
PO
MB
7.92
CC
2.00
R13
CC
-
PO
MB
11.57
G
2.00
Tabela 5.4
- Resultados observados sobre a qualidade visual da solda dur
ante a
experiência para os eletrodos E
-
6010, E
-
7018 e E
-
6013.
Legenda:
SO
-
Sem ondulações MB
Muito bom
PO
-
Poucas ondulações B
-
Bom
MO
Muita
s ondulações R -
Ruim
A escolha das condições de soldagem visou forçar, como dito anteriormente, o
surgimento dos vários tipos de transferências metálicas. Brandi (1980) afirma que a escolha
adequada do tipo de transferência metálica deve ser tal que alie a facilidade de soldagem,
minimize as transformações metalúrgicas na zona afetada pelo calor e as distorções na
estrutura soldada e maximize a taxa de deposição. Nem todos estes requisitos são compatíveis
entre si. Entretanto observou-se que as qualidades superficiais das soldas obtidas com o
equipamento de soldagem automática foram boas.
73
CAPÍTULO 6
CONCLUSÕES
Considerando
-se que o objetivo deste trabalho foi desenvolver e aplicar uma
metodologia para avaliação da estabilidade da soldagem através do coeficiente de variação da
tensão bem como avaliar a influência dos parâmetros nas características geométricas e de
produtividade em soldagem com eletrodos revestidos, os resultados obtidos nesta dissertação
mostram que:
As soldagens efetuadas com o equipamento automático foram melhores que as
efetuadas manualmente. Para o eletrodo rutílico, no entanto, os dois modos de
soldagem não apresentaram diferenças, com valores para o coeficiente de variação
bem próximos.
A aplicação da metodologia nas c
omparações da estabilidade do arco para os três tipos
de eletrodos utilizando-se o equipamento automático, permitiram concluir que o
eletrodo celulósico foi o mais estável em ambas as polaridades, e mostrou maior
estabilidade na polaridade direta. O eletro
do rutílico se situou na posição intermediária
sem mostrar variações de comportamento com a polaridade. O eletrodo básico foi o
menos estável com uma constância de comportamento em ambas as polaridades.
Em relação ao parâmetro comprimento do arco, conclu
iu
-se que os eletrodos rutílicos
e celulósicos apresentaram melhor estabilidade do arco com comprimentos maiores, e
para os eletrodos básicos a estabilidade foi melhor para comprimentos menores.
As comparações entre taxas de deposição mostraram que os piores resultados foram
obtidos para os celulósicos. Os eletrodos rutílicos apresentaram as maiores taxas de
deposição na polaridade direta e quando soldados com a polaridade reversa, tanto os
rutilicos quanto os básicos apresentaram valores menores e semelhantes. Em relação
ao comprimento do arco, tanto a deposição quanto o rendimento apresentaram
melhores resultados para valores de 2,0 mm.
74
As comparações entre os rendimentos de soldagem mostraram que os eletrodos
rutílicos apresentaram os melhores rendimentos, seguido pelos básicos e celulósicos
que apresentaram valores menores.
6.1
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
No desenvolvimento deste trabalho percebeu-se que aspectos ainda podem ser
explorados. Desta forma sugere-se uma melhor investigação em trabalhos futuros dos
seguintes aspectos:
Automatizar o controle de mergulho do eletrodo na poça de fusão através do controle
da voltagem e do comprimento do arco utilizando-se motor de passo e componentes
eletrônicos de controle.
Fazer análise de custo associado aos modos de transferências metálicas e energia
consumida.
Analisar as zonas afetadas pelo calor das soldagens efetuadas com a soldagem
automática e verificar alterações nas propriedades do material soldado.
Estender as análises e os métodos aqui empregados para eletrodos com alma de aço
inoxidável e eletrodos sintéticos.
75
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PA.
78
APENDICE A
TABELAS DE TESTES COM OS ELETRODOS
LEGENDA:
p.el.a
peso eletrodo antes (g)
p.el.d
peso eletrodo depois (g)
p.ch.a
peso chapa antes (g)
p.ch.d
peso chapa depois (g)
RD
rendimento
t
tempo de arco aceso (s)
a
comprimento do arco
S
p
área de penetração da solda (mm
2
)
TF
taxa de fusão
TD
taxa de deposição
Pol
polaridade
v
s
velocidade de sol
dagem
r
-
altura do reforço do cordão
b
Largura do cordão
eletrodo: 3,25 mm
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
RUT
g g g g % s
mm
mm
2
k
g / h
k
g/h
mm/s
R1
29,9
16,1
537,6
547,3
70,29
39,2
2 2,5
1,27
0,89
CC
-
1,667
R2
29,7
12,8
589,7
600,8
65,68
55,4
6 3,2
1,10
0,72
CC+
1,667
R3
29,6
14
,2
593,9
605,0
72,08
46,6
2 5,3
1,19
0,86
CC+
1,667
R4
29,7
9,98
550,1
562,8
64,40
45,13
2
10,9
1,57
1,01
CC+
1,667
R5
29,7
7,6
551
566,6
70,59
49,0
2
13,8
1,62
1,15
CC
-
1,667
R6
29,7
11,4
572,4
582,8
56,83
48,4
6
13,5
1,36
0,77
CC+
1,667
R7
29,6
8,2
5
71,7
586,1
67,29
60,0
6
5,5
1,28
0,86
CC
-
1,667
R8
29,8
8,6
531,7
545,2
63,68
50,0
6
15,0
1,53
0,97
CC
-
1,667
R9
29,6
13,3
581,4
591,6
62,58
48,0
6
5,8
1,22
0,77
CC
-
1,667
R10
29,8
10,1
550,5
564,6
71,57
59,0
6
6,0
1,20
0,86
CC+
1,667
R11
29,9
15,6
586
,9
597,0
70,63
49,0
2
3,0
1,05
0,74
CC+
1,667
R12
29,6
14,9
565,1
575,2
68,71
40,0
2
5,3
1,32
0,91
CC
-
1,667
R13
29,4
11,0
529,7
541,9
66,30
26,8
2
11,7
2,47
1,64
CC
-
1,667
R14
29,7
14,2
580,5
590,1
61,94
60,0
6
11,2
0,93
0,58
CC+
1,667
R15
29,8
9,9
57
0,5
583,2
63,82
44,0
6
8,7
1,63
1,04
CC
-
1,667
R16
29,9
14,5
561,1
571,0
64,29
28,0
2
12,9
1,98
1,27
CC+
1,667
Tabela A1
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
6013
Rutílico
79
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
BAS
g g g g % s
mm
mm
2
Kg/h
Kg/ h
mm/s
B1
36,5
22,3
542
552,3
71,13
35,42
2
11,0
1,44
1,03
CC+
1,667
B2
37,2
24,8
624
632,2
63,71
40,74
6
5,3
1,10
0,70
CC
-
1,667
B3
37,4
23,3
554
563,5
68,09
39,0
6
6,6
1,30
0,89
CC+
1,667
B4
37,2
28,5
598
603,6
70,11
22,74
2
5,5
1,38
0,
97
CC+
1,667
B5
37,1
23,0
612,0
621,0
63,83
35,96
2
6,2
1,41
0,90
CC
-
1,667
B6
37,0
28,6
679
685,4
78,57
32,87
6
5,2
0,92
0,72
CC
-
1,667
B7
37,1
28,3
562
567,9
68,18
38,00
6
3,5
0,83
0,57
CC+
1,667
B8
37,2
24,2
681
690,0
70,77
38,45
2
1,6
1,22
0,86
CC-
1,667
B9
37,1
25,7
656
663,1
64,91
35,00
6
10,8
1,17
0,76
CC
-
1,667
B10
36,4
25,8
631
638,6
72,64
40,53
6
2,0
0,94
0,68
CC
-
1,667
B11
37,2
26,1
543
551,0
69,37
39,72
6
8,4
1,01
0,70
CC+
1,667
B12
37,1
25,9
601
609,0
70,54
32,60
2
8,2
1,24
0,87
CC+
1
,667
B13
37,1
25,0
595
602,9
68,60
34,00
2
9,1
1,28
0,88
CC+
1,667
B14
37,2
23,9
694
704,0
73,68
39,00
2
2,3
1,23
0,90
CC
-
1,667
B15
37,1
20,7
558,0
569,2
68,29
37,29
6
14,7
1,58
1,08
CC+
1,667
B16
37,1
21,9
664,0
674,5
69,08
34,34
2
7,1
1,59
1,10
CC
-
1,667
Tabela A2
- Testes efetuados com eletrodo AWS E-
7018
Básico
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
CEL
g g g g % s
mm
mm
2
kg / h
kg/h
mm/s
C1
26,2
11
630
638,3
54,90
31,41
2
25,6
1,75
0,96
CC+
1,667
C2
26,3
7,1
693
701,1
44
,27
38,34
6
39,2
,80
0,80
CC
-
1,667
C3
26,1
15
622
629,9
69,09
35,53
6
13,3
1,11
0,77
CC+
1,667
C4
26,1
13
545
549,6
32,56
30
6
31,2
1,55
0,50
CC+
1,667
C5
26,2
9,4
655
663
46,43
35,99
2
31,6
1,68
0,78
CC
-
1,667
C6
26,2
6,6
685
693,2
44,39
35,6
2
55,0
1,98
0,88
CC
-
1,667
C7
26,1
11
671
679
50,99
36,13
6
28,0
1,50
0,77
CC
-
1,667
C8
26,2
13
630
637,8
61,24
38,91
2
16,9
1,19
0,73
CC+
1,667
C9
26,3
11
672
678,6
40,26
38,77
6
24,1
1,43
0,58
CC
-
1,667
C10
26,3
12
671
679,4
60,71
35,09
2
20
,7
1,44
0,87
CC
-
1,667
C11
26,1
10
652
661,7
62,11
32,93
2
37,0
1,76
1,09
CC+
1,667
C12
26,2
15
630
636
55,45
39,64
6
12,9
1,00
0,55
CC+
1,667
C13
26,2
13
664
672,5
63,43
42,47
2
18,3
1,14
0,72
CC+
1,667
C14
26,2
7,5
648
656,7
47,59
35,22
2
52,8
1,91
0,91
CC
-
1,667
C15
26,2
10
659
665,1
39,51
32,2
6
42,0
1,81
0,72
CC
-
1,667
C16
26,3
1,6
667
672,6
24,70
33,38
6
39,2
2,66
0,66
CC+
1,667
Tabela A3
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
6010
-
celulósico
80
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p/ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
RUT
g g g g % s
mm
mm
2
kg / h
kg / h
mm/s
RR1
29,8
16,2
625,5
635,0
69,85
36,38
2
7,1
1,35
0,94
CC
-
2,333
RR2
29,6
17,9
656,3
662,2
50,43
35,50
6
9,7
1,19
0,60
CC+
2,333
RR3
29,8
18,5
652,6
659,8
63,72
32,55
2
5,2
1,25
0
,80
CC+
2,333
RR4
29,6
9,5
626,6
639,2
62,69
39,94
2
26,6
1,81
1,14
CC+
2,333
RR5
29,9
9,9
586,6
600,0
67,00
35,66
2
34,4
2,02
1,35
CC
-
2,333
RR6
29,7
12,6
557,1
566,9
57,31
36,37
6
21,0
1,69
0,97
CC+
2,333
RR7
29,8
17,8
657,4
665,1
64,17
35.00
6
6,
7
1,23
0,79
CC
-
2,333
RR8
29,8
12,7
620,6
631,7
64,91
35,31
6
19,6
1,74
1,13
CC
-
2,333
Tabela A4
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
6013
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
BAS
g g g g % s
mm
mm
2
kh/h
kg/h
mm/s
BB1
37,1
24
5
92
602
72,31
32,21
2
7,5
1,45
1,05
CC+
2,33
BB2
37,1
25
662,0
670
65,57
40,58
6
6,8
1,08
0,71
CC
-
2,33
BB3
37,0
25
546
554
68,80
33,67
6
9,9
1,34
0,92
CC+
2,33
BB4
37,1
27
578
586
82,35
35,20
2
3,5
1,04
0,86
CC+
2,33
BB5
36,7
23
658,0
669
76,43
34,17
2
6,3
1,47
1,13
CC
-
2,33
BB6
37,1
26
653
661
78,90
38,00
6
3,6
1,03
0,81
CC
-
2,33
BB7
37
28
676,0
680
47,25
34,34
6
2,5
0,95
0,45
CC+
2,33
BB8
37,1
24
652
661
74,02
34,85
2
2,8
1,31
0,97
CC
-
2,33
Tabela A5
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
7018
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
CEL
g g g g % s
mm
mm
2
kg/h
kg/h
mm/s
CC1
26,1
11
628
637
58,11
34,66
2
24,9
1,54
0,89
CC+
2,333
CC2
26,1
7,3
600
610,0
52,66
36,75
6
30,7
1,84
0,97
CC
-
2,333
CC3
26,0
15
658
663,0
49,06
38,26
6
8,0
1,00
0,49
CC+
2,333
CC4
26,0
12
575,0
581
42,75
35,84
6
21,8
1,39
0,59
CC+
2,333
CC5
26,1
12
660
669
61,27
34,76
2
14,0
1,47
0,90
CC
-
2,333
CC6
26,0
7,4
671
680
47,85
34,33
2
40,7
1,95
0,93
CC
-
2,333
CC7
26,1
14
647
650,0
26,61
34,29
6
15,7
1,30
0,
35
CC
-
2,333
CC8
26,0
16
557
563
62,75
33,81
2
12,8
1,09
0,68
CC+
2,333
Tabela A6
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
6010
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
RUT
g g g g % s
mm
mm
2
kg / h
kg / h
mm/s
RM1
28,8
22
609,8
615,2
7
9,41
21,08
2
6,0
1,16
0,92
CC
-
1,667
RM2
28,7
18
597
605,8
82,24
24,93
2
7,1
1,55
1,27
CC
-
1,667
RM3
28,8
22,6
547,3
553,9
106,45
24,58
2
1,7
0,91
0,97
CC+
1,667
RM4
28,3
19,5
598,5
605,2
76,14
23,83
2
8,0
1,33
1,01
CC+
1,667
RM5
28,8
18,9
602
610,6
86
,87
22,65
2
17,9
1,57
1,37
CC
-
2,333
RM6
29
18,9
556,1
564,9
87,13
22,93
2
5,4
1,59
1,38
CC
-
2,333
RM7
28,5
22,5
597
602,5
91,67
23,51
2
9,0
0,92
0,84
CC+
2,333
RM8
28,5
18,9
578,7
585,7
72,92
23,69
2
15,4
1,46
1,06
CC+
2,333
Tabela A7
Testes efetua
dos com o eletrodo AWS E
-
6013 soldagem manual
81
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
BAS
g g g g % s
mm
mm
2
kg/h
kg/h
mm/s
BM1
37,1
30
604,8
609,9
71,83
24,12
2
6,4
1,06
0,76
CC
-
1,667
BM2
37,1
27,2
588,3
592,8
45,45
23,94
2
14,0
1,49
0,68
CC
-
1,667
BM3
37,1
26,6
592,3
598,4
58,10
23,7
2
5,0
1,60
0,93
CC+
1,667
BM4
37,1
25,2
586,4
593,2
57,14
23,84
2
16,0
1,80
1,03
CC+
1,667
BM5
37,1
30,0
598,2
603,0
67,61
24,26
2
5,0
1,05
0,71
CC
-
2,333
BM6
37,1
26,7
602,2
605,4
30,77
27,72
2
11,0
1,35
0,42
CC
-
2,333
BM7
37,1
29,3
605,4
610,7
67,95
23,74
2
6,0
1,18
0,80
CC+
2,333
BM8
37
,1
26,1
557,9
564,1
56,88
24
,00
2
15,0
1,64
0,93
CC+
2,333
Tabela A8
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
7018 soldagem manual
CP
p.el.a
p.el.d
p.ch.a
p.ch
.d
RD
t a S
p
TF
TD
P
ol
v
s
CEL
g g g g % s
mm
mm
2
kg/h
kg/h
mm/s
CM1
26,1
15,3
582,8
587,2
40,74
25,14
2
20.9
1,55
0,63
CC
-
1,667
CM2
26,1
11,1
590,9
597,9
46,67
24,56
2
51,4
2,20
1,03
CC
-
1,667
CM3
26,1
18,6
593,6
597,4
50,67
24,5
2
21,0
1,10
0,56
CC+
1,667
CM4
26
13
592
597,4
41,54
24,81
2
49,0
1,89
0,78
CC+
1,667
CM5
26,1
15,8
588,4
593
44,66
24,3
2
53,0
1,53
0,68
CC
-
2,333
CM6
25,3
11
584
590,3
44,06
25,75
2
51,4
2,00
0,88
CC
-
2,333
CM7
26
19,1
596,1
599,8
53,62
25
2
8,2
0,99
0,53
CC+
2,
333
CM8
26,1
12,9
600
605,4
40,91
25,5
2
32,
1,86
0,76
CC+
2,333
Tabela A
-
9
Testes efetuados com o eletrodo AWS E
-
6010 soldagem manual
82
TABELAS: QUALIDADE S
UPERFICIAL DAS SOLDA
S
LEGENDA:
PA
perfil adequado
PI
-
perfil inadequado
CV
coeficiente de variação
SP
sem porosidades
Transf
transferência
G
-
globular
S
spray
CC
curto circuito
Ondul
Ondulação
ELETR
P a
aspecto
qualidade
perfil
por
os.
Im
CV
T
ransf
custo
mm
sup. Solda
sup. Solda
PA/PI
superf.
A
R$(1,0/kW)
R1
CC
-
2
sem ondul
ruim
PI
SP
64,529
0,132
CC
0,059
R2
CC+
6
muitas ondul
ruim
PA
SP
93,304
0,062
S
0,174
R3
CC+
2
sem ondul
boa
PA
SP
98,573
0,096
CC
0,13
R4
CC+
2
pou
cas ondul
muito boa
PA
SP
124,33
0,133
G
0,189
R5
CC
-
2
poucas ondul
boa
PA
SP
109,82
0,108
CC
0,114
R6
CC+
6
muitas ondul
ruim
PA
SP
115,62
0,113
G
0,241
R7
CC
-
6
escamado
ruim
PA
SP
67,802
0,094
S
0,114
R8
CC
-
6
irregular
péssimo
PA
SP
105,25
0,066
S
0,165
R9
CC
-
6
medias ondul
média
PA
SP
76,548
0,094
S
0,112
R10
CC+
6
escamado
boa
PA
SP
63,54
0,097
S
0,0917
R11
CC+
2
uniforme(alto)
ruim
PI
SP
61,181
0,155
CC
0,0603
R12
CC
-
2
muitas ondul
média
PA
SP
83,891
0,128
CC
0,0816
R13
CC
-
2
poucas ond
ul
muito boa
PA
SP
116,82
0,1
G
0,127
R14
CC+
6
medias ondul
média
PA
SP
105,15
0,266
S
0,172
R15
CC
-
6
poucas ondul
boa
PA
SP
108,18
0,067
S
0,173
R16
CC+
2
poucas ondul
boa
PA
SP
112,06
0,484
G
0,141
Tabela A
-
10
Qualidade visual da solda eletrod
o AWS E
-
601
83
ELETR
P a
aspecto
qualidade
perfil
poros.
Im
CV
T
ransf
custo
mm
sup. Solda
sup. Solda
PA/PI
superf.
A
R$(1,0/kW)
B1
CC+
2
sem ondul
muito bom
PA
SP
116,89
0,097
CC
0,135
B10
CC
-
6
poucas ondul
ruim
PI
SP
49,325
0,148
CC
0,056
B11
CC+
6
poucas ondul
médio
PA
SP
54,768
0,122
G 0,078
B12
CC+
2
sem ondul
muito bom
PA
SP
109,49
0,098
CC
0,124
B13
CC+
2
médias ondul
médio
PA
SP
76,243
0,111
CC
0,078
B14
CC
-
2
poucas ondul
ruim
PI
SP
47,732
0,185
CC
0,055
B15
CC+
6
muitas o
ndul
médio
PA
SP
126,34
0,075
S 0,248
B16
CC
-
2
poucas ondul
bom
PA
SP
119,99
0,114
CC
0,125
B2
CC
-
6
médiias ondul
médio
PA
SP
117,69
0,09
G
0,153
B3
CC+
6
médias ondul
médio
PA
SP
101,21
0,097
G
0,17
B4
CC+
2
muitas ondul
médio
PA
SP
66,505
0,146
G 0
,073
B5
CC
-
2
sem ondul
muito bom
PA
SP
121,67
0,604
CC
0,12
B6
CC
-
6
médias ondul
ruim
PI
SP
56,441
0,123
G 0,018
B7
CC+
6
muitas ondul
médio
PA
SP
59,042
0,119
S 0,106
B8
CC
-
2
sem ondul
ruim
PI
SP
50,984
0,175
CC
0,056
B9
CC
-
6
muitas ondul
médio
PA
SP
116,89
0,093
S
0,15
Tabela A
-
11
Qualidade visual da solda eletrodo AWS
E7018
E P a
aspecto
qualidade
perfil
porosidades
In
CV
T
ransf
custo
mm
superficial
superficial
PA/PI
superficiais
A
R$*1,0kW)
C1
CC+
2
médias ondul
médio
PA
SP
151
,34
0,061
G
0,308
C2
CC
- 6
sem ondul
bom
PA
SP
100,29
0,06
S
0,234
C3
CC+
6
poucas ondul
bom
PA
SP
79,747
0,073
G
0,172
C4
CC+
6
muitas ondul
ruim
PA
SP
137,94
0,073
S
0,328
C5
CC
- 2
muitas ondul
médio
PA
SP
93,519
0,064
S
0,224
C6
CC
- 2
poucas ondul
médio
PA
SP
117,94
0,057
S
0,314
C7
CC
- 6
sem ondul
bom
PA
SP
76,829
0,067
G
0,21
C8
CC+
2
poucas ondul
médio
PA
CP
97,091
0,08
G/CC
0,16
C9
CC
- 6
médias ondul
médio
PA
SP
72,658
0,069
S
0,186
C10
CC
- 2
muitas ondul
médio
PA
CP
70,285
0,074
S
0,165
C1
1
CC+
2
poucas ondul
ruim
PI
SP
152,53
0,059
G/S
0,308
C12
CC+
6
muitas ondul
ruim
PA
SP
75,731
0,08
G
0,162
C13
CC+
2
poucas ondul
muito bom
PA
SP
85,545
0,089
CC
0,14
C14
CC
- 2
sem ondul
bom
PA
SP
116,04
0,062
S
0,309
C15
CC
- 6
poucas ondul
ruim
PA
SP
101,92
0,058
S
0,298
C16
CC+
6
muitas ondul
ruim
PA
SP
135,84
0,056
S
0,331
Tabela A12
Qualidade Visual da Solda eletrodo celulósico AWS E
6010
84
TABELAS: ÁREAS DE PE
NETRAÇÃO, ZAC E
REFORÇO DO COR
DÃO
LEGENDA:
Rx
eletrodo E6013
rutílico
Vs
1,667 mm/s
Bx
eletrodo E7018
básico
Vs
1,667 mm/s
Cx
eletrodo E6010
celulósico Vs
1,667 mm/s
S
r
Área de reforço do cordão -
mm
2
S
p
Área de penetração da solda
-
mm
2
S
z
Á
rea afetada pelo calor (ZAC)
mm
2
RRx, BBx, CCx
-
Vs
-
2,333 mm/s
CP
S
r
S
p
S
z
CP
S
r
S
p
S
z
CP
S
r
S
p
S
z
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
BM1
13,0
6,4
21,8
RM1
13,2
6,0
19,1
CM1
24,3
20,9
45,0
BM2
2
0,6
14,2
6
2,0
RM2
28,7
7,1
36,2
CM2
22
,2
51,4
132,0
BM3
24
,1
5,5
24
,5
RM3
11,0
1,7
9,6
CM3
3,7
21,0
63,9
BM4
29,3
16,0
47,7
RM4
20,7
8,0
39,3
CM4
27,3
49,0
134,7
BM5
13,7
5,0
18,3
RM5
12,9
17,9
71,6
CM5
5,7
5,3
40,5
BM6
16,8
11,1
31,4
RM6
23,1
5,4
35,0
CM6
5,7
51,4
101,6
BM7
11,3
8,6
27,2
RM7
8,1
9,0
8,2
CM7
10,4
8,2
27,4
BM8
8,0
14,6
48,5
RM8
21,6
15,4
46.0
CM8
13,7
32,8
82,8
Tabela A13
Valores obtidos para as áreas de penetração, área de deposição e ZAC soldagem
manual Vs = 2,333 mm/s
CP
S
r
S
p
S
z
CP
S
r
S
p
S
z
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
RR1
8,0
7,1
28
,4
CC1
8,0
24
,9
75
,5
RR2
3,8
9,7
31
,2
CC2
11
,9
30
,7
85
,8
RR3
7,2
5,2
23
,0
CC3
4,6 8,0
32
,2
RR4
3,5
26
,6
64
.6
CC4
7,0
21
,8
64
,5
RR5
1,85
34
,4
77
,0
CC5
4,2
14
,0
37
,0
RR6
1,08
21
,0
62
,3
CC6
18
,3
40
,7
84
,0
RR7
5,9 6,7
28
,1
CC7
4,2
15
,7
38
,0
RR8
10
,9
19
,6
65
,7
CC8
3,9
12
,8
36
,3
BB1
10
,0 7,5
29
,5
BB2
8,5 6,8
26
,8
BB3
6,8 9,9
38
,5
BB4
10
,2 3,5
15
,0
BB5
10
,1 6,3
20
,1
BB6
10
,8 3,6
11
,5
BB7
12
,2 2,5
14
,6
BB8
11
,1 2,8
11
,2
Tabela A14
Valores obtidos para área de penetração, deposição e ZAC soldagem
automática Vs = 2,333 mm/s
85
CP
S
r
S
p
S
z
CP
S
r
S
p
S
z
CP
S
r
S
p
S
z
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
mm
2
C1
53
.3
25
,6
84
,2
R1
9,0
2,5
16,0
B1
21
,0
11
,0
35
,9
C2
12
,8
39
,2
98
,0
R2
21,0
3,2 35,0
B2
18
,7 5,3
34
,8
C3
2,4
13
,3
61
,0
R3
14
,3
5,3
28,5
B3
18
,7 6,6
36
,5
C4
7,8
31
,2
11
2,6
R4
19
,6
10
,9
25
,5
B4
11
,6 5,5
16
,8
C5
15
,0
31
,6
104
,0
R5
2
0,0
13
,8
49
,3
B5
20
,5 6,2
27
,4
C6
36
,4
50
,7
169
,0
R6
15
,0
13
,5
55
,5
B6
10
,4 5,2
14
,5
C7
9,3
28
,0
91
,2
R7
14
,2
05
,5
34
,0
B7
15
,8 3,5
19
,1
C8
7,1
16
,9
43
,0
R8
21
,6
1,5
8,02
B8
16
,7 1,6 9,5
C9
11
,0
24
,1
64
,5
R9
0,91
5,8
34
,7
B9
9,4
13
,4
36
,8
C10
13
,5
20
,7
65
,8
R10
13
,5
6
,0
32
,1
B10
10
,5 2,0
11
,3
C11
36
,0
37
,
95
,6
R11
8
,0
3
,0
17
,0
B11
10
,9 8,4
15
,3
C12
11
,6
12
,9
50
,9
R12
11
,1
5,3
28
,6
B12
21
,7 8,2
44
,0
C13
10
,9
18
,3
44
,5
R13
17
,4
11
,7
55
,0
B13
14
,1 9,1
19
,9
C14
36,1
52
,8
149,4
R14
18
,0
11
,2
59
,0
B14
14
,9 2,3
10
,5
C15
15
,8
42
,0
109
,8
R15
23
,9
8,7
70
,8
B15
16
,3
14
,7
65
,8
C16
17
,0
39
,2
137
,4
R16
18
,8
12
,9
52
,3
B16
21
,4 7,1
29
,2
Tabela A15
Valores obtidos para área de penetração, deposição e ZAC, soldagem
automática
86
APENDICE B
MACROGRAFIAS ESQUEMÁTICAS DA SOLDAGEM EM
POLARIDADE DIRETA E REVESA
As macrografias mostradas a seguir foram obtidas através do projetor de perfil do
laboratório de metrologia da UNIFEI de corpos de prova previamente secionados, polidos
e tratados quimicamente com solução a 3% de nital.
Figura B1
peça 1.5
- Macrografia
da soldagem com eletrodo AWS E
-
6013 CC+
H=1946 J/mm, Vs =1,667 mm/s, I=124,3 A, a = 2mm
Figura B2
peça 1.6
-
Macrografia da soldagem com eletrodo AWS E
-
6013 CC+
H=2441 J/mm, Vs = 1,667 mm/s, I=115,6 A a = 6mm
Figura B3
peça 2.11
-
Macrografia da soldagem com eletrodo AWS E
-
7018 CC+
H=805 J/mm, Vs=1,667 mm/s I=101,2 A, a = 6mm
87
Figura B4
peça 3.12
Macrografia da soldagem com eletrodo AWS E
-
6010 CC+
H=1639 J/mm, Vs =1,667 mm/s , I =7
5,7 A , a = 6mm
Figura B5 -
R14
Macrografia da soldagem com eletrodo AWS E-
6013CC+
H= 1740 J/mm, Vs =1,667 mm/s , I = 105 A , a = 6 mm
Figura B6
-
R16
Macrografia da soldagem com eletrodo AWS
E-
6013CC+
H=1437 J/mm, Vs =1,667 mm/s , I =112 A , a =2mm
S1=18,0 mm
2
S=11,2 mm
2
S2=59,0 mm
2
S1=18,8 mm
2
S=12,9 mm
2
S2=52,3 mm
2
88
Figura B7
-
Corpos de prova produzidos com a soldagem automática
(1.5)
-
E6013 H=1113 J/mm CC
- a= 2mm I = 111 A
(2.16)
-
E7018 H=1290 J/mm CC
-
a=
2 mm I = 122 A
(3.13)
-
E6010 H=1411 J/mm CC+ a= 2mm I = 86 A
Figura B8 -
Corpos de prova produzidos com a soldagem manual
(1.6)
-
E6013
-
H=1677 J/mm CC
-
I = 98,4 A a= 2 mm
(2.5)
-
E7018
-
H=769 J/mm CC
-
I = 93,3 A a = 2mm
(3.5)
-
E6010
-
H=1092 J/mm CC
-
I = 63,4 A a = 2mm
89
Figura B9
-
Perfil da Solda e demarcações das áreas (reforço,
penetração e ZTA) de um corpo de prova
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