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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Leonardo Miron
“ESTUDO DE CAUSA” DOS DEFEITOS DA SOLDAGEM
GMAW PARA O QUADRO AUXILIAR DE AUTOMÓVEIS
Taubaté – SP
2007
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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Leonardo Miron
“ESTUDO DE CAUSA” DOS DEFEITOS DA SOLDAGEM
GMAW PARA O QUADRO AUXILIAR DE AUTOMÓVEIS
Dissertação apresentada ao Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade de Taubaté, como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre, pelo curso de
Mestrado Profissional em Engenharia Mecânica
Área de Concentração: Tecnologia dos materiais e
processos de fabricação
Orientador: Prof. Dr. José Rubens de Camargo
Taubaté – SP
2007
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Ficha catalográfica
M676e
Miron, Leonardo.
"Estudo de causa" dos problemas de soldagem GMAW
para o quadro auxiliar de automóveis./ Leonardo Miron. –
Taubaté: Unitau, 2007.
94 f. :il;30 cm.
Dissertação (Mestrado) – Universidade de
Taubaté. Faculdade de Engenharia Mecânica. Curso de
Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Dr. José Rubens de Camargo
1. Soldagem GMAW. 2.Defeitos. 3. Quadro auxiliar. I.
Universidade de Taubaté. Departamento de Engenharia
Mecânica. II. Título.
CDD(21) 671.56
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LEONARDO MIRON
“ESTUDO DE CAUSA” DOS DEFEITOS DA SOLDAGEM GMAW PARA O
QUADRO AUXILIAR DE AUTOMÓVEIS
Dissertação apresentada para obtenção de Título
de Mestre pelo Curso de Mestrado Profissional em
Engenharia Mecânica do Departamento de
Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté,
Área de Concentração: Tecnologia de Materiais e
Processos de Fabricação.
Data:
Resultado:
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. José Rubens de Camargo Universidade de Taubaté
Assinatura ____________________________________________
Prof. Dr. Tomaz Manabu Hashimoto UNESP
Assinatura ____________________________________________
Prof. Dr. Álvaro Azevedo Cardoso Universidade Taubaté
Assinatura ____________________________________________
5
DEDICATÓRIA
A Deus.
Aos meus pais Luiz Carlos Miron Gonçalves e Vera Lucia Fanan Miron pelo amor, carinho e
dedicação na minha existência, ao meu irmão Ricardo Miron pela amizade e apoio.
6
AGRADECIMENTOS
Este trabalho não poderia ser concluído sem a ajuda de diversas pessoas, às quais presto
minha homenagem:
Ao meu orientador Prof. Dr. José Rubens de Camargo, pela amizade e estímulo durante
esta jornada.
Ao amigo Leandro Francisco dos Santos, pelo apoio técnico na realização deste trabalho.
Aos companheiros de mestrado, pela excelente convivência e amizade.
A Empresa Metalbages do Brasil Ltda, pela disponibilização dos recursos necessários para
a realização dos estudos.
Aos professores, pelos conhecimentos proporcionados.
A todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para realização deste trabalho.
Muito Obrigado!
7
Para o trabalho que gostamos levantamo-nos cedo e fazemo-lo com alegria.
William Shakespeare
8
Temos o destino que merecemos. O nosso destino está de acordo com os nossos méritos.
Albert Einstein
9
Resumo
Dentro do contexto atual da indústria automobilística, a produção de componentes
soldados é caracterizado pela elevada demanda do mercado interno e de
exportação, obrigando as empresas automotivas a adequarem seus sistemas
produtivos focalizando a qualidade e produtividade. Para isso, procura-se melhorar
seus processos de soldagem robotizados, visando a sua otimização. Uma das
formas de se conseguir tal resultado consiste em saber quais são as principais
causas dos problemas de soldagem “GMAW” robotizado, e assim, entendê-las para
poder atacar diretamente na variável que está causando o respectivo problema. Esta
pesquisa tem por objetivo analisar qualitativamente e quantitativamente as causas
dos problemas da soldagem dos ganchos no quadro auxiliar que fixa as bandejas e
a caixa de direção dos automóveis, produzidas no primeiro e segundo turno da
empresa Metalbages do Brasil Ltda. Este levantamento busca relacionar as áreas da
qualidade e da tecnologia através do diagrama de Ishikawa e também de análises
laboratoriais. Tendo o conhecimento interdisciplinar dessas respectivas causas,
pode-se auxiliar os inspetores de soldagem e gerência produtiva, com ações nas
correções e até mesmo na elaboração de planos preventivos resultando em melhor
qualidade e produtividade. A análise das falhas de soldagem em 15.996 peças
diretamente na célula de fabricação, permitiu entender como cada variável contribuiu
para os problemas. Este estudo mostrou que o dispositivo atual não garante a
repetibilidade do posicionamento correto do gancho, dependendo da ação do
operador.
Palavras-chave: Defeitos, Soldagem GMAW, Quadro auxiliar, Automóveis.
10
Abstract
Inside the current context of the automobile industry, the production of welding
components is featured by the high demand of the internal market and of the
exportation, forcing the automotive companies to adapt their productive systems
focusing the quality and productivity. For that, they try to improve their welding
robotics processes, seeking the optimization. One of the ways of getting such result
consists of knowing which are the main causes of the welding problems "GMAW"
robotics, and this way, to understand them in order to attack directly the variable that
is causing the respective problem. This research has its objective on analyzing the
quality and the quantity of the causes of the hooks welding problems in the auxiliary
picture that fastens the trays and the direction box of the automobiles, produced in the
first and the second shift of the company Metalbages of Brazil Ltda. This research
looks for relating the areas of the quality and of the technology by the diagram of
Ishikawa and also laboratory analysis. The welding inspectors and the productive
management can be assisted if there is the interdisciplinary knowledge of those
respective causes, performing actions in the corrections and even in the elaboration
of preventive plans resulting in better quality and productivity. The analysis of the
welding flaws in 15,996 pieces directly in the production cell allowed to understand as
each variable contributed for the problems. This study showed that the current device
doesn't guarantee the repeatibility of the correct positioning of the hook, depending on
the action of the operator.
Word-key: Defect. Welding GMAW. Subframe. Automobiles.
11
ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
CO
2
- Dióxido de carbono
O
2
- Dióxido
DIN - Die Europaische Norm
DCEP - Direct current electrode positive
DCEN - Direct current electrode negative
GMAW - Gas metal arc welding
MIG - Metal inert gas
MAG - Metal active gas
ZTA - Zona termicamente afetada
12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Região do arco na soldagem “GMAW” 21
Figura 2 - Diagrama do equipamento “GMAW” 25
Figura 3 - Tipos de transferência na soldagem “GMAW” 26
Figura 4 – Tipo de inclinação de trabalho na forma do cordão de solda 29
Figura 5 - Comprimento do arco 31
Figura 6 - Corrente de soldagens típicas X alimentação de eletrodos de aço 33
Figura 7 - Ângulos de posicionamento da tocha 34
Figura 8 - Alimentador de arame para solda robotizada 35
Figura 9 - Regulagem automática do tamanho do arco em “GMAW” 38
Figura 10 - Efeito Pinch 39
Figura 11 - Tipos de fontes de arame 41
Figura 12 - Redução do nível de respingos com a redução do teor de CO
2
no gás de proteção
45
Figura 13 -
Contorno e penetração da solda para diversos gases de
proteção
48
Figura 14 - Perfil da área penetrada 49
Figura 15 -
Efeito da adição de oxigênio versus dióxido de carbono à
proteção de argônio
49
Figura 16 - Respingos de solda 54
Figura 17 - Falta de penetração 56
Figura 18 - Porosidade 57
Figura 19 - Diagrama de causa-e-efeito de Ishikawa 67
13
Figura 20 - Desenho do robô da marca ABB
70
Figura 21 - Mesa giratória da marca ABB 70
Figura 22 - Dispositivo de solda com peça posicionada 71
Figura 23 - Rotação da amostra a cada mudança de lixa 74
Figura 24 - Estereoscópio da marca Olympus 75
Figura 25 - Quantidade de defeitos de respingos 77
Figura 26 - Diagrama de Ishikawa – Respingos 78
Figura 27 - Respingos na solda do gancho do quadro auxiliar 78
Figura 28 - Quantidade de defeitos de solda deslocada 80
Figura 29 - Diagrama de Ishikawa – Solda deslocada 80
Figura 30 - Solda deslocada do gancho do quadro auxiliar 81
Figura 31 - Quantidade de defeitos de falta de penetração 82
Figura 32 - Diagrama de Ishikawa – Falta de penetração 83
Figura 33 - Falta de penetração na solda do gancho do quadro auxiliar 83
Figura 34 - Quantidade de defeitos de chapa furada 85
Figura 35 - Diagrama de Ishikawa – Chapa furada 85
Figura 36 - Chapa furada do gancho do quadro auxiliar 86
Figura 37 - Quantidade de defeitos de porosidade 87
Figura 38 - Diagrama de Ishikawa – Porosidade 88
Figura 39 - Porosidade na solda do gancho do quadro auxiliar
88
14
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Especificação para eletrodos para soldagem “GMAW” 43
Tabela 2 - Principais gases utilizados na soldagem 46
Tabela 3 - Propriedades mecânicas – químicas especificadas e utilizadas
nos componentes do quadro auxiliar
69
Tabela 4 - Quantidade de defeitos no processo de soldagem 76
Tabela 5 - Quantidade de defeitos de respingos 77
Tabela 6 - Quantidade de defeitos de solda deslocada 79
Tabela 7 - Quantidade de defeitos de falta de penetração 82
Tabela 8 - Quantidade de defeitos de chapa furada 84
Tabela 9 - Quantidade de defeitos de porosidade 87
15
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 16
2 REVISÃO DA LITERATURA 21
2.1 Gas Metal Arc Welding “GMAW”
21
2.1.1 Vantagens e Limitações 22
2.2 Fundamentos do processo “GMAW” 24
2.2.1 Princípios de operação 24
2.3 Mecanismos de transferência do metal 26
2.4 Variáveis do processo “GMAW” 27
2.4.1 Polaridade 28
2.4.2 Posição da junta a ser soldada 29
2.4.3 Diâmetro do eletrodo 30
2.5 Parâmetros de soldagem 30
2.5.1 Tensão de soldagem 31
2.5.2 Corrente de soldagem 32
2.5.3 Velocidade de soldagem 33
2.5.4 Ângulo de inclinação da tocha de soldagem 33
2.6 Equipamentos 34
2.6.1 Alimentador de arame 35
2.6.2 Controle de soldagem 36
2.6.3 Fontes de energia 37
2.6.4 Regulador do gás de proteção 40
16
2.6.5 Fontes de arame
40
2.6.6 Consumíveis 41
2.6.7 Eletrodos 42
2.7 Gases de proteção 43
2.7.1 Função 43
2.7.2 Efeitos 44
2.7.3 Gases de proteção Inertes 46
2.7.4 Adições de oxigênio e CO
2
ao argônio e hélio
48
2.7.5 Dióxido de carbono 49
2.8 Soldagem MAG robotizado 50
2.9 Descontinuidades estruturais em solda “GMAW” 52
2.9.1 Respingos de solda 53
2.9.2 Cordão de solda deslocado 55
2.9.3 Falta de penetração 55
2.9.4 Furo na raiz (chapa furada) 56
2.9.5 Porosidade 56
2.10 Conceito da qualidade 59
2.11 História da qualidade 61
2.12 O uso das ferramentas gerenciais 65
2.13 Diagrama de causa e efeito de Ishikawa 66
3 PROPOSIÇÃO 68
4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 69
4.1 Materiais 69
4.2 Métodos 71
17
4.3 Metalografia: preparação de amostras e análise quantitativa
73
4.3.1 Corte 73
4.3.2 Lixamento 73
4.3.3 Polimento 74
4.3.4 Ataque químico 74
4.3.5 Análise qualitativa 75
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 76
5.1 Resumo da quantidade de defeitos no processo de soldagem robotizado
76
5.1.1 Análise de respingos no processo de soldagem robotizado 76
5.1.2 Análise de solda deslocada no processo de soldagem robotizado 79
5.1.3 Análise de falta de penetração no processo de soldagem robotizado 81
5.1.4 Análise de chapa furada no processo de soldagem robotizado 84
5.1.5 Análise de porosidade no processo de soldagem robotizado 86
6 CONCLUSÕES 89
REFERÊNCIAS 92
16
1 INTRODUÇÃO
No mundo globalizado, a competitividade é definida pela velocidade de
resposta que uma organização faz às drásticas e rápidas mudanças na demanda e
nas expectativas do cliente. Vivendo este contexto, as empresas precisam ser
enxutas e flexíveis, com auto-gestão em todas as áreas e, em especial, no processo
fabril. Takahashi e Takashi (2000) afirmam que as características operacionais de
uma fábrica são os elementos decisivos para a qualidade, quantidade e custo. Com
isso, foram criadas algumas ferramentas para o gerenciamento e acompanhamento
das linhas de produção, visando à melhoria dos processos (TAKAHASHI; TAKASHI,
2000).
Atualmente, as atividades de qualidade estão cada vez mais incluindo a
participação de todo o pessoal da empresa, propiciando um grau de
comprometimento, um impacto revolucionário com mudanças na consciência das
pessoas e no ambiente de trabalho, um comprometimento de todos na busca dos
resultados e na solução de problemas, a fim de reformular a estrutura da empresa e
gerar maiores lucros (IM&C, 2000).
O objetivo da diferenciação entre esses enfoques não pode ir além dos objetivos
didáticos, uma vez que eles complementam-se entre si na busca pela satisfação dos
clientes. O ideal seria que, assim como os indicadores de qualidade são
influenciados pelos processos utilizados no seu desenvolvimento, os processos
também fossem influenciados pelos indicadores de qualidade definidos no
planejamento (CAMPOS, 1992).
A produtividade é vista como eficiência e é conseguida por meio da otimização
do uso dos recursos empregados (inputs) a fim de maximizar os resultados
desejados (outputs). Sob o ponto de vista mais amplo, produtividade não é somente
17
obter o máximo de eficiência fazendo certo as coisas, mas atingir o máximo de
eficácia. Fazendo as coisas certas. É necessário ir além do conceito básico de
resultado obtido/recurso empregado e entender os fatores determinantes que
conduzem à melhoria da produtividade.
Dessa forma, fica fácil entender e localizar a qualidade no conceito de
produtividade, seja ele restrito ou amplo. A qualidade deve estar sistematicamente e
tecnicamente aplicada em qualquer processo, presente nos recursos e no resultado,
bem como na atividade de conversão desses recursos em resultado.
As pessoas representam um dos principais fatores responsáveis pela qualidade
e pelo aumento na produtividade da empresa. Nesse sentido, é necessário valorizá-
las, por intermédio de processos de trabalho que considerem as competências, o
espírito de equipe, a eficiência, o orgulho pelo trabalho, a orientação para o cliente e
a correta utilização das máquinas e sistemas.
Essas abordagens possuem alguns pontos em comum, entre eles a satisfação
das necessidades do cliente, seja ele interno ou externo, seja por meio da
adequação ao uso ou da conformidade aos quesitos esperados.
A ferramenta utilizada na identificação dos problemas priorizados foi o diagrama
de causa-efeito. Para Campos (1992), este diagrama também chamado de
"diagrama espinha de peixe" ou "diagrama de Ishikawa", foi criado para que todas as
pessoas pudessem exercitar a separação dos fins de seus meios. Este diagrama,
originalmente proposto por Kaoru Ishikawa na década de 60, já foi bastante utilizado
em ambientes industriais para a localização de causas de dispersão de qualidade no
produto e no processo de produção. É uma ferramenta gráfica utilizada para explorar
e representar opiniões a respeito de fontes de variações em qualidade de processo,
18
mas que pode perfeitamente ser utilizada para a análise de problemas
organizacionais genéricos (CAMPOS, 1992).
Para cada problema priorizado, o diagrama mostra a relação entre uma
característica da qualidade (efeito) e os seus fatores (causas). Os servidores
envolvidos no processo, após a realização de novo brainstorming, relacionam as
causas mais prováveis aos problemas priorizados.
O conceito básico de soldagem “GMAW” (Gas Metal Arc Welding) foi introduzido
na década de 20, e tornado comercialmente viável após 1948. Inicialmente, foi
empregado com um gás de proteção inerte na soldagem do alumínio.
Conseqüentemente, o termo soldagem MIG (Metal Inert Gas) foi inicialmente
aplicado e ainda é uma referência ao processo. Desenvolvimentos subseqüentes
acrescentaram atividades com baixas densidades de corrente e correntes contínuas
pulsadas, emprego em uma ampla gama de materiais, e o uso de gases de proteção
reativos ou ativos como o dióxido de carbono (CO
2
), e misturas de gases. Esse
desenvolvimento posterior levou à aceitação formal do termo “GMAW” para o
processo, visto que tanto gases inertes quanto reativos são empregados. No
entanto, quando se empregam gases reativos, é muito comum usar o termo
soldagem MAG (ESAB, 2005).
A soldagem é hoje um dos processos de fabricação mais importantes e
populares para a união de materiais metálicos (ALMENDRA; SILVA; RAMALHO,
1997). A garantia de sua qualidade requer, no entanto, em determinadas aplicações,
avaliações e qualificações da junta soldada (AWS, 1988). A inspeção e a
aceitabilidade de determinada solda deve atender a critérios preestabelecidos, tais
como em normas específicas
(AWS, 1999). Nos paises desenvolvidos, onde a
qualidade do produto é fator determinante da sua aceitabilidade no mercado, o
19
desenvolvimento de normas, inspeção e aprovação do produto torna-se necessidade
indispensável (AWS, 1980).
O processo de soldagem é bastante antigo e comum na maioria das indústrias.
Apesar da evolução das técnicas, ainda existe um número elevado de processos
que dependem da experiência do operador no ajuste dos parâmetros. Estes
parâmetros são importantes e estão relacionados com defeitos e dificuldades
comuns em processos de soldagem: má aderência do cordão de solda, porosidades,
mordeduras, falta de penetração, entre outras (MARQUES; MODENESI;
BRACARENSE, 2005).
O processo de soldagem “GMAW” é bastante versátil. Algumas de suas
principais vantagens são: taxa de deposição maior que a de soldagem com eletrodo
revestido, menos gás e fumaça na soldagem, alta versatilidade, larga capacidade de
aplicação além de poder ser aplicado em uma faixa ampla de espessuras e materiais
(AWS, 1999). O uso do processo “GMAW” é atualmente o método mais utilizado na
Europa Ocidental, U.S.A. e Japão. Isto ocorre entre outras coisas, devido a sua alta
produtividade e facilidade de automação (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE,
2005).
No processo de soldagem “GMAW” robotizado, grandes variedades de
defeitos podem aparecer no cordão de solda e podem estar associados a várias
causas, tais como: conhecimento teórico e prática do operador, inclinação da tocha,
folga entre as chapas, posição inicial do arame e a extensão do arame em relação à
peça dos materiais soldados, etc (WAINER; BRANDINI; MELLO, 2004).
Na indústria automobilística, a influência das variações dos parâmetros de
soldagem em componentes soldados pode comprometer a qualidade e segurança
20
do produto, afetando diretamente o bom funcionamento do veículo e o bem estar do
usuário (PEREIRA, 2001).
O capítulo 2 descreve a revisão da literatura, ou seja, a pesquisa sobre todos
os assuntos tratados nesta dissertação, que servirão para embasar os resultados
obtidos.
O capítulo 3 descreve o propósito da pesquisa.
O capítulo 4 mostra os materiais utilizados bem como a metodologia aplicada.
O capítulo 5 descreve os resultados obtidos, as análises quantitativas e
qualitativas bem como as análises das possíveis causas, por meio do Diagrama de
Ishikawa.
Finalmente, o capítulo 6 mostra as conclusões.
21
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Gas Metal Arc Welding – “GMAW”
Gas Metal Arc Welding – “GMAW” (Figura 1) é um processo de soldagem a
arco, que utiliza um arco entre uma alimentação contínua de metal e a poça de
fusão (MODENESI, 2000). Esse processo utiliza como proteção para a poça de
soldagem, contra contaminação do ar externo, uma fonte externa de gás de
proteção (BRACARENSE, 2003).
Figura 1 - Região do arco na soldagem GMAW (MODENESI, 2000)
A concepção básica do “GMAW” iniciou-se em 1920, entretanto, somente se
tornou comercial após 1948 (FORTES, 2004).
Inicialmente, este era considerado ser, fundamentalmente, um processo de
alta densidade de corrente, pequenos diâmetros de eletrodos de metal nú onde se
utiliza um gás inerte para proteção. Sua primeira aplicação foi na soldagem de
alumínio. Por causa dessa característica, o processo era conhecido como Metal Inert
Gas - MIG, utilizando o calor de um arco elétrico entre um eletrodo nú alimentado
continuamente e o metal base para formar a solda. A proteção do arco e da poça de
solda vem inteiramente do gás. No caso do processo de soldagem MIG o gás pode
ser composto por : Argônio, Hélio, Argônio +1% de O
2
; Argônio + 3% de O
2
. Quando
o gás utilizado não for inerte, o processo é chamado de METAL ACTIVE GAS
(MAG). Neste caso os gases utilizados podem ser: CO
2
; CO
2
+ 5 a 10% de O
2
;
Tocha
Eletrodo
Poça de Fusão
Gás de
Proteção
Solda Metal
de Base
22
Argônio + 15 a 30% de CO
2
; Argônio + 5 a 15% de CO
2
; Argônio + 25 a 30% de N
2
.
Evolução subseqüente do processo incluiu a soldagem com baixas densidades de
corrente e corrente pulsada, aplicação em uma vasta faixa de materiais e emprego
de gás ativo ou uma mistura de gases. Este último desenvolvimento levou à
aceitação formal do termo Gas Metal Arc Welding (GMAW) para denominação do
processo, devido aos gases inertes e ativos serem utilizados. Uma variação do
processo “GMAW” utiliza um eletrodo tubular onde pós-metálicos compõem o centro
do arame. Tais eletrodos requerem uma proteção de gás para proteger a poção de
fusão da contaminação atmosférica. O processo de soldagem por arame tubular é
considerado um segmento do processo de soldagem “GMAW” pela sociedade
americana de soldagem (AWS). Associações estrangeiras podem agrupar este
processo de forma diferente (BRACARENSE, 2003).
O processo de soldagem “GMAW” pode ser utilizado nos modos automático,
semi-automático e mecanizado. Todos os metais comercialmente importantes, tais
como aços carbono, aços de alta resistência e baixa liga, aço inoxidável, alumínio,
cobre, titânio e ligas de níquel podem ser soldados em todas as posições de
soldagem através da escolha apropriada de gás de proteção, de eletrodos e das
variáveis de soldagem (PEIXOTO, 2004).
2.1.1 Vantagens e Limitações
Como vantagem e limitações do processo “GMAW” (MIG/MAG) pode-se
enumerar as seguintes características (QUITES, 1979; STREET, 1990; AWS, 1999;
SADLER, 1999; NORRISH, 1992; WAINER, 1992; ALCAN, 1993; MACHADO, 1996):
a) Principais vantagens:
23
versatilidade de soldagem em todas as posições e possibilidade de
adaptação à automação;
alta taxa de deposição devido à elevada densidade de corrente possível de
ser aplicada (300 A/mm
2
), o que corresponde até 10 vezes a densidade
empregada no eletrodo revestido;
ampla faixa de aplicação em diferentes ligas e espessuras;
possibilidade de elevadas velocidades de soldagem, bem maiores que outros
processos como o eletrodo revestido (ER), que torna o processo MIG/MAG o
mais atrativo industrialmente, e;
alimentação contínua do eletrodo nú, não formação de escória (menor tempo
de limpeza) e reduzido nível de hidrogênio aportado (na ordem de 5ml/100g
de metal).
b) Principais limitações:
Como limitação do processo pode-se enumerar (QUITES, 1979; STREET, 1990;
AWS, 1999; SADLER, 1999; NORRISH, 1992; WAINER, 1992; ALCAN, 1993;
MACHADO, 1996):
alta velocidade de resfriamento (ausência de escória) propiciando a
tendência ao surgimento de trincas;
investimento inicial em equipamento mais alto, quando comparado ao
processo com eletrodo revestido (ER);
grande emissão de raios ultravioleta e produção de ozônio (em função da
baixa produção de fumos – os fumos servem de barreira à emissão dos raios
para a vizinhança do arco);
o equipamento de soldagem é mais complexo;
24
O arco deve estar protegido de correntes de ar que possam dispersar o gás
de proteção. Isto limita a soldagem em campo;
o processo resulta em altos níveis de radiação e calor, o que pode resultar na
resistência do operador ao processo, e;
o processo “GMAW’ apresenta maior dificuldade de utilização em locais
difíceis de alcançar porque a tocha de soldagem é maior em relação a outros
processos, além da tocha ter de estar perto da junta a ser soldada para
assegurar proteção suficiente (INÊS, 2006).
As vantagens fazem do processo particularmente bem adequado para alta
produção e soldagem automatizada. Isto se tornou evidente com o advento da
utilização de robôs na produção, onde “GMAW” tem sido o processo mais utilizado
(FORTES, 2004).
2.2 Fundamentos do processo “GMAW”
2.2.1 Princípios de operação
O processo “GMAW” incorpora alimentação automática de um eletrodo
consumível contínuo que é protegido por um suprimento externo de gás. Depois da
regulagem inicial feita pelo operador o equipamento auto-regula as características
do arco automaticamente. Conseqüentemente, os únicos controles manuais
necessários pelo soldador para operação semi-automática são a velocidade, a
direção, a posição da tocha e a extensão do eletrodo na soldagem. Com
equipamento e regulagem adequada, o comprimento do arco e a corrente
(velocidade de alimentação do arame) são automaticamente mantidos. O
equipamento necessário para “GMAW” é mostrado na Figura 2. Os componentes do
25
equipamento básico são a tocha de soldagem, a armação de cabos, a unidade
alimentadora de eletrodo, a fonte de energia e a fonte de gás (MODENESI, 2000).
A tocha guia o eletrodo consumível e conduz a corrente elétrica e o gás de proteção
para a área de trabalho. Deste modo, fornece a energia para estabelecer e manter o arco para
fundir o eletrodo. O gás fornece a proteção da atmosfera necessária. Duas combinações de
alimentadores de eletrodo e fontes de energia são utilizadas para alcançar a auto-regulagem do
comprimento do arco. Mais comumente, esta regulagem consiste de uma fonte de voltagem
constante (caracteristicamente fornecendo uma curva voltagem x corrente aplainada), em
conjunção com uma unidade de alimentação de eletrodo de velocidade constante. Por outro
lado, uma fonte de corrente constante origina em uma curva inclinada de voltagem x corrente,
sendo a unidade de alimentação de eletrodo controlada pela voltagem do arco
(BRACARENSE, 2003).
Figura 2 - Diagrama do equipamento “GMAW” (MODENESI, 2000)
Na soldagem “GMAW” convencional é usual trabalhar-se com fonte de tensão
constante em conjunto com um alimentador de arame de velocidade constante
(MODENESI, 2005). Mudanças na posição da tocha podem ocasionar mudanças na
corrente de soldagem que levem exatamente à mudança na extensão (stick out) do
eletrodo.
Peça
Tocha
Arame
Cabos
Alimentador
de Arame
26
2.3 Mecanismos de transferência do metal
As características do processo “GMAW”, são melhores descritas em termos
de três meios básicos sob os quais o metal é transferido do eletrodo para a peça de
trabalho (Figura 3). Estes meios são: transferência por curto circuito, transferência
globular e transferência spray (MODENESI, 2000).
Figura 3 - Tipos de transferência na soldagem “GMAW” (MODENESI, 2000)
O tipo de transferência é determinado por um grande número de fatores. Os
que mais influenciam são:
• magnitude e tipo de corrente de soldagem;
• diâmetro do eletrodo;
• composição do eletrodo;
• extensão do eletrodo;
• proteção de gás.
O tipo de transferência influencia fortemente as características operacionais
do processo “GMAW”, como a sua estabilidade, o nível de respingos, o formato do
cordão, sua regularidade e a capacidade de fundir o metal de base. Como a forma
de transferência obtida no processo “GMAW”, depende dos parâmetros de soldagem
e é muito sensível ao seu ajuste, a seleção adequada destes é fundamental para
uma soldagem adequada com este processo (ARTHUZO, 2006).
A eficiência do processo MIG/MAG é muito dependente do tipo de
transferência metálica que ocorre na ponta do eletrodo para a poça de fusão e, nem
Globular
Curto Circuito
Spray
27
sempre, um determinado tipo de transferência pode conseguir características como
elevada produtividade, boa qualidade da solda produzida e a versatilidade (AWS,
1991; NORRISH; RICHARDSON, 1988).
O modo pelo qual o material é transferido no arco, determina a estabilidade
do processo, a possibilidade de soldagem em várias posições, a quantidade de
respingos gerada, a qualidade e geometria da solda e a aparência superficial do
cordão de solda (NORRISH; RICHARDSON, 1988; NORRISH, 1992; STENBACKA;
PERSSON, 1989).
2.4 Variáveis do processo “GMAW”
A seguir, são apresentadas algumas variáveis que afetam a penetração da
solda, a geometria do leito e, conseqüentemente, as qualidades globais da solda:
• polaridade;
• posição da junta;
• diâmetro dos eletrodos.
O conhecimento e controle destas variáveis, são essenciais para a obtenção
de soldas de qualidade satisfatória. Estas variáveis não são completamente
independentes e para executar mudanças em uma delas, requerem mudanças em
uma ou mais variáveis para produzir os resultados desejados. A habilidade e
experiência do operador são necessárias para seleção e ajustes dos parâmetros
para cada aplicação. Os valores ótimos são afetados pelo tipo de metal de base,
pela composição do eletrodo, pela posição de soldagem e pelos requisitos de
qualidade. Então, não há uma mudança única nos parâmetros que leve a um
resultado ótimo (GIMENES; RAMALHO, 2006).
28
A solda “GMAW”, na sua versão semi-automática, o operador segura a tocha
com a mão ligando ou desligando o sistema. Antes de abrir o arco, normalmente o
circuito elétrico é ajustado no painel da fonte. Além do ajuste da tensão, é também
necessário a escolha das outras variáveis de soldagem para controlar o processo a
fim de se obter os resultados esperados. Estas variáveis são: a velocidade de
alimentação do eletrodo, a distância do bocal à peça, o stickout, a inclinação de
trabalho do eletrodo e o fluxo de gás. Essas variáveis requerem uma monitoração
constante por parte do operador. A velocidade de soldagem, a posição de soldagem
e o diâmetro do eletrodo também influenciam, consideravelmente, na geometria do
cordão de solda (UNB, 2006).
2.4.1 Polaridade
O termo polaridade é usado para descrever a conexão elétrica da tocha de
soldagem com relação aos terminais de corrente da saída da fonte de tensão.
Quando a tocha é conectada ao terminal positivo da fonte, a polaridade é designada
como DCEP (direct current electrode positive) ou polaridade inversa. Caso o terminal
negativo seja conectado à tocha, a polaridade é designada como DCEN (direct
current electrode negative) ou polaridade direta.
A grande maioria das aplicações, que utilizam “GMAW”, empregam DCEP
(direct current electrode positive) como polaridade. Esta condição leva a um arco
estável, transferência metálica suave, baixa quantidade de respingos, boas
características do leito e maior profundidade de penetração para uma vasta gama de
correntes de soldagem (BRACARENSE, 2003).
29
2.4.2 Posição da junta a ser soldada
A maioria das operações de soldagem com transferência por SPRAY são
utilizadas nas posições horizontais e/ou planas. Porém, com baixos níveis de
energia, utilização de pulsos e curto circuito, o “GMAW” pode ser utilizado em todas
as posições de soldagem.
Para vencer a força da gravidade em soldagem vertical e sobre cabeça,
pequenos diâmetros de eletrodos são utilizados, com transferência por curto circuito
ou spray com arco direto pulsado. O baixo aporte de calor permite que o metal
fundido resfrie rapidamente. A inclinação da solda com respeito ao plano horizontal
vai influenciar a forma do cordão de solda, penetração e velocidade de soldagem
(BRACARENSE, 2003).
Posicionando-se juntas lineares com o eixo de soldagem a 15 graus da
horizontal e soldando nesta posição, o reforço de soldagem pode diminuir sobre as
condições de soldagem que produziriam reforço excessivo quando o trabalho é feito
em posição plana. Ao mesmo tempo a penetração é menor, o que é benéfico para a
soldagem de folhas mais finas. Soldagem descendente afeta o contorno e pene-
tração, como mostrado na Figura 4 (A). A poça de soldagem tende a escorrer na
direção do eletrodo e pré-aquecer o metal de base. À medida que o ângulo de
inclinação aumenta, acontece uma depressão na superfície média da solda, a
penetração diminui e largura aumenta.
Figura 4 – Tipo de inclinação de trabalho na forma do cordão de solda (BRACARENSE, 2003)
(A) Soldagem
descendente
(B) Soldagem
ascendente
30
Soldagem ascendente afeta o contorno da zona de fusão e a superfície da
solda, como ilustrado na Figura 4 (B). A força da gravidade causa o escorrimento da
poça de fusão sobre o eletrodo. As bordas da solda perdem material que vai para o
centro. À medida que o ângulo de inclinação aumenta, o reforço e a penetração
aumentam e a largura da poça de fusão diminui. Os efeitos são opostos aos
produzidos na soldagem descendente.
2.4.3 Diâmetro do eletrodo
O diâmetro do eletrodo influencia a forma de cordão de solda. Quanto maior o
diâmetro do arame, maior será a corrente necessária para a sua fusão. Correntes
grandes produzem fusão adicional do eletrodo e depósitos maiores e mais fluidos.
Altas correntes também originam altas taxas de deposição e grande penetração
(BRACARENSE, 2003).
2.5 Parâmetros de soldagem
A correta utilização do processo MIG/MAG dependerá do perfeito
entendimento de como as diversas variáveis, envolvidas na operação de soldagem,
podem influenciar a estabilidade do arco e a qualidade final do depósito. As
principais influências dos parâmetros envolvidos na soldagem MIG/MAG são a
seguir relacionadas (QUITES, 1979; OKUMURA, 1991; RYAN, 1988; COSTA, 1995;
MACHADO, 1996; ALTSHULLER, 1998; ALCHELE, 2002):
31
2.5.1 Tensão de soldagem
A tensão de soldagem influencia no insumo de calor e apresenta uma relação
direta com o comprimento do arco e a largura do arco.
Qualitativamente, para uma mesma corrente, uma tensão baixa provocará
cordões mais estreitos e maior penetração, o oposto acontecendo para tensões mais
altas, além da ocorrência de salpicos grosseiros.
De uma maneira geral, tensões baixas favorecem a transferência por curto-
circuito e, em tensões mais altas, haverá tendência à transferência no modo spray.
Valores elevados de tensão podem propiciar o aparecimento de porosidade,
salpicos e mordedura. Para valores baixos poderá surgir porosidades e
sobreposição de metal na margem do cordão.
O comprimento de arco é uma variável independente, mas a tensão no arco
depende tanto do comprimento do arco, como de outras variáveis tais como,
composição e diâmetro do eletrodo, gás de proteção e técnica de soldagem. A
voltagem do arco significa, aproximadamente, a posição física do arco em termos
elétricos; entretanto, a tensão no arco inclui a queda de tensão (Figura 5), devido ao
comprimento do eletrodo, além do bico de contato.
Figura 5 – Comprimento do arco (MODENESI, 2000)
Bico de
Contato
Comprimento
do eletrodo
Comprimento
do arco
32
Uma tensão de soldagem muito alta poderá causar porosidades, respingos e
mordeduras. Já uma tensão muito baixa tenderia a estreitar o cordão de solda e
aumentar a altura do reforço do cordão (GIMENES; RAMALHO, 2006).
2.5.2 Corrente de soldagem
Quando a corrente de soldagem for alta, irá influenciar diretamente na
geometria do cordão, no volume da poça fundida, no incremento da taxa de fusão,
na largura da ZTA (Zona termicamente afetada) e na microestrutura de depósito
(efeito sobre o aporte térmico).
Entretanto, uma elevação na corrente de soldagem irá ocasionar um aumento
na rigidez do arco e reduzir o nível de salpicos minúsculos (mudança no modo de
transferência).
Quando todas as outras variáveis do processo são mantidas constantes, a
corrente de soldagem varia com a velocidade de alimentação do arame ou com a
taxa de fusão de maneira não linear. À medida que a velocidade de alimentação do
eletrodo é variada, a corrente de soldagem vai variar de maneira semelhante se uma
fonte de tensão constante for utilizada. Esta relação da corrente de soldagem com a
velocidade de alimentação para eletrodos de aços carbono é mostrada na Figura 6.
Se forem mantidas constantes todos as demais variáveis de soldagem, um
aumento na corrente de soldagem (aumento na velocidade de alimentação do
arame), irá causar aumento na profundidade e largura de penetração, aumento na
taxa de deposição e aumento do cordão da solda (GIMENES; RAMALHO, 2006).
33
Figura 6 - Corrente de soldagens típicas X alimentação de eletrodos de aço (BRACARENSE, 2004)
2.5.3 Velocidade de soldagem
Um aumento na velocidade de soldagem irá propiciar estreitamento do cordão
e uma elevação na penetração, num primeiro instante, e diminuição desta em
valores maiores.
Em velocidades muito altas poderá ocorrer o surgimento de mordeduras
(geometria irregular de cordão) e de trincas de solidificação.
Contudo, o incremento na velocidade de soldagem, mantido os outros
parâmetros fixos, acarretará ainda uma redução no nível de distorção, tamanho da
ZTA e modificação na microestrutura do metal depositado.
Também com a velocidade alta de soldagem, pelo efeito na taxa de
resfriamento, também acarretarão aumentos nos limites de resistência à tração e
escoamento e uma redução do alongamento (BRACARENSE, 2003).
2.5.4 Ângulo de inclinação da tocha de soldagem
A utilização de um ângulo de deslocamento (ou ataque) negativo,
compreendido entre 0 a 20º, já que seu valor depende da posição de soldagem
empregada, facilitará o processo de limpeza catódica (remoção de óxido, crítico em
Velocidade arame, m/min
Velocidade arame pol/min
34
metais como o alumínio e titânio, por exemplo). A aplicação de ângulo negativo,
apesar do fácil controle e facilidade na operação, também provocará baixa
penetração, acompanhamento de um cordão largo e chato e com reduzida
incidência de salpico, conforme mostrado na Figura 7 (BARRA, 2003).
Figura 7 - Ângulos de posicionamento da tocha (BARRA, 2003)
O emprego do ângulo de deslocamento positivo (eletrodo à ré), compreendido
entre 0 a 20º produz cordões com maior penetração e reforço convexo, embora o
controle da operação de soldagem se torna mais difícil e o efeito da proteção do gás
tende a diminuir, podendo gerar porosidade.
Transversalmente à solda localiza-se o ângulo de trabalho, compreendido
normalmente entre 35 e 115º em relação a vertical (BARRA, 2003).
2.6 Equipamentos
O “GMAW” pode ser utilizado de forma automática ou semi-automática. O
equipamento básico para qualquer utilização consiste de:
• tocha de soldagem (resfriada por ar ou água);
• unidade de alimentação de eletrodo;
35
• controle de soldagem;
• fonte de energia;
• fonte regulável de gás protetor;
• fonte de eletrodo;
• cabos e mangueiras de conexão;
• sistema para recirculação de água.
2.6.1 Alimentador de arame
O alimentador de arame normalmente utilizado é acionado por um motor de
corrente contínua, conforme mostrado na Figura 8. Alimentadores de arame
normalmente são utilizados em combinação com uma fonte de tensão constante.
Eles podem ser utilizados com uma fonte de corrente constante se adaptações
forem feitas.
Figura 8 - Alimentador de Arame para solda robotizada (MERKLE, 2006)
Quando uma fonte de corrente constante é utilizada, um sensor de tensão
automático é necessário. Este controle detecta mudanças na tensão do arco e ajusta
a velocidade da alimentação de arame, de modo a manter constante a tensão do
arco. Esta combinação de velocidade variável de alimentação e fonte de tensão
constante, permite diâmetros de arames mais grossos, onde as velocidades de
36
alimentação são menores. Em altas velocidades de alimentação, a dificuldade de se
manter o arco estável é maior.
O motor de alimentação é conectado a um sistema de roletes que transmitem
força ao eletrodo, puxando-o da fonte de arame e empurrando em direção a tocha
de soldagem. Pode-se utilizar várias combinações de roletes para garantir que o
arame não enrugue ou dobre após o seu deslocamento.
2.6.2 Controle de soldagem
A função principal do controle de soldagem é regular a velocidade de
alimentação do arame. Com o aumento da velocidade do arame, o operador
aumenta a corrente de soldagem. A redução da velocidade de alimentação resulta
em uma redução nos valores de corrente. O processo também regula o início e o fim
da alimentação do eletrodo, através do gatilho na tocha.
Existem também disponíveis controles de alimentação que permitem o uso de
touch start, onde a alimentação começa quando o eletrodo toca a peça, ou slow run
in, onde a alimentação é reduzida até que o arco seja iniciado, e então aumentada
para os valores necessários à soldagem. Estes dois melhoramentos são
empregados inicialmente em conjunto com fontes de corrente constante, e são parti-
cularmente úteis para soldagem de alumínio.
Normalmente, o gás de proteção, a água de resfriamento e a energia de
soldagem são também levadas à tocha através do controle, requerendo conexão
direta do controle com estes recursos. O fluxo de água e gás é regulado de modo a
coincidir com o começo da soldagem. O controle pode seqüênciar o começo e
interrupção do fluxo de gás, energizar o contator, permitir que o fluxo de gás seja
37
iniciado antes do começo da soldagem e que se interrompa após o término da
soldagem de modo a proteger a poça fundida (BRACARENSE, 2003).
2.6.3 Fontes de energia
A soldagem a arco exige uma fonte de energia (máquina de soldagem)
especialmente projetada para esta aplicação e capaz de fornecer tensões e
corrente, em geral, na faixa de 10 a 40V e 10 a 1200A, respectivamente.
(MODENESI, 2005).
As fontes de soldagem fornecem energia elétrica para o eletrodo e para a
peça de trabalho de forma a produzir o arco elétrico. Para a maioria das aplicações
usando a soldagem “GMAW”, utilizam-se fontes de corrente constante com eletrodo
positivo (DCEP), então, o pólo positivo é conectado à tocha e o negativo, à peça de
trabalho. A constituição interna destas fontes é, geralmente, do tipo transformador-
retificador, ou geradores (pouco usuais). Os tranformadores-retificadores são
preferíveis em oficinas, pois trabalham com fonte de 230V ou 460V. Este tipo
responde mais rápido que os geradores quando as condições do arco mudam. Os
geradores são utilizados normalmente quando não existe fonte de energia
disponível.
Ambos os tipos de fonte de energia são designados para fornecer corrente
constante ou tensão constante.
As fontes de corrente constante mantêm um nível relativamente fixo de
corrente durante a soldagem, indiferentemente da variação no comprimento do arco.
Estas máquinas são caracterizadas por alta tensão em aberto e são limitadas a
níveis de corrente por curto-circuito.
38
Como elas fornecem uma saída em corrente constante, o arco vai ser mantido
com comprimento fixo somente se a distância do tubo de contato a peça, perma-
necer fixa com uma alimentação constante de arame.
As fontes do tipo tensão constante são utilizadas em conjunto com uma
alimentação constante de arame e mantêm uma tensão, aproximadamente, cons-
tante durante a soldagem. Estas fontes compensam variações da distância entre o
contato e peça de trabalho, que ocorrem normalmente durante a soldagem, pelo
aumento ou redução instantânea da corrente de soldagem (FORTES, 2004).
O mecanismo de auto-correção é ilustrado pela Figura 9. Se a distância entre
a ponta do eletrodo e peça aumentar, a tensão e o comprimento do arco também
tendem a aumentar. Entretanto, a corrente diminui com o menor aumento na tensão,
deste modo o stick-out tende a voltar ao valor original com a redução no consumo do
eletrodo. Reciprocamente, se a distância é diminuída, a baixa tensão vai ser
acompanhada em um aumento na corrente que compensa a diminuição do stick-out
através do aumento na taxa de fusão. As características de auto-correção das fontes
de tensão constantes são importantes para produção de condições estáveis de
soldagem, mas existem algumas variáveis que contribuem para o desempenho da
soldagem, particularmente para transferência em curto-circuito.
Figura 9 - Regulagem automática do tamanho do arco em GMAW (BRACARENSE, 2003)
Condição
estável
Condição
estável
Bocal
Tubo de
contato
25 mm
19 mm
L
L
L = comprimento do arco
39
Uma importante variável das fontes de soldagem é a indutância. Quando o
eletrodo toca a peça a corrente aumenta rapidamente até um alto nível. A
característica do circuito que afeta a taxa em que a corrente sobe é a indutância. O
Efeito Pinch é determinado pelo nível final de corrente de curto-circuito, conforme
mostrado na Figura 10. Como a indutância controla a taxa de crescimento da
corrente, sem indutância, o efeito pinch vai ser aplicado rapidamente fazendo com
que a gota caia do eletrodo, causando respingos excessivas. Alta indutância resulta
na diminuição dos curtos circuitos por segundo e no aumento dos tempos de arco
ligado. Na transferência Spray a variação da indutância não vai influenciar as
condições de soldagem (FORTES, 2004).
A inclinação da curva estática é outra característica importante da fonte de
soldagem. A inclinação é definida pelo fabricante ou pode ser determinada pelo
usuário através de métodos simples.
A maior função desta variável na transferência curto-circuito é que ela
controla a magnitude da corrente de curto-circuito, que é a amperagem que resulta
quando o eletrodo toca a peça. Como a separação das gotas se dá pelo efeito pinch,
a quantidade de corrente no curto-circuito durante a transferência determina o modo
como as gotas se destacam.
Figura 10 - Efeito Pinch (BRACARENSE, 2003)
Corrente (A)
Efeito Pinch
40
Quando esta inclinação é pequena na fonte de energia, a corrente de curto
circuito vai crescer rapidamente até um nível alto. O efeito pinch vai ser alto e as
gotas fundidas vão separar violentamente do arame criando respingos excessivos,
assim como por efeito da baixa indutância.
Se a corrente de curto circuito disponível é limitada devido a uma curva
íngreme, o efeito pinch vai ser baixo para separar a gota e estabelecer o arco. Por
este motivo, muitas máquinas são equipadas com ajustes de inclinação (FORTEL,
2006).
2.6.4 Regulador do gás de proteção
Um sistema é necessário para fornecer fluxo constante de gás de proteção. A
fonte de gás consiste normalmente de um cilindro de gás ou mistura de gases a
serem usadas na proteção do cordão de solda, ajustadas por reguladores de
pressão e/ou vazão. Em oficinas com um número grande de equipamentos,
instalações centralizadas para armazenamento e distribuição de gases podem ser
úteis (BRACARENSE, 2003).
2.6.5 Fontes de arame
O processo “GMAW” utiliza uma alimentação contínua de arame como
eletrodo, consumido a altas velocidades. Por isso, a fonte de arame deve, deste
modo, suprir um grande volume de fio para que a alta eficiência do processo seja
garantida. A Figura 11 mostra alguns tipos de fontes de arames. Normalmente, os
arames são fornecidos em bobinas ou rolos de pesos entre 0,45 a 27 Kg de fio.
Algumas indústrias podem utilizar tambores ou carretéis de pesos entre 340 a 450
Kg, ou bobinas menores (colocadas nas tochas) de baixo peso (0,45 a 0,9 Kg).
41
Aplicações especiais ou de utilização militar podem requerer embalagens especiais.
Normalmente, necessidades especiais podem ser acordadas entre o fornecedor e o
usuário (BRACARENSE, 2003).
Figura 11 - Tipos de fontes de arame (COMERCIAL GERDAU, 2006)
2.6.6 Consumíveis
Os principais tipos de consumíveis utilizados na soldagem “GMAW” são o
arame e o gás de proteção. A composição química do eletrodo, do metal de base e
do gás de proteção é que determinarão a composição química do cordão de solda. A
composição química do metal de solda influencia grandemente as propriedades
mecânicas e químicas da solda feita. Os fatores que influenciam a escolha do tipo de
eletrodo e do gás de proteção são:
• metal Base;
• propriedades mecânicas requeridas pelo cordão de solda;
• condição e pureza do metal base;
• tipo de serviço e aplicações específicas requeridas;
• posição de soldagem;
• modo pretendido de transferência do metal (BRACARENSE, 2003).
42
2.6.7 Eletrodos
Geralmente, para união, as composições dos eletrodos são similares às
encontradas no metal de base. A composição do metal de enchimento pode ser
alterada, suavemente, de modo a compensar perdas que possam ocorrer devido ao
arco de soldagem ou para levar à desoxidação do metal de solda. Em alguns casos
isto envolve algumas modificações na composição do metal de base. Em certas
aplicações, entretanto, a obtenção de características de soldagem satisfatórias e de
certas propriedades do metal de solda requer um eletrodo com composição química
diferente do metal base. Devido a isto, ligas para o eletrodo são designadas para
produzir as propriedades do metal desejadas com as características operacionais
aceitáveis (BARRA, 2003).
Mesmo que outras modificações na composição do eletrodo sejam feitas,
desoxidantes e limpantes são geralmente adicionados. Isto é feito para reduzir a
incidência de porosidade e assegurar a qualidade mecânica da solda. Os
desoxidantes mais utilizados são: sílica, manganês e alumínio. Titânio e sílica são os
principais desoxidantes usados nos arames de liga de níquel. Arames de ligas de
cobre podem utilizar titânio, sílica e fósforo como elementos desoxidantes
Os diâmetros mais comuns dos arames variam entre 0,9 a 1,6 mm. Arames
mais finos (0,5 mm) ou mais grossos (3,2 mm) podem ser utilizados. Entretanto, as
altas velocidades de alimentação requeridas por arames finos podem inviabilizar o
processo (BARRA, 2003).
Quaisquer compostos utilizados na superfície do eletrodo ou do metal de
base, tais como lubrificantes, podem afetar a qualidade da solda e, portanto, não
devem ser utilizados. Conseqüentemente, os eletrodos devem ser manufaturados
com alta qualidade superficial de modo a permitir sua passagem pelo contato elétrico
43
e prevenir o acúmulo de contaminantes (BARRA, 2003).
Os arames para soldagem “GMAW” são cobertos por várias especificações da
AWS. Outras normas também definem especificações especiais. As normas definem
requerimentos para tamanho, embalagem, composição química e algumas vezes
propriedades mecânicas. As especificações dos eletrodos para soldagem “GMAW”
são listadas na Tabela 1.
Tabela 1 - Especificação para eletrodos para soldagem GMAW (GIMENES; RAMALHO,
2006).
Tipo de Metal Base
Especificação
Aço carbono
A 5.18
Aços de baixa liga A 5.28
Ligas de alumínio
A 5.10
Ligas de cobre A 5.7
Magnésio
A 5.19
Ligas de níquel A 5.14
Aço inoxidável
A 5.9
Titânio A 5.16
2.7 Gases de proteção
2.7.1 Função
Essencialmente, os gases utilizados na soldagem MIG/MAG têm como função
a proteção do material fundido contra elementos da atmosfera que possam
comprometer a integridade da solda efetuada. Eles formam uma barreira física
contra o acesso de, principalmente, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, reduzindo a
susceptibilidade à formação de poros, excesso de óxidos, nitretos, inclusões e
trincas a frio, todos prejudiciais à resistência da junta soldada (IRVING, 1994; CHAE,
1999). Para que isso seja conseguido, o fluxo de gás de proteção na ponta da tocha
deve ser adequado, evitando o escoamento turbulento, e não deve haver orifícios
44
que permitam entrada de ar no fluxo. Ambos permitiriam a chegada de ar
atmosférico na poça. Na realidade, a importância dos gases utilizados na soldagem
MIG/MAG se estende à própria viabilidade de realização do processo, pois deles
depende a própria subsistência do arco elétrico de maneira coerente. Ao serem
aquecidos e submetidos à tensão entre os eletrodos, os gases se dissociam
liberando íons, necessários à formação do plasma e condução da corrente. São
enfatizados, neste texto, misturas de argônio (Ar) e dióxido de carbono (CO
2
) e o
CO
2
puro, que são os gases mais aplicados em problemas como o aqui estudado.
Outra função importante assumida pelos gases na soldagem MIG/MAG de aços diz
respeito à estabilidade do arco. Gases oxidantes são adicionados para que se forme
uma película oxida sobre a poça fundida, propiciando a chamada estabilização dos
pontos catódicos (VAIDYA, 2002; IRVING, 1994). Caso contrário, o arco é
alimentado de elétrons advindos das bordas da poça aleatoriamente, o que está
relacionado à queda de estabilidade do arco. Este fato é identificado pelo
aparecimento de ataque eletroquímico nesta região (VAIDYA, 2002).
2.7.2 Efeitos
Muitas vezes citados como funções dos gases, os efeitos que os mesmos
causam no processo não são assim considerados, pois as características do
processo e do resultado vão depender não apenas da composição dos gases, mas
de toda a configuração do procedimento, incluindo vários outros parâmetros de
soldagem.
Para exemplificar o exposto, cita-se o efeito do gás CO
2
de constringir o arco
e, conseqüentemente, causar uma redução de área da interface arco-gota, em
comparação com outra mistura mais pobre em CO
2
, em regulagens de processo
45
semelhantes. Este comportamento se deve a maior condutividade térmica do CO
2
, e
tende a originar uma força na gota em sentido contrário ao seu destacamento, o
que, por sua vez, tende a levar o processo ao modo de transferência por curto-
circuito (STENBAKCA, 1989; VAIDYA, 2002). No entanto, não se pode afirmar que é
função do CO
2
definir o modo de transferência de determinada solda, pois isso
dependerá, principalmente, da variável corrente. Esta força é a razão pela qual
também há maior tendência a respingos, conforme o aumento de CO
2
no gás
(Figura 12) (MOYER, 2002; IRVING, 1999; DILLENBECK, 1987).
Figura 12 - Redução do nível de respingos com a redução do teor de CO
2
no gás de proteção
(IRVING, 1999).
Em se tratando de respingos, existe também o efeito explosivo causado por
gases ricos em CO
2
, advindos da formação de gases de oxidação e sua expansão
repentina. Este fato contribui para a afirmação de que gases ricos em CO
2
produzem, em geral, pior acabamento da solda e necessidade de limpeza adicional
da mesma e, devido à adesão de respingos ao bocal, maior tempo de limpeza deste
e maior possibilidade de contaminação da poça, por perturbação no fluxo de gás
(STENBAKCA, 1989; CULLISON, 1999; LIU; SIEWERT, 1989; CHAE, 1999).
46
Em adição ao fornecimento de atmosfera de proteção, o gás e o fluxo de gás
produzem efeitos importantes nas seguintes variáveis:
• características do arco;
• modo de transferência;
• penetração e forma do cordão de solda;
• velocidade de soldagem;
• tendência ao trincamento;
• ação de limpeza;
• propriedades mecânicas do metal de solda.
Os principais gases utilizados estão relacionados na Tabela 2, sendo a
maioria mistura de gases inertes que podem conter CO
2
.
Tabela 2 - Principais gases utilizados na soldagem (BRACARENSE, 2003)
Gás ou Mistura
Comportamento
Químico
Aplicações
Argônio Inerte Quase todos os metais, exceto o aço
Hélio Inerte Al, Mg, Cu e suas ligas. Alta penetração
Ar + He (20-50%) Inerte Idem He, mas melhor que 100% He
Nitrogênio - Cobre (maior energia de soldagem)
Ar + N
2
(20-30%) - Idem N
2
, mas melhor que 100% de N
2
Ar + O
2
(1-2%) Liga oxidante Aços inoxidáveis e algumas ligas de Cu
Ar + O
2
(3-5%) Oxidante Aços carbono e alguns aços de baixa liga
CO
2
Oxidante Aços carbono e alguns de baixa liga
Ar + CO
2
(20-50%) Oxidante Vários aços. Transferência por curto-circuito
Ar + CO
2
+ O
2
Oxidante Vários aços
2.7.3 Gases de proteção inertes
O argônio e hélio são gases inertes. Estes gases puros ou misturas destes
gases são utilizados na soldagem de materiais não ferrosos, inoxidáveis, aços
47
carbono e aços baixa ligas. As principais diferenças entre o argônio e o hélio são a
densidade, a condutividade térmica e o potencial de ionização (BRACARENSE,
2003).
O argônio é aproximadamente 1,4 vezes mais denso que o ar, enquanto a
densidade do hélio é aproximadamente 0,14 vezes a do ar. O argônio, mais pesado,
é mais efetivo na proteção do arco e cobrimento da área de soldagem na posição
plana. O Hélio requer aproximadamente 2 ou 3 vezes maiores vazões que o argônio
para fornecer proteção igual.
O hélio tem maior condutividade térmica que o argônio e produz um plasma,
onde a energia é mais uniformemente distribuída. O plasma do argônio, por outro
lado, é caracterizado como tendo uma alta energia no centro e uma baixa energia
nas regiões de fora. Essa diferença afeta a forma do cordão de solda. Um arco de
solda protegido por hélio produz um cordão de solda profundo, parabólico e largo.
Um arco protegido por argônio produz um cordão de solda caracterizado por
penetração tipo dedo (BRACARENSE, 2003).
O hélio tem um potencial de ionização maior que o argônio e,
conseqüentemente, uma tensão mais alta quando outras variáveis são mantidas
constantes. O hélio pode apresentar problemas na iniciação do arco. Arco protegido
somente com hélio não forma transferência spray em nenhum modo de corrente. Os
arcos protegidos com hélio produzem maiores quantidades de respingos e tem
acabamento mais áspero do que arcos protegidos com o argônio.
Na transferência por curto-circuito, misturas de argônio com 60 a 90% de
hélio são utilizadas para obter altos aportes de calor no metal base para melhores
características de fusão. Misturas de argônio com 50 a 75% de hélio aumentam a
tensão do arco em relação ao argônio puro. Estes gases são utilizados para
48
soldagem de alumínio, magnésio, e cobre devido ao seu alto aporte de calor que
acaba por reduzir o efeito de altas condutividades térmicas. Proteção de argônio
puro pode ser utilizada em muitas aplicações para soldagem de materiais não
ferrosos. O uso de hélio puro geralmente é restrito a áreas mais especializadas,
devido a sua limitada instabilidade. Entretanto, as características desejáveis
encontradas com o hélio (profundidade, largura e formato) podem ser o aproveitadas
utilizando-se uma mistura de gases de proteção. O resultado é mostrado na Figura
13 que representa um aperfeiçoamento na forma da poça (BRACARENSE, 2003).
Figura 13 - Contorno e penetração da solda para diversos gases de proteção (BRACARENSE, 2003)
2.7.4 Adições de oxigênio e CO
2
ao argônio e hélio
A proteção do arco por argônio puro causa um arco irregular e uma tendência
à trinca de raiz. Adições de pequenas porcentagens de oxigênio ou CO
2
produzem
notável melhora na estabilidade do arco e produzem soldas livres de trincas de raiz.
Segundo Linnert (1965), a utilização de argônio puro ou CO2 produz na solda
uma boa penetração. Contudo, a área penetrada, quando se utiliza CO2 como gás
de proteção, é maior comparada com a área conseguida utilizando Argônio puro.
Com a mistura desses dois gases, tem um aspecto misto entre os dois perfis dos
gases puros, como pode ser visto na Figura 14.
Argônio
Argônio/Hélio Hélio
CO
2
49
Figura 14 - Perfil da área penetrada (BONANNI, 2004)
A quantidade ótima de oxigênio ou CO
2
a ser acionada, depende da condição
da superfície, geometria da junta, posição ou técnica de soldagem e da composição
do metal base. Adições de dióxido de carbono ao argônio podem melhorar a
aparência do cordão de solda (Figura 15). Adicionando-se oxigênio ao gás melhora-
se a fluidez da poça de fusão, penetração e estabilidade do arco. Oxigênio também
diminui a corrente de transição. A tendência à trinca de raiz é reduzida, apesar de
considerável oxidação da solda ocorrer, com notável perda de sílica e manganês.
As misturas de Argônio com dióxido de carbono são utilizadas em aços
carbono e baixa liga e, em menor extensão, em aços inoxidáveis. Adições de dióxido
de carbono aumentam a corrente de transição, aumentam perda de respingos,
aumentam a penetração e diminuem a estabilidade do arco. Misturas de Argônio/
CO
2
são primariamente utilizadas em aplicações com transferência de curto-circuito,
mas também são utilizadas com spray e arco pulsado (BRACARENSE, 2003).
Figura 15 - Efeito da adição de oxigênio versus dióxido de carbono à proteção de argônio
(BRACARENSE, 2003)
2.7.5 Dióxido de carbono
O dióxido de carbono é um gás reativo grandemente utilizado, na sua forma
Argônio Puro
Co
2
Puro
Argônio + CO
2
Argônio – CO
2
Argônio – CO
2
CO
2
50
pura, para soldagem em aços carbono e baixa liga. É o único gás reativo utilizado
sozinho para proteção de soldas “GMAW”. Altas velocidades de soldagem, grandes
penetrações e baixo custo são características gerais que tem encorajado o uso do
CO
2
.
A transferência pode ser por curto-circuito ou globular. Com transferência
globular, o arco é “rude” com alto nível de respingo, o que exige utilização de
práticas de soldagem para minimizar este fator.
Em comparação com proteções ricas em argônio, a proteção com CO
2
produz
um cordão com excelente penetração, com superfície áspera e menor "lavagem" nos
contornos do cordão devido ao arco restrito.
A utilização de CO
2
puro como gás de proteção apresenta, inicialmente, uma
vantagem muito grande em comparação a utilização de gases inertes que é o custo
do gás (GIMENES; RAMALHO, 2006).
2.8 Soldagem MAG robotizado
A necessidade em aumentar a produtividade supera a escassez de trabalho
qualificado e o aumento crescente das exigências de segurança elevou a demanda
pela automação, superando assim, muitos dos problemas do dia a dia da soldagem.
Dependendo da necessidade de uma organização, baseado nos processos de
soldagem, material, tamanho e geometria do produto o grau de automatização
escolhido pode ser maior ou menor (UNB, 2006).
A aceleração da mecanização na soldagem foi sentida realmente pela
Indústria a partir de 1950, durante o processo de reconstrução depois da guerra,
com os programas de expansão de fábricas na Europa e nos E.U.A., resultando no
desenvolvimento de novas técnicas de soldagem, e de um desenvolvimento na
51
mecanização dos processos da soldagem, seguido pelo desenvolvimento de
soldagem remota e de robôs (UNB, 2006).
A soldagem robótica é basicamente uma parte de um sistema automatizado
de soldagem, mas é considerado separadamente, já que de todas as novas
tecnologias acessíveis, os robôs são um dos tópicos mais interessantes e, por isso,
vai-se fazer uma referência especial no seu uso na soldagem. Robôs articulados
podem com facilidade simular os movimentos e ações de um ser humano na
soldagem e, com certos limites, podem prover uma alternativa aceitável, para
substituir homens em tarefas muito monótonas e fatigantes, o que é muito comum
nas indústrias de hoje. Um robô pode ser uma solução bem efetiva economicamente
para trabalhos de soldagem a arco.
O mais simples robô é um manipulador que pode ser programado. Este
manipulador é ativado por atuadores, motores elétricos, e controlado por um
computador. A maioria dos robôs, utilizados em soldagem, apresenta movimentos
em 5 a 6 eixos, alguns destes eixos são prismáticos (deslizantes), e/ou rotacionais.
A combinação de eixos define a utilização do robô. O controlador do robô possui
uma memória onde programas podem ser armazenados e, para cada trabalho, o
robô pode utilizar um programa diferente e, desta forma, é possível guardar
programas e utilizá-los quando necessário (UNB, 2006).
Deste modo, os programas que são criados podem ser armazenados para
uso futuro. Esta flexibilidade difere o robô da automatização fixa, que é dedicado a
só uma tarefa. Sem dúvida, atualmente, os robôs não podem fazer todo o trabalho
feito pelo homem. Onde é necessário soldar materiais desconhecidos ou onde o
acesso é muito limitado ou onde não podem ser fixados adequadamente os
componentes a ser soldados, o uso de um robô é limitado. Há muitas limitações,
52
onde um sistema de robô põe em prova seu custo. Assim, a soldagem robotizada
não só é um assunto que relaciona a eletrônica de controle, com todo o pacote de
soldagem, mas executa uma fabricação com precisão, usando equipamento de
manipulação da peça e opera dentro de faixas muito exigentes de qualidade (UNB,
2006).
2.9 Descontinuidades estruturais em solda “GMAW”
Denomina-se descontinuidade a qualquer interrupção da estrutura típica do
material, que signifique falta de homogeneidade nas características mecânicas,
metalúrgicas ou físicas da junta soldada (MODENESI, 2001).
As descontinuidades podem ser classificadas quanto à origem e a forma.
Com relação à origem, as descontinuidades podem ser geométricas (operacionais) e
metalúrgicas. Com relação à forma, as descontinuidades podem ser planas e
volumétricas.
É interessante notar que as descontinuidades geométricas geralmente são
planas, enquanto as descontinuidades metalúrgicas podem ser planar ou
geométricas (MODENESI, 2001).
As descontinuidades são detectadas por ensaios não destrutivos após a
soldagem. A escolha dos ensaios não destrutivos está relacionada às características
das descontinuidades. Assim, uma descontinuidade volumétrica pode ser melhor
detectada por um ensaio radiográfico, enquanto que para uma descontinuidade
plana prefere-se o ensaio ultra-sônico. Descontinuidades que atingem um tamanho
crítico, determinado pela norma de inspeção, são consideradas defeitos e devem ser
reparadas.
53
As descontinuidades geométricas são geradas na etapa de montagem e de
soldagem. Os exemplos mais comuns são falta de fusão, falta de penetração e
mordedura, citam-se também desalinhamento, superposição, deposição insuficiente.
As descontinuidades metalúrgicas são originadas por algum fenômeno
metalúrgico presente na poça de fusão como o refino, a desoxidação, a
desgaseificação e as transformações de fase no estado sólido, estas tanto na zona
fundida quanto na zona afetada pelo calor (MODENESI, 2001).
As descontinuidades metalúrgicas mais comuns são a porosidade, a trinca de
soldificação e a trinca a frio induzida por hidrogênio.
2.9.1 – Respingos de solda
O processo de soldagem “GMAW” é uma fusão localizada que ocorre sob
uma atmosfera protegida. Em um processo, com o balanço de energia adequado
para a fusão, toda a energia que se coloca no sistema é consumida para aquecer e
fundir o metal e, como este não reage com a atmosfera, é uma fusão tranqüila e sem
grandes agitações (RAMALHO, 2006).
O respingo (Figura 16), é um indicativo de que o balanço de energia está
sendo positivo, ou seja, está colocando energia demais no sistema, de modo que o
material funde e ainda ocorre agitação na poça de fusão, agitação esta suficiente
para fazer com que algumas gotas de metal líquido pulem para fora da poça de
fusão.
Partindo deste princípio, para diminuir ou eliminar os respingos é necessário
diminuir a energia do sistema. O primeiro ponto é o correto ajuste dos parâmetros de
soldagem, pois estes afetam diretamente a energia imposta (RAMALHO, 2006).
54
Além disto, o processo é sob atmosfera controlada, ou seja, se por algum
motivo esta atmosfera protetora não isola 100% da atmosfera externa, tem-se
oxigênio do ar participando da fusão e com isso, energia gerada pela reação química
causada por este gás. Então deve-se verificar a vazão do gás para ver se esta
propicia uma cobertura adequada (algo como 10 a 15 litros por minuto checados na
tocha e não na saída do regulador).
Outra causa pode ser a condição da superfície a ser soldada, no tocante a
óxidos e gorduras, como graxas e óleos. De nada adianta proteção atmosférica
adequada, se o local tem a presença de gorduras (que são hidrocarbonetos e vão se
decompor na temperatura da soldagem, aumentando a energia do sistema).
Ajustando os parâmetros, o gás e as condições da chapa, ainda resta a
inclinação da tocha que, se for demasiada acabará arrastando ar atmosférico para
dentro da poça de fusão. Para isto, deve-se manter a tocha com uma inclinação
máxima de 20 graus.
Como é impossível na prática, fazer um balanço energético 100% perfeito, é
inevitável a ocorrência de um ou outro respingo. Deve-se atentar apenas com os de
dimensão maior que 0,8mm de diâmetro, pois os respingos menores que isto, não
tem massa suficiente para aderir a superfície, e quando o fazem, destacam-se com
facilidade (RAMALHO, 2006).
Figura 16 – Respingos de solda (INFOSOLDA, 2006)
55
2.9.2 – Cordão de solda deslocado
Esta é uma descontinuidade geométrica originada normalmente em
processos automatizados, onde existe um dispositivo que acomoda os componentes
nos lugares especificados a serem soldados.
Caso o componente estiver mal fixado, ou desalinhado no dispositivo, assim
que for acionado o robô, este direcionará a tocha para os parâmetros especificados,
não direcionando para o local exato para união dos componentes, o que resultará
em um cordão fora dos componentes, ou apenas em um componente.
2.9.3 - Falta de penetração
O termo refere-se à falha em se fundir e encher completamente a raiz da
junta. A falta de penetração conforme Figura 17, é causada por diversos fatores,
destacando-se a manipulação incorreta do eletrodo, um projeto inadequado da junta
(ângulo de chanfro ou abertura da raiz pequenos) ou, alternativamente, a escolha de
um eletrodo muito grande para um dado chanfro (em ambos os casos, torna-se
difícil, ou impossível, direcionar o arco para a raiz da junta) e o uso de uma baixa
energia de soldagem. Falta de penetração causa a redução da seção útil da solda
além de ser um concentrador de tensões (MODENESI, 2001).
Deve-se ressaltar que, freqüentemente, juntas são especificadas para terem
penetração parcial. Nesses casos, a falta de penetração, desde que mantida nos
limites especificados não é considerada como um defeito de soldagem (MODENESI,
2001).
56
Figura 17 – Falta de penetração (MODENESI, 2001)
2.9.4 – Furo da raiz (chapa furada)
Consiste na abertura de um buraco do material base, ou seja, quando o arco
elétrico abre apenas para um dos componentes a serem soldados.
Para que o furo na raiz aconteça, existem duas possibilidades:
Uma delas é na união de dois componentes e, para isso acontecer, são definidos
parâmetros mais altos (corrente de soldagem) e a tocha se direciona para apenas
um dos componentes, então, conseqüentemente, obtém-se o furo da raiz.
Outra maneira de acontecer é na velocidade de soldagem muito baixa, o que
propicia um acúmulo de material e calor em apenas um local, obtendo-se o furo.
2.9.5 Porosidade
A porosidade consiste em poros de gás que podem ser encontrados na
superfície ou no interior do cordão de solda solidificado. Como está ilustrado na
Figura 18, esses poros podem variar em tamanho e são geralmente distribuídos
numa forma aleatória. Entretanto, também é possível que a porosidade seja
encontrada apenas no centro da solda (CARAN, 2004).
57
Figura 18 – Porosidade (INFOSOLDA, 2006)
As causas mais comuns da porosidade são a contaminação atmosférica,
excesso de oxidação nas superfícies das peças a serem soldadas, elementos de liga
desoxidantes inadequados no arame e a presença de sujeira. A contaminação
atmosférica pode ser causada por:
• vazão de gás de proteção insuficiente;
• vazão de gás de proteção excessiva, que pode causar aspiração de ar para
dentro do fluxo do gás de proteção;
• bocais obstruídos ou sistema de fornecimento de gás danificado (mangueiras
e conexões com vazamentos, etc.);
• correntes de ar excessivas na área da soldagem, que podem arrastar o gás
de proteção da região da poça de fusão (CARAN, 2004).
O excesso de nitrogênio e oxigênio presentes nos gases atmosféricos são
responsáveis pela porosidade no aço. No entanto, uma quantidade considerável de
oxigênio pode ser tolerada sem gerar porosidade na ausência do nitrogênio. O
oxigênio na atmosfera pode causar problemas graves com o alumínio por causa da
rápida formação de óxidos. A vazão de gás deve ser inspecionada a intervalos
regulares para assegurar que esteja livre de vazamentos.
58
Adicionalmente, a umidade excessiva na atmosfera pode causar porosidade
no aço e, particularmente, no alumínio. Sob climas úmidos deve ser tomado um
cuidado especial. Por exemplo, tochas resfriadas continuamente à água podem
apresentar condensação durante os períodos de alta umidade e, conseqüentemente,
contaminar o gás de proteção (CARAN, 2004).
A oxidação excessiva das peças é uma fonte óbvia de oxigênio, bem como a
umidade aprisionada, particularmente para o alumínio. Revestimentos anodizados
no alumínio devem ser removidos antes da soldagem porque podem conter água,
bem como atuar como isolantes.
A porosidade pode também ser causada por uma desoxidação inadequada do
arame de solda durante a soldagem de aços semiacalmados ou efervescentes. O
oxigênio no aço pode causar porosidade por monóxido de carbono (CO) se os
elementos desoxidantes adequados não estiverem presentes.
A sujeira orgânica pode ser uma fonte de porosidade. Um exemplo é o
lubrificante excessivo no arame de solda. Esses hidrocarbonetos são fontes de
hidrogênio, que é especialmente prejudicial ao alumínio (CARAN, 2004).
Outras causas de porosidade podem ser taxas de solidificação da solda
extremamente altas e características de arco errático. Quando as taxas de
solidificação são muito altas, qualquer gás que normalmente escaparia fica
aprisionado. Devem ser evitados velocidades de soldagem muito altas e valores de
corrente muito baixos. Características de arco errático podem ser causadas por
condições de soldagem ruins (tensão muito baixa ou muito alta, transferência de
metal ruim) e variação na velocidade de alimentação do arame.
59
Todas essas ocorrências causam uma turbulência violenta na poça de fusão,
que tende a romper a envoltória do gás de proteção e provocar a contaminação da
poça de fusão pela atmosfera (CARAN, 2004).
2.10 O conceito da qualidade
Ao longo das últimas décadas a função “qualidade” tem sido definida de
diversas formas, entre elas podem-se destacar: adequação ao objetivo ou ao uso
(JURAN, 1991); totalidade de formas e características de um produto ou serviço que
tem em sua atribuição satisfazer necessidades estabelecidas ou implícitas (NBR ISO
9001:2000); grau de conformidade com as especificações (BANKS, 1989);
satisfação do cliente (DEMING, 1975); grau de adequação de um item ou serviço à
finalidade a que se destina (BANKS, 1989).
São muitas definições e, entre aquelas que foram citadas, todas, com
exceção da definição de Deming, relacionam o termo qualidade à conformidade do
produto às suas especificações. Entretanto, mais importante do que as definições é
o real entendimento do seu significado. Porém, mais importante ainda é entender
como essa função tem evoluído ao longo dos últimos anos e assim poder vislumbrar
os desdobramentos futuros.
Os conceitos relacionados com o termo qualidade, como se conhece hoje,
tiveram suas origens associadas às atividades de controle da qualidade. Controle da
qualidade é um conjunto de ações ou medidas desenvolvidas com o objetivo de
assegurar que os serviços ou produtos gerados atendam aos requisitos segundo os
quais foram especificados. A Norma ISO TS 16949:2002 define Controle da
Qualidade como sendo parte da gestão da qualidade focada no atendimento dos
requisitos da qualidade (ISO TS 16494,2002).
60
Avaliar os resultados das ações, com o objetivo de verificar se os mesmos
estão em conformidade com as expectativas, faz parte da natureza do homem.
Assim, no sentido lato, pode-se dizer que o controle da qualidade remonta aos
primórdios da civilização humana. Não se pode precisar, no tempo, quando foi que o
controle da qualidade começou a ser utilizado de forma sistemática, de modo a
assegurar que os resultados das ações empreendidas viessem a atender aos
requisitos dos projetos na forma como foram concebidos. Entretanto, a perfeição das
obras remanescentes das civilizações grega, romana, egípcia, chinesa e outras, sob
a forma de templos, termas, pirâmides, muralhas, etc., nos permite assegurar que
alguma forma de controle devia ser por eles empregada.
Os registros históricos mostram que, até o final do século XVIII, antes do
início da era industrial, os empreendimentos eram, na sua maioria, de natureza
individual ou familiar e cada um definia e controlava a qualidade dos produtos ou
serviços que gerava. Curiosamente, esta é uma postura muito atual. Hoje, no que se
refere a garantia da qualidade, cada um é responsável pela verificação da qualidade
do que faz.
A diferença entre um profissional do final do século XVIII e um dos anos 90,
está na forma, do entendimento do conceito de qualidade. Para o profissional do
século XVIII a qualidade estava relacionada ao atendimento às especificações do
produto, especificações estas quase sempre ditadas por ele mesmo. Ele definia o
que deveria ser qualidade, produzia e, eventualmente, quase sempre sem uma
programação específica, inspecionava o produto para verificar se estava de acordo
as suas especificações. Hoje, a qualidade é definida pelo cliente e transcende os
parâmetros dos produtos, contemplando aspectos relacionados com o meio
ambiente e com as relações humanas. Hoje, a função qualidade e o termo cliente
61
devem ser entendidos de forma abrangente e devem ser estendidos, também, para
as relações profissionais, sociais e familiares (DEMING, 1975).
No que se refere ao setor produtivo, cabe também ao profissional dos anos 90
produzir e controlar a qualidade daquilo que ele faz. Entretanto, o controle da
qualidade por ele exercido é feito de forma sistematizada; é planejado de forma a
cobrir todas as fases do processo e, tem por objetivo, assegurar que as
necessidades do seu cliente vão ser atendidas. Não se trata mais apenas de uma
inspeção final para verificar se o produto tem ou não defeitos de fabricação.
Para que se possa entender melhor o que está se descortinando no futuro em
termos de qualidade, deve-se voltar um pouco no tempo e observar os caminhos
que conduziram ao ponto em que se encontra hoje.
2.11 A história da qualidade
Não se pode dizer que a sociedade, até o início do século XIX, encontrava-se
totalmente sem estruturas organizacionais orientadas para o controle da qualidade.
Registra-se, no decorrer da idade média, intensas atividades de associações de
artesãos, estabelecendo padrões que visavam proteger os ganhos econômicos,
sociais e políticos de seus associados, além de regular a economia. Para alcançar
esses objetivos, essas associações desenvolveram intensos e importantes
trabalhos, estabelecendo salários, condições de trabalho e especificações para
matérias-primas e produtos acabados (BANKS, 1989).
Entre 1900 e 1930, com o advento da era industrial, pressionados pela
crescente concorrência e pela maior complexidade dos processos, iniciou-se uma
nova fase para o controle da qualidade. Essa foi a era da inspeção. No início, as
62
inspeções eram feitas no produto acabado e tinham por objetivo evitar que itens
defeituosos chegassem ao consumidor. Nenhuma técnica estatística era usada.
No final dos anos 20, como decorrência da crescente complexidade dos
processos e da maior concorrência do mercado, iniciou-se a utilização de técnicas
estatísticas para o controle dos produtos. Em 1924, foi criado o Inspection
Engineering Departament of the Western Electric’s Bell Telephone Laboratories, do
qual foram membros personalidades como R. B. Miller, G. D. Peterson, H. F. Dodge,
G. D. Edwards, P. S. Olmstead, M. N. Torrey e outros, aos quais se deve
importantes trabalhos pioneiros de desenvolvimento de teorias e métodos de
controle da qualidade, incluindo critérios para seleção e amostragem. A primeira
carta de controle da qual se tem registro foi desenvolvida por Shewhart em 1924 e
ficou conhecida como “Carta de Controle de Shewhart” (BANKS, 1989).
Entre 1930 e 1940, o uso da estatística como ferramenta para o controle da
qualidade se consolidou como técnica. Destaca-se nesse período os trabalhos do
Joint Committee for the Development of Statistical Aplications in Egineering and
Manufacturing, presidido por Shewhart e apoiado pela American Society for Testing
Materials (ASTM), American Society of Mechanical Engineers (ASME), American
Mathematical Society (AMS), American Statistical Association (ASA), Institute of
Mathematical Statistics (IMS) e o American Institute of Electrical Engineers (AIEE).
Na década de 40, o uso da estatística como ferramenta para o controle da
qualidade se consolidou como prática indispensável, principalmente devido às
condições impostas pela economia de guerra. A necessidade de massificar a
produção levou a uma inevitável deterioração da qualidade dos produtos (DEMING,
1975). Esse fato obrigou o sistema produtivo a utilizar, em escala sem precedentes,
as técnicas estatísticas que já haviam sido desenvolvidas para o controle de
63
produtos. Nesse período, intensivos programas de treinamento, orientados para a
utilização destas técnicas, foram implementados, com os objetivos de: minimizar
perdas, reduzir o custo de produção e, principalmente, assegurar a qualidade dos
produtos. Nesse período, as forças armadas dos Estados Unidos e dos países
aliados desempenharam um papel importantíssimo no desenvolvimento de novas
técnicas estatísticas, na pesquisa de novas teorias de controle, na implementação
de programas de controle da qualidade e, principalmente, no estabelecimento de
padrões. Os trabalhos de desenvolvimento de técnicas estatísticas, aplicadas ao
controle da qualidade, eram considerados estratégicos e mantidos sob sigilo. De
1950 a 1960, as forças armadas dos países aliados, principalmente devido a guerra
fria, demandavam contínuos e intensos programas de desenvolvimentos na área da
indústria bélica e continuaram sendo os principais impulsionadores do
desenvolvimento da área de controle da qualidade (ISHIKAWA, 1976).
Na década de 50, a crescente sofisticação e poder de destruição dos
artefatos de guerra, demandavam, cada vez mais, níveis mais elevados de
segurança. Deste modo, nesse período, os principais esforços foram orientados para
o estabelecimento de novos padrões. Nessa década, o controle da qualidade deixou
de enfocar o produto e passou a orientar-se para o processo, o que, do ponto de
vista estratégico, representou um passo importantíssimo. Na verdade, os itens
defeituosos são conseqüências de falhas do processo. Se o processo é “capaz” e se
está sendo devidamente controlado, os produtos gerados devem estar em
conformidade com as suas especificações, e portanto, sem defeitos. Outro fato
marcante com relação a evolução do conceito do termo “qualidade”, ocorrido na
década de 50, foi o início da “jornada” japonesa rumo a industrialização. Deming,
que havia participado ativamente do programa americano de mobilização para a
64
qualidade, durante a década de 40, foi para o Japão e, juntamente com Juran e
Ishikawa, tornou-se responsável pela disseminação dos conceitos de controle da
qualidade naquele país (ISHIKAWA, 1976).
Nos anos 60, consolidou-se o uso prático da estatística como ferramenta para
o controle de processo. A aplicação de técnicas de controle estatístico de processo
(CEP) proporcionou benefícios incalculáveis para os sistemas produtivos e levou
Feigenbaum (1983) a estabelecer as bases para a implantação dos conceitos do
controle da qualidade total (Total Quality Control, TQC). O parque industrial japonês,
ainda infante, serviu de palco para a implementação destes conceitos, na década
seguinte.
A evolução do Controle Estatístico de Processo para TQC, foi um
desdobramento natural e consolidou-se como um dos mais importantes
desdobramentos do melhor entendimento da abrangência da função qualidade. O
reconhecimento de que a qualidade do produto final depende da qualidade com que
são conduzidos todos os processos críticos que lhe dão origem, desde a seleção
dos fornecedores até a sua expedição, levou ao entendimento de que só o
adequado controle de todos esses processos poderia assegurar a conformidade do
produto às suas especificações. O passo seguinte foi reconhecer a necessidade de
um “Sistema de Gestão” para assegurar a conformidade de todas as variáveis de
todos os processos dos quais dependem o produto. Deste modo, na década de 70,
foram lançadas as bases para a implantação dos conceitos de gestão da qualidade
total (Total Quality Management, TQM). Outro fato igualmente importante para a
evolução do controle da qualidade, ocorrido no final da década de 70, foi a criação
do Comitê Técnico 176 (TC-176), pela International Organization for Standardization
(ISO), cujos trabalhos levaram à elaboração das Normas ISO série 9000, aprovadas
65
em 1987 como NBR ISO 9000-1/94, 9001/94, 9002/94, 9003/94 e 9004-1/94. Na
elaboração das Normas ISO série 9000 o TC–176 apoiou-se, principalmente, em
normas militares do Canadá (CZ 299), dos Estados Unidos (MIL-Q-9858 e MIL-I-
45209), da OTAN (AOQP 1, AOQP 4 e AOQP 9) e do Reino Unido (DEF. STAN
05/21, DEF. STAN 05/24 e DEF. STAN 05/29), todas utilizadas nas relações
contratuais entre clientes e fornecedores (BANKS, 1989).
2.12 O uso das ferramentas gerenciais
O sucesso na utilização das ferramentas gerenciais está diretamente ligado à
disponibilidade, acesso, registro, qualidade da informação e envolvimento de todos
na organização. O uso da informação para controle e avaliação dos resultados ao
final de cada processo, associado à autonomia dada aos funcionários para a tomada
de decisão, com base no uso de ferramentas gerenciais, gera agilidade no processo
produtivo através da solução rápida de problemas e comparação de resultados,
podendo modificar ou confirmar os objetivos e os recursos empregados ao longo do
processo. Desse modo, as ferramentas gerenciais, aliadas à informação, passam a
ser parte integrante do processo de administração estratégica (PONGELUPPE,
2002).
A tarefa de controle e avaliação de resultados não deve ser realizada como
uma avaliação estática, afinal é um processo que deve ser executado de forma
contínua, durante cada tarefa, utilizando as modernas técnicas de gestão. O ser
humano é que gera qualidade, no ato da realização das suas ações e não mais,
como era no conceito antigo, deixar a cargo de uma área de “controle” e verificar a
qualidade dos serviços/produtos decorrentes de cada tarefa (CASSARRO, 1999).
66
A preocupação com a garantia de fornecer produtos de qualidade e sem
defeitos é constante para todos fornecedores de produtos e serviços e, cada vez
mais, o cliente espera um produto confiável, que apresente um nível de desempenho
especificado com alta durabilidade e baixo índice de falhas. Visando garantir o
aumento de confiabilidade e prevenir problemas, surge um novo enfoque de
qualidade voltado à conformidade e que tem como objetivo a solução de problemas
encontrados ao longo do processo produtivo. Para isso, os métodos FMEA (Failure
Mode and Effect Analysis) e Diagrama de Ishikawa são utilizados para buscar as
causas fundamentais desses problemas (HELMAN, 1995).
2.13 Diagrama de causa e efeito de Ishikawa
Uma forma de levantamento de sintomas na etapa de Análise de Situação
Atual é a construção de diagramas de causa-efeito de Ishikawa (FREITAS, 2000).
Este diagrama (Figura 19), originalmente proposto por Kaoru Ishikawa na
década de 60, já foi bastante utilizado em ambientes industriais para a localização
de causas de dispersão de qualidade no produto e no processo de produção. Ele é
uma ferramenta gráfica utilizada para explorar e representar opiniões a respeito de
fontes de variações em qualidade de processo, mas que pode perfeitamente ser
utilizada para a análise de problemas organizacionais genéricos.
A utilização deste diagrama é funcional em situações onde existe um grande
efeito indesejável bem localizado e consensuado pelos elementos da organização.
Ele é utilizado para a identificação de direcionadores, ou drivers, que
potencialmente levam ao efeito indesejável. Ele é uma ferramenta analítica que,
utilizada por um grupo de projeto, parte de um "problema de interesse" e possibilita a
67
ocorrência de um "brainstorm" no sentido de identificar as causas possíveis para o
problema.
Entende-se que o conceito de causa-raiz não é propriamente expresso no
diagrama de causa-e-efeito. O diagrama de Ishikawa é uma ferramenta poderosa
para a identificação dos direcionadores que potencialmente causam os efeitos
indesejáveis. Estes direcionadores, por sua vez, também podem ser originados por
outras causas-raizes (FREITAS, 2000).
Figura 19 - Diagrama de causa-e-efeito de Ishikawa (FREITAS, 2000)
Problema
Mão de Obra Método
Material Máquina
Medição
Meio Ambiente
Efeito
Causas
68
3 PROPOSIÇÃO
O presente trabalho interdisciplinar buscou analisar qualitativamente e
quantitativamente as possíveis causas dos problemas de soldagem “GMAW”
robotizada dos ganchos no quadro auxiliar que fixa as bandejas e a caixa de direção
dos automóveis, com o auxílio da ferramenta da qualidade “Diagrama de Ishikawa”,
apoiado por análises laboratoriais de metalografia, proporcionando as soluções
desses problemas.
69
4- METODOLOGIA EXPERIMENTAL
4.1- Materiais
Para a montagem dos quadros auxiliares foram utilizados chapas de aço com
espessura de 2,25 mm, de acordo com a norma NBR 5906 EPA (norma referente ao
material). Também foram utilizados componentes chamado “Gancho maciço” com
diâmetro de 12 mm, de acordo com a norma DIN EM 10277-2 (norma referente ao
material), com propriedades mecânicas e composição química especificados,
conforme mostra a Tabela 3.
Tabela 3 – Propriedades físico - químicas especificados e utilizados dos componentes do
quadro auxiliar (MIRON, 2007)
Along.
(%)
BM=50
mm
Especificado 300 máx. 410 máx. 30 mín. 0,10 máx. 0,45 máx. --- 0,030 máx. 0,030 máx. 0,020 mín.
Encontrado 252 321 31 0,08 0,31 --- 0,015 0,018 0,025
Especificado 430 a 730 300 Mín 9 mín. 0,07 a 0,13 0,3 a 0,6 0,4 máx. 0,045 máx. 0,045 máx. ---
Encontrado 544 389 12 0,09 0,4 0,3 0,028 0,031 ---
DIN EN 10277-2 Gancho
DESCRIÇÃO
Si
ANÁLISE
NBR 5906 EPA Chapa
P S Al
MP
PROPRIEDADES MECÂNICAS COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%)
LE (MPa) LR (MPa) C Mn
Para a soldagem da montagem do quadro auxiliar foi utilizado o processo
“GMAW” robotizado, usando um material de adição em arame de aço maciço,
cobreado com diâmetro de 1,0 mm. A mistura do gás de proteção foi na proporção
de 80% Ar + 20% CO
2
.
Para a soldagem das amostras analisadas foi utilizado um robô da marca
ABB de especificação IRB 2400/10 M98A (Figura 20), e uma mesa giratória IRBP
250R da ABB, conforme Figura 21.
70
Figura 20 – Desenho do robô da marca ABB (ABB, IRB 2400)
Figura 21 – Mesa giratória da marca ABB (ABB, 2002)
4.2- Métodos
71
Para a fabricação dos quadros auxiliares na empresa Metalbages do Brasil
Ltda, foi utilizado um procedimento de soldagem de “GMAW” robotizada, onde
necessariamente posiciona-se a peça no dispositivo com os 2 ganchos. Em
seguida, o robô é acionado, o qual trava as peças na posição devidamente
gabaritada por intermédio de grampos pneumáticos, e executa-se dois cordões de
solda para cada gancho. Essa operação não exige qualquer tipo de preparação das
superfícies antes do processo de soldagem, conforme mostra a Figura 22.
Para a realização da soldagem, foram fixados os seguintes parâmetros: a
corrente 280 A, a voltagem 25,5 V, a velocidade de soldagem 16,5 m/min, e o
controle de gás para 12 l/min.
Figura 22 – Dispositivo de solda com a peça posicionada (MIRON, 2007)
Foi utilizado para análise das amostras, os recursos do laboratório
metalúrgico da empresa Metalbages, bem como as especificações contidas na
norma VW 01106 de julho 2004.
A separação das amostras foi executada após um acompanhamento de
produção, totalizando 15.996 peças. Foi criado uma tabela geral dos defeitos de
soldagem. Para a análise das possíveis causas foi utilizado o diagrama de Ishikawa.
72
O diagrama de Ishikawa é dividido em 6M (método, mão-de-obra, máquina,
meio ambiente, medição e matéria-prima).
Para as possíveis causas da matéria-prima incluíram-se as possíveis causas
que geraram o problema do ponto de vista da matéria-prima utilizadas na elaboração
de um produto. Por exemplo, causas devidos a composição química, ao
comportamento mecânico, etc.
Para as possíveis causas da máquina se agrupam os fatores relacionados
com o processo de transformação das matérias primas, como nas máquinas de
solda, dispositivos, ferramentas utilizadas, efeitos das manutenções, eficiência das
máquinas e qualidade dos dispositivos.
Para as possíveis causas devido ao método, registram-se as causas
relacionadas com a forma de operar a máquina e o método de trabalho.
Para as possíveis causas devido a mão-de-obra são incluídos os fatores que
possam gerar o problema do ponto de vista do fator humano. Por exemplo, falta de
experiência do pessoal, grau de treinamento, criatividade, motivação, experiência,
habilidade, estado de espírito, etc.
Para as possíveis causas devido ao meio ambiente são incluídas as causas
que podem vir de fatores externos como contaminação, temperatura do ambiente,
altitude da cidade, umidade, atmosfera de trabalho, etc.
Para as possíveis causas devido a medição são incluídas as causas
relacionadas ao sistema de medição, como por exemplo: sistema de medição
inadequados, equipamentos não calibrados, erros na leitura do equipamento, etc.
73
4.3 - Metalografia: preparação de amostras e análise qualitativa
A preparação das amostras para análise metalográfica para
determinação das características da solda será descrita a seguir:
4.3.1 - Corte
Foi utilizado uma cortadora com disco abrasivo de SiC para cortes
de materiais e refrigeração na superfície a ser analisada. A escolha da
secção de corte foi a transversal (CARAM, 2004).
4.3.2 - Lixamento
As amostras foram lixadas gradativamente na seqüência de lixas com granulometria
cada vez mais fina: #220, #320, #400, #600 e #1000. Em cada lixa, a amostra deve ser
passada no mesmo sentido, sendo que na lixa seguinte, deve-se alternar em 90º o sentido
de lixamento, como mostra a Figura 23. O tempo de lixamento em cada lixa é o tempo
suficiente para que desapareçam os riscos deixados pela lixa anterior. Finalmente, segue-se
uma lavagem cuidadosa, geralmente uma limpeza com ultra-som e secagem (CARAM,
2004).
74
Figura 23 - Rotação da amostra a cada mudança de lixa (CARAM, 2004)
4.3.3- Polimento
O polimento foi realizado em politrizes mecânicas com panos, abrasivos
especiais e lubrificantes:
a) Polimento grosso: Pano de nylon, pasta de diamante de 6 µm e lubrificante
especial para polimento ou álcool. A superfície da amostra é passada em todos os
sentidos até que todos os riscos de lixa sejam eliminados e a superfície comece a se
tornar espelhada. Lavagem cuidadosa (usualmente em ultra-som) e secagem.
b) Polimento final: Pano macio (tipo camurça) e pasta de diamante 1 µm. A
amostra é passada em todos os sentidos, diminuindo a pressão no estágio final,
durante o tempo necessário para eliminar todos os riscos do polimento grosso e ficar
ainda mais espelhada. Lavagem final ainda mais cuidadosa, limpeza em ultra-som
para eliminar resíduos e secagem após passar por álcool ou acetona utilizando ar
quente. Neste estágio, a amostra não deve ficar com manchas de secagem.
4.3.4- Ataque químico
O ataque químico foi realizado para revelar ou realçar detalhes da
microestrutura. Cada material necessita de um determinado tipo de ataque químico
para revelar os detalhes de sua microestrutura ou os defeitos. Muitas vezes, faz-se
necessária uma consulta bibliográfica para a escolha mais adequada dos reagentes.
75
No caso específico da presente análise, foi utilizado nital 3% (3% ácido nítrico
e 97% álcool etílico) com tempo de exposição ao ataque de cinco segundos.
Efetuou-se uma lavagem em água corrente para eliminar resíduos do ataque,
lavagem em álcool ou acetona e secagem em ar quente (CAMARGO, 2006).
4.3.5- Análise qualitativa
Para análise qualitativa da solda foi utilizado um microscópio metalográfico,
marca Olympus, modelo SZ-CTV, ampliação de 11x (Figura 24) .
Figura 24 – Estereoscópio da marca Olympus
76
5- RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 – Resumo da quantidade de defeitos no processo de soldagem robotizado
As peças apresentaram problemas de soldagem, tais como: respingo, solda
deslocada, falta de penetração, chapa perfurada e porosidade, onde foram
contabilizadas em uma tabela.
A Tabela 4 representa um resumo da quantidade total dos defeitos
encontrados no processo de soldagem “GMAW” robotizado da fabricação do quadro
auxiliar para um período de 60 dias.
Tabela 4 – Quantidade de defeitos no processo de soldagem
Esse estudo, totalizando 15.996 peças, detectou-se cinco tipos de defeitos
para o primeiro e segundo turno, sendo estratificado a seguir:
5.1.1 – Análise de respingos no processo de soldagem robotizado
A Tabela 5 representa a quantidade total e acumulada dos defeitos de
respingos encontrados quinzenalmente no processo de soldagem robotizado, no
primeiro e segundo turno da linha de soldagem do quadro auxiliar, para um
acompanhamento de produção de 15.996 peças soldadas.
A estratégia do estudo realizado em dois turnos foi para garantir a
estratificação quantitativa do problema que irá auxiliar na resolução da causa raiz
pela utilização do diagrama de Ishikawa.
Turno
Período
2.000 2.000 31 47 0 4 0 4 3 6
4.000 4.000 28 42 11 9 5 0 0 3
6.000 6.000 3 8 12 15 2 19 0 0
7.998 7.998 84 116 0 7 12 5 22 5
Respingo Solda Deslocada Falta Penetração Chapa Furada Porosidade
1° 2° 1° 2° 1° 2° 1° 2° 1° 2°
15
30
45
60
Total
15.996 359 56 47 39
77
Tabela 5 – Quantidade de defeitos de respingos
A quantidade total de defeitos 15.996 peças representa 100% do total de
amostras produzidas e inspecionadas. Este valor é representativo por se tratar de
aspecto de acabamento de um produto de alto valor agregado, isso resulta em um
aumento em mão-de-obra, pois todas as peças deverão ser retrabalhadas.
O gráfico da Figura 25 representa nos últimos 30 dias uma constância para o
1º e 2º turno, deixando-se evidente que a fabricação necessita de acompanhamento
na investigação das possíveis causas de defeito do tipo respingo.
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
15 30 45 60
Período em dias
Quantidade de defeitos
1° Turno
2° Turno
Figura 25 – Quantidade de defeitos de respingos
Turno
Dias
1.976 1.976 1.997 1.997
2.002 3.978 2.004 4.001
1.998 5.976 2.012 6.013
2.005 7.981 2.002 8.015
1°
Acum.
1º
2°
Acum.
2º
15
30
45
60
Total de Defeitos 15.996
Total de peças 15.996
78
A Figura 26 representa o diagrama de Ishikawa para os repingos, buscando-
se as possíveis causas em função do acompanhamento/diagnóstico dos operadores,
supervisor e engenheiro do processo.
Figura 26 – Diagrama de Ishikawa – respingos
Após as análises no diagrama de Ishikawa para a geração dos respingos, a
principal causa foi que a distância da tocha à peça estava muito alta, e também foi
observado que o dispositivo não garantia o correto posicionamento das peças a
serem soldadas, acarretando uma instabilidade no processo produtivo.
A Figura 27 mostra os respingos de solda no gancho do quadro auxiliar.
Figura 27 – Respingos na solda do gancho do quadro auxiliar
Respingos
Método
Mão de ObraMeio Ambiente
Máquina Matéria Prima
Medição
Chapa oxidada
Tensão(voltagem) muito alta, aumentando o
comprimento do arco
Distância da tocha à peça muito alta
Indutância da máquina de solda baixa
Chapa suja ou pintada
N/A
N/A
N/A
Vazão de gás elevada, que causa turbulência na
poça de solda, permitindo a entrada de ar
Dispositivo de posicionamento não garante
a posição
79
5.1.2 - Análise de solda deslocada no processo de soldagem robotizado
A Tabela 6 representa a quantidade total e acumulada dos defeitos de solda
deslocada encontrados quinzenalmente no processo de soldagem robotizado, no
primeiro e segundo turno da linha de soldagem do quadro auxiliar, para um
acompanhamento de produção de 15.996 peças soldadas.
Tabela 6 – Quantidade de defeitos de solda deslocada (MIRON, 2007)
A quantidade total de defeitos 359 peças representa 2,24% do total de
amostras produzidas e inspecionadas. Este valor é representativo por se tratar de
um item de segurança, de alto valor agregado e, principalmente, por prejudicar a
confiabilidade exigida pela indústria automobilística.
O gráfico da Figura 28 representa um aumento nos últimos 15 dias para os 2
turnos, deixando evidente que o dispositivo apresentava indícios de instabilidade.
Turno
Dias
31 31 47 47
28 59 42 89
3 62 8 97
84 146 116 213
Total de Defeitos 359
Acum.
1º
2°
15
30
45
60
1°
Acum.
2º
15.996Total de peças
80
0
20
40
60
80
100
120
140
15 30 45 60
Período em dias
Quantidade de defeitos
1° Turno
2° Turno
Figura 28 – Quantidade de defeitos de solda deslocada (MIRON,
2007)
A Figura 29 representa o diagrama de Ishikawa para a solda deslocada,
buscando as possíveis causas em função do acompanhamento/diagnóstico dos
operadores, supervisor e engenheiro do processo.
Figura 29 – Diagrama de Ishikawa - solda deslocada (MIRON, 2007)
Solda
Deslocada
Método
Mão de ObraMeio Ambiente
Máquina Matéria Prima
Medição
Componente posicionado incorretamente
Preparação de máquina
com os parâmetros incorretos
Inspeção visual
por amostragem
Dispositivo de solda com folga
Dispositivo de posicionamento não garante
a posição
N/A
Variação dimensional dos
componentes
81
Após as análises no diagrama de Ishikawa para a geração de solda
deslocada, a principal causa foi que o dispositivo não garantia o correto
posicionamento das peças a serem soldadas, acarretando uma instabilidade no
processo produtivo.
A Figura 30 mostra a análise metalúrgica da solda deslocada, juntamente com
a macrografia, revelando a incorreta posição da solda entre a chapa e o gancho.
Figura 30 – Solda deslocada do gancho do quadro auxiliar (MIRON, 2007)
5.1.3 - Análise de falta de penetração no processo de soldagem robotizado
A Tabela 7 representa a quantidade total e acumulada dos defeitos de falta de
penetração encontrados quinzenalmente no processo de soldagem robotizado, no
primeiro e segundo turno da linha de soldagem do quadro auxiliar, para um
acompanhamento de produção de 15.996 peças soldadas.
82
Tabela 7 – Quantidade de defeitos de falta de penetração
A quantidade total de defeitos 58 peças com falta de penetração representa
0,36% do total de amostras produzidas e inspecionadas. Para este defeito, o valor é
representativo por se tratar de um item de segurança, de alto valor agregado e
principalmente, por prejudicar a confiabilidade exigida pela indústria automobilística.
O gráfico da Figura 31 representa nos últimos 15 dias uma melhora para o
primeiro e segundo turno, onde a engenharia de processo interviu nos parâmetros
de soldagem, reduzindo consideravelmente o defeito.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
15 30 45 60
Período em dias
Quantidade de defeitos
1° Turno
2° Turno
Figura 31 – Quantidade de defeitos de falta de penetração
Turno
Dias
0 0 4 4
11 11 9 13
12 23 15 28
0 23 7 35
1°
Acum.
1º
2°
Acum.
2º
15
30
45
60
Total de Defeitos 58
Total de peças 15.996
83
A Figura 32 representa o diagrama de Ishikawa para a falta de penetração,
buscando as possíveis causas em função do acompanhamento/diagnóstico dos
operadores, supervisor e engenheiro do processo.
Falta de
penetração
Método
Mão de ObraMeio Ambiente
Máquina Matéria Prima
Medição
Chapa oxidada
Corrente de soldagem(amperagem) muito baixa
Velocidade de soldagem muito alta
Distância muito alta da tocha à peça
Chapa suja ou pintada
Mal posicionamento do
componente
Metodo de trabalho
com parâmetros incorretos
N/A
Ângulo da tocha inadequado
Dispositivo de posicionamento não garante
a posição
Figura 32 – Diagrama de Ishikawa – falta de penetração
Após as análises no diagrama de Ishikawa para a geração de falta de
penetração, a principal causa foi que o ângulo da tocha estava inadequado e
também foi observado que o dispositivo não garantia o correto posicionamento das
peças a serem soldadas, acarretando uma instabilidade no processo produtivo.
A Figura 33 mostra a análise em macrografia da falta de penetração na chapa
do quadro auxiliar.
Figura 33 – Falta de penetração na solda do gancho do quadro auxiliar
84
Observa-se a zona bruta de fusão do cordão de solda, e a penetração em
somente um componente da junta soldada. Esta falta de penetração facilitará o
descolamento da solda e conseqüentemente a falha do componente.
5.1.4 - Análise de chapa furada no processo de soldagem robotizado
A Tabela 8 representa a quantidade total e acumulada dos defeitos de chapa
furada, encontrados quinzenalmente no processo de soldagem robotizado, no
primeiro e segundo turnos da linha de soldagem do quadro auxiliar, para um
acompanhamento de produção de 15.996 peças soldadas.
Tabela 8 – Quantidade de defeitos de chapa furada
A quantidade total de defeitos 47 peças, representa 0,30% do total de
amostras produzidas e inspecionadas. Este valor é representativo por se tratar do
aspecto de acabamento de um item de alto valor.
O gráfico da Figura 34 representa nos últimos 30 dias uma piora para o 1º e
2º turno, deixando evidente a instabilidade do processo de soldagem.
Turno
Dias
0 0 4 4
5 5 0 4
2 7 19 23
12 19 5 28
Total de Defeitos 47
Total de peças 15.996
15
30
45
60
1°
Acum.
1º
2°
Acum.
2º
85
-1
4
9
14
19
24
15 30 45 60
Período em dias
Quantidade de defeitos
1° Turno
2° Turno
Figura 34 – Quantidade de defeitos de chapa furada
A Figura 35 representa o diagrama de Ishikawa para a chapa furada,
buscando-se as possíveis causas em função do acompanhamento/diagnóstico dos
operadores, supervisor e engenheiro do processo.
Chapa Furada
Método
Mão de ObraMeio Ambiente
Máquina Matéria Prima
Medição
N/A
Corrente de soldagem (amperagem)muito alta
Dispositivo de posicionamento não garante
a posição
N/A
Tocha apontada apenas para um
dos componentes
Componente posicionado incorretamente
Variação dimensional dos
componentes
Preparação de máquina
com os parâmetros incorretos
Figura 35 – Diagrama de Ishikawa – chapa furada
Após as análises no diagrama de Ishikawa para a geração de chapa furada, a
principal causa foi que a tocha aponta apenas para um dos componentes e também
86
foi observado que o dispositivo não garantia o correto posicionamento das peças a
serem soldadas, acarretando uma instabilidade no processo produtivo.
A Figura 36 mostra a chapa furada devido ao mal posicinamento do
componente, resultando em um posicionamento da tocha voltado mais para a chapa.
Figura 36 – Chapa furada do gancho do quadro auxiliar
5.1.5 - Análise de porosidade no processo de soldagem robotizado
A Tabela 9 representa a quantidade total e acumulada dos defeitos de
porosidade, encontrados quinzenalmente no processo de soldagem robotizado, no
primeiro e segundo turnos da linha de soldagem do quadro auxiliar, para um
acompanhamento de produção de 15.996 peças soldadas.
87
Tabela 9 – Quantidade de defeitos de porosidade
A quantidade total de defeitos 39 peças representa 0,24% do total de
amostras produzidas e inspecionadas. Este valor é representativo por se tratar de
um item de segurança, de alto valor agregado e, principalmente, por prejudicar a
confiabilidade exigida pela indústria automobilística.
O gráfico da Figura 37 representa nos últimos 15 dias uma piora para o
primeiro e segundo turno, sendo necessário uma intervenção da engenharia de
processo para reduzir a velocidade de soldagem.
-1
9
19
29
15 30 45 60
Período em dias
Quantidade de defeitos
1° Turno
2° Turno
Figura 37 – Quantidade de defeitos de porosidade
Turno
Dias
3 3 6 6
0 3 3 9
0 3 0 9
22 25 5 14
1°
Acum.
1º
2°
Acum.
2º
15
30
45
60
Total de Defeitos 39
Total de peças 15.996
88
A Figura 38 representa o diagrama de Ishikawa para a porosidade, buscando-
se as possíveis causas em função do acompanhamento/diagnóstico dos operadores,
supervisor e engenheiro do processo.
Porosidade
Método
Mão de ObraMeio Ambiente
Máquina Matéria Prima
Medição
Chapa oxidada
Proteção do gás inadequado
Chapa suja ou pintada
N/A
N/A
Ângulo da tocha inadequado
N/A
Arame de solda sujo ou oxidado
Velocidade de soldagem muito alta
Corrente de ar junto à peça a ser soldada
deslocando o gás de proteção
Dispositivo de posicionamento não garante
a posição
Figura 38 – Diagrama de Ishikawa – porosidade
Após as análises no diagrama de Ishikawa para a geração de poros, a
principal causa foi que o ângulo da tocha estava inadequado e também foi
observado que o dispositivo não garantia o correto posicionamento das peças a
serem soldadas, acarretando uma instabilidade no processo produtivo.
A Figura 39 mostra o poro juntamente com a macrografia.
Figura 39 – Porosidade na solda do gancho do quadro auxiliar
89
6- CONCLUSÕES
Pela análise qualitativa, a metalografia foi essencial para parametrizar os
dados tabulados das 15.996 peças da fabricação do quadro auxiliar.
Pela análise quantitativa, observa-se que o maior número de defeitos ocorreu
no tipo respingo (100% dos componentes), apesar de ser um item de acabamento e
não funcional, gera aumento de retrabalho.
Pela análise estratificada, observa-se que os defeitos do tipo solda
deslocada, falta de penetração, chapa furada e porosidade, que são itens onde
prejudicam a segurança da fabricação do quadro auxiliar e a confiabilidade do
processo, portanto a engenharia deve atuar na sua redução.
Após as análises dos problemas de soldagem “GMAW” robotizado, foi
detectado como causa raiz que o dispositivo de posicionamento dos componentes
estavam ruins, não garantindo a estabilidade e a confiabilidade do processo.
Para a resolução definitiva do problema, a engenharia de processo deve atuar
na melhoria ou, no desenvolvimento e fabricação de uma nova concepção do
dispositivo de fixação dos ganchos.
90
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