( PDF ) Influência de parâmetros do processo fcawg nas características da solda do aço astm a-36

Download PDF

ads:

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS DE CURITIBA

DIRETORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

E DE MATERIAIS - PPGEM

EMANUEL REZENDE RODRIGUES

INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DO PROCESSO

FCAW–G NAS CARACTERÍSTICAS

DA SOLDA DO AÇO ASTM A-36

CURITIBA

FEVEREIRO - 2010

ads:

Livros Grátis

http://www.livrosgratis.com.br

Milhares de livros grátis para download.

EMANUEL REZENDE RODRIGUES

INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DO PROCESSO

FCAW–G NAS CARACTERÍSTICAS

DA SOLDA DO AÇO ASTM A-36

Dissertação apresentada como requisito parcial

à obtenção do título de Mestre em Engenharia,

do Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de

concentração Engenharia de Materiais, da

Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação, do

Campus de Curitiba, da UTFPR.

Orientador: Prof. Marcos Flávio de Oliveira

Schiefler Filho, Dr. Eng.

Co-orientador: Prof. Ossimar Maranho, Dr.

Eng.

CURITIBA

FEVEREIRO – 2010

ads:

TERMO DE APROVAÇÃO

EMANUEL REZENDE RODRIGUES

INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DO PROCESSO

FCAW–G NAS CARACTERÍSTICAS

DA SOLDA DO AÇO ASTM A-36

Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia,

área de concentração em Engenharia de Materiais, e aprovada em sua forma final

pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.

Manaus, 25 de fevereiro de 2010.

Dedico este trabalho à minha esposa

Iracema e a meus filhos Caio e Taís.

AGRADECIMENTOS

Prima facie, agradeço a Deus por ter nos concedido as benções nessa longa

caminhada.

Este trabalho teve a inestimável colaboração e apoio de diversas pessoas e

instituições, às quais registro os meus sinceros agradecimentos.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Eng. Marcos Flávio de Oliveira Schiefler Filho, e

ao meu co-orientador, Prof. Dr. Eng. Ossimar Maranho, pelas orientações, amizade,

pelo incentivo à realização deste trabalho e acolhimento em Curitiba.

À minha esposa Iracema e aos meus filhos Caio e Taís pela compreensão,

paciência e pelo apoio incondicional em todos os momentos.

Aos meus pais Viriato e Yolanda (in memoriam) pelos exemplos deixados.

À Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento Acadêmico de

Mecânica, por prover os meios para a realização deste trabalho.

Aos Professores da UTFPR, em especial, ao Prof. Ph.D. Carlos Cziulik pela

amizade e pelo despertar para o rigor cientifico, ao Prof. Dr. Eng. Fábio Martins pela

disponibilização de parte da literatura especializada, ao Prof. MSc. Miraldo

Matuichuk pelo apoio logístico e ao Prof. MSc. Mario Teske pelo apoio técnico.

À Universidade do Estado do Amazonas – UEA, por meio da Escola Superior

de Tecnologia, pelo apoio e pela disponibilização de professores na realização dos

ensaios metalográficos e na interpretação dos resultados.

Ao SENAI-AM, nas pessoas de sua Gerente a Sra. Ivana Airton e dos

Professores José Airton e Sílvio Rapozo, pela disponibilização de equipamentos,

realização de ensaios e usinagem de peças.

À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM pela

concessão de bolsa de pesquisa por meio do PROGRAMA RH-

INTERINSTITUCIONAL.

Este trabalho foi desenvolvido no programa de Mestrado Interinstitucional –

MINTER, entre a UTFPR e o IFAM, com financiamento da Coordenação de

Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES – através do projeto ACAM

1379/2006 e da Superintendência da Zona Franca de Manaus – SUFRAMA, através

do convênio 084/2005.

Nosso sincero agradecimento pelo apoio recebido.

vii

Uma nova cor muda um quadro,

um novo dia muda uma vida,

uma nova página reescreve uma história.

viii

RODRIGUES, Emanuel Rezende, Influência de parâmetros do processo FCAW–

G nas características da solda do Aço ASTM A-36, 2009, Dissertação (Mestrado

em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de

Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 96p.

RESUMO

Esta pesquisa tem por finalidade analisar a influência de parâmetros do processo de

soldagem com arame tubular com proteção gasosa (Gás Shielded Flux Cored Arc

Welding - FCAW-G) nas características da solda do aço ASTM A-36. Parâmetros

como tensão do arco (V), velocidade de alimentação do arame (V

alim

) e distância

bico de contato-peça (DBCP) foram variados a fim de detectar suas influências sobre

a largura, a penetração, o reforço do cordão e a dureza do metal de solda. Além

disso, foi determinada a influência desses parâmetros na taxa de deposição do

material de adição, sendo ensaiadas, as soldas, quanto às resistências à tração e ao

impacto (ensaio Charpy criogênico) para determinar a qualidade recomendada por

norma. As medições geométricas dos cordões de solda foram realizadas em

macrografias obtidas da seção transversal da solda, por meio de microscópio óptico,

bem como as análises da microestrutura. As medições de dureza foram realizadas

com durômetro na seção transversal dos cordões. A taxa de deposição, em kg/h, foi

determinada pela pesagem dos corpos-de-prova antes e depois da deposição da

solda. Verificou-se que, de forma geral, a morfologia do cordão (largura, penetração

e reforço) foi grandemente influenciada pela velocidade de alimentação do arame,

seguida pela tensão de soldagem e pela distância bico de contato-peça. Da mesma

maneira, a taxa de deposição foi influenciada diretamente pela velocidade de

alimentação, pela tensão e pela DBCP: a primeira, com um acréscimo significativo

(24,08%); a tensão de forma não muito intensa (4,17%). Desta maneira é possível

afirmar, com base nos valores dos parâmetros utilizados neste trabalho, que a maior

taxa de deposição (4,32 Kg/h), a melhor morfologia do cordão de solda e dureza

adequada foram obtidas com V

alim

de 12,5 m/min, tensão de 34 V e DBCP de 16

mm.

Palavras-chave: Velocidade de alimentação, tensão, FCAW, soldagem.

ABSTRACT

This research aims to analyze the influence of the parameters of Gas Shielded Flux

Cored Arc Welding (FCAW-G) on the characteristics of welding steel ASTM A-36.

Parameters such as arc voltage (V), feed speed of the wire (V

alim

) and stickout

(distance nozzle contact piece - DBCP) were varied to detect their influence on the

width, penetration, reinforcement of the cord, and the hardness of metal weld.

Furthermore, it was determined the influence of these parameters on deposition rate

of filler metal and the welds were tested for resistance to tensile and impact strength

(Charpy test) to determine the quality of the recommended standard. The geometric

measurements of weld were carried out in macrographs by the obtained from the

cross section of the weld, through an optical microscope as well as the analysis of

the microstructure. The hardness measurements were carried out with durometer in

cross section of the fillets. The deposition rate in kg/h was determined by weighing

the specimen before and after the deposition of solder. It was found that in general

the morphology of the cord (width, penetration and reinforcement) was greatly

influenced directly by the feed speed of the wire, followed by welding voltage, and

stickout. Similarly, the deposition rate was directly influenced by the feed speed,

voltage and DBCP, the first with a significant increase (24, 08%), and the tension

witch a not so intensive effect (4, 17%). Thus it can be said based on the values of

the parameters used in this study that the highest rate of deposition (4,32 kg/h), the

better morphology of the weld cord and appropriate hardness was obtained with V

alim

of 12.5 m/min, voltage 34 V and 16 mm DBCP .

Keywords: Feed speed, arc voltage, FCAW, welding.

SUMÁRIO

RESUMO.................................................................................................................... ix

ABSTRACT ................................................................................................................. x

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ xiv

LISTA DE TABELAS ................................................................................................ xvi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ...................................................................xvii

LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................. xviii

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1

1.1 O Tema ...................................................................................................... 1

1.2 Objetivos .................................................................................................... 1

1.3 Estruturação da Dissertação ...................................................................... 3

2 REVISÃO DA LITERATURA .................................................................................. 4

2.1 Terminologia da soldagem adotada ........................................................... 4

2.2 Aços estruturais .......................................................................................... 4

2.3 Processo de Soldagem FCAW ................................................................... 5

2.3.1 Taxa de deposição no FCAW ..................................................................... 8

2.4 Influência dos parâmetros de soldagem ................................................... 10

2.4.1 Tensão de soldagem ................................................................................ 10

2.4.2 Velocidade de alimentação do arame ....................................................... 11

2.4.3 Distância bico de contato-peça (DBCP) .................................................... 13

2.4.4 Velocidade de soldagem ........................................................................... 14

2.4.5 Inclinação da tocha ................................................................................... 14

2.5 Consumíveis ............................................................................................. 16

2.5.1 Arames tubulares ...................................................................................... 16

2.5.2 Classificação de arames tubulares ........................................................... 18

2.5.3 Gás de proteção ....................................................................................... 20

2.6 Regiões da junta soldada ......................................................................... 22

2.6.1 Zona Fundida ............................................................................................ 23

2.6.2 Zona termicamente afetada – ZTA ........................................................... 24

2.6.3 Zona de ligação ........................................................................................ 26

2.7 Microconstituintes presentes na zona de fusão ........................................ 27

2.8 Microconstituintes presentes na ZTA ....................................................... 29

2.9 Dureza ...................................................................................................... 30

2.10 Energia de Soldagem ............................................................................... 31

2.11 Qualidade da junta soldada ...................................................................... 31

3 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 34

3.1 Materiais ................................................................................................... 34

3.1.1 Metal de base ........................................................................................... 34

xii

3.1.2 Metal de adição ......................................................................................... 35

3.2 Equipamentos utilizados na soldagem ..................................................... 35

3.3 Metodologia .............................................................................................. 37

3.3.1 Seleção dos parâmetros de soldagem ...................................................... 39

3.3.2 Preparação das chapas e pré-teste .......................................................... 40

3.3.3 Procedimentos de soldagem ..................................................................... 41

3.3.4 Taxa de deposição .................................................................................... 43

3.3.5 Localização das amostras para corpos-de-prova ..................................... 43

3.3.6 Caracterização microestrutural ................................................................. 44

3.3.7 Caracterização macroestutural ................................................................. 44

3.3.8 Ensaios de resistência ao impacto ............................................................ 45

3.3.9 Ensaios de resistência à tração ................................................................ 47

3.3.10 Ensaios de dureza .................................................................................... 48

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 49

4.1 Microestruturas encontradas nas regiões da solda .................................. 49

4.1.1 Zona Fundida (ZF) .................................................................................... 49

4.1.2 Zona Termicamente Afetada (ZTA) .......................................................... 50

4.1.3 Zona de Ligação ....................................................................................... 50

4.2 Morfologia do cordão de solda ................................................................. 51

4.2.1 Efeito da tensão........................................................................................ 52

4.2.2 Efeito da velocidade de alimentação ........................................................ 54

4.2.3 Efeito da DBCP. ....................................................................................... 55

4.3 Taxa de deposição ................................................................................... 56

4.3.1 Efeito da tensão na taxa de deposição ..................................................... 56

4.3.2 Efeito da velocidade de alimentação na taxa de deposição ..................... 56

4.3.3 Efeito da DBCP na taxa de deposição ..................................................... 57

4.3.4 Efeito da energia de soldagem na taxa de deposição .............................. 58

4.4 Resistência ao impacto ............................................................................ 59

4.5 Resistência à tração ................................................................................. 60

4.5.1 Efeitos da tensão na resistência à tração ................................................. 61

4.5.2 Efeitos da velocidade de alimentação na resistência à tração ................. 62

4.5.3 Efeitos da DBCP na resistência à tração .................................................. 62

4.6 Dureza ...................................................................................................... 62

4.6.1 Efeitos da tensão na dureza ..................................................................... 62

4.6.2 Efeitos da velocidade de alimentação na dureza ..................................... 63

4.6.3 Efeitos da DBCP na dureza ...................................................................... 64

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ............................................................... 66

5.1 Conclusões gerais .................................................................................... 66

5.2 Recomendações para trabalhos futuros ................................................... 67

PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO................................................................. 68

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 69

xiii

APÊNDICE A – MORFOLOGIA EM RELAÇÃO À TENSÃO, V

alim

e DBCP. ........... 73

APÊNDICE B - TAXA DE DEPOSIÇÃO E ENERGIA DE SOLDAGEM ................... 74

APÊNDICE C - CÁLCULO DO TEMPO DE SOLDAGEM ........................................ 75

APÊNDICE D – RESULTADOS DOS ENSAIOS CHARPY ...................................... 76

ANEXO A – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO ARAME TUBULAR .................... 77

xiv

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1

Desenho esquemático do processo de soldagem com arame

tubular e gás de proteção FCAW-G..........................................

Figura 2.2

Comparação entre taxas de deposição de diversos processos

de soldagem..............................................................................

Figura 2.3

Efeitos da tensão, V

alim

e DBCP na taxa de deposição ...........

Figura 2.4

Influência da velocidade de alimentação e do comprimento

do arco na tensão e corrente de soldagem...............................

Figura 2.5

Influência da tensão, V

alim

e DBCP na penetração................

Figura 2.6

Influência da distância bico de contato-peça na tensão e na

corrente de soldagem...............................................................

Figura 2.7

Desenho esquemático do ângulo de inclinação da tocha.........

Figura 2.8

Seções transversais típicas de arames tubulares segundo o

IIW.............................................................................................

Figura 2.9

Curva de temperatura em diferentes pontos de uma junta

soldada......................................................................................

Figura 2.10

Desenho esquemático das regiões de uma junta soldada.......

Figura 2.11

Desenho esquemático do fenômeno de crescimento

competitivo................................................................................

Figura 2.12

Representação esquemática de distribuição de temperatura

na ZTA......................................................................................

Figura 2.13

Crescimento epitaxial e colunar próximos à linha de fusão de

uma junta soldada.....................................................................

Figura 2.14

Microconstituintes da ZF em aços ferríticos.............................

Figura 2.15

Transferência de gotas em arames sólidos e tubulares...........

Figura 2.16

Fotografias de superfícies de fratura de corpos-de-prova........

Figura 3.1

Equipamentos utilizados para soldagem dos experimentos.....

Figura 3.2

Esquematização da preparação, caracterização e ensaios

dos experimentos.....................................................................

Figura 3.3

Representação esquemática da DBCP e do recuo de 6 mm...

Figura 3.4

Detalhe da junta de topo com ângulo de 60º, face e abertura

da raiz de 2 mm........................................................................

Figura 3.5

Fotografia da junta de topo antes da soldagem........................

Figura 3.6

Fotografia das chapas soldadas mostrando a orientação da

direção de laminação e do cordão de solda.............................

Figura 3.7

Corte transversal do cordão de solda mostrando os passes

efetuados..................................................................................

Figura 3.8

Localização da retirada das amostras para corpos-de-

prova.........................................................................................

Figura 3.9

Desenho esquemático das dimensões do cordão de solda......

Figura 3.10

Representação esquemática da localização dos corpos-de-

prova Charpy.............................................................................

Figura 3.11

Dimensões do corpo-de-prova reduzido e o detalhe do

entalhe Charpy..........................................................................

Figura 3.12

Fotografia de amostras serradas para confecção de corpos-

de-prova de tração....................................................................

Figura 3.13

Desenho esquemático da seção transversal da solda e das

impressões de dureza...............................................................

Figura 4.1

Microconstituintes encontrados na Zona Fundida....................

Figura 4.2

Microconstituintes encontrados na ZTA....................................

Figura 4.3

Microconstituintes encontrados na Zona de Ligação................

Figura 4.4

Microconstituintes encontrados próxima da linha de ligação....

Figura 4.5

Alterações na morfologia do cordão de solda com o aumento

de 26 V para 34 V.....................................................................

Figura 4.6

Comportamento da morfologia do cordão de solda em função

da tensão..................................................................................

Figura 4.7

Comportamento da morfologia do cordão de solda em função

da V

alim

......................................................................................

Figura 4.8

Comportamento da morfologia do cordão de solda em função

da DBCP...................................................................................

Figura 4.9

Comportamento da taxa de deposição em relação à tensão,

alim

e DBCP.............................................................................

Figura 4.10

Taxa de deposição em relação à energia de soldagem...........

Figura 4.11

Fotografias de corpos-de-prova rompidos no ensaio de tração

Figura 4.12

Comportamento da dureza na ZF, ZTA e MB em relação à

tensão.......................................................................................

Figura 4.13

Comportamento da dureza na ZF, ZTA e MB em relação à

alim

............................................................................................

Figura 4.14

Efeito da distância bico de contato-peça na dureza……….......

Figura 4.15

Durezas na ZF, ZTA e Metal de Base dos cordões de solda...

xvi

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1

Efeitos da DBCP sobre a corrente a taxa de deposição................

Tabela 2.2

Parâmetros de soldagem para arames rutílicos............................

Tabela 2.3

Classificação do IIW para microconstituintes de metal de solda

de aços de baixo carbono...........................................................

Tabela 3.1

Composição química do aço estrutural ASTM A-36......................

Tabela 3.2

Propriedades mecânicas do aço estrutural ASTM A-36................

Tabela 3.3

Valores dos parâmetros variáveis utilizados nos experimentos....

Tabela 3.4

Posicionamento do entalhe nas regiões do cordão de solda e

MB.................................................................................................

Tabela 4.1

Resultados da determinação da morfologia em relação à tensão

Tabela 4.2

Resultados da determinação da morfologia em relação a V

alim.......

Tabela 4.3

Resultados da determinação da morfologia em relação à DBCP.

Tabela 4.4

Resultados da taxa de deposição obtida em relação à tensão,

alim

e DBCP…………………………………...................................

Tabela 4.5

Resultados da taxa de deposição e da energia de soldagem......

Tabela 4.6

Resultados da energia absorvida em relação à tensão, V

alim

DBCP.............................................................................................

Tabela 4.7

Resistência à tração em relação à tensão, V

alim

e DBCP……......

xvii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANSI - American National Steel Iron

ARBL - Aço de Alta Resistência e Baixa Liga

ASME - American Society of Mechanical Engineers

ASTM - American Society for Testing and Materials

AWS - American Welding Society

BM - Base de medição (mm)

CCEN - Corrente Contínua Eletrodo Negativo

CCEP - Corrente Contínua Eletrodo Positivo

DBCP - Distância bico de contato-peça, ou stickout, (mm)

FC - Agregado de ferrita com carboneto

FC - Ferrita acicular

FCAW - Flux Cored Arc Welding

FCAW-G - Gas Shielded Flux Cored Arc Welding

FCAW-S - Self-shielded Flux Cored Arc Welding

FS (A) - Ferrita com alinhamento da segunda fase

FS (NA) - Ferrita com segunda fase não-alinhada

FS - Ferrita com segunda fase

GMAW - Gas Metal Arc Welding

IIW - International Institute of Welding

M - Martensita

MAG - Metal Active Gas

MB - Metal de base

MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura

MIG - Metal Inert Gas

PF (G) - Ferrita no contorno de grão

PF (I) - Ferrita poligonal intragranular

PF - Ferrita primária

TD - Taxa de deposição do metal de adição (kg/h)

ZF - Zona Fundida

ZTA - Zona Termicamente Afetada

xviii

LISTA DE SÍMBOLOS

Ø - Diâmetro do arame tubular (mm)

I - Corrente de soldagem (A)

alim

- Velocidade de alimentação do arame. (m/min)

- Tempo de soldagem (h)

inicial

- Massa inicial da amostra antes da soldagem (kg)

final

- Massa final da amostra depois da soldagem (kg)

V - Tensão de soldagem (V)

R - Resistência elétrica do arame tubular (ohm)

l - Comprimento do arco (mm)

Ar - Argônio (gás)

- Hidrogênio gasoso

- Nitrogênio gasoso

- Oxigênio gasoso

- Dióxido de Carbono (gás)

H - Energia de soldagem (J/cm)

η - Rendimento térmico do processo

v - Velocidade de soldagem (cm/min)

T - Temperatura. Graus Celsius (

C - Carbono

Si - Silício

Mn - Manganês

β - Ângulo de abertura da junta ou ângulo bisel (

)

α - Ângulo de chanfro (

)

s - Face da raiz (mm)

gás

- Vazão do gás de proteção (l/min)

HV - Dureza Vickers

1 INTRODUÇÃO

1.1 O Tema

As hidrovias no Amazonas têm sido costumeiramente o maior meio de

transporte, principalmente o de cargas. A cidade de Manaus – localizada à margem

esquerda do Rio Negro, um dos afluentes do vasto Rio Amazonas – depende

grandemente da navegação em razão de ser isolada por via terrestre das demais

capitais brasileiras. Então, economicamente, é importante a utilização de tais vias

para viabilizar o transporte fluvial, o qual movimenta praticamente todas as entradas

e saídas de mercadorias em geral, sejam grãos, combustíveis e, principalmente, os

produtos do Pólo Industrial de Manaus. Essa característica regional tem incentivado

o crescimento da construção naval local com a utilização de embarcações em aço,

por exemplo, balsas e empurradores que as impulsionam, como forma de mitigar a

exploração de madeira na Amazônia para a construção de barcos.

Nessa direção, os estaleiros, para se manterem competitivos no mercado, têm

buscado qualidade e produtividade de seus processos de fabricação, o que tem

requerido o aprimoramento de técnicas avançadas de soldagem na construção

dessas embarcações, oportunidade essa vislumbrada como motivadora para

desenvolver este trabalho.

A soldagem, não alheia a isso, tem dado sua contribuição, seja oferecendo ao

mercado, seja desenvolvendo processos de soldagem que proporcionam grande

produtividade, como o arco submerso, os processos robotizados e o processo de

soldagem a arco com arame tubular (Flux Cored Arc Welding - FCAW). Este

processo, além da ótima aparência da solda e da alta qualidade do metal

depositado, apresenta-se como uma excelente alternativa capaz de proporcionar

ganhos na produtividade com um mínimo de investimento em relação aos dois

primeiros processos, visto que os princípios de funcionamento e os equipamentos do

processo FCAW são semelhantes aos usados no processo com arame sólido (Gas

Metal Arc Welding - GMAW), também conhecido como MIG/MAG (Metal Inert

Gas/Metal Active Gas).

O FCAW acumula as vantagens da alta taxa de deposição e alto rendimento do

GMAW, aliadas à alta versatilidade da soldagem do processo com eletrodos

Capitulo 1 – Introdução 2

revestidos (Shielded Metal Arc Welding - SMAW), fazendo com que o FCAW,

apresente flexibilidade e produtividade superiores ao MIG-MAG devido à alta

densidade de corrente, proporcionado pela forma tubular do eletrodo.

A soldagem FCAW, dada a sua excelente taxa de deposição, alcançando até

11 kg/h quando comparada à soldagem com eletrodo revestido (MACHADO, 1996),

é de grande utilização na construção naval, na qual se tem grandes extensões de

chapas a serem unidas e em posições fora da plana.

A produtividade do FCAW-G pode ser melhorada, por meio do aumento da taxa

de deposição do metal de adição, porém a complexidade de resultados indesejáveis

que podem ocorrer em razão da variação, sem um estudo científico, de valores da

tensão, da velocidade de alimentação do arame e da distância bico de contato-peça,

o que pode resultar em riscos de não-conformidades da solda.

Portanto, o que se pretende nessa pesquisa é propor o aumento na taxa de

deposição do processo FCAW-G, por meios dos objetivos seguintes, sem que ocorra

comprometimento das características metalúrgicas e das propriedades mecânica da

junta soldada.

1.2 Objetivos

Analisar a influência de variáveis do processo FCAW–G nas características da

solda do Aço ASTM A – 36. Essa análise será realizada por meio dos seguintes

objetivos secundários:

 Determinar a influência da tensão de soldagem, velocidade de alimentação

do arame e distância bico de contato-peça na morfologia do cordão e na

taxa de deposição.

 Realizar a qualificação das soldas realizadas com os parâmetros descritos

por meio de ensaios de resistência a tração, resistência ao impacto e

dureza.

 Identificar os microconstituintes presentes na zona fundida (ZF), na zona

termicamente afetada pelo calor (ZTA) e na zona de ligação.

Capitulo 1 – Introdução 3

1.3 Estruturação da Dissertação

Objetivando facilitar a compreensão, este trabalho foi estruturado com a

seguinte capitulação:

 Capítulo 1 - Introdução: Apresenta o tema sua importância e as justificativas

da sua escolha, assim como o objetivo da pesquisa.

 Capítulo 2 – Revisão da Literatura: Trata sobre o aço estrutural naval ASTM

A-36, o processo de soldagem com arame tubular, a taxa de deposição, a

influência dos parâmetros de soldagem, as regiões, microestruturas e dureza

da solda, a energia de soldagem e a qualidade da junta soldada, por meio de

informações obtidas em dissertações, teses, artigos publicados e livros

pertinentes ao assunto.

 Capítulo 3 – Materiais e Métodos: Descreve o metal de base e de adição, os

equipamentos utilizados na pesquisa, a metodologia, a preparação e pré-teste,

os procedimentos de soldagem, a caracterização micro e macroestrutural da

junta soldada, assim como os ensaios mecânicos e metalográficos.

 Capítulo 4 – Resultados e Discussão: Apresenta os resultados obtidos e as

análises sobre os mesmos.

 Capitulo 5 – Conclusões e recomendações: Mostra as conclusões finais e as

recomendações para trabalhos futuros.

2 REVISÃO DA LITERATURA

Neste capítulo serão realizadas as considerações sobre a soldagem utilizando

arame tubular com proteção adicional por meio de um gás ativo, suas

características, propriedades e o desenvolvimento alcançado, mediante trabalhos

científicos de pesquisa publicados em artigos nacionais e internacionais e em livros

sobre o assunto. Esta revisão possibilitou ter um embasamento científico para a

sustentação dos objetivos tratados no capítulo anterior e uma referência para a

validação dos resultados obtidos, que serão apresentados no Capítulo 4.

2.1 Terminologia da soldagem adotada

Objetivando uma uniformização neste trabalho, será adotada a seguinte

terminologia: soldagem é um processo que visa obter a união por fusão de peças;

cordão de solda ou solda é o resultado da soldagem; metal de base é o material

das peças que estão sendo soldados; metal de adição é o material fornecido pelo

arame tubular para formação da solda: junta é a região onde as peças serão unidas

por soldagem, junta soldada é a região soldada compreendendo o metal de base e

o cordão de solda, e chanfro é o espaço para conter o cordão de solda.

2.2 Aços estruturais

O aço ASTM A-36 é a exemplificação mais clássica de um aço estrutural de

grãos finos (COLPAERT, 2008). É um aço ferrítico de baixa liga e baixo carbono

ligados ao manganês, com teores de fósforo e enxofre controlados, alta resistência e

baixa liga (ARBL), utilizado em partes estruturais quando a economia em peso é

importante. Atende a solicitações de tenacidade até –40°C para navegação em

regiões frias, ou em temperaturas mais baixas mediante consulta e autorização da

classificadora.

Os aços estruturais navais apresentam boa tenacidade e soldabilidade. São

aplicados em navios de médio e grande porte e em plataformas marítimas de

extração de petróleo. Os aços navais são especificados principalmente pelas

entidades classificadoras para construção naval. As principais são:

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 5

 BV - Bureau Veritas,

 ABS - American Bureau of Shipping,

 NKK - Nippon Kaiji Kyokai,

 LR - Lloyd's Register,

 GL - Germanicher Lloyd e

 DNV - Det Norske Veritas.

2.3 Processo de Soldagem FCAW

O processo de Soldagem a Arco com Arame Tubular (Flux Cored Arc Welding -

FCAW) é um processo que produz a coalescência de metais pelo aquecimento deste

com um arco elétrico produzido entre a peça e um arame tubular consumível

metálico, continuamente alimentando à poça de fusão, cujo interior contém um fluxo

fundente. Esse fluxo é composto de pós de materiais inorgânicos e/ou metálicos,

que tem como principais funções segundo MACHADO (1996), desoxidar o metal de

solda, estabilizar o arco, aumentar a taxa de deposição através do pó de ferro, a

formação de gás de proteção pela decomposição de alguns dos seus elementos, e

estabelecer conveniente geometria do cordão de solda.

Além disso, segundo RODRIGUES (2005), quando necessário o fluxo faz a

adição de elementos de liga, a melhoria da transferência do metal de adição e atua

como formador de escória, que além de proteger o cordão de solda durante a

solidificação, atua decisivamente nas suas propriedades mecânicas.

No processo FCAW são possíveis dois tipos de proteção do arco e do cordão

de solda contra a contaminação atmosférica, a autoproteção (innershield) e a

proteção por um gás adicional (dualshield), (RODRIGUES, 2005).

Na primeira forma a proteção se dá somente pela escória e gases produzidos

pela decomposição dos ingredientes do fluxo contido no arame tubular. O fluxo é

fundido pelo arco elétrico, gerando o gás protetor do metal de adição (fundido) e da

região do cordão de solda, ao deslocar o ar para os componentes da escória

cobrindo a poça de fusão, protegendo-a durante a soldagem, principalmente do O

do N

, MACHADO (1996). Esse processo é chamado de soldagem a arco com

arame tubular autoprotegido (Self-shielded Flux Cored Arc Welding - FCAW-S).

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 6

Na segunda forma, a proteção do cordão de solda se dá por um gás auxiliar

provido adicionalmente por uma fonte externa ao equipamento, que flui pelo bocal

da tocha apropriada, podendo ser o CO

puro, ou misturas de gases. Esse processo

é conhecido como soldagem a arco com arame tubular e gás de proteção (Gas

Shielded Flux Cored Arc Welding - FCAW-G), que, segundo RODRIGUES (2005), é

um processo apropriado para produção e soldagem de grande penetração, mas cita

como limitações do FCAW: à soldagem de metais ferrosos e liga à base de níquel; a

relação custo/peso do arame tubular é maior do que a do arame sólido, entretanto

para arames tubulares com elementos de ligas, esta relação diminui e há

necessidade de remoção de escória, ainda que a quantidade gerada seja pouca e

apresente boa destacabilidade.

A Figura 2.1 mostra um desenho esquemático do processo de soldagem

FCAW-G, com destaque para ação exercida pelo gás de proteção e a fusão pelo

arco elétrico, do arame tubular juntamente com seu fluxo, para a formação do metal

fundido e da escória líquida.

Figura 2.1 Desenho esquemático do processo de soldagem com arame tubular

e gás de proteção FCAW-G, (SANTOS NETO, 2003).

A Soldagem com arame tubular e gás de proteção FCAW-G, é um processo

variante que utiliza como proteção suplementar do metal de adição depositado, um

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 7

gás auxiliar (como o CO

puro ou misturas de gases apropriados), provido por uma

fonte externa ao equipamento, o qual flui pelo bocal da tocha apropriada. Esse tipo

de proteção possibilita a visualização do arco.

Esse processo é amplamente usado na soldagem de aços de baixa liga e de

baixo carbono em diversas espessuras, produzindo altas taxas de deposição e

excelentes rendimentos (RODRIGUES, 2005), com alta tolerância em relação a

contaminantes que podem originar trincas, o que confere resistente às trincas do

cordão na soldagem com esse processo. Produz ainda, excelente contorno em

soldas de ângulo, alta qualidade do metal depositado com ótima aparência da solda.

A utilização do FCAW possibilita a solda em todas as posições, muitas vezes

utilizado em soldagem de grandes espessuras onde a geometria de junta e posição

de soldagem não permite a aplicação de outros processos de alto rendimento tal

como arco submerso ou eletroescória, (JOAQUIM, 2009).

QUITES (2002) adiciona ao elenco de vantagens do FCAW, à possibilidade de

adição de elementos de liga pelo fluxo interno.

Sobre as limitações do FCAW, (RODRIGUES, 2005), cita a restrição do

processo FCAW-G na soldagem ao ar livre, o que não ocorre com o FCAW-S, sendo

este último adequado para uso ao ar livre, pois a influência de ventos brandos, não

afeta a qualidade do cordão de solda, o que possibilita maior tolerância do FCAW-S

nessa utilização.

A escória produzida durante a soldagem tem funções de moldar e suportar o

metal de adição ou auxiliá-lo a molhar o metal de base, ou seja, a capacidade de se

misturar à parcela do metal de base fundido, aumentando assim, a diluição,

(FORTES apud RODRIGUES, 2005). A desvantagem da escoria e a necessidade de

removê-la, ainda que no FCAW a geração de escória seja pouca e apresente boa

destacabilidade.

A soldagem com arame tubular geralmente pode ser semi-automatizada, na

qual ocorre somente o controle automático do arame, ou mecanizada na qual o

controle da alimentação do arame e do deslocamento do cabeçote de soldagem são

automáticos, porém com o posicionamento, acionamento e a supervisão feita pelo

operador de soldagem, (MARQUES et al., 2007), essa facilidade de mecanização

possibilita uma simplicidade na sua operação.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 8

2.3.1 Taxa de deposição no FCAW

A alta produtividade desse processo está vinculada à alta taxa de deposição

(TD), em relação aos processos de soldagem com eletrodo revestido (Shielded

Metal Arc Welding - SMAW) e com arame sólido (Gas Metal Arc Welding - GMAW),

sendo inferiores somente a processos em que o custo de soldagem é muito alto,

como os processos de soldagem com arco submerso (Submerse Arc Welding -

SAW) e Eletro-escória, como é mostrado na Figura 2.2. Segundo NORRISH apud

SANTOS NETO (2003), esta vantagem deve-se à alta densidade de corrente, que

proporciona a forma tubular do eletrodo, pela presença de uma delgada capa

metálica externa, formadora do arame tubular, em conduzir esta corrente, elevando

a sua intensidade.

Figura 2.2 - Comparação entre taxas de deposição de diversos processos

de soldagem. Adaptada de (SANTOS NETO, 2003).

A velocidade de alimentação do arame tubular (V

alim

), a tensão (V) e a distância

bico de contato (DBCP), influenciam na taxa de deposição do FCAW, sendo a

primeira com maior intensidade. Quando se tem um aumento da V

alim

, a taxa de

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 9

deposição (TD) cresce significativamente. O aumento da tensão não causa variação

significativa na taxa de deposição, RODRIGUES (2005), Figura 2.3.

Para se maximizar a taxa de deposição, deve-se combinar V

alim

média (12

m/min), com uma tensão média (de 29 V a 32,5 V) associada à DBCP mínima (em

torno de 15 mm), Figura 2.3.

Figura 2.3 – Efeitos da tensão, V

alim

e DBCP na taxa de deposição,

(RODRIGUES, 2005).

A taxa de deposição também está relacionada com o comprimento energizado

do arame tubular (eletrodo) ou stickout, sendo esta definida como a distância entre a

extremidade do bico de contato da tocha e a extremidade do arame em contato com

o arco, (MARQUES et al., 2007). Como é difícil de fazer essa medição com o arco

aberto, toma-se o stickout como sendo a distância da extremidade do bico de

contato até a peça, chamada de distância bico de contato-peça (DBCP). Quanto

maior for a DCBP, maior será o aquecimento por efeito Joule (R.I

) no arame,

portanto menor corrente de soldagem se faz necessária para fundi-lo, mantida a

velocidade de alimentação. Por outro lado quanto menor for a DBCP menor a taxa

de deposição, se mantida a corrente de soldagem (ver Tabela 2.1). Em resumo,

dentro de certos limites, o aumento da DBCP pode ser utilizado para aumentar a

taxa de deposição, (MARQUES et al., 2007). Esses limites são mostrados no gráfico

da Figura 2.3 e na Tabela 2.1, na qual correlaciona as variações de DBCP, corrente

de soldagem e V

alim

, com os resultados sobre a taxa de deposição.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 10

Tabela 2. 1 – Efeitos da DBCP sobre a corrente e taxa de deposição – Adaptada de

(RODRIGUES, 2005).

Parâmetros

soldagem

Stickout

DBCP (mm)

I (A)

330

300

270

300

alim

(m/min)

9,5

8,0

9,5

11,0

TD (kg/h)

5,0

4,2

5,0

5,8

2.4 Influência dos parâmetros de soldagem

Variáveis tais como a tensão, a V

alim

, a DBCP, a inclinação da tocha, a

velocidade de soldagem, assim como o tipo de gás utilizado na proteção da poça de

fusão, interferem nas características do cordão de solda, (RODRIGUES, 2005). Os

parâmetros de maiores influência são: a tensão do arco, a V

alim

e a DBCP,

(RODRIGUES, 2005). Sendo a velocidade de alimentação do arame o parâmetro de

maior significância em razão de que, quando esta é aumentada para compensar a

queda de corrente, resultará num significativo aumento na taxa de deposição do

metal de adição. Por outro lado a velocidade de soldagem é o parâmetro de menor

influência no resultado final da solda, mesmo que esse influencie diretamente na

energia de soldagem e na penetração do cordão de solda.

2.4.1 Tensão de soldagem

A tensão de soldagem ou tensão do arco é uma variável significativa quanto à

geometria da solda, pois afeta tanto o modo de transferência metálica como o

comprimento do arco. A largura do cordão de solda é uma função da potência do

arco (V.I). Para uma corrente de soldagem constante, o aumento da tensão resulta

num aumento da largura do cordão de solda, (WAINER et al., 1992). Tensões muito

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 11

elevadas aumentam também à tendência à formação de respingos e mordeduras,

(MARQUES et al., 2007).

A tensão do arco está associada diretamente ao comprimento do arco e a

penetração. Uma tensão baixa acarreta em pequeno comprimento do arco,

(WAINER et al., 1992). Quando a tensão diminui a penetração aumenta e quando a

tensão aumenta, o comprimento do arco também aumenta, aumentando assim, a

probabilidade de ocorrência de porosidade e de mordeduras (RODRIGUES, 2005).

Dependendo do valor da tensão, segundo WAINER et al. (1992), podem

ocorrer defeitos de soldagem. Se for muito baixo, causa o aparecimento de

porosidade e sobreposição, e se muito elevado resulta em porosidade, excesso de

respingos e mordedura. Daí a importância de se escolher uma faixa de tensão e de

corrente, a ser utilizada para cada diâmetro de arame tubular, produzindo uma

determinada taxa de deposição. Na Tabela 2.2 são mostradas as taxas de

deposição obtidas com arames tubulares rutílicos em função de valores da corrente

e tensão, (FORTES apud RODRIGUES, 2005).

Tabela 2.2 – Parâmetros de soldagem para arames rutílicos

(FORTES apud RODRIGUES, 2005).

Diâmetro do

arame (mm)

Corrente

(A)

Tensão

(V)

Taxa de

deposição (kg/h)

1,2

150

1,90

210

2,85

250

3,85

290

4,85

330

5,75

2.4.2 Velocidade de alimentação do arame

A velocidade de alimentação (V

alim

) assim como o comprimento do arco

influencia a tensão e a corrente de soldagem. A velocidade de alimentação tem uma

relação direta com a corrente de soldagem, e essa última influencia na taxa de

deposição do metal de adição, Tabela 2.2. Essas relações são mostradas

graficamente na Figura 2.4, (WAINER et al., 1992).

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 12

Na Figura 2.4, é mostrada a proporcionalidade direta da velocidade de

alimentação do arame com a corrente, que é fornecida pela fonte para fundir o

arame e alimentar a poça de fusão, juntamente com uma relação inversa ao

comprimento do arco, (WAINER et al., 1992).

Figura 2.4 – Influência da velocidade de alimentação e do comprimento do arco

na tensão e corrente de soldagem, (WAINER et al., 1992).

Elevados valores da velocidade de alimentação do arame geram altas

intensidades de correntes, o que pode acarretar em mordeduras, ao passo que

baixos valores podem gerar uma solda com falta de penetração, falta de fusão e

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 13

formato irregular, alterando com isso a morfologia do cordão de solda,

(RODRIGUES, 2005).

A velocidade de alimentação, a tensão e a DBCP influenciam na penetração,

sendo o primeiro parâmetro o mais influente e a DBCP age de forma inversa,

RODRIGUES (2005), isso é mostrado na Figura 2.5.

Figura 2.5 – Influência da tensão, V

alim

e DBCP na penetração,

(RODRIGUES, 2005).

Objetivando maximinizar a penetração, notadamente na soldagem de médias

e grandes espessuras, como é o caso desse trabalho que utilizou chapas de 9,5mm

de espessura, a melhor combinação desses parâmetros é a utilização de valores de

tensão e DBCP médios, e máximos para a velocidade de alimentação,

(RODRIGUES, 2005).

2.4.3 Distância bico de contato-peça (DBCP)

A DBCP também é um parâmetro importante na energia de soldagem,

(WAINER et al., 1992). Essa energia tem dois componentes, um decorrente do arco

elétrico dado por V.I, e outro que é a energia de aquecimento do arame tubular por

efeito Joule, dado por (R.I

). Na Figura 2.6, são mostrados no gráfico "a" os valores

adequados de tensão, corrente para uma DBCP igual a l

, que resulta numa

potência disponível para fundir o arame tubular igual a (V

+ R

). Aumentando-se

a distância para l

no gráfico "b", aumenta-se a tensão, então, a energia passará

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 14

para V’I’ + (R

.I’

), ou seja, a corrente diminui, e por consequência também diminuem

a energia e a velocidade de fusão do arame tubular.

Figura 2.6 – Influência da distância bico de contato-peça na tensão e na

corrente de soldagem, (WAINER et al., 1992).

2.4.4 Velocidade de soldagem

A velocidade de soldagem é um parâmetro que influência na energia de

soldagem, e assim na quantidade de calor transferida à peça, como também na

penetração do cordão. Uma velocidade de soldagem muito baixa gera elevada

energia de soldagem, podendo causar problemas metalúrgicos não desejáveis na

microestrutura da junta soldada, além de elevar o custo da soldagem, (MARQUES et

al., 2007). A soldagem com arames tubulares com fluxo não metálico em baixas

velocidades de soldagem dificulta o controle da escória que pode passar a frente da

poça de fusão e gerar inclusões de escória, (RODRIGUES, 2005).

Velocidade de soldagem muito alta causa o aparecimento de mordeduras, falta

de fusão e/ou de penetração no cordão de solda, (MARQUES et al., 2007).

2.4.5 Inclinação da tocha

O ângulo de inclinação ou de deslocamento da tocha de soldagem (φ), na qual

se monta o arame tubular, influência grandemente no controle da escória e no perfil

do depósito do cordão de solda. O ângulo de inclinação determina a direção na qual

a força do arco é aplicada na poça de fusão, (Welding Handbook, 1991). Este

deslocamento da força do arco é utilizado para auxiliar na morfologia desejada do

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 15

cordão de solda, impedindo que a escória forme-se à frente da poça de fusão,

reduzindo assim o risco da mesma ficar contida e ocasionar inclusões.

Para um melhor entendimento e assegurar o correto posicionamento da tocha

de soldagem, é necessário à definição do plano de deslocamento e do ângulo de

inclinação da tocha (arame tubular). O plano de deslocamento forma-se

perpendicularmente ao plano da superfície a ser soldada do metal de base,

passando pelo eixo do cordão de solda.

O ângulo de inclinação da tocha é formado sobre este plano, entre o eixo do

arame e a linha do cordão de solda. É considerado positivo (na utilização da técnica

"puxando"), se sua inclinação for concordante com o sentido de deslocamento da

soldagem, ou seja, o arame apontando para o cordão já formado, Figura 2.7. É

negativo (na técnica empurrando) se for discordante deste sentido.

Figura 2.7 – Desenho esquemático do ângulo de inclinação da tocha. Adaptada

de (RODRIGUES, 2005).

Com a utilização do gás de proteção em juntas em ângulo e de topo, é usual o

emprego de um ângulo de inclinação entre 60º e 70º, na técnica “puxando”, na qual

se obtém maior penetração, menor quantidade de respingos, cordão mais estreito,

além de auxiliar na formação de um reforço convexo e um arco mais estável,

(RODRIGUES, 2005). Na técnica “empurrando”, têm-se características tais como:

menor penetração, maior quantidade de respingos, cordão mais plano e mais largo,

porém dificuldade de visibilidade do processo. A técnica "puxando" é grandemente

utilizada, quando são requeridas grandes penetrações. Características

intermediárias são obtidas quando se utiliza ângulo neutro.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 16

2.5 Consumíveis

2.5.1 Arames tubulares

Os arames tubulares são fabricados a partir de fitas de aço de baixo carbono

conformada em forma de U que posteriormente são fechadas até uma seção circular

em torno do fluxo, formando as seções transversais típicas, e finalmente a forma

tubular passa por fieiras de trefilação, que diminuem seu diâmetro sucessivamente

até o valor final. Estes consumíveis são disponíveis em diâmetros de 0,8; 1,0; 1,2;

1,6; 2,0; 3,4; 3,2 e 4,0 mm, sendo os de 0,8 mm e 1,0 mm mais difíceis de fabricar

(MACHADO, 1996), usualmente utilizam-se os de Ø 1,2 mm e Ø 1,6 mm

(RODRIGUES, 2005).

Há uma grande variedade de elementos que podem compor o fluxo nos

arames tubulares, daí a flexibilidade para adequações a alguma aplicação especifica

ou para atender requisito especial, o que é mais difícil com arames sólidos. Isso

envolve alterações na formulação e no percentual do fluxo, e mesmo que, os arames

tubulares sejam de custo mais elevados que os arames sólidos há retorno do

investimento em curto prazo (RODRIGUES, 2005).

Os constituintes do fluxo determinam a soldabilidade do arame e as

propriedades mecânicas do metal de adição depositado, ou seja, a seleção correta

do arame tubular é determinante na qualidade final da solda.

De acordo com a formação da escória, a soldagem FCAW-G pode ser

realizada por três tipos de arames tubulares: rutílico, básico e fluxo metálico (metal

cored wires).

Rutílico. Soldagem com arames rutílicos possui excelente soldabilidade, por

conter o rutílio ou dióxido de titânio (mineral de cor avermelhada). Os arames

rutílicos têm como principais características:

 Arco mais estável numa extensa gama de correntes de soldagem;

 bom formato da gota, podendo ser utilizado para a soldagem em todas as

posições;

 ótimo desempenho operacional, apresentando baixo nível de respingos;

 excelentes propriedades mecânicas, que excedem as especificações da

norma AWS;

 escória é de fácil destacabilidade.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 17

Básicos. A soldagem com arames tubulares básicos produz solda com

excelente ductibilidade e tenacidade. Segundo RODRIGUES (2005), seu modo de

transferência é mais globular e sua soldabilidade não é tão boa, em comparação

com o eletrodo rutílico, gerando também uma quantidade maior de respingos e um

cordão mais convexo. São empregados quando se requer melhores propriedades

mecânicas e baixo nível de depósito de hidrogênio.

Devido às baixas correntes de soldagem e ao modo de transferência globular

que necessita do efeito da gravidade para completar sua transferência, não são

usados fora de posição, ainda que com diâmetros pequenos. A escória formada pelo

arame tubular básico, ao contrário do arame tubular rutílico, não dá o suporte à poça

de fusão, (RODIRGUES, 2005).

Fluxo Metálico. Segundo MARQUES et al. (2007) os arames tubulares com

fluxo metálicos (metal cored wire), são arames cujo enchimento contém

principalmente pó-de-ferro e/ou ferro-liga e muito pouco fluxo a base de minerais.

Arames tubulares para soldagem de aços carbono de baixa liga permitem uma

transferência de metal bastante suave através de um arco de soldagem operando

em atmosferas protetoras a base de misturas de argônio e CO

, principalmente em

correntes elevadas, em torno de 300 A, podendo também ser usados com

transferência por curto-circuito e ou pulsada, com níveis mais baixos de corrente

média. A quantidade de escória gerada por estes arames é mínima, quase

inexistente. Os arames tubulares com enchimento de fluxo metálico são mais

vantajosos na soldagem mecanizada em alta velocidade.

A soldagem utilizando o arame tubular com fluxo metálico resulta em pouca

escória, sendo este fato favorável à soldagem em múltiplos passes, pois aumenta a

eficiência do processo, inexistindo a necessidade de remoção da escória formada,

(MEYER apud SANTOS NETO, 2003).

Nos arames tubulares com fluxo não metálicos, os componentes

estabilizadores do arco, devem ser selecionados para que seus resíduos não

prejudiquem a formação de escória, (RODRIGUES, 2006).

Em suma, o cordão de solda produzido com arame tubular rutílico possui

excelente soldabilidade, o que oferece alta facilidade de execução, podendo soldar

em todas as posições, com boa taxa de deposição e eficiência. O arame tubular

básico e o com fluxo metálico (metal cored wire) produzem cordões de solda com

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 18

potenciais vantagens em relação às propriedades mecânicas, ao nível de hidrogênio

difusível, taxa de deposição.

O arame tubular fabricado pela ESAB que atende a classificação AWS E71 T-

1, é o OK Tubrod 71 Ultra. Trata-se de um arame tubular tipo rutílico para a

soldagem de aços de baixo e médio teor de carbono, soldagem estrutural e

construção pesada em geral, para soldagem em único passe ou multipasse em

todas as posições, apresentando baixo índice de respingos e ótima remoção de

escória, podendo ser utilizado com CO

ou mistura desse com o argônio (Ar + 20-

25% CO

), (ESAB). Produz metal de solda com boa qualidade, aparência suave e

regular, com baixo nível de respingos, baixo nível de hidrogênio difusível, altas taxas

de deposição, podendo ser usado em todas as posições com a transferência

globular, ideal para juntas de topo com abertura na raiz. Possui rendimento de 87 a

90%, dependendo da corrente utilizada, ANEXO A.

O fluxo contido nos arames tubulares E71T-1 contêm ingredientes que

produzem uma escória de rápida solidificação, e a fluidez adequada da poça de

fusão na soldagem fora de posição. Segundo RODRIGUES (2005), consegue-se

altas taxas de deposição com esse tipo de eletrodo, devido à rapidez da solidificação

da escória o que possibilita a soldagem com alta tensão do arco e alta corrente de

soldagem.

2.5.2 Classificação de arames tubulares

Os arames tubulares são classificados pela American Welding Society (AWS),

na norma AWS A 5.20-69, tanto para os arames autoprotegidos como os que

utilizam gás de proteção auxiliar, seguindo o padrão geral utilizado para classificação

de eletrodos, WELDING HANDBOOK (1991).

A classificação do arame tubular E71 T1, utilizado nesta pesquisa tem as

seguintes características segundo a classificação AWS:

 O prefixo “E” designa Eletrodo, indicando que o eletrodo (arame tubular) é

para soldagem a arco elétrico, como nos demais sistemas de classificação;

 O algarismo 7 indica o limite mínimo de resistência à tração do metal de

adição depositado em 70.000 psi;

 O número 1 indica que a soldagem pode ser feita em todas as posições.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 19

 A letra T indica que o eletrodo é tubular com fluxo interno;

 E finalmente o número 1, indica as características operacionais, sendo que

T-1 indica: corrente CC, polaridade positiva, para utilização com CO

puro.

Segundo MACHADO (1996), este tipo de arame tubular é usado em passe

único ou multipasse, em CCEP (Corrente Continua Eletrodo Positivo), em todas as

posições, produz pouco respingo excelente remoção de escória. Apresenta cordão

com geometria plana ligeiramente convexa, com boa tenacidade e fluxo rutílico.

Os arames tubulares podem ter diferentes formas de seções transversais,

Figura 2.8, conforme a classificação do Instituto Internacional de Soldagem

(International Institute of Welding – IIW).

Figura 2.8 – Seções transversais típicas de arames tubulares segundo o IIW,

(MARQUES et al., 2007).

Os arames tubulares com formas mais complexas apresentam efeitos

secundários por produzirem o inicio do arco em vários pontos e pré-aquecem mais

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 20

eficientemente o fluxo de forma a fundi-lo numa maior taxa, tornando o arco mais

suave.

2.5.3 Gás de proteção

O gás de proteção tem como principal função a de proteger a poça de fusão da

ação danosa do nitrogênio, oxigênio e do hidrogênio, mantendo-os fora da atmosfera

dessa zona, para evitar a formação de óxidos e de nitretos, que resultam em juntas

soldadas defeituosas, como retenção de escória, porosidades e fragilizações do

cordão, (RODRIGUES, 2005). Por estas razões devem ser excluídos esses

elementos nocivos da região de fusão, com o uso dos gases de proteção.

O gás de proteção exerce influência sobre a morfologia do cordão (penetração,

largura, forma), nas características do arco, no modo de transferência metálica, nas

propriedades mecânicas do cordão, e na possibilidade do aparecimento de

mordeduras, assim como sobre a velocidade de soldagem máxima a ser utilizada e

no custo da soldagem.

Dessa forma, a escolha do tipo de gás de proteção a ser usado na soldagem,

constitui uma variável importante na determinação da qualidade da solda e na

produtividade do processo. Os gases comumente usados para fins de proteção são

o dióxido de carbono (gás ativo), o argônio e o hélio (gases inertes), e na forma de

misturas do argônio com proporções relativamente pequenas de oxigênio, hidrogênio

e nitrogênio (para a soldagem de materiais não-ferrosos), (TESKE, 2006).

As especificações de Gás de Proteção para Soldagem AWS A5. 32/A5. 32M-97

estabelece padrões para a pureza e umidade de componentes crus desses gases de

proteção, como por exemplo, argônio, gás carbônico, oxigênio e hélio. Essa norma

estabelece ainda as tolerâncias para as misturas de componentes e métodos para

testar e registrar estas especificações, propiciando ao usuário, uma maior segurança

em receber o que realmente está se requerendo, a fim de atender as suas

necessidades específicas, (RODRIGUES, 2006).

O desenvolvimento dos gases para aplicações em soldagem tem sido

alavancado, especialmente quando se quer aumentar a produtividade e para

melhorar as características metalúrgicas da junta soldada, (QUINTINO & PIRES

apud TESKE, 2006). É possível que os resultados esperados não sejam alcançados

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 21

na aplicação da mistura do gás de proteção para soldagem, dada às dificuldades

quando da escolha do gás, devido à falta de informações detalhadas, sobre as suas

características operacionais, (TESKE, 2006).

O argônio é o mais utilizado que o hélio, por propiciar um arco mais estável.

Estudos de DILLENBECK & CASTAGNO apud RODRIGUES (2005), mostram que,

dentre todos os gases de proteção, o argônio, além de ser o mais disponível no

mercado, tem demonstrado ser um excelente gás, devido ao seu baixo potencial de

ionização. Entretanto quando utilizado na soldagem de chapas de aço, isto causa

uma redução de tensão gerando baixa energia no arco, resultando em menor

penetração e no aparecimento de mordeduras.

O CO

é um dos gases mais utilizados tanto no processo GMAW como no

FCAW. Quando aquecido em altas temperaturas, se dissocia, formando CO, que é

mais estável que o CO

, o que implica num efeito oxidante forte, MACHADO (1996).

O CO

comparativamente com o hélio e o argônio, tem uma maior penetração de

parede lateral e admite velocidades de soldagens mais elevadas, gerando um arco

de maior densidade de energia de soldagem, (BAUNÉ apud RODRIGUES, 2005).

Com o gás CO

tem-se baixo custo de soldagem, baixa quantidade de calor

irradiado, melhor relação profundidade/largura da solda e o menor nível de

hidrogênio difusível no metal do cordão de solda. Entretanto possui a desvantagem

de gerar maior quantidade de respingos quando comparado às misturas ricas em

argônio, (RODRIGUES, 2005). Nesta pesquisa, associando a utilização do CO

puro

com arame rutílico OK Tubrod 71 Ultra fabricado pela ESAB, obteve-se cordões de

solda com baixo nível de respingos, confirmando assim, o que informa as

especificações técnica daquele fabricante, justificando com isso a utilização do gás

puro, o que contribuiu decisivamente para reduzir os custos da soldagem

utilizada nesse trabalho.

Como visto na literatura pesquisada há vantagens da utilização de misturas de

gases pelos ganhos técnicos que esse emprego proporciona, mas como foi

comentado por MODENESI e SILVA apud TESKE (2006); no Brasil, o elevado custo

de alguns gases usados na obtenção dessas misturas, em um mercado pequeno,

tem dificultado o desenvolvimento de pesquisas que possam viabilizar

comercialmente misturas complexas, capazes de satisfazer fabricantes e usuários.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 22

2.6 Regiões da junta soldada

A velocidade de resfriamento de uma junta soldada, segundo MARQUES et al.

(2007), é uma característica importante na soldagem dos aços carbono, pois quando

aquecidos em temperaturas elevadas eles são austenizados na região da solda e,

durante o resfriamento, os produtos da transformação da austenita dependem

fortemente das condições de resfriamento.

A curva da variação da temperatura (T) em função tempo (t) descreve

principalmente as condições de resfriamento, sendo chamada de ciclo térmico de

soldagem, (MARQUES et al., 2007).

Figura 2.9 – Curva de temperatura em diferentes pontos de uma junta soldada,

(COLPAERT, 2008).

O Corte y-y’ indicado na Figura 2.9, representa o ciclo térmico de aquecimento

e resfriamento durante a soldagem, distribuição ao longo da seção transversal da

junta soldada, partindo do centro do cordão em direção ao metal de base.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 23

Este comportamento permite definir, para uma solda por fusão com eletrodo

consumível, três regiões básicas: A zona fundida (ZF) ou metal de solda, zona

termicamente afetada (ZTA) e metal de base, MARQUES (2007). Entre as zonas ZF

e ZTA, coexiste uma chamada de zona de ligação, (WAINER et al., 1992) Estas

regiões estão esquematizadas na Figura 2.10.

Figura 2.10 – Desenho esquemático das regiões de uma junta soldada

Adaptada de (CAMPOS, 2005).

2.6.1 Zona Fundida

Região onde o material fundiu-se e solidificou-se durante a soldagem e

também na diluição entre metal de base e metal de solda. As temperaturas de pico

são superiores à temperatura de fusão do metal de base. Nessa região ocorre o

fenômeno chamado de crescimento competitivo de grãos, esquematizado na Figura

2.11, (CAMPOS, 2005). Isso é durante a solidificação, os grãos tendem a crescerem

na direção do gradiente máximo de temperatura. Apesar disso, os grãos também

têm suas próprias direções preferenciais de crescimento, chamadas de direções de

crescimento fácil. Para materiais de estruturas CFC e CCC essa direção é a <100>.

Durante a solidificação, grãos com direção preferencial de crescimento fácil crescem

na direção do gradiente máximo de temperatura, impedindo o crescimento de outros

grãos cujas direções de crescimento não estão orientadas com essa direção,

(CAMPOS, 2005).

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 24

Figura 2.11 – Desenho esquemático do fenômeno de crescimento competitivo,

(CAMPOS, 2005).

2.6.2 Zona termicamente afetada – ZTA

A zona termicamente afetada (ZTA) ou zona afetada pelo calor (ZAC) é a

região não fundida do metal de base que teve sua microestrutura e/ou propriedades

alteradas pelo ciclo térmico durante a soldagem. Está localizada ao lado da zona

fundida. As temperaturas de pico nesta região são superiores à temperatura crítica

do material e inferiores a sua temperatura de fusão.

À esquerda da Figura 2.12, a seguir, é mostrada a representação esquemática

de distribuição de temperatura na ZTA e à direita relaciona essa distribuição de

temperatura ao diagrama Fe-C, com efeito, da temperatura máxima de soldagem e

seu gradiente no resfriamento, sobre as fases de equilíbrio e possíveis efeitos sobre

a microestrutura da ZTA.

A região transformada de granulação grosseira, também chamada de região de

crescimento de grão da austenita, ocorre entre 1100

C e 1500

C (WAINER et al.

1992). A granulação grosseira da austenita dificulta a sua transformação em ferrita

durante o resfriamento, isso é aumenta a sua temperabilidade, (MARQUES et al.,

2008). De um modo geral essa região e caracterizada por uma ferrita apresentando

morfologia em placas e a presença de bainita, (MARQUES et al., 2007).

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 25

Figura 2.12 – Representação esquemática de distribuição de temperatura

na ZTA, (COLPAERT, 2008).

Região transformada de granulação fina ou região de refino de grão, para aços

estruturais pode ocorre entre 900

C e 1100

C (WAINER et al. 1992). Aqui também

ocorre a transformação da austenita em ferrita, porém com uma deformação menor

daquela, e isso associado à temperatura e tempo menores que na região anterior,

não é suficiente para ocorrer à recristalização primária, ou seja, o crescimento de

grão, resultando numa estrutura fina de ferrita e perlita, com pequenos tamanhos de

grão (colônia), (WAINER et al. 1992 e MARQUES et al., 2007).

A região parcialmente transformada e a região revenida ou esferoidizada

nominada por (WAINER et al, 1992), são chamadas de região intercrítica por

(MARQUES et al., (2007)). Segundo WAINER et al. (1992), ocorre entre 700

c e

950

C, dependendo da velocidade de resfriamento a austenita pode se decompor

em perlita, bainita ou martensita maclada, sendo uma região que apresenta

propriedades mecânicas inferiores a do metal de base. Na região de esferoidização

de carbonetos, ou melhor, a esferoidização das lamelas de cementita da perlita, que

ocorre entre 700

C e 750

C, resulta numa redução da resistência mecânica, que é

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 26

de difícil identificação em ensaio de tração, haja vista que a esferoidização ocorre

somente numa estreita faixa da ZTA, (WAINER et al. 1992).

Em alguns casos, particularmente na soldagem multipasse, constituintes de

elevada dureza e baixa tenacidade podem se formar nesta região sendo a

microestrutura mais complexa, (MARQUES et al., 2007). Porém esse tipo de

soldagem em aços de Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL), como o que foi utilizado

nessa pesquisa, regiões do passe anterior são austenitizadas pelo passe

subsequente, pois cada passe pode afetar o passe imediatamente abaixo, causando

a transformação da microestrutura durante o resfriamento e, assim refinando-a,

(MARQUES et al., 2008 e DAVIS & KING apud SANTOS NETO, 2003). A natureza

dos microconstituintes formados, assim como a dureza dessa região, depende de

sua velocidade de resfriamento, (DAVIS & KING apud SANTOS NETO, 2003).

2.6.3 Zona de ligação

Compreende a região de fronteira entre a ZF e a ZTA. A partir dessa linha é

iniciada a solidificação e o crescimento dos grãos em direção à linha central do

cordão de solda, formando o metal de solda, (CAMPOS, 2005). Este processo é

chamado de crescimento epitaxial, no qual o início da solidificação na poça de fusão

ocorre principalmente pelo crescimento de grãos do metal de base que estão na

linha de fusão, assegurando a continuidade metalúrgica entre a ZF e a ZTA,

(MARQUES et al, 2007). Isso é mostrado na figura 2.13.

Figura 2.13 – Crescimento epitaxial e colunar próximos à linha de fusão de uma

junta soldada. Adaptada de (DAVID et al., 2005).

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 27

A distribuição de soluto na poça de fusão durante a solidificação é um

importante fenômeno resultando em segregação que pode afetar significativamente

a soldabilidade, a microestrutura e as propriedades do material da junta soldada,

(DAVID et al., 2005).

2.7 Microconstituintes presentes na zona de fusão

Os constituintes mais comuns da ZF de aços ferríticos são identificados

segundo esquema de classificação do International Institute of Welding - IIW,

conforme a Tabela 2.3.

Tabela 2.3 – Classificação do IIW para microconstituintes de metal de solda de aços

de baixo carbono. (COLPAERT, 2008).

Categoria

Subcategoria do constituinte

Abreviatura

Ferrita primária

Ferrita de contorno de grão

PF(G)

Ferrita intragranular

PF (I)

Ferrita com segunda fase

Ferrita com segunda fase não-alinhada

FS (NA)

Ferrita com segunda fase alinhada

FS (A)

Placas laterais de ferrita (side plates)

FS (SP)

Bainita

FS(B)

Bainita superior

FS (UB)

Bainita inferior

FS (LB)

Ferrita acicular

Agregado ferrita carboneto

Perlita

FC(P)

Martensita

Martensita em ripas

M(L)

Martensita maclada

M(T)

As características desses microconstituintes são apresentadas a seguir:

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 28

Ferrita primária PF

a) Ferrita no contorno de grão PF (G): Veios de grão poligonais

associados com contornos austeníticos anteriores (ferrita proeutetóide

que cresce ao longo da austenita primária nos contornos de grãos).

b) Ferrita poligonal intragranular PF (I): Grãos poligonais de ferrita,

localizados dentro dos grãos austeníticos primários e maiores três vezes

do que os grãos ou lâminas adjacentes de ferrita acicular.

Ferrita Acicular AF. Pequenos grãos de ferrita não-alinhada encontrada

dentro de grãos da austenita primária.

Ferrita com segunda fase FS

a) Com alinhamento da segunda fase FS (A): Duas ou mais placas

paralelas de ferrita. Pode ser classificados como ferrita de Widmastatten

e bainita superior FS (UB) ou bainita inferior FS (LB).

b) Com a segunda fase não-alinhada FS (NA): Ferrita envolvida

completamente em (i) microfibras aproximadamente equiaxiais ou

distribuídas aleatoriamente ou (ii) lâminas isoladas de ferrita acicular

(AF).

c) Agregado de ferrita com carboneto FC: uma estrutura fina de ferrita

com carboneto incluindo perlita FC (P). Se for claramente identificado

como perlita, deve ser designado como FC(P). Se for menor que as

lâminas adjacentes dentro do grão austenítico primário, deve ser

desprezado.

Martensita M. Colônia de martensita maior que as ripas de ferrita adjacentes.

Pode ser classificado como martensita laminar M (L) ou maclada M (T).

MODENESI, (2004) identificou alguns desses microconstituintes os quais são

mostrados na Figura 2.14.

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 29

Figura 2.14 – Microconstituintes da ZF em aços ferríticos, (MODANESI, 2004).

2.8 Microconstituintes presentes na ZTA

Em soldas de aço de baixo carbono uma grande quantidade de ferrita é

associada com altos níveis de resistência, enquanto que microestruturas como

martensita e bainita estão associadas a um baixo nível de resistência.

Martensita e bainita são também associadas a altas taxas de resfriamento,

assim diminuindo a quantidade de manganês, ou reduzindo a taxa de resfriamento

com o aumento do aporte térmico ou pré-aquecimento, a quantidade de ferrita

acicular aumenta, melhorando assim a resistência da solda.

Em geral, a obtenção de boa tenacidade em juntas soldadas se torna difícil

quando a tenacidade precisa ser elevada, (COLPAERT, 2008). De uma forma geral,

dois mecanismos principais são efetivos para aumentar a tenacidade da ZTA de

aços estruturais: (i) o controle do crescimento do grão austenítico, especialmente

nas regiões que atingiram temperatura mais elevadas (próxima à linha de fusão), e

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 30

(ii) a nucleação de ferrita intragranular PF (I), reduzindo trajetória livre de trincas e

causando sua mudança de direção, processos que aumentam a energia absorvida

na fratura (ensaio Charpy).

Segundo CAMPOS (2005), os efeitos do processo e dos parâmetros de

soldagem na microestrutura são devidos aos efeitos térmicos e de composição

química. Os efeitos da composição química estão ligados à zona de fusão, enquanto

os efeitos térmicos além da ZF afetam também a ZTA.

2.9 Dureza

As elevadas taxas de resfriamento e a composição de grãos grosseiros podem

promover a formação de microconstituintes frágeis e duros no metal fundido e na

ZTA de aços soldados, (SANTOS NETO, 2003). Aliados a estes fatores, a presença

de hidrogênio difusível no processo de soldagem pode levar o conjunto soldado a

apresentar falha por trincamento a frio, (KOU, 1987).

Um dos procedimentos que pode alterar a dureza é o aumento da energia de

soldagem (ou aporte térmico) fornecida ao processo, durante a soldagem, a fim de

diminuir a taxa de resfriamento e com isso favorecer a formação e microconstituintes

finais com menor dureza.

Com o aumento da energia de soldagem e a consequente diminuição da taxa

de resfriamento, há a tendência da formação de uma ZTA maior, porém apresenta

microconstituintes de menor dureza. Em aços de baixo carbono, comprovam-se a

redução da dureza com o aumento dessa energia, (EROGLU & AKSOY, 2000 apud

SANTOS NETO, 2003).

Na soldagem multipasse, o passe seguinte causa uma redução na dureza do

cordão de solda na ZTA do passe anterior, em razão de promover por meio da

temperatura interpasse um tratamento térmico do metal depositado nesse passe,

resultando o refinamento de grãos no metal da ZF e da ZTA, além de melhorar a

tenacidade e diminuir as tensões residuais, (SANTOS NETO, 2003). Essa

temperatura favorece a formação de microconstituintes dúcteis, (ABSON apud

SANTOS NETO, 2003), e ainda possibilita um pré-aquecimento, fazendo estender o

tempo de resfriamento (necessário para decair a temperatura de 800

C a 500

C),

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 31

conduzindo a formação de microconstituintes mais favoráveis às propriedades

mecânicas (SANTOS NETO, 2003).

2.10 Energia de Soldagem

Um parâmetro importante para caracterizar o processo de soldagem é a

energia de soldagem ou aporte térmico (heat input). Na soldagem a arco, pode-se

considerar o arco como única fonte de calor, (MARQUES et al., 2007). Essa energia

é definida pela Equação 2.1

(J/cm) em H

V.I.





Eq. 2.1

Onde:

H = Energia de soldagem (J/cm)

η = Rendimento térmico do processo

V = Tensão no arco (V)

I = Corrente de soldagem (A)

v = Velocidade de soldagem (cm/min)

Um valor de referência para o rendimento do térmico do processo com arame

tubular é 0,80, segundo QUITES (2002).

2.11 Qualidade da junta soldada

Os arames tubulares utilizados na soldagem FCAW-G produzem um arco mais

largo do que os arames sólidos na soldagem GMAW. Na soldagem com arame

sólido com Ar + CO

, apresenta um arco pequeno e uma área de transferência de

metal muito concentrada, (ARAÚJO apud RODRIGUES, 2005). As gotas atravessam

o arco ao longo de uma linha de centro, uma após outra em alta frequência,

penetrando na poça de fusão dentro de uma área de projeção relativamente

pequena. Toda a energia contida nas gotas se concentra nessa área, ao contrário,

no modo de transferência do metal de solda do arame tubular na soldagem FCAW-

G, as gotas espalham-se, formando um arco mais largo, se projetando numa área

maior, havendo uma distribuição mais equitativa da energia de soldagem. Este tipo

de arco do FCAW-G, produz uma poça de fusão calma e plana resultando num

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 32

cordão de solda de aspecto liso e com boa molhabilidade, o que contribui

significativo na qualidade da junta soldada, (RODRIGUES, 2005).

Na soldagem GMAW apresenta penetração profunda e estreita do tipo

dediforme (finger) Figura 2.15.

Figura 2.15 – Transferência de gotas em arames sólidos e tubulares,

(RODRIGUES, 2005).

Ou seja, a distribuição não uniforme da fusão do metal de base abaixo da

região da largura do cordão, expõe a riscos de defeitos como a falta de fusão, e na

ocorrência de um pequeno desalinhamento do arame tubular numa junta em ângulo,

ocasionará uma falta de fusão lateral no cordão de solda. Na soldagem FCAW-G,

isso é evitável, em razão desse processo apresentar uma penetração mais larga e

mais rasa do que no GMAW, admitindo uma tolerância muito maior para o

desalinhamento do arame tubular, em relação ao eixo longitudinal do cordão de

solda, reduzindo o risco de ocorrer falta de fusão. Essa morfologia da penetração

mais larga e rasa do FCAW-G, é ainda mais evidente quando se utiliza a proteção

com gás CO

, pois esse gás tem uma condutibilidade térmica maior, fazendo com

que a energia térmica do arco se dissipe sobre uma área maior, favorecendo uma

penetração na forma circular, (ARAUJO apud RODRIGUES, 2005).

A energia absorvida avaliada pelo método Charpy, é particularmente

apropriado para comprovar a tendência para a fratura frágil (fragilidade a quente ou

a frio, ou falha do material), conforme ABNT NBR 6157 (1980). Os resultados dos

ensaios de impacto são de natureza qualitativa, (CALLISTER, 2002) e tais

Capitulo 2 - Revisão da Literatura 33

resultados não podem ser usados diretamente como valores de energia para

cálculos de engenharia, AWS D.1.1-96. Segundo a ABNT NM 281-1: 2003, o ensaio

consiste em romper um corpo-de-prova dotado de um entalhe no centro e apoiado

nas extremidades, por meio de um golpe de um pendulo oscilante, em uma

determinada temperatura de ensaio e sob condições definidas, A energia absorvida

em Joule é a determinação da resistência ao impacto do material. A Figura 2.16

apresenta as superfícies de fratura para o aço ASTM A-36 para as temperaturas

indicadas na parte superior.

Figura 2.16 – Fotografias de superfícies de fratura de corpos-de-prova,

(CALLISTER, 2002).

A aparência da superfície da falha é um indicativo da natureza da fratura. No

caso de fraturas dúcteis, essa superfície é fibrosa ou opaca (ou de caráter de

cisalhamento), Callister, (2002).

O ensaio de resistência à tração tem como propósito verificar os valores do

limite de resistência à tração do material. Fundamentalmente, os testes de

resistência à tração, envolvem o carregamento da amostra até a ocorrência da

tensão de falha, sendo geralmente obtidos pelo teste de simples tensão uniaxial.

São realizados comumente em uma ou duas direções, longitudinal ou transversal. As

amostras longitudinais são orientadas paralelamente com a direção de laminação, e

as transversais perpendicularmente a essa direção, WELDING HANDBOOK, (2001).

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo, serão apresentadas as propriedades dos materiais de base e

de adição, os equipamentos utilizados na soldagem e a metodologia empregada

para a preparação dos experimentos, os procedimentos de soldagem adotados e a

seleção dos valores de tensão, V

alim

e DBCP, utilizados. Mostrará, ainda, como foi

realizada a medição da taxa de deposição, a caracterização micro e

macroestrutural, os procedimentos empregados nos ensaios de resistência ao

impacto, resistência à tração e de dureza, além da caracterização da morfologia do

cordão de solda, no processo FCAW-G.

3.1 Materiais

3.1.1 Metal de base

O metal de base da junta soldada, objeto deste estudo, é o aço ASTM A-36.

Trata-se de um aço estrutural naval de baixa liga e baixo carbono e de média

resistência, cuja composição química é apresentada na Tabela 3.1 e propriedades

mecânicas na Tabela 3.2..

Tabela 3.1 - Composição química do aço estrutural ASTM A-36. (BELGO)

Carbono

máx.

Manganês

máx.

Silício

máx.

Cobre

Fósforo

máx.

Enxofre

máx.

0,26%

1,35% (1)

0,4%

(2)

0, 04%

0, 05%

(1) Para cada redução de 0,01% do C máximo especificado, um acréscimo de 0,06% de Mn é

especificado até o valor máximo de 1,35%.

(2) Quando especificado, igual a 0,20% (min).

Tabela 3.2 - Propriedades mecânicas do aço estrutural ASTM A-36. (BELGO)

Limite de Escoamento

(MPa)

Resistência à Tração

(MPa)

Alongamento

BM (mm) = 200 (%)

250 (min)

5 ≤ Espessura ≤ 16 mm

400 a 550

BM = Base de medição

A resistência ao impacto do aço A-36 no ensaio Charpy, segundo a ASTM é

de 34 J (valor médio) para as temperaturas do corpo-de-prova de 0, -20 e -40°C.

3.1.2 Metal de adição

O metal de adição utilizado nesta pesquisa é o arame tubular OK Tubrod

71Ultra da ESAB, normatizado pela AWS A 5.29, com a classificação E71 T-1,

cujas especificações técnicas como classificação, composição química,

propriedades mecânicas e homologações, informadas pelo fabricante ESAB, são

apresentadas no ANEXO A.

3.2 Equipamentos utilizados na soldagem

A soldagem foi realizada no Laboratório de Soldagem e Aspersão Térmica da

UTFPR em Curitiba - PR, utilizando os equipamentos abaixo descritos e

identificados na Figura 3.1, a seguir:

 uma fonte de energia (1) para soldagem multiprocesso marca IMC

MODELO INVERSAL 450 e seus acessórios, que reúne num mesmo

equipamento, todas as características necessárias que possibilitam a sua

utilização em vários processos de soldagem;

 um cabeçote alimentador de arame (2) e do controle remoto do sistema (8)

de deslocamento automatizado da tocha;

 um sistema de deslocamento automatizado da tocha de soldagem (6)

chamado TARTÍPOLE V1, que permite controlar, pelo painel, a velocidade

de soldagem garantindo a repetibilidade do valor desse parâmetro durante

os experimentos;

 um mecanismo de ajuste vertical (5), acoplado ao sistema de

deslocamento da tocha (6), que permite a regulagem manual da DBCP.

a) alimentador do arame b) sistema de movimentação e ajuste

c) Conjuntos de solda e de controle

Figura 3.1 – Equipamentos utilizados para soldagem dos experimentos.

Sendo:

1) Fonte de energia;

2) Cabeçote alimentador de arame;

3) Cilindro de gás CO

com regulador de vazão;

4) Sistema de alimentação do arame tubular;

5) Dispositivo de ajuste vertical;

6) Sistema TARTÍPOLE V1;

7) Sistema de inclinação manual da tocha;

9) Controle remoto do sistema de deslocamento automatizado da tocha.

As principais características da fonte são:

 Corrente nominal de 300 A;

 Tipo de corrente contínua ou alternada (constante ou pulsada);

 Potência máxima consumida de 12 kW;

 Fator de serviço de 100% para a capacidade máxima de 450 A;

 Fator de trabalho de 0,94;

 Tensão em vazio de 56 V.

3.3 Metodologia

A metodologia adotada é apresentada inicialmente de forma esquemática na

Figura 3.2, descrevendo como foi feita a seleção dos parâmetros e de seus valores

utilizados, a preparação dos experimentos, os procedimentos de soldagem

utilizados, a pesagem dos experimentos para o cálculo da taxa de deposição de

cada um, o corte e a retiradas de amostras para os ensaios mecânicos (de

resistência ao impacto pelo método Charpy, de resistência à tração e de dureza), e

para os ensaios metalográficos (caracterização microestrutural e macroestrutural).

O Pré-teste foi realizado em oito chapas sem chanfros com simples deposição

do cordão de solda, utilizando os parâmetros e valores selecionados para cada um

dos experimentos, consoante Tabela 3.3. O objetivo dessa etapa foi assegurar que

tais valores fossem adequados para abertura do arco elétrico, à completa formação

dos cordões de solda e para aspectos ligados à qualidade da solda e à quantidade

de respingos.

Após a esquematização mostrada na Figura 3.2, é apresentada uma

descrição de cada uma dessas etapas.

Figura 3.2 – Esquematização da preparação, caracterização e ensaios dos

experimentos.

Aquisição de 26 chapas cortadas com

130 x 250 x 9,5 mm

Usinagem dos chanfros em V de 30

face da raiz c/ 2 mm, em 18 chapas

Posicionamento das 18 chapas

chanfradas c/ abertura da raiz de 2 mm

Orientação

da junta c/ a

direção de

laminação

Ponteamento e formação da junta com

ângulo de chanfro (α) de 60

Solagem FCAW-G dos 9 experimentos

Cortes e retiradas de amostras para ensaios

mecânicos e metalográficos.

Ensaios

metalográficos

Ensaio de

resistência à

tração

Ensaio Charpy

Ensaio de

dureza

Caracterização

microestrutural

Caracterização

macroestrutural

Ensaios

mecânicos

Seleção dos

parâmetros

de soldagem

Preparação

das amostras

Usinagem das

amostras

Pré-teste em 8

chapas s/ chanfro

Confirmação

dos valores

parâmetros

Pesagem chapas ponteadas

Pesagem chapas soldadas

3.3.1 Seleção dos parâmetros de soldagem

Os parâmetros de soldagem utilizados nesta pesquisa foram a tensão do arco

(V), a velocidade de alimentação do arame (V

alim

) e a distância bico de contato-peça

(DBCP), selecionados com base em RODRIGUES (2005), que utilizou ferramentas

estatísticas de análise de planejamento fracionário e de fatorial completo,

selecionou-os como os parâmetros de soldagem mais influentes no processo FCAW.

Neste trabalho, cada um dos três parâmetros foi variado em dois níveis, obtendo-se

oito experimentos. Os valores da Tabela 3.5, foram selecionados com base em

RODRIGUES, (2005) e nas especificações técnicas disponibilizada pela ESAB,

constante do ANEXO A.

O Experimento Pc corresponde ao ponto central entre os níveis baixo e alto

do fator, e os seus valores foram calculados pelas médias da tensão entre 26 e 34 V,

da V

alim

entre 10 e 12,5 m/min e da DBCP entre 16 e 20 mm.

Tabela 3.3 – Valores dos parâmetros variáveis utilizados nos experimentos.

Experimento

Tensão

(V)

alim

(m/min)

DCBP

(mm)

11,25

12,5

Foi mantida fixa durante a soldagem a velocidade de soldagem em 30 cm/min,

inclinação da tocha com ângulo de 70º na posição “puxando”, e recuo do bico de

contato parametrizado em 6 mm, Figura 3.3.

Figura 3.3 – Representação esquemática da DBCP e do recuo de 6 mm.

(WAINER, 1992).

3.3.2 Preparação das chapas e pré-teste

Foram utilizadas vinte e seis chapas laminadas de aço ASTM A-36 com

espessura de 9,5 mm, fornecidas cortadas nas dimensões de 130 x 250, deste total,

8 foram utilizadas no pré-teste e 18 nos experimentos, as quais tiveram uma das

laterais de 250 mm (orientada para a direção de maior resistência à tração em

materiais laminados), usinada numa fresadora universal, um chanfro em “V”, com

ângulo de bisel (β) de 30º, e face da raiz (s) com 2 mm, Figura 3.4..

Figura 3.4 – Detalhe da junta de topo com ângulo de 60º, face e

abertura da raiz de 2 mm.

Para a correta orientação da direção de laminação das chapas de 130 x 250

mm, antes do ponteamento, as late riais chanfradas, foram posicionadas frente a

frente, alinhando-se com o eixo longitudinal da junta, sendo então ponteadas com a

abertura da raiz de 2 mm, resultando uma junta plana de topo com ângulo de

chanfro (α) de 60

, Figura 3.5.

Figura 3.5 – Fotografia da junta de topo antes da soldagem

Objetivando a caracterização da morfologia do cordão de solda, foram

realizadas várias deposições sobre oito chapas-teste sem chanfro, para estudar a

influência da tensão do arco, da velocidade de alimentação do arame e da DBCP

sobre a morfologia (largura, penetração e reforço) da região soldada, a fim de que

fossem adotados na soldagem dos experimentos, os valores adequados desses

parâmetros. A da corrente de soldagem decorrente de cada experimento foi

registrada (APÊNDICE A) a fim de possibilitar os cálculos da energia de soldagem

pela Equação 2.1.

3.3.3 Procedimentos de soldagem

Na execução da soldagem dos experimentos foi empregando o processo

FCAW-G utilizando como gás de proteção auxiliar o CO

, regulado para uma vazão

constante de 15 litros/min e arame tubular de 1,2 mm de diâmetro, com acionamento

mecanizado (controle automatizado da alimentação do arame e do deslocamento do

cabeçote de soldagem pelo equipamento), porém sem tecimento.

Os cordões de soldas foram então executados com alinhamento na direção de

laminação das chapas. Obteve-se 9 conjuntos de chapas soldadas para os

experimentos, conforme Figura 3.6.

Figura 3.6 – Fotografia dos chapas soldadas mostrando a orientação da direção de

laminação e do cordão de solda.

Os cordões de solda foram realizados na posição plana de topo em dois

passes principais na face chanfrada, sendo o primeiro passe de raiz e o segundo de

acabamento. Antes da soldagem do segundo passe, foi feito esmerilamento sobre o

passe raiz e a limpeza com escovação rotativa.

Após a realização do segundo passe, foi realizado esmerilamento no verso das

chapas pela raiz da solda e realizado um passe reverso. Figura 3.7.

Figura 3.7 - Corte transversal do cordão de solda mostrando os passes efetuados.

3.3.4 Taxa de deposição

Objetivando expressar a taxa de deposição do metal de adição em kg/h, antes

do corte e retiradas das amostras, a massa de cada conjunto de chapa soldado, foi

medida numa balança eletrônica de precisão marca MART, com capacidade máxima

de 20 kg e calibração certificada.

A taxa de deposição foi expressa em unidade de massa por unidade de tempo,

e calculada pela Equação 3.1. Na qual m

final

representa

a massa do conjunto soldado

medida depois da soldagem do segundo passe, e antes da aplicação do passe

reverso, e m

inicial

é a massa do conjunto (somente ponteado) medida antes da

realização do primeiro passe de solda. Os valores são apresentados no APÊNDICE

(kg/h) em

inicialfinal

















Eq. 3.1

O tempo de soldagem de cada passe foi calculado segundo a Equação 3.2 em

função do espaço percorrido pelo arame tubular durante a soldagem, dividido pela

velocidade de soldagem “v” (cm/min). O espaço foi tomado como sendo o

comprimento da chapa, sendo este padronizado em 25(±0,2) cm, medido na direção

de laminação das chapas. Os valores são apresentados no APÊNDICE C.

(h) em

60.















Eq. 3.2

3.3.5 Localização das amostras para corpos-de-prova

A Figura 3.8, mostra o esquema de retirada de amostras para a confecção dos

corpos-de-prova para os ensaios Charpy, de resistência à tração e metalográficos. A

Norma ANSI/AWS D1. 1-96 recomenda desprezar o inicio e o final do comprimento

do cordão de solda, visando obter amostras de uma região da junta soldada na qual

tenha ocorrida à homogeneização da temperatura durante a soldagem. Portanto foi

serrada e refutada a largura de 30 mm das extremidades de cada conjunto soldado,

corte AB mostrado na Figura 3.8.

Figura 3.8 – Localização da retirada das amostras para corpos-de-prova.

3.3.6 Caracterização microestrutural

A preparação metalográfica foi iniciada com o recorte transversal do cordão

de solda em cortadora metalográfica AROTEC Modelo COR-40, com disco de corte

AA-4 Liso, Ø 230 x 1,5 mm, sob refrigeração, depois disso foi realizado o

embutimento em baquelite, seguido do lixamento com granulometrias na sequência

de 220, 240, 400, 600, 800 e 1200. Após o lixamento foi realizado o polimento

utilizando pastas abrasivas de alumina com granulometrias e sequência de 1µm, 0,3

µm, e 0,05 µm, seguido do ataque químico com Nital 5%, durante 15 s de imersão.

As análises das micrografias foram realizadas em um microscópio óptico

OLYMPUS, modelo BX51M, com aumentos de 25, 100, 200 e 500X, com o objetivo

de caracterizar as regiões do cordão de solda. Uma réplica de cada experimento foi

considerada como representativa para a aquisição de imagens.

Nas análises microestruturais foram examinados os microconstituintes na zona

de fusão, zona de ligação, zona termicamente afetada e no metal de base.

3.3.7 Caracterização macroestrutural

A morfologia do cordão de solda foi analisada por meio de macrografias

realizadas utilizando os mesmos procedimentos dos ensaios metalográficos, até o

polimento. Em seguida foi realizado o ataque químico por imersão em reagente Nital

10% durante 60 s. As amostras preparadas foram então analisadas utilizando o

microscópio óptico marca OLYMPUS. A largura, o reforço e a penetração do cordão

de solda, Fig.3.9, foram medidas três vezes, sendo a sua média considerada como

dimensão válida.

Figura 3.9 – Desenho esquemático das dimensões do cordão de solda

Adaptada de (TESKE, 2006).

3.3.8 Ensaios de resistência ao impacto

Com o propósito de verificar a influência dos parâmetros utilizados sobre a

resistência ao impacto, foram comparados os valores mínimos de energia absorvida

no ensaio Charpy criogênico, ao valor médio de 34 J, recomendado para o aço

ASTM A-36 (metal de base). Os resultados da energia absorvida em Joule serão

apresentados em relação à tensão, velocidade de alimentação e DBCP.

A resistência ao impacto foi avaliada por meio do ensaio Charpy, utilizando

corpos-de-prova com entalhe em V, tipo transversal, (perpendicular ao eixo

longitudinal da solda). Os corpos-de-prova do tipo dimensões reduzidas (sub-size)

de 10 x 5 mm e comprimento de 55±0,6 mm, com profundidade do entalhe de 2 mm,

segundo a norma ABNT NBR 6157 /1980. Este procedimento é usado para materiais

cujas dimensões não permitem o uso do corpo-de-prova padrão (10 x 10 mm). A

localização para as retiradas das amostras seguiu as recomendações da norma

ASTM E23, Welding Handbook (2001), Figura 3.10, assim como o número mínimo

de três corpos-de-prova para cada seção examinada, sejam ZF, ZTA e metal de

base (MB). A posição de usinagem do entalhe foi conforme Tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Posicionamento do entalhe nas regiões do cordão de solda e MB

Seção examinada

ZTA

Posição do entalhe

Coincidente com

centro do cordão

A 2 mm do centro

do cordão

Em qualquer

região do MB

Figura 3.10 – Representação esquemática da localização dos corpos-de-prova

Charpy. (FIGUEIREDO, 2004).

As amostras das chapas para os corpos–de-prova do ensaio Charpy foram

rebaixadas na sua espessura nominal de 9,5 mm para 5,1mm e depois retificadas

para 5,0±0,05 mm. Na sequência foram recortadas utilizando cortadora

metalográfica AROTEC modelo COR-40, com disco de corte AA-4 Liso, Ø 230 x 1,5

mm, sob refrigeração, obtendo-se as dimensões de 10x5 mm, com seção resistente

de 8x5 mm, segundo a norma ABNT NBR 6157 (1980).

Na sequência, os corpos-de-prova foram entalhados em "V" com profundidade

de 2±0,05 mm e raio 0,25±0,025 mm, usinados numa brochadeira vertical marca

PANAMBRA, utilizando ferramenta (brocha) com perfil normatizado para tal fim,

Figura 3.11.

Figura 3.11 – Dimensões do corpo-de-prova reduzido e o detalhe do entalhe Charpy.

Adaptada de (ABNT NBR 6157, 1980).

Os testes foram realizados num pêndulo para ensaio de resistência ao impacto,

com capacidade de 0 a 300J, marca PANAMBRA modelo JB 300B, com o martelo

de 150 J, acionado eletricamente e com indicação analógica da energia absorvida

em (J).

a=10± 0,05 mm, b=5± 0,05 mm, r=0,25 ±0,025 mm, v= 45

± 2

55 (±0,06)

A temperatura de ensaio foi de acordo com a norma AWS D1. 1 (2008), na qual

disciplina que esses ensaios devem ser realizados a uma temperatura máxima de -

C, sendo usada à temperatura de -20

C. Para tanto, as amostras foram

resfriadas a -50

C, num equipamento chamado ultra freezer marca INDREL modelo

IULT 335D, em seguida equalizadas para a temperatura de ensaio.

3.3.9 Ensaios de resistência à tração

Para a preparação dos corpos-de-prova com vistas a avaliar a resistência do

cordão de solda, foram retiradas três amostras de cada experimento, totalizando 27

corpos-de-prova, com a localização segundo a Norma AWS D1. 1 96, na direção

transversal da amostra na qual o seu eixo longitudinal é perpendicular ao eixo

longitudinal do cordão de solda.

As amostras foram serradas utilizando serra de fita contínua, marca

RONEMARK modelo MR-250, Figura 3.12. Em seguida, foram usinadas em máquina

CNC, com as dimensões e tolerâncias, conforme norma ABNT NBR 6152.

Figura 3.12 – Fotografia de amostras serradas para confecção de corpos-de-

prova ensaio de tração.

Os ensaios de resistência à tração dos cordões de solda foram executados

segundo a norma ABNT NBR 6152, a qual recomenda temperatura ambiente entre

C e 35

C, seguindo ainda os demais procedimentos e as orientações dessa

norma quanto às dimensões, tolerâncias e forma dos corpos-de-prova, condições de

ensaio (velocidades do ensaio, métodos de fixação, determinações e incertezas dos

valores das tensões).

Os testes foram realizados numa máquina marca EMIC modelo DL-2000, com

célula de carga Trd12 de compacidade até 20 kN, controlada por computador, por

meio do programa TESC Versão 3.05. O ensaio foi à temperatura ambiente de 25

e a velocidade de tensionamento de 25 mm/min.

3.3.10 Ensaios de dureza

Para a avaliação da dureza foi utilizado o ensaio Vickers (HV) por meio de

medições com o durômetro marca MITUTOYO modelo HM-100 Serie 810-127 A,

com carga de 1,0 kgf, utilizando software HM Versão 5.0 equipado com penetrador

piramidal de diamante com base quadrada. A medição foi na seção transversal da

solda em doze pontos, possibilitando a obtenção de um perfil de dureza ao longo

cordão de solda, distribuído em três linhas conforme Figura 3.13. O tempo de

permanência sob carga para cada ensaio foi de 30s, Os corpos-de-prova foram os

mesmos utilizados para os ensaios metalográficos. O distanciamento mínimo entre

impressões consecutivas de 0,5 mm seguiu o previsto pela norma ASTM – E 389

(1998).

Figura 3.13 – Desenho esquemático da seção transversal da solda e das

impressões de dureza. Adaptada de (CAMPOS, 2005).

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos nos ensaios

realizados consoante descrição no Capítulo 3, os quais foram comparados em

relação às mudanças dos valores preestabelecidos para cada parâmetro variável,

assim como foi feita à discussão pertinente aos efeitos dessas mudanças nas

propriedades, na taxa de deposição do metal de adição, nas microestruturas do

metal de base e da solda.

4.1 Microestruturas encontradas nas regiões da solda

4.1.1 Zona Fundida (ZF)

A região da zona fundida apresentou os seguintes microconstituintes, grãos

colunares de ferrita acicular AF, com ferrita de contorno de grãos PF(G), regiões

com ferrita de segunda fase alinhada FS (A) e ferrita intragranular poligonal PF (I),

Figuras 4.1 A e 4.1 B a seguir. A presença dessas microestruturas era esperada

conforme citado no item 2.7.

Foi observada a presença de grãos de perlita colunares FC (P), Figura 4.1 A,

que cresceram a partir dos grãos do metal de base (na mesma direção

cristalográfica) e ferrita primária PF (I), Figura 4.1 B.

Figura 4.1 – Microconstituintes encontrados na Zona Fundida.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 50

4.1.2 Zona Termicamente Afetada (ZTA)

A região da ZTA apresentou grão de ferrita ao se aproximar do metal de base e

na região contígua a zona fundida, apresentou ferrita com segunda fase alinhada FS

(A), Figura 4.2 A. Na região próxima do segundo passe foram encontrados grãos

refinados de ferrita e de perlita, Figura 4.2 B.

Esse refino de grão era esperado e decorreu provavelmente da austenitização

da região do passe anterior pelo passe subsequente, alinhando-se com as

afirmativas de Marques et al., (2008) e Davis & King apud Santos Neto, (2003).

Figura 4.2 - Microconstituintes encontrados na ZTA.

A presença de grande quantidade de ferrita nas microestruturas encontradas

nessa zona que a mesma esta associada a altos níveis de resistência, como foi

citado no item 2.8, o que veio a se confirmar no comportamento do material da

solda, comprovando-se os resultados dos ensaios de resistência à tração, mostrados

na Tabela 4.7 (p.62).

4.1.3 Zona de Ligação

Na região da Zona de Ligação as microestruturas observadas na fronteira entre

a ZF e a ZTA, Figura 4.3 A, apresentou grãos colunares de perlita FC(P), ferrita de

contorno de grão PF(G) e ferrita acicular AF (ripas claras), Figura 4.3 (B).

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 51

Figura 4.3 - Microconstituintes encontrados na Zona de Ligação.

Foram encontrados ainda grãos de perlita colunares que cresceram a partir dos

grãos do metal de base (na mesma direção cristalográfica) e ferrita primária (PF). No

metal de base foi observada a presença de colônias de perlita FC(P) e ferrita

primária (PF) ou proeutetóide com morfologia acicular, Figura 4.4..

Figura 4.4 - Microconstituintes encontrados próxima da linha de ligação.

4.2 Morfologia do cordão de solda

Nos pré-testes de caracterização morfológica da largura, do reforço e da

penetração do cordão de solda observou-se a adequada seleção dos valores

utilizados da tensão, V

alim

e DBCP, a facilidade com que a transferência metálica foi

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 52

efetuada e a formação mínima da escória, necessitando apenas de uma rápida

limpeza com escova de aço rotativa, para preparar o conjunto ao passe seguinte.

4.2.1 Efeito da tensão.

A Figura 4.5 apresenta as macrografias obtidas para as tensões do arco de 26

V e 34 V, com a mesma DBCP de 16 mm e velocidade de alimentação de 10 m/min.

Verifica-se a redução da penetração e do reforço e a aumento da largura do cordão

de solda com a mudança do nível de tensão.

4.5 a) 26 V 4.5 b) 34 V

Figura 4.5 – Alterações na morfologia da solda com o aumento de 26 V para 34 V.

Conforme dados da Tabela 4.5, a largura aumento 23,43%, com a mudança

da tensão de 26 V para 34 V. Tal comportamento está de acordo com descrito na

literatura, (WAINER et al., 1992).

Tabela 4.1 – Resultados da determinação da morfologia em relação à tensão.

Morfologia

Tensão (V)

Largura

Unidade

(mm)

12,29

15,17

Comportamento

Aumentou

23,43%

Reforço

Unidade

(mm)

2,62

2,41

Comportamento

Reduziu

8,01%

Penetração

Unidade

(mm)

7,61

6,96

Comportamento

Reduziu

8,54%

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 53

O comportamento do reforço do cordão para os mesmos níveis de mudança da

tensão apresentou redução de 8,01%, Tabela 4.1. Esse comportamento se alinha,

por analogia, com a afirmativa de RODRIGUES (2005), que ao estudar o índice de

convexidade (relação do reforço pela largura do cordão), concluiu que, aumentando-

se a tensão, tem-se uma diminuição desse índice. Isso foi verificado com a mudança

da tensão de 26 V para 34 V, que fez reduziu em 8,01% o reforço e aumentou em

23,43% a largura, validando assim o comportamento do reforço em relação ao

aumento da tensão.

Com relação do efeito da tensão sobre a penetração, a Tabela 4.1 mostra que

a penetração reduziu em 8,54% com a mudança da tensão de 26 V para 34 V. Tal

comportamento está de acordo com a literatura, (WAINER, 1992).

De forma geral o comportamento da morfologia do cordão não apresentou

alterações significativas nos valores absolutos da largura, que aumentou 2,88 mm,

do reforço e da penetração que reduziram respectivamente 0,65 mm e 0,21 mm, em

relação à mudança da tensão de 26 V para 34 V, Figura 4.6..

Morfologia X Tensão

26 V 30 V 34 V

Tensão (V)

Dimensãoes do cordão de

solda (mm)

Largura Reforço Penetração

Figura 4.6 – Comportamento da morfologia do cordão de solda em função da

tensão.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 54

4.2.2 Efeito da velocidade de alimentação

Conforme a Tabela 4.2 com a mudança V

alim

de 12,5 m/min para 10 m/min,

ocorreu aumento da largura, do reforço e da penetração do cordão de solda

respectivamente de 14,26%, 8,6% e 10,43%.

Tabela 4.2 – Resultados da determinação da morfologia em relação a V

alim.

Morfologia

alim

(m/min)

12,5

Largura

Unidade

(mm)

12,53

14,26

Comportamento

Aumentou

13,80%

Reforço

Unidade

(mm)

2,44

2,65

Comportamento

Aumentou

8,60%

Penetração

Unidade

(mm)

6,71

7,41

Comportamento

Aumentou

10,43%

Resumidamente o comportamento da morfologia do cordão em relação às

mudanças de valores da V

alim

não apresentou alterações significativas na largura, no

reforço e na penetração. Figura 4.7.

Morfologia X V

alim

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

10,00 11,25 12,50

Valim (cm/min)

Dimnsões do cordão de solda

(mm)

Largura Reforço Penetração

Figura 4.7 - Comportamento da morfologia do cordão de solda em função da V

alim.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 55

4.2.3 Efeito da DBCP.

Os dados da Tabela 4.3, indicam que a mudança na DBCP de 16 para 20 mm,

a largura reduziu 1,66 mm, o reforço apenas 0,21 mm e a penetração 0,68 mm. Esse

comportamento está de acordo com o apresentado no gráfico da Figura 2.5 (p.13).

Tabela 4.3 - Resultados da determinação da morfologia em relação à DBCP.

Morfologia

DBCP (mm)

Largura

Unidade

(mm)

13,73

12,07

Comportamento

Reduziu

12,09%

Reforço

Unidade

(mm)

2,72

2,51

Comportamento

Reduziu

7,72%

Penetração

Unidade

(mm)

7,72

7,04

Comportamento

Reduziu

8,80%

De forma geral o comportamento da morfologia do cordão, consoante a Figura

4.8, não apresentou alterações significativas nos valores absolutos da largura,

reforço e penetração, em relação às mudanças da distância bico de contato-peça.

DBCP x Morfologia

16 18 20

DBCP (mm)

Dimensões do cordão de

solda (mm)

Largura Reforço Penetração

Figura 4.8 - Comportamento da morfologia do cordão de solda em função da

DBCP.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 56

4.3 Taxa de deposição

Os valores da taxa de deposição de cada experimento são apresentados no

APÊNDICE B.

A Tabela 4.4 apresenta para cada parâmetro de soldagem os valores médios

da taxa de deposição selecionados para cada nível de tensão, V

alim

e DBCP

utilizados.

Tabela 4.4 – Resultados da taxa de deposição obtida em relação à tensão, V

alim

e DBCP.

Parâmetro de

soldagem

Taxa de deposição (Kg/h)

Valor Médio

(kg/h)

Desvio

Padrão

Tensão

(V)

3,42

4,14

3,24

3,60

0,39

3,06

4,32

3,42

4,21

3,75

0,89

alim

(m/min)

3,42

3,06

3,24

3,42

3,28

01,8

12,5

4,14

4,32

3,60

4,21

4,07

0,13

DBCP

(mm)

3,42

3,06

4,14

4,32

3,74

0,59

3,24

3,42

3,60

4,21

3,62

0,42

4.3.1 Efeito da tensão na taxa de deposição

Em relação a esse parâmetro, o maior valor médio da taxa de deposição foi de

3,75 kg/h para a tensão de 34 V, Tabela 4.4, sem que ocorresse porosidade ou

mordedura no cordão de solda. Representando um aumento médio de 4,17% em

relação à tensão de 26 V. Esse comportamento está de acordo com RODRIGUES

(2005), o qual verificou que o aumento isolado da tensão não causa uma variação

significativa, porém a interação tensão-DBCP maximiza a taxa de deposição para a

combinação da tensão máxima com DBCP mínima. Como será mostrado a seguir no

item 4.3.3.

4.3.2 Efeito da velocidade de alimentação na taxa de deposição

Com a mudança da V

alim

de 10 m/min para 12,5 m/min, a taxa de deposição

apresentou um aumento no valor médio de 24,08%. Tabela 4.4.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 57

Esse comportamento da proporcionalidade da taxa de deposição com a V

alim

alinha-se com a literatura apresentada no item 2.4.2, a qual cita a relação direta da

corrente de soldagem com a velocidade de alimentação, e ainda com o gráfico da

Figura 2.3 (p.9).

4.3.3 Efeito da DBCP na taxa de deposição

Os dados da Tabela 4.4, mostram que a mudança na DBCP de 16 mm para 20

mm resultou uma redução média na taxa de deposição de 3,23%.

Esse comportamento condiz com o relatado na literatura citada no item 2.3 e

mostrado no gráfico da Figura 2.3 (p.9), na qual segundo RODRIGUES (2005), a

partir de 15 mm e até um valor de 17,5 mm na DBCP, tem-se um acréscimo da taxa

de deposição, e a partir desse valor essa resposta começa a diminui, o que se

confirmou nos resultados obtidos nessa pesquisa, para a DBCP de 20 mm.

Relacionado os efeitos concomitantes da tensão, velocidade de alimentação e

distância bico de contato-peça, sobre o comportamento da taxa de deposição,

destaca-se a velocidade de alimentação como o parâmetro de maior significância,

conforme Figura 4.9.

Taxa de deposição X Tensão, V

alim

e DBCP

3,0

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

4,1

4,2

1 2 3

Parâmetros

Taxa de deposição (kg/h)

Tensão (V) Valim (m/min) DBCP (mm)

Figura 4.9 – Comportamento da taxa de deposição em relação à tensão, V

alim

DBCP.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 58

4.3.4 Efeito da energia de soldagem na taxa de deposição

O gráfico da Figura 4.10 mostra a taxa de deposição máxima de 4,32 kg/h

correspondendo à energia de soldagem de 145,7 J/cm, ocorrida para o Experimento

4, com os seguintes parâmetros: 34V, 12,5 m/min e 16mm, conforme Tabela 4.5.

Taxa de deposição X Energia de soldagem

2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4,5

91,1 94,85 104 108,16 115,2 127,84 130,56 134,91 145,79

Energia de soldagem (J/cm)

Taxa de depsosição (Kg/h)

Figura 4.10 – Taxa de deposição em relação à energia de soldagem.

Tabela 4.5 – Resultados da taxa de deposição e da energia de soldagem.

Experimento

Tensão

(V)

alim

(m/min)

DBCP

(mm)

Corrente

(A)

Taxa de

deposição

(kg/h)

Energia de

soldagem

(J/cm)

11,5

240

4,14

115,20

228

3,42

94,85

240

3,06

130,56

12,5

260

4,14

108,16

12,5

268

4,32

145,79

219

3,24

91,10

235

3,42

127,84

12,5

250

3,60

104,00

12,5

248

4,21

134,91

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 59

Por outro lado a menor taxa de deposição foi de 3,24 kg/h com a energia de

91,10 J/cm, ocorrida para Experimento 5, que teve os seguintes parâmetros de

soldagem: 26 V, 10 m/min e 20 mm, Tabela 4.5. Podendo-se inferir que a tensão,

não de forma isolada, mas quando associada à baixa velocidade de alimentação

menor foi de 10 m/min), foi o parâmetro de maior contribuição para a redução da

energia de soldagem e da taxa de deposição, isso foi verificado nos Experimentos 1

e 5, Tabela 4.5.

4.4 Resistência ao impacto

Os resultados obtidos da energia absorvida (J) nos ensaios de resistência ao

impacto, Charpy criogênico, nas zonas ZF, ZTA e metal de base, em relação à

tensão, V

alim

e DBCP, utilizados, são apresentados na Tabela 4.6. O detalhamento

dos valores obtidos de cada um desses parâmetros encontra-se tabelados no

APÊNDICE B.

Tomando como referência o valor de 35,30 J, correspondente à média da

energia absorvida verificada para o metal de base (100%), comparativamente se

verifica que, a região da ZF apresentou uma redução de 1,7% (34,71 J) e na ZTA de

2,43% (34,46 J), mesmos assim esses valores estão acima do mínimo recomendado

de 34 J, para o Aço ASTM A-36. Podendo-se concluir que a proximidade nos valores

de energia absorvida apresentados foi um resultado positivo, e que não houve

interferência significativa na resistência ao impacto para os níveis de valores da

tensão, velocidade de alimentação e DBCP utilizados nesta pesquisa.

Tabela 4.6 – Resultados da energia absorvida em relação à tensão, V

alim

e DBCP.

Regiões

da solda

Tensão (V)

alim

(m/min)

DBCP (mm)

Valor

médio (J)

12,5

Energia absorvida (J)

34,27

34,31

34,99

34,64

35,06

34,67

34,71

ZTA

34,55

35,01

34,17

35,49

32,37

35,26

34,46

35,30

35,40

35,30

36,03

35,29

34,47

35,30

No APÊNDICE B são apresentados os valores da energia absorvida, obtidos

em três corpos-de-prova de cada uma das regiões da solda.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 60

Foi verificado que todos os corpos-de-prova rompidos nos ensaios Charpy,

apresentaram à fratura de aspecto fosco ou fibroso correspondendo à fratura dúctil,

CALLISTER, (2002), caracterizada por deformação bastante pronunciada antes da

ruptura total da seção resistente original.

De forma geral, praticamente todos os valores médios estão acima do valor

mínimo de 34 J recomendado para o aço ASTM A-36, portanto aceitáveis, a exceção

para um caso ocorrido na região da ZTA com a DBCP de 16 mm, cuja média

registrou 32,37 J.

4.5 Resistência à tração

Os ensaios de tração transversal comprovaram a integridade das juntas

soldadas, em razão de que todos os corpos de provas romperam no metal de base.

Na Figura 4.11 são apresentados os corpos-de-prova dos experimentos PC, 1,4 e 8,

soldados com os seguintes parâmetros de (30 V, 11,25 m/min, 18 mm), (26 V, 10

m/min, 16 mm), (34 V, 12,5 m/min; 16 mm) e (34 V, 12,5m/min, 20 mm).

Figura 4.11 – Fotografias de corpos-de-prova rompidos no ensaio de tração.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 61

As médias dos resultados desses ensaios tomadas para os parâmetros de

soldagem tensão, velocidade de soldagem e distância bico de contato-peça

mostrados na Tabela 4.7, apresentaram uma uniformização de valores acima do

valor mínimo de resistência à tração recomendado pela ASTM para o aço A-36, que

é de 400 MPa, portanto são aceitáveis. É mostrado também o valor médio da

energia de soldagem (J/cm) para cada um dos três parâmetros relacionados.

Tabela 4.7 – Resistência à tração em relação à tensão, V

alim

e DBCP.

Parâmetros de

soldagem

Resistência à Tração

(MPa)

Média

(MPa)

Desvio

padrão

Energia

(J/cm)

Tensão

(V)

410,9

404,2

413,2

409,4

4,3

98,9

403,9

406,3

405,8

405,3

1,3

136,2

alim

(m/min)

410,9

406,3

413,2

410,1

3,5

106,8

12,5

403,9

404,2

405,8

404,6

3,0

136,2

DBCP

(mm)

405,9

403,9

406,2

405,3

1,3

112,8

412,3

410,2

411,8

411,4

1,1

97,6

4.5.1 Efeitos da tensão na resistência à tração

Com relação à tensão foi verificado o maior valor médio de resistência à tração

para a tensão de 26 V, Tabela 4.7, porém, a energia de soldagem foi a mais baixa

(98,9 J/cm). Esse comportamento deve ser explicado conjuntamente com a variação

da DBCP, como mostrado Figura 2.6 (p.14), a qual relaciona a tensão e corrente.

Quando a DBCP é aumentada (de l

p/ l

), a tensão aumenta e a corrente diminui, e

consequetemente a energia de soldagem diminui, o que ficou evidenciado através

dos resultados mostrados na Tabela 4.7. Em suma, o valor médio ligeiramente maior

da resistência à tração para 26 V, provavelmente foi em razão da menor energia de

soldagem aportada ao material quando da soldagem com esse nível de tensão.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 62

4.5.2 Efeitos da velocidade de alimentação na resistência à tração

A Tabela 4.7 mostra que para a V

alim

de 10 m/min foi obtido o maior valor médio

de resistência à tração e menor de energia de soldagem em relação a V

alim

12,5

m/min, provavelmente em razão da proporcionalidade da velocidade de alimentação

com a corrente de soldagem, como citado no item 2.4.2, o que pode ter ocasionado

menores transformações metalúrgicas no metal de base.

4.5.3 Efeitos da DBCP na resistência à tração

A média dos resultados para a DBCP de 16 mm apresentou menor valor de

resistência à tração em relação à DBCP de 20 mm, e maior valor de energia de

soldagem. Isso provavelmente em razão de que, quanto maior for a DBCP, menor

será a corrente, o que faz reduzir o aporte térmico, e com isso menor transformação

metalúrgica no metal de base, como comentado no item 2.4.3 e verificada pela

redução da energia de soldagem, como mostra a Tabela 4.7..

Em razão da manutenção da integridade das juntas soldadas ficou comprovado

nesses ensaios, que não houve prejuízo da resistência à tração do material de base,

em razão dos valores utilizados nessa pesquisa da tensão, velocidade de

alimentação e DBCP.

4.6 Dureza

Objetivando a verificação de possíveis alterações da dureza nas regiões do

cordão de solda, foi realizada a caracterização da dureza dos conjuntos soldados

em função da variação da tensão, da velocidade de alimentação e da DBCP.

O aumento da dureza em soldagem está associado à formação de fases mais

duras e mais susceptíveis ao trincamento pela fragilização tanto do material de base

como do material da solda.

4.6.1 Efeitos da tensão na dureza

Os resultados da dureza Vickers em relação à tensão de soldagem mostrados

na Figura 4.12, tomada nos pontos de 1 a 4 sobre a ZF, revelam maiores valores de

dureza para a tensão de 26 V.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 63

Efeito da tensão na Dureza HV

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pontos de medição

Dureza (HV1)

Tensão 26 V Tensão 30 V Tensão 34 V

ZTA

Figura 4.12 – Comportamento da dureza na ZF, ZTA e MB em relação à tensão.

Na ZTA (pontos 4 a 8), se observa aumento dos valores da dureza para a

tensão de 34 V, e uma redução para a tensão de 26 V, mantendo-se quase que

constante até a região do metal de base.

Fato importante observado foi que, embora os maiores valores de dureza

tenham sido na ZTA para a tensão de 34 V (Figura 4.12), mesmo assim foram

menores do que os registrados na ZF para a tensão de 26 V, mostrando-se viável a

utilização da tensão de 34 V.

4.6.2 Efeitos da velocidade de alimentação na dureza

O comportamento da dureza em relação à velocidade de alimentação

visualizado no gráfico da Figura 4.13, apresentou o desenho das curvas semelhante

ao da tensão (Figura 4.12), porém diferentemente dos valores desses parâmetros

que apresentaram comportamento inverso, ou seja, para o maior nível de V

alim

(12,5

m/min), correspondendo ao de menor nível de tensão usado (26 V). Esse

comportamento se alinha com a relação tensão x V

alim

mostrado na Figura 2.4 (p 12).

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 64

Efeito da V

alim

na Dureza HV

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Distância ao centro do cordão (mm)

Dureza (HV)

Valim 10,0 m/min Valim 11,25 m/min Valim 12,5 m/min

ZTA

Figura 4.13 – Comportamento da dureza na ZF. ZTA e MB em relação à V

alim.

4.6.3 Efeitos da DBCP na dureza

A Figura 4.14 a seguir, apresenta graficamente a visualização dos valores

médios obtidos de dureza para as três regiões, zona de fusão (ZF), ZTA e metal de

base (MB), em função da distância ao centro do cordão de solda. Os valores

indicam que, para todas as medições efetuadas no metal da solda, a ZF apresentou

maiores valores de durezas do que as demais regiões do cordão de solda, assim

como a ZTA registrou durezas maiores que a do metal de base.

Efeito da DBCP na dureza

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pontos de medição

Dureza (HV1)

DBCP 16 mm DBCP 18 mm DBCP 20 mm

ZTA

Figura 4.14 – Efeito da distância bico de contato-peça na dureza.

Capitulo 4 – Resultados e Discussão 65

Com base nos resultados das médias das durezas de cada região dos

conjuntos soldados, mostrados no gráfico da Figura 4.15, pode-se concluir que, com

a mudança na DBCP de 16 para 20 mm, ocorreu uma diminuição da dureza na

ordem de 15,13% na ZF, aumentos de 16,59% na ZTA e de 9,53% na região do

metal de base próxima ao cordão de solda.

Com a alteração na DBCP de 16 para 20 mm a dureza aumentou na ZTA em

16,59% e no metal de base em 9,53%.

Dureza nas Zonas do Cordão de Solda

230,0

195,2

157,3

183,4

145,8

159,7

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Zonas ZF ZTA MB

Dureza (HV1)

DBCP 16 mm ZF DBCP 20 mm ZF DBCP 16 mm ZTA

DBCP 20 mm ZTA DBCP 16 mm MB DBCP 20 mm MB

Figura 4.15 – Durezas na ZF, ZTA e Metal de Base dos cordões de solda.

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

5.1 Conclusões gerais

Para os valores de parâmetros utilizados nessa pesquisa pode-se concluir que:

 O aumento da tensão de soldagem de 26 V para 34 V resultou numa maior

largura do cordão de solda, com aumento de 23,4%. Por outro lado reduziu o

reforço em 8,0% e a penetração em 8,5%.

 Mudança na velocidade de alimentação do arame (V

alim

) de 10 m/min para

12,5 m/min resultou um acréscimo de 13,8% na largura, de 8,6% no reforço e

de 10,4% na penetração.

 Com o aumento da distância bico de contato-peça (DBCP) de 16 para 20 mm,

houve reduções nas três dimensões do cordão de solda, sendo de 12,0% na

largura, de 7,7% no reforço e de 8,8% na penetração.

 Mesmo ocorrendo variações de dureza nas diferentes regiões da solda (ZF,

ZTA e MB), com a zona de fusão apresentando valores mais elevados,

provavelmente pela presença nessa região de agregados de ferrita com

carbonetos (FC) incluindo perlita FC(P), todos os valores de dureza

encontrados ficaram dentro dos limites normatizados para qualificar a

fragilização da solda.

 Os ensaios de resistência à tração e de resistência ao impacto confirmaram

os níveis adequados exigidos por norma para todas as condições de ensaio.

 A taxa de deposição foi alterada mais intensamente pela variação da

velocidade de alimentação, aumentando em 24,08%. Por outro lado, não

houve alteração significativa com relação às medias da tensão que aumentou

em 4,17% e da DBCP, que reduziu em 3,23%.

 Obteve-se taxa de deposição da ordem de 4,32 kg/h, valor esse bem superior

se comparável às taxas de deposição obtidas pelo processo GMAW, quando

utilizado V

alim

de 12,5m/min, tensão de 34 V e DBCP de 16 mm. Destaca-se a

velocidade de alimentação, dentre os parâmetros utilizados, como sendo o de

maior significância na taxa de deposição.

Capítulo 5 Conclusões e Recomendações 67

5.2 Recomendações para trabalhos futuros

 Análise econômica dos resultados utilizando misturas de gases.

 Estudo dos parâmetros de soldagem utilizando outros tipos de juntas.

 Análise da produtividade dos parâmetros de soldagem utilizando arame

tubular autoprotegido.

 Análise de inclusões de óxidos em cordão de solda produzido pelo FCAW,

utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Produção Científica no Período (Março 2008 – Agosto 2009)

PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO

Solidification of Undercooled Pb-Sb Alloys

José Costa de Macedo Neto, Emanuel Rezende Rodrigues, Luiz Ivan

Negrin, José Luiz Valin Rivera, Áureo Anderson de Assis Monteiro,

Gildeones Andrade Protázio and José Lindon Johnson de Melo.

Abstract— Rapid Solidification Processing (RSP), of metals and alloys, is establish by

increasing of the undercooling applying high cooling rates (102 - 106 K/s) or by reduce

nucleation sites using low cooling rates (1 K/s). Melt undercooling opens new solidification

pathways for new non-equilibrium phases and unusual microstructures. Several techniques

have been developed to reduce nucleation sites and produce increased undercooling in metals

and alloys including the fluxing technique. The aim of this paper is to study the influence of

the undercooling level on microstructures of Pb-7,6 % Sb alloy by using the fluxing

technique. Samples without flux and with flux 30% P2O5 + 20% Sn O + 50% SnF2 (%mol)

were used. The increasing undercooking occurred in sample that used flux and the refinement

primary dendrites and eutectic was observed when the undercooking increases. Increasing the

undercooking led to a higher growth rate, hence morphological refinement occurs.

Key Words — Undercooking, Pb-Sb alloys, microstructure, rapid solidification.

Referências 69

REFERÊNCIAS

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, ASTM – E 389, 1998.

AMERICAN WELDING SOCIETY. 2008 Structural Welding Code. Steel.

ANSI/AWS D1.1, 2008.

AMERICAN WELDING SOCIETY. Specification for carbon Steel Electrodes for

Flux cored Arc Welding. ANSI/AWS A 5.20, 2005.

ASM Handbook. Volume 6 – Welding, Grazing and Soldering, (1993).

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais metálicos –

Determinação da resistência ao impacto em corpos-de-prova entalhados

simplesmente apoiados: Norma NBR 6157. Rio de Janeiro, 1980. 8p

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais metálicos -

Ensaio de tração à temperatura ambiente: NBR 6152. Rio de Janeiro, 1992.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais metálicos –

Ensaios de impacto por pendulo Charpy: Norma MERCOSUL NM281-1:2003.

Rio de Janeiro, 2003.11p.

BELGO ARCELOR. Especificação do Aço de Qualidade Estrutural Naval.

Disponível em:

<http://www.belgo.com.br/produtos/construcao_civil/produtos_planos/pdf/produtos_

planos.pdf>. Acesso em: 28 de junho de 2008.

CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma introdução. 5°

Edição. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2002.

CAMPOS, Paulo Tancredo de. Caracterização Mecânica e microestrutural de

juntas soldadas pelos processos MIG/MAG (GMAW) e Arame Tubular (FCAW).

Pontifícia Universidade Católica do Paraná, 2005. Disponível em < www.pucp.br.

Acesso em 18 de agosto de 2009.

Referências 70

COLPAERT, Humberto. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos. 5° Edição.

Editora LTC, Rio de Janeiro, 2008.

ESAB – Especificações do Arame tubular para soldagem de aços de baixo e médio

teor de carbono com gás de proteção externo. Disponível em

http://www.esab.com.br/br/por/Produtos/consumiveis/tubulares/PGBaixoCarbono.cf

m. Acesso em 02 de abril de 2009.

FIGUEIREDO, Kléber Mendes. Tese de Doutorado, Aplicação de ensaio de

impacto Charpy instrumentado no estudo da tenacidade à fratura dinâmica

nas soldas a arco submerso em aços para caldeiras. Universidade de São

Paulo – Escola de Engenharia de São Carlos. São Carlos (SP). 2004.

JOAQUIM, Roberto. Processo de Soldagem por Arame Tubular. Artigo

publicado em INFOSOLDA. 2009. Acesso em 09 de setembro de 2009, disponível

em www.infosolda.com.br/dowload/61ddu.pdf

KINSEY, A. J. The welding of structural steels without preheats. Welding

Journal 79 n

4. April 2000. Disponível em

http://vnweb.hwwilsonweb.com/hww/Journals. Acesso em 28 de setembro de 2009.

KOU, Sindo. Welding Metallurgy. New York, John Wiley & Sons, 1987.

MACHADO, Ivan Guerra. Soldagem & Técnicas Conexas: Processos. Porto

Alegre. Editado pelo autor, 1996.

MARQUES, Paulo Villani; MODENESI, Paulo J. BRACARENSE, Alexandre

Queiroz. Soldagem – Fundamentos e Tecnologia. 2° Edição. Editora UFMG,

Belo Horizonte, 2007.

MODENESI, P. J; NIXON, J.H. Arc Instability Phenomena in GMA Welding.

Welding Journal. Vol. 73, 1994, p 219-224. Disponível em

http://vnewb.hw.wilsonweb.com/hww/savefiles. Acesso em 28 de setembro de

2009.

MODENESI, Paulo José. Apostila – Soldabilidade dos Aços Transformáveis.

Referências 71

UFMG, Belo Horizonte, março de 2004.71p.

MODENESI, Paulo José. MARQUES, Paulo Villani; SANTOS. Dagoberto B.

Apostila - Introdução à metalurgia da Soldagem. Capítulos 1, 2 e 3. UFMG, Belo

Horizonte, maio de 2006.74p.

ORDÓÑEZ, Robert Eduardo Cooper. Dissertação de Mestrado, Soldagem e

caracterização das propriedades mecânicas de dutos de aços API 5L-X80

com diferentes arames tubulares. Faculdade de Engenharia Mecânica,

Universidade Estadual de Campinas, 2004. Disponível em <www.usp.unicamp.br>.

Acesso em 03 de março de 2009.

QUITES, A. M. Introdução à soldagem a Arco Voltaico. Soldasoft, Florianópolis,

2002.

RODRIGUES, Lucilene de Oliveira. Dissertação de Mestrado, Análise e

Otimização de Parâmetros na Soldagem com Arame Tubular. Universidade

Federal de Itajubá, Itajubá (MG), 2005. Disponível em

<http://200.131.186.194/phl/pdf/0029437.pdf>. Acesso em 10 de março de 2009.

S.A. David, S.S. Babu, and J.M. Vitek. Welding: Solidification and

Microstructure. Disponível em (http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/0306/David-

0306.html). Acesso em 01 de dezembro de 2009.

SANTOS NETO, Norival Ferreira dos. Dissertação de Mestrado, Caracterização

de soldas em aços API 5L com diferentes arames tubulares e temperaturas

de preaquecimento. Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual

de Campinas, 2003. 87 p. Disponível em <www.usp.unicamp.br>. Acesso em 28 de

junho de 2008.

TESKE, Mário. Dissertação de Mestrado, Influência da Composição do Gás de

Proteção na Soldagem do Aço ASTM A-516 Pelo Processo GMAW.

Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba (PR). 2006.

USIMINAS. Especificação do Aço de Qualidade Estrutural Naval. Disponível

http://www.usiminas.com.br/irj/servlet/prt/portal/prtroot/docs/guid/e01d0687-d64a-

Referências 72

2b10-4bb5-f5b01c36837. Acesso em 28 de junho de 2008.

WAINER, Emilio; BRANDI, Sérgio Duarte; MELLO, Fábio Décourt Homem de.

Soldagem – Processos e Metalurgia. 6° Reimpressão 2008. Editora Blucher, São

Paulo SP, 1992.

Welding Handbook. Welding Science and Technology. 9th ed., Miami-USA.

American Welding Society, v.1, 2001, p.240-292.

Apêndice A – Morfologia em relação à Tensão, V

alim

e DBCP 73

APÊNDICE A – MORFOLOGIA EM RELAÇÃO À TENSÃO, V

ALIM

DBCP.

Resultados da morfologia em relação à tensão

Tensão

Largura (mm)

Média

Desvio

Padrão

26 V

11,78

12,80

12,30

12,26

12,29

0,42

34 V

15,60

15,53

14,40

15,13

15,17

0,57

Reforço (mm)

26 V

2,77

2,85

2,66

2,19

2,62

0,30

34 V

2,48

2,60

2,00

2,55

2,41

0,28

Penetração (mm)

26 V

7,62

7,60

7,59

7,61

0,02

34 V

6,96

7,04

7,06

6,79

6,96

0,12

Resultados da morfologia em relação à V

alim

(m/min)

Largura (mm)

Média

Desvio

Padrão

10,0

11,78

12,60

13,22

12,53

0,59

12,5

13,99

13,53

14,40

15,13

14,26

0,68

Reforço (mm)

10,0

2,77

2,18

2,60

2,19

2,44

0,30

12,5

2,85

2,99

2,19

2,55

2,65

0,35

Penetração (mm)

6,32

6,52

6,95

7,04

6,71

0,34

12,5

7,73

7,72

7,12

7,06

7,41

0,37

Resultados da morfologia em relação à DBCP

DBCP

(mm)

Largura (mm)

Média

(mm)

Desvio

Padrão

13,78

13,60

13,99

13,53

13,73

0,21

12,52

11,22

12,24

12,30

12,07

0,58

Reforço (mm)

2,77

2,48

2,85

2,77

2,72

0,16

2,66

2,52

2,29

2,55

2,51

0,16

Penetração (mm)

7,62

7,82

7,73

7,72

0,14

6,95

7,04

7,12

7,06

7,04

0,04

Apêndice B – Taxa de Deposição e Energia de Soldagem 74

APÊNDICE B - TAXA DE DEPOSIÇÃO E ENERGIA DE SOLDAGEM

Experimento

Resultados

Taxa de

deposição

(1)

Energia de

Soldagem

(2)

Corrente

Massa das amostras (kg)

(A)

inicial

final

∆m

kg/h

(J/cm)

240

4,870

4,985

0,115

4,14

115,20

228

4,870

4,965

0,095

3,42

94,85

240

4,820

4,905

0,085

3,06

130,56

260

4,870

4,985

0,115

4,14

108,16

268

4,890

5,010

0,120

4,32

145,79

219

4,840

4,930

0,090

3,24

91,10

235

4,875

4,970

0,095

3,42

127,84

250

4,865

4,965

0,100

3,60

104,00

248

4,855

4,972

0,117

4,21

134,91

(1) Calculada pela Equação 3.1, com o tempo de soldagem para dois passes,

conforme APÊNDICE C.

(2) Calculada pela Equação 2.1.

Apêndice C – Cálculo do tempo de soldagem 75

APÊNDICE C - CÁLCULO DO TEMPO DE SOLDAGEM

Espaço percorrido pelo arame tubular durante a soldagem

Velocidade de soldagem (v ), constante

cm/min

Tempo de soldagem por passe.

(h) em

60.















1 passe

0,0139

2 passes

0,0278

Apêndice D – Resultados do Ensaio Charpy 76

APÊNDICE D – RESULTADOS DOS ENSAIOS CHARPY

Energia absorvida no ensaio Charpy em relação à tensão, V

alim

e DBCP.

Parâmetro

Região

da solda

Energia absorvida (J)

Desvio

padrão

Unidade

Valor

Média

Tensão

(V)

33,32

34,48

35,00

34,27

0,86

ZTA

33,62

34,12

35,90

34,55

1,20

34,50

36,40

35,00

35,30

0,98

34,58

34,64

33,7

34,31

0,53

ZTA

35,40

35,07

34,56

35,01

0,42

35,99

34,6

35,60

35,40

0,72

alim

(m/min)

34,37

36,21

34,40

34,99

1,05

ZTA

35,84

36,79

29,88

34,17

3,75

34,50

36,40

35,00

35,30

0,98

12,5

34,58

34,64

34,70

34,64

0,06

ZTA

35,4

35,07

35,99

35,49

0,47

36,90

35,40

35,80

36,03

0,78

DBCP

(mm)

36,31

34,86

34,00

35,06

1,17

ZTA

31,47

35,77

29,88

32,37

3,05

34,50

36,40

34,96

35,29

0,99

34,58

34,64

34,8

34,67

0,11

ZTA

35,40

35,07

35,3

35,26

0,17

33,60

34,50

35,30

34,47

0,85

Anexo A – Especificações técnicas do arame tubular 77

ANEXO A – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO ARAME TUBULAR

Anexo A – Especificações técnicas do arame tubular 78

Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
 
Milhares de Livros para Download:
 
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas

Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
 
 