Caracterização dos cordões de soldadura

Neste capítulo vão-se estudar três processos relativamente recentes e que derivam do processo MIG/MAG: Cold Metal Transfer (CMT), Surface Tension Transfer (STT) e FastRoot.

Através de soldaduras sobre chapa e de canto vai-se estudar e comparar as características das soldaduras entre os diversos processos, nomeadamente a penetração e largura dos cordões, diluição e área fundida dos cordões de soldadura. Através do estudo destas características espera-se verificar se de facto estes processos trazem vantagens relativamente ao MAG normal em certas aplicações. Estas variantes têm como principais aplicações a soldadura de chapa fina e passes de raiz, devido a estarem associadas baixas entregas térmicas e bom controlo do processo. Prevê-se que a transferência em curto-circuito controlado leve a um processo mais estável, com menos salpicos e sem ocorrência de faltas ou excesso de fusão na raiz ou nos cordões de topo em chapa fina.

Processos MAG CMT STT FastRoot

Soldadura

Figura 4.15 - Exemplo do perfil de soldaduras dos diferentes processos, 200 A e Ar+8%CO2 como gás de protecção

Na figura 4.15 pode-se ver exemplos dos perfis das soldaduras dos diferentes processos. No MAG e CMT verifica-se a penetração do tipo “finger tip”, característica explicada pelo elemento

52 dominante no gás de protecção, o árgon. Mas no caso do STT e FastRoot não se verifica a penetração do tipo “finger tip”, contrariamente ao que seria de esperar devido ao gás de protecção (Ar+8%CO2). Na verdade verifica-se que para estes dois processos a penetração é mais uniforme.

Figura 4.16 – Penetração dos diferentes processos em função da entrega térmica

Em termos de valores de penetração em depósito sobre chapa verifica-se através da figura 4.16 que é o processo MAG que tem as maiores penetrações, embora com o FastRoot no último ensaio com uma maior entrega térmica se tenha obtido uma maior penetração. Verifica-se também que o CMT é o processo com as menores penetrações e também com as menores entregas térmicas. O processo que apresenta a maior entrega térmica é o FastRoot (exceptua-se o primeiro ensaio, em que este apre(exceptua-senta uma menor entrega térmica comparativamente ao STT pois aqui a corrente utilizada foi maior, tabela 4.1), onde se verifica na sequência de ensaios de cada processo (figura 4.16) que o FastRoot apresenta uma maior entrega térmica, isto tendo em consideração que a sequência de ensaios dos processos estudados foram feitos em condições semelhantes, como pode ser confirmado na tabela 4.1. Considerando ainda o segundo ensaio do STT e do FastRoot, embora o STT utilize uma maior corrente que o FastRoot, verifica-se que é o último que apresenta a maior entrega térmica, confirmando o que foi dito anteriormente relativamente à entrega térmica.

Processo de

53

Tabela 4.1 - Sequência de valores dos ensaios realizados nos diferentes processos

A partir da tabela 4.1 pode-se verificar a razão para que exista essa diferença entre as entregas térmicas. Dá-se como exemplo os valores sombreados (corrente de aproximadamente 200 A). Como se pode verificar a velocidade de soldadura é mantida constante, a corrente é aproximadamente igual, o único parâmetro que é diferente é a voltagem, e como esta é mais elevada no caso do FastRoot, é este que tem maior entrega térmica. No caso do CMT como este funciona com voltagens mais baixas, este tem as menores entregas térmicas.

Figura 4.17 – Largura do cordão de soldadura em função da entrega térmica

Relativamente à largura dos cordões (figura 4.17), verifica-se que existe um hiato entre os processos CMT, MAG e STT, FastRoot. Existe aqui uma clara diferença entre os processos com curto-circuito controlado e curto-circuito tradicional. Apenas o CMT contraria este argumento sendo este um processo por curto-circuito controlado, em que obteve larguras similares às obtidas pelo processo MAG. A largura dos cordões do processo MAG já era esperada devido aos valores que se obteve no capítulo dos gases de protecção, mas o facto de o CMT obter larguras similares pode ser explicado pelo facto deste processo utilizar voltagens mais reduzidas, o que leva ao aumento da largura do cordão de soldadura [2]. A maior quantidade de material depositado (semelhante ao MAG: ver figura 4.20) pode também explicar estes valores para a largura do cordão.

0,00

54 Figura 4.18 – Altura dos cordões de canto em função da entrega térmica

No que se refere aos cordões de canto observa-se que é com o processo MAG que se obtém maior altura de cordão. Mas como se pode verificar pela figura 4.18 o CMT obtém valores similares de altura de cordão até aos 500 J/m de entrega térmica, e seria de esperar que se este processo conseguisse obter maiores entregas térmicas estivesse a par com o processo MAG. No caso do STT, este leva a menores alturas, devido principalmente ao facto deste processo ter baixas taxas de deposição, como se vai ver mais à frente. Não se efectuaram ensaios para o FastRoot, mas seria de esperar resultados semelhantes ao STT devido à semelhança existente entre os dois processos.

Figura 4.19 – Diluição dos diferentes processos, I = 200A

Na figura 4.19 representa-se a diluição das amostras estudadas, que como se referiu anteriormente está directamente relacionada com a entrega térmica. Verifica-se que para um mesmo valor de corrente é o FastRoot o processo com uma maior percentagem de diluição, justificado pelo facto de este processo apresentar a maior entrega térmica entre os processos estudados. Embora o MAG e o STT tenham entregas térmicas semelhantes para este valor de

0

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00

CMT

55 corrente (ver tabela 4.2), o STT apresenta uma maior diluição. Isto poderá querer dizer que a diluição não dependerá apenas da quantidade de energia que é transmitida para a chapa, mas também da forma como esta é transmitida, ou seja, sabe-se que para o STT vão existir dois picos de corrente e no MAG apenas um pico, e que esses picos de corrente são mais elevados no caso do STT o que poderá ter levado à criação de um arco mais intenso, conduzindo a uma maior quantidade de material base fundido. O mesmo se passa com o FastRoot, que ainda apresenta uma diluição maior que o STT, pois embora a sua forma de onda seja diferente da do STT, o princípio será o mesmo. Esta poderá também ter sido a razão devido ao qual a penetração do STT e FastRoot tenham sido mais uniformes. Quanto ao CMT, este apresenta a menor diluição tal como seria de esperar, pois é o processo que apresenta a menor entrega térmica.

Na tabela 4.2 são apresentados os valores de diluições e respectivas entregas térmicas dos processos estudados. Verifica-se que o STT e o FastRoot apresentam valores de diluição que são sempre superiores aos apresentados para MAG (o menor valor de diluição de STT e FastRoot é superior ao maior valor de diluição do processo MAG), em que mesmo com maiores entregas térmicas no processo MAG, este apresenta diluições menores comparativamente aos processos STT e FastRoot, o que vem mais uma vez demonstrar que a forma como a energia é transmitida tem alguma influência. Quanto aos baixos valores de diluição do CMT, estes podem ser explicados pelas baixas entregas térmicas que este processo apresenta, mas o sistema mecânico “push & pull” também pode ter alguma influência na mesma, embora tal facto não possa ser provado neste trabalho.

Processo de soldadura Entrega Térmica [J/m] Diluição [%] Área depositada [mm²] FastRoot

Tabela 4.2 - Diluição dos processos estudados e respectiva área depositada

A figura 4.20 representa a área depositada de material de adição na chapa para uma intensidade de 200 A. Na tabela 4.2 estão também representados os valores das áreas depositadas nos ensaios feitos, onde se evidencia a semelhança existente entre CMT e MAG,

56 e entre o FastRoot e STT, onde se verifica uma clara diferença entre MAG, CMT e FastRoot, STT. Os ensaios apresentados na figura foram realizados com a mesma velocidade de soldadura, pode-se então concluir sobre a taxa de deposição do material de adição e fazer uma comparação directa através dos valores apresentados na Tabela 4.2. Verifica-se a existência de uma clara diferença entre os valores obtidos para CMT e MAG, e FastRoot e STT, sendo que os últimos apresentam baixas áreas depositadas relativamente ao CMT e MAG, ou seja, baixas taxas de deposição.

É devido ao facto de o FastRoot e o STT apresentarem baixas áreas depositadas (taxas de deposição), que se obteve valores baixos de largura para os cordões em depósito sobre chapa, e no caso do STT na altura dos cordões de canto, na medida que a altura dos cordões de canto e a largura das soldaduras em depósito sobre chapa estão directamente relacionados com a taxa de deposição, pois são consequência directa da quantidade de material que é depositado.

Figura 4.20 - Área de material de adição fundido na soldadura sobre chapa

4.1.3 Emissão de fumos do processo MAG e CMT