Comportamento dos efeitos

Os fatores cujos efeitos apresentaram significância estatística foram utilizados para a determinação de superfícies de respostas, na qual a variável de estudo foi plotada sempre em função de dois fatores significativos.

Conforme visto na Tabela 17, para o modelo quadrático da diluição foram significativos quatro fatores (Im, Va, Ia, Gs) mais dois efeitos de interação (Vs x Gs e Va x Ia). As superfícies de resposta para estes fatores são trazidas e discutidas na Figura 44 a Figura 48, apresentadas na sequência.

• Diluição (D) versus corrente de soldagem (Im)

Analisando-se a Figura 44, observa-se que a corrente média é diretamente proporcional à diluição, ou seja, um aumento gradativo deste fator do nível -2 ao nível 2 leva a um aumento da resposta diluição.

Este resultado vai de encontro com o observado pelos pesquisadores Shanmugan e Murugan (2006), Kannan e Murugan (2006), Palani e Murugan (2007) e Magalhães (2008), e com o já amplamente sedimentado na literatura (AWS, 1991). Em todos estes trabalhos, um aumento na corrente média de soldagem causou um acréscimo na diluição das soldas obtidas. Enquanto Shanmugan e Murugan (2006) utilizaram o processo de soldagem TIG, Kannan e Murugan (2006) e Palani e Murugan (2007) utilizaram o processo FCAW, e Magalhães (2008) utilizou a soldagem GMAW (MIG).

Deste modo, por mais que diferentes processos de soldagem possuam características intrínsecas, exclusivas aos mesmos, observa-se que o comportamento crescente da diluição em função da corrente de soldagem constitui um fenômeno evidente, independentemente do processo utilizado.

Braga, Fernandes e Silva (2007), cujos resultados de diluição em função da corrente (usando o processo SMAW) apresentaram uma curva com formato

parabólico contendo um ponto de máximo - conforme mostrado na Figura 15, foram os únicos pesquisadores que obtiveram este comportamento.

Uma explicação para este resultado é de que a razão entre penetração e largura (P/L) dos cordões obtidos pelos mesmos diminuiu com o aumento da corrente de soldagem. A Figura 18 apresentada na revisão da literatura mostra as curvas de penetração e largura dos cordões em função da corrente de soldagem, permitindo que sejam calculadas estas razões para cada valor de corrente utilizado.

Deste modo, embora tanto a penetração quanto a largura dos cordões tenham apresentado comportamento crescente com a corrente de soldagem, o aumento da largura ocorreu em uma taxa superior ao aumento da penetração, fazendo com que a razão P/L diminuísse, ocasionando uma diminuição na diluição.

Figura 44 - Efeito da corrente média (Im) e da corrente do arame (Ia) sobre a diluição. Demais

Observando-se a Figura 44, verifica-se que o maior valor da resposta diluição na superfície de resposta plotada ocorre para a corrente média de soldagem posicionada em seu nível máximo, i.e. X1=2 (Im=306A).

Quando se eleva a corrente de soldagem tem-se um aumento do aporte térmico imposto à solda. Em decorrência disso, verifica-se a fusão de uma maior parcela de material base, o que conduz a um acréscimo da penetração e, consequentemente, da diluição da solda.

Como salientado por Silva Filho (2007), o aumento da diluição em revestimentos depositados por soldagem é indesejado uma vez que com o aumento desta variável verifica-se uma diminuição nas propriedades do revestimento.

Ainda, analisando a Figura 44 quanto à corrente média de soldagem, como era de se esperar, o menor valor encontrado para a diluição na superfície plotada ocorreu com a utilização do menor valor de corrente de soldagem (X1= -2 ; Im=254A).

• Diluição (D) versus corrente do material de adição (Ia)

As superfícies de resposta que contemplam a influência da corrente de alimentação do material de adição sobre a diluição são apresentadas na Figura 45 a seguir.

De modo geral, observa-se que a corrente aplicada nos arames tende a aumentar a diluição. Este aumento porém não é indefinido, ou seja, é limitado.

Analisando-se a superfície de diluição em função da corrente média e da corrente do metal de adição, verifica-se que um comportamento parabólico para a corrente dos arames ao se fixar a outra variável.

Quando fixa-se a corrente média no nível -2, verifica-se que o ponto de máximo da diluição ocorre com a corrente do arame entre os níveis 0,5 e 1. Já para a corrente média fixada no nível 2, o ponto de máximo da diluição ocorre com a corrente do arame no nível 1. Neste último caso a diluição é máxima para a superfície em questão e corresponde à 41,87%.

O menor valor de diluição para a superfície apresentada na Figura 44 é de 28,05% e ocorre quando ambos os fatores corrente média e corrente do arame estão posicionados em seus níveis mínimos (-2).

Os resultados obtidos convergem parcialmente com os de Silva Filho (2007), o qual estudou a influência do aquecimento do arame na diluição de soldagem do processo TIG, também utilizando o material de adição inconel 625 (ERNiCrMo-3) como consumível. Ressalta-se, no entanto, que o aquecimento do arame no trabalho de Silva Filho (2007) foi controlado pela tensão aplicada no mesmo, e não pela corrente elétrica.

Para o intervalo de valores utilizado, Silva Filho (2007) obteve resultados de diluição sempre crescentes em função da tensão elétrica imposta ao arame (e consequentemente da corrente), contrariando o comportamento obtido no presente trabalho.

O aumento da diluição de soldagem em função do aquecimento prévio do material de adição provém do fato de que a energia disponibilizada pelo arco elétrico acaba sendo consumida praticamente só pelo material de base. Quando se utiliza o processo de soldagem com arame frio, a energia do arco elétrico é dividida entre material de base e o arame consumível, sendo obtidos menores valores de diluição.

Uma possível justificativa para o comportamento parabólico de diluição em função da corrente dos arames obtido neste trabalho, é de que o aumento desta variável ocasionou uma diminuição na razão penetração / largura a partir de determinado valor de corrente do arame, o que acabaria implicando em queda na diluição.

Analisando-se a superfície diluição versus composição do gás de proteção e corrente do material de adição, confirma-se o referido comportamento parabólico. Em outras palavras, para qualquer composição gasosa um aumento na corrente dos arames causa um acréscimo na diluição até que um ponto de máximo seja alcançado; a partir daí, verifica-se queda na diluição com posteriores aumentos na corrente dos arames.

A superfície diluição versus corrente dos arames e velocidade de alimentação representa um efeito de interação entre variáveis. Para o nível superior (2) da velocidade de alimentação, um aumento da corrente do arame leva ao aumento da diluição. Como discutido, o aquecimento prévio do arame favorece ao aumento da diluição uma vez o mesmo já chega aquecido à poça de fusão e a energia proveniente do arco elétrico é destinada em maior parcela para o metal de base.

Ao fixar-se a velocidade de alimentação no nível inferior (-2), entretanto, este comportamento não é observado. Nota-se, ao invés disso, um comportamento parabólico pouco acentuado da diluição que pode ser explicado justamente como um efeito de interação entre os fatores.

Retomando-se a Tabela 17, verifica-se a existência de um efeito de interação significativo entre os fatores corrente do arame e velocidade de alimentação. Este efeito de interação também é mencionado no trabalho de Shanmugan, R.; Murugan (2006).

• Diluição (D) versus velocidade de alimentação

A Figura 46 traz a superfície de resposta da diluição em função da corrente e velocidade de alimentação do arame. A análise desta figura permite-nos verificar que independentemente do nível escolhido para a corrente do arame, um aumento na velocidade de alimentação leva a uma diminuição na diluição.

Este mesmo comportamento também foi obtido nos trabalhos de Shanmugan, R.; MURUGAN (2006) e Lin (2013), que observaram um decréscimo contínuo da diluição de soldagem pelo processo TIG em função do aumento da taxa de alimentação do material de adição.

Este comportamento pode ser explicado pelo fato de que um aumento da taxa de alimentação leva à maior participação de material de adição na poça de fusão, e consequentemente na composição final do cordão de solda (LUCCAS, 1994).

Figura 46 - Efeito da Corrente do Arame (Ia) e da Velocidade de Alimentação sobre a diluição. Demais variáveis estão posicionadas no nível 0.

De modo bem menos pronunciado Gomes (2010) obteve apenas uma redução discreta na diluição com o aumento da velocidade de deposição na soldagem pelo processo FCAW. Possivelmente, a razão P/L influenciou em tal comportamento.

• Diluição (D) versus velocidade de soldagem

A Figura 47 traz a superfície de resposta da diluição em função dos fatores gás de proteção e velocidade de soldagem. Analisando-se esta superfície verifica-se que à medida em que a velocidade de soldagem é aumentada do nível -2 para o nível 2, para a composição de gás fixada no nível -2 (argônio puro), ocorre uma diminuição da diluição.

Tal comportamento é explicado pelo fato de que um aumento na velocidade de soldagem implica em um menor aporte de calor na solda, uma vez que o arco elétrico permanece menos tempo em uma determinada posição. Com um menor aporte térmico à solda, diminui-se a penetração e, consequentemente, a diluição.

Este resultado converge parcialmente com o encontrado por SHANMUGAN, R.; MURUGAN (2006), que observaram um comportamento parabólico para a diluição em função da velocidade de soldagem. No estudo de SHANMUGAN, R.; MURUGAN (2006) ocorreu um decréscimo na diluição com o aumento da velocidade de soldagem até o ponto de mínimo da parábola, a partir do qual um posterior aumento da velocidade de soldagem levou a um aumento da diluição.

Observa-se no entanto na Figura 47 que quando o gás de proteção é fixado no nível 2 (mistura 40% He / 60% Ar) o comportamento é o oposto do observado para o argônio puro. Em outras palavras, para esta composição gasosa (Gs, nível 2), um aumento na velocidade de soldagem leva a um aumento da diluição.

Este comportamento antagônico evidencia claramente um efeito de interação entre os fatores gás de proteção e velocidade de soldagem. Verificando-se a Tabela 17 - Efeitos principais dos fatores e efeitos de interação de segunda ordem sobre a resposta diluição para o modelo quadrático., confirma-se tal constatação. O efeito de interação entre os referidos fatores passou no teste de significância t e apresentou um p valor inferior a 0,05, tornando-o estatisticamente significativo.

Em seu estudo Gunaraj e Murugan (1999) obtiveram um comportamento decrescente na diluição em função da velocidade de soldagem, como esperado, de acordo com as considerações acima realizadas.

No entanto, ressalta-se que o processo de soldagem empregado pelos autores – SAW (arco submerso) – não utilizou gás como proteção. Ao invés disso, utiliza-se um fluxo especial sob o qual é mantida a poça de fusão.

Figura 47 - Efeito do Gás de Proteção (Gs) e da Velocidade de Soldagem (Vs) sobre a diluição. Demais variáveis estão posicionadas no nível 0.

• Diluição (D) versus composição do gás de proteção (Gs)

As superfícies de resposta nas quais a variável composição do gás de proteção aparece são mostradas na Figura 48.

Analisando-se a superfície diluição versus corrente do material de adição e

gás de proteção nota-se que a diluição aumenta na medida em que se aumentam

simultaneamente a corrente do arame e o gás de proteção dos níveis -2 para 2. O aumento isolado da corrente do material de adição descreve o comportamento de uma parábola. Como já discutido, o aquecimento prévio do material de adição resulta em aumento da diluição.

Da mesma forma, o aumento do teor de hélio na mistura gasosa descreve uma função semelhante quando o nível da corrente do arame é fixado em -2. As propriedades de condutividade térmica e potencial de ionização do hélio promovem um aumento da diluição à medida em que ocorre uma maior participação deste gás na mistura gasosa.

A literatura disponível, apresentada no capítulo revisão da literatura, não mostra claramente a influência da composição gasosa sobre a diluição. Os trabalhos de Burgardt (1985) e Rodrigo e Loureiro (2005) abordam, porém, a influência deste fator sobre a razão penetração/largura (P/L), a qual pode ser utilizada indiretamente como maneira de se estimar a diluição.

Os resultados obtidos Rodrigues e Loureiro (2005) demonstram que as soldas realizadas com gás de proteção contendo uma mistura 50% argônio e 50% hélio apresentaram uma razão P/L consideravelmente menor que as soldas realizadas utilizando-se argônio puro. De modo geral, baixas razões P/L estão correlacionadas com baixas diluições de solda. Deste modo, os cordões de solda de Rodrigues e Loureiro (2005) possivelmente apresentaram também uma diminuição na diluição de soldagem em função da utilização de gás de proteção com adições de hélio, quando comparada aos cordões depositados com argônio puro.

Os resultados de Rodrigues e Loureiro (2005) convergem com aqueles apresentados por Henon (2010), os quais demonstram que cordões depositados com uma mistura gasosa rica em hélio produziu cordões com aspecto P/L inferior àqueles depositados utilizando-se argônio puro ou misturas com menor teor de hélio.

Infere-se, do mesmo modo, e também respaldando-se na secção transversal dos cordões trazidas no trabalho de Henon (2010), que os cordões de solda depositados com elevados teores de hélio apresentaram menor diluição quando comparados àqueles depositados com argônio puro ou baixo teor de hélio.

Os resultados obtidos no presente trabalho divergem dos obtidos por Rodrigues e Loureiro (2005) e Henon (2010), explanados acima. Esta divergência, porém, pode estar relacionada à faixa de estudo da variável composição do gás de proteção adotada neste trabalho.

Em outras palavras, no estudo de Henon (2010), os menores resultados da razão P/L foram obtidos com hélio puro e misturas ricas em hélio (75%He/25%Ar); no estudo de Rodrigues e Loureiro (2005), a porcentagem de hélio presente na mistura argônio hélio foi de 50%; enquanto que no presente estudo utilizou-se composição com teor máximo de hélio de 40%.

Observando-se a superfície diluição versus corrente do material de adição e

gás de proteção, ao se fixar a corrente do arame em seu nível mínimo (-2) observa-

se um comportamento parabólico com ponto de máximo da diluição. Nesta curva, a maior diluição é obtida com o gás de proteção posicionado entre os níveis 1 (30% He) e 1,5 (35% He), sendo que um posterior aumento da quantidade de hélio na mistura gasosa leva a uma diminuição nesta variável resposta.

Este comportamento sugere que estendendo-se a faixa de estudo do fator gás de proteção, i.e. aumentando-se a porcentagem de hélio na mistura argônio/hélio, ter-se-ia uma diminuição ainda maior na resposta diluição.

Finalmente, os resultados obtidos por Burgardt (1985) vão de encontro com os obtidos por Rodrigues e Loureiro (2005) e Henon (2010) quando a deposição dos cordões de solda ocorreu na região de material de base AISI 304 sem a presença de dopantes.

Nas regiões nas quais realizou-se uma dopagem prévia com selênio e enxofre um aumento do teor de hélio na mistura gasosa levou a um aumento da razão P/L, sugerindo-se claramente uma interação entre o uso de agentes dopantes e a composição do gás de proteção.

Analisando-se a superfície diluição versus velocidade de soldagem e

composição do gás de proteção presente na Figura 48, verifica-se que o aumento do

teor de hélio na composição gasosa (e.g. alterando-se o gás de proteção do nível -2 para o 2) implica, inicialmente, em um aumento da diluição para qualquer velocidade de soldagem utilizada.

Observa-se, no entanto, que este aumento é contínuo apenas quando a velocidade de soldagem em seu nível máximo é utilizada, porém não o é quando

esta está em seu nível inferior (-2). Neste caso, a diluição aumenta com o acréscimo de hélio na mistura gasosa até um determinado valor máximo, a partir do qual torna a cair.

Como visto da revisão da literatura, a adição de hélio possui forte influência sobre a morfologia e diluição dos cordões de solda. Primeiramente, o maior potencial de ionização deste gás quando comparado ao argônio induz um aumento na tensão do arco elétrico aberto entre o eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho. Este aumento no arco elétrico promove um acréscimo do aporte térmico à peça. Em segundo lugar, a maior condutividade térmica do hélio dá origem a uma distribuição de temperatura mais ampla, produzindo um arco elétrico mais largo.

Deste modo, o aumento da diluição em função da adição de hélio na mistura gasosa de proteção converge com o exposto por AWS (1991). Sugere-se, no entanto, que o emprego de maiores frações volumétricas de hélio na mistura gasosa venham a convergir com os resultados de Rodrigues e Loureiro (2005), Henon (2010) e Burgardt (1985) uma vez que nas superfícies obtidas no presente trabalho há indícios de diminuição da diluição após os pontos de máximo, nas curvas com aspecto parabólico.