O metal de base utilizado foi a liga de alumínio AA 5052, na forma de chapa, com dimensões de 1650 x 2000 x 12,75 mm (largura x comprimento x espessura). A composição química, propriedades mecânicas e temperatura de fusão estão dispostas nas Tabelas 3 e 4.
Tabela 3: Percentual (%) de elementos em peso na liga AA 5052 (NOVELIS, 2006)
Al Fe Cu Mn Mg Cr Zn Outros Si
Balanço 0,40 0,10 0,10 2,20-
2,80 0,15- 0,35 0,10 0,15 0,25
Tabela 4: Propriedades mecânicas da liga AA5052 (NOVELIS, 2006; GGD, 2015)
Limite de resistência a tração (MPa) 170 – 215
Tensão de escoamento (MPa) 65
Temperatura de fusão (°C) 595 - 650
Para a preparação das juntas a soldar, primeiro foi realizado o seccionamento utilizando processo de corte a plasma (Figura 11), com posterior acabamento e ajuste da dimensão com auxílio de uma serra hidráulica.
Figura 11: Preparação para o corte das chapas com o processo a plasma
Inicialmente os corpos de prova foram cortados nas dimensões 100 x 200 x 12,75 mm, depois foram realizados dois tipos de chanfro (em V e em gola) com o auxílio de uma fresa, ambos utilizados por FAGUNDES (2014) e PIGOZZO (2013) em seus trabalhos, conforme ilustrados nas Figuras 12 e 13, respectivamente.
Figura 13: Esquema do chanfro em gola diferenciando abertura da raiz
3.5 MÉTODOS
A Tabela 5 mostra os fatores e níveis do planejamento experimental. Foram propostas 12 combinações de parâmetros, cada uma com 3 repetições, totalizando 36 testes. Salientando que para os ensaios com o processo TIG-A, foram utilizados apenas a configuração de chanfro que apresentaram melhores resultados no processo MIG.
Tabela 5: Fatores e níveis do planejamento experimental
ER5356 ER4043
CH em V CH em V com gola CH em V CH em V com gola
α T (mm) L (mm) α T (mm) L (mm) MIG-P CC+ 80º 2,0 1,5 80º 2,0 1,5 1,0 1,0 TIG-A 80º 2,0 1,5 80º 2,0 1,5 1,0 1,0
Sabendo que os corpos de prova serão submetidos a dois processos de soldagem (TIG-A e MIG-P CC+), a Tabela 6 apresenta os parâmetros utilizados neste trabalho obtidos através da literatura e de ensaios preliminares além do parâmetro de comparação entre os dois processos, ou seja, a taxa de deposição (Equação 1) para uma mesma corrente de soldagem.
Tabela 6: Parâmetros ajustados e fixos MIG-P CC+ TIG-A A 22,5 - I(A) 150,0 Vs(cm/min) 47,8 10,0 Va(m/min) - 1,4 Nº de passes 1
Tipo de tecimento Linha reta
VA/Vs 14 Ângulo de ataque da tocha 90° Tp (s) - 0,5 Tb (s) - 0,5 DBCP (mm) 15,0 21,7 Td = Va/Vs (1) Onde, Td = Taxa de deposição Va = Velocidade de alimentação Vs = Velocidade de Soldagem
Por ser um processo com maior sensibilidade do arco elétrico, os parâmetros foram determinados primeiramente para o processo TIG-A, logo em seguida correlacionado através do parâmetro de comparação para o processo MIG-P CC+.
3.5.1 Métodos de avaliação
Como fase de avaliação preliminar da solda, foi observada a presença ou não de defeitos tais como de mordeduras, porosidade e trincas de solidificação. Logo em seguida foi realizada metalografia para avaliar possíveis defeitos e micrografia tanto na zona fundida como na zona termicamente afetada, assim como medição da diluição. O lixamento foi realizado com as granulometrias 220, 320, 400, 600, 1000, e 1200 Mersh, seguido do polimento com alumina de 1µm e do ataque com o reagente Poulton (HCL conc, HNO3 conc, HF 48% E H2O) (HANDBOOK, 2003). Foi avaliado o centro dos corpos de prova, transversal ao cordão de solda, teoricamente por se tratar da ultima zona a se solidificar da solda.
O cálculo do percentual da diluição (Equação 2) (Figura 14) foi utilizado para verificar se as soldas estariam dentro da faixa de formação de trinca de solidificação.
D = (A + A’) / (A + A’) + B X 100 (2) Onde, D = Diluição A = Área A A = Área A’ B = Área B
Figura 14. Demonstração das áreas para o cálculo de diluição
O ensaio de microdureza foi empregado para avaliar possíveis variações na região da solda. Foi utilizado o modelo MV2000A (Pantec), com uma carga de 50 gf (0,49 N). A Figura 15 mostra a secção retirada de cada corpo de prova para visualização microestrutural, além da região onde foi realizado os ensaios de microdureza.
Figura 15: Secção retirada de cada corpo de prova para metalografia e microdureza
O ensaio radiográfico, realizado no LABSOLDA, permitiu a detecção de possíveis porosidades nas soldas.
3.6 EQUIPAMENTOS
A fonte de soldagem da IMC DIGIplus A7 foi escolhida para realização do estudo (Figura 16). Esta possui um avançado processador ARM de 32 bits, o que permite operar com várias modalidades de soldagem e elevado desempenho no controle do arco e da transferência metálica (IMC, 2014). A Tabela 7 delineia as principais características técnicas deste equipamento.
Figura 16: Fonte de soldagem (IMC, 2014)
Tensão de Alimentação (V) 220, 380, 440, Trifásica
Tensão em vazio (V) 50/68/85
Corrente (A) Continua ou pulsada
Corrente nominal (A) 280 (100 % de ciclo de trab.)
Potência máx. consumida (kW) 10
Fator de Potência 0,94
Para a aquisição dos valores médios, eficazes e instantâneos da tensão e corrente, além dos valores médios da velocidade de adição de material, foi adicionada à bancada de soldagem o Sistema de Aquisição Portátil (SAP), conforme ilustra a Figura 17.
Figura 17: Sistema de Aquisição Portátil IMC (2014)
Com a finalidade de conseguir o maior grau de repetitividade nos ensaios, foi adotado um mecanismo de deslocamento uniforme da tocha (TARTILOPE V2F), desconsiderando assim qualquer interferência da velocidade de soldagem no decorrer dos experimentos, conforme ilustra a Figura 18.
Figura 18: Mecanismo de deslocamento uniforme da tocha (LABSOLDA, 2014)
Além de submeter a tocha de soldagem a uma velocidade de soldagem constante, este mecanismo possibilita a realização de três diferentes modos de deslocamento da tocha, ou seja, o tecimento no ato da soldagem, retangular, trapezoidal, linha reta e triangular, este penúltimo escolhido para o presente estudo.
Por fim, a bancada experimental utilizada para a realização deste estudo ficou configurada conforme a Figura 19 ilustra.
Figura 19: Bancada experimental (A-Tartílope; B-Cilindro de gás; C-Alimentador; D- Refrigerador; E-Fonte de soldagem; F-SAP)
A B C D E F
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 RESULTADOS PRELIMINARES
Iniciaram-se os testes com o processo TIG-A e foram estabelecidas 3 correntes para usar como referência, estas 110, 120 e 130 A. Porém as duas primeiras correntes, a fusão do arame e do material de base não ocorreu como o esperado. Partiu-se então para corrente de 130 A, mas ainda continuou a ocorrer falta de fusão. Desta forma foram ajustados velocidade de alimentação de arame, velocidade de soldagem e tempo de abertura de arco. Porém não foram obtidas soldas satisfatórias, como mostra a Figura 20.
Figura 20: Solda realizada com corrente de 130 A.
Com isso, optou-se por modificar novamente a corrente, buscando eliminar tal problema. Desta forma a corrente foi elevada para 140 A, solucionando o problema de falta de fusão. No entanto foi verificado no decorrer da solda mordeduras e alguns furos devido a uma velocidade de soldagem inadequada conforme mostra a Figura 21.
Figura 21: Solda realizada com corrente de 140 A.
Portanto, foi realizado um novo teste com a mesma corrente, mesmo tempo de abertura de arco e mesma velocidade de alimentação de arame, porém aumentando gradativamente a velocidade de soldagem a cada novo teste. Com estes parâmetros foi possível eliminar o problema dos furos com o decorrer da solda. No entanto a soldagem continuou com mordeduras, surgindo um novo defeito, rugosidade, como mostra a Figura 22.
Figura 22: Solda realizada com corrente de 140 A.
Para sanar tais problemas, aumentou-se a intensidade de corrente de 140 para 150 A, bem como a velocidade de arame que passou de 1,3 para 1,4 m/min. Com essas modificações foi possível obter uma solda de qualidade sem defeitos visuais. A Figura 23 evidencia o cordão de solda.
Figura 23. Cordão de solda com corrente de 150 A
Os parâmetros de soldagem para o processo MIG-P CC+ foram configurados a partir dos ensaios realizados com o processo TIG-A. Foi estabelecida então a mesma corrente de 150 A. Já a velocidade de soldagem foi fixada a partir da taxa de deposição de material mencionada no capítulo 3.5. Assim como no processo TIG-A, os ensaios realizados no processo MIG-P CC+ com esses parâmetros foram satisfatórios para dar continuidade no estudo.
4.2 ANÁLISES DOS CORPOS DE PROVA COM CHANFRO EM V SOLDADOS