Corrente de soldagem

A diluição de soldagem é fortemente influenciada pela corrente elétrica, possuindo uma relação diretamente proporcional com a mesma (ASM, 1983; AWS, 1991).

Isto ocorre porque quanto maior a corrente utilizada maior a fusão do substrato metálico e, consequentemente, maior a sua participação no cordão de solda formado.

Shanmugan e Murugan (2006) estudaram a influência das variáveis de soldagem na diluição de cordões obtidos na deposição de um revestimento da liga de cobalto Stellite 6 sobre um aço baixo carbono pelo processo TIG. A Figura 11 traz o comportamento da diluição em função da corrente de soldagem utilizada no trabalho de Shanmugan e Murugan (2006).

Figura 11 - Diluição de soldagem em função da corrente elétrica empregada na soldagem (Adaptado de Shanmugan e Murugan 2006).

Observando-se a Figura 11, verifica-se que os resultados obtidos por Shanmugan e Murugan (2006) foram de encontro com o exposto na literatura clássica (AWS, 1991; ASM, 1983), isto é, a diluição foi sempre crescente com o aumento da corrente utilizada.

Do ponto de vista da soldagem de revestimento, a diluição é um parâmetro que se deseja manter minimizado uma vez que os revestimentos são depositados justamente para conferir propriedades específicas aos substratos.

Outros pesquisadores que estudaram a influência da corrente elétrica sobre a diluição na soldagem foram Kannan e Murugan (2006) e Palani e Murugan (2007), que de modo análogo, obtiveram resultados que também convergiram com o exposto, ou seja, apresentaram diluição crescente com a corrente de soldagem.

Kannan e Murugan (2006) estudaram a soldagem de revestimento de um aço estrutural com baixo teor de carbono por um aço inoxidável duplex, pelo processo FCAW (arame tubular). Com as devidas ressalvas aplicadas na comparação de trabalhos com processos de soldagem distintos, os resultados obtidos também evidenciam um comportamento no qual a diluição de soldagem cresceu com a corrente elétrica utilizada, no intervalo de valores estudado. A Figura 12 ilustra este comportamento.

Figura 12 - Diluição de soldagem em função da corrente elétrica empregada na soldagem (Adaptado de Kannan e Murugan 2006)

Também utilizando o processo de soldagem FCAW, Palani e Murugan (2007) estudaram a deposição do aço inoxidável austenítico AISI 317L sobre uma chapa de aço estrutural IS: 2062. Assim como Shanmugan e Murugan (2006) e Kannan e Murugan (2006) – Figura 11 e Figura 12, respectivamente - este trabalho resultou em um comportamento crescente da diluição em função da corrente aplicada durante a soldagem. Este comportamento pode ser visto na Figura 13, a seguir.

Figura 13 - Diluição de soldagem em função da corrente elétrica empregada na soldagem (Adaptado de Palani e Murugan 2007).

O comportamento crescente da diluição em função da corrente de soldagem utilizada parece não ficar restrito apenas aos processos TIG e FCAW. O trabalho de Magalhães (2008), cujo resultado é mostrado na Figura 14, foi realizado utilizando- se o processo de soldagem GMAW (MIG) e, assim como os trabalhos apresentados anteriormente, culminou em elevação da diluição com um aumento progressivo na corrente elétrica.

O substrato e o material de adição utilizados por Magalhães (2008) foram, respectivamente, o aço carbono ASTM A516 Gr.60 e a liga de níquel ERNiCrMo-3, sendo esta última, a mesma utilizada no trabalho em questão.

Finalmente, no que diz respeito à influência da corrente elétrica sobre a diluição, tem-se o trabalho de Braga, Fernandes e Silva (2007), os quais estudaram a deposição do consumível BTS7100 sobre chapas de aço carbono SAE 1020 pelo processo de soldagem SMAW (eletrodo revestido).

Ao contrário dos estudos apresentados acima, Braga, Fernandes e Silva (2007) observaram um comportamento parabólico de diluição em função da corrente

aplicada, contrariando os estudos anteriores que obtiveram diluição sempre crescente com o aumento desta variável.

Figura 14 - Diluição de soldagem em função da corrente elétrica empregada na soldagem (Magalhães 2008).

Como pode se observar na Figura 15, um aumento da corrente de 120A para 145A proporcionou um aumento na diluição da solda, porém, um aumento da corrente de 145A para 170A originou uma diminuição da variável resposta. Este decréscimo foi devido ao aumento da razão reforço / largura (R/L) quando se elevou a corrente de 145A para 170A.

A corrente de soldagem controla a penetração dos cordões de solda de maneira diretamente proporcional. Sendo assim, quanto maior a corrente elétrica empregada maior os valores de penetração obtidos (AWS, 1991).

No trabalho de Shanmugan e Murugan (2006), que estudaram a deposição de Stellite 6 sobre um aço baixo carbono pelo processo TIG, como citado anteriormente, o efeito da corrente sobre a penetração fica claro, como se poder observar na Figura 16. À medida em que se eleva a corrente de soldagem tem-se um aumento nesta resposta.

Figura 15 - Diluição de soldagem em função da corrente elétrica empregada na soldagem (Braga, Fernandes e Silva 2007).

Figura 16 - Morfologia do cordão em função da corrente de soldagem (Adaptado de Shanmugan e Murugan 2006).

Em outros processos de soldagem, tais como o FCAW, SMAW e GMAW o referido comportamento penetração versus corrente também é mantido, como se pode observar nas figuras Figura 17, Figura 18 e Figura 19 - referentes aos trabalhos de Kannan e Murugan (2006); Braga, Fernandes e Silva (2007); e Koshy (1985), respectivamente.

Na soldagem de deposição do consumível arame tubular classificação E2209T1-4/1 (aço inoxidável duplex) sobre o aço estrutural baixo carbono IS:2062, a penetração (P) apresentou relação linear com a corrente de soldagem sendo incrementada em praticamente 100% (de 0,5 mm a 1 mm) quando a corrente foi elevada de 200A a 300A, como se pode verificar na Figura 17.

Figura 17 - Morfologia do cordão em função da corrente de soldagem (Adaptado de Kannan e Murugan 2006).

Da mesma forma, a deposição de BTS7100 - consumível com alto teor de cromo utilizado para fins de resistência à abrasão - sobre chapas de aço carbono SAE 1020 realizada no estudo de Braga, Fernandes e Silva (2007) mostrou acréscimo de penetração com a corrente.

Figura 18 - Morfologia do cordão em função da corrente de soldagem (Braga, Fernandes e Silva (2007).

Também apresentando comportamento linear, a curva penetração versus corrente dos cordões de solda de ERNiCroMo-3 depositados sobre um aço baixa liga 4130 pelo processo GMAW no estudo de Koshy (1985) esteve presente em diferentes tensões e velocidades de soldagem analisadas, como se observa na Figura 19.

Desde modo, fica claro que mesmo se utilizando diferentes processos de soldagem, consumíveis e materiais de base, a profundidade de penetração dos cordões de solda sofre influência diretamente proporcional à corrente imposta pela fonte.

Figura 19 - Influência da corrente de soldagem sobre a penetração (KOSHY, 1985).

A corrente de soldagem também influencia a largura dos cordões de solda, como fica claro observando-se as figuras Figura 16 a Figura 18.

Nas figuras Figura 17 e Figura 18 verifica-se que a largura dos cordões de solda foi sempre crescente com o aumento da corrente. Estas figuras referem-se aos processos de soldagem FCAW (arame tubular) e SMAW (eletrodo revestido), respectivamente, sendo que para o processo FCAW o intervalo de corrente analisado foi de 200 a 300A e para o SMAW de 120 a 170A.

Apresentando um comportamento diferente, a Figura 16 – referente à soldagem TIG de Stellite 6 sobre um aço carbono – mostrou uma curva parabólica de largura versus corrente com a presença de um ponto de mínimo. Em outras palavras, a largura dos cordões de solda inicialmente diminuiu com a corrente de soldagem, até que, a partir do valor codificado de corrente de aproximadamente 1,5, um posterior acréscimo na variável de estudo resultou em um aumento da largura dos cordões.

Para verificar conjuntamente o comportamento da penetração e da largura de cordões de solda alguns autores utilizam graficamente a razão penetração/largura (P/L) versus a variável de estudo. A Figura 20 mostra esta razão em função da

corrente elétrica para cordões obtidos pela soldagem autógena de um aço inoxidável SUS304 pelo processo TIG. Neste estudo, os autores LU; FUJI e NOGI (2005) utilizaram duas composições distintas de gás (Ar-0,1% CO2 e Ar-0,3% CO2).

Figura 20 - Efeito da corrente de soldagem sobre a razão penetração/largura (D/W) dos cordões de solda (Adaptado de LU; FUJI e NOGI, 2005).

Observa-se que a razão P/L aumentou com o incremento da corrente até aproximadamente 120A para os cordões que utilizaram a composição gasosa contendo 0,1% de CO2. Um posterior aumento de corrente causou um decréscimo nesta razão.

Para os cordões soldados com proteção gasosa com adições de 0,3% de CO2 o aumento da razão P/L se seu até valores de corrente de aproximadamente 160A, valor a partir do qual um aumento subsequente culminou em um platô nos valores da referida razão.

Utilizando-se os valores de largura e penetração extraídos dos trabalhos de Kannan e Murugan (2006) e Braga, Fernandes e Silva (2007) para o cálculo da razão da razão P/L, a fins de comparação, verifica-se que para os cordões de solda da Figura 17 (Kannan e Murugan, 2006) a razão P/L sofreu acréscimo com o

aumento da corrente, enquanto que a razão P/L diminuiu para os cordões de solda da Figura 18 Braga, Fernandes e Silva (2007).

A morfologia dos cordões de solda sofre forte influência das correntes de convecção de Marangoni e de forças eletromagnéticas - tal como a de Lorentz - no interior da poça de fusão; estas por suas vezes, sofrem influência dos parâmetros de soldagem. Deste modo, embora ambos os trabalhos de Kannan e Murugan (2006) e Braga, Fernandes e Silva (2007) tenham experimentado acréscimos na corrente de soldagem, os diferentes comportamentos em relação à razão P/L podem ser explicados pelo fato de os trabalhos terem sido realizados com processos de soldagem distintos – que envolvem fenômenos particulares intrínsecos a cada um dos mesmos – e adicionalmente, por terem utilizados diferentes valores de corrente e demais parâmetros de soldagem.

A corrente de soldagem desempenha importante influência também na altura de reforço dos cordões de solda, tal como evidenciado nos trabalhos de Shanmugan e Murugan (2006) - Figura 16, Kannan e Murugan (2006) - Figura 17, e Braga, Fernandes e Silva (2007) - Figura 18.

Nestes dois últimos, nos quais houve deposição de cordões de solda pelos processos SMAW e FCAW, respectivamente, um aumento de corrente causou um acréscimo na altura de reforço dos cordões depositados.

O aumento de corrente de 120 para 170A na deposição de cordões com o consumível BTS7100 sobre SAE 1020 no trabalho de Braga, Fernandes e Silva (2007) originou um aumento de altura de reforço de 22% (de 2,975 mm para 3,635 mm), conforme pode se verificar na Figura 18.

Para os cordões depositados por Kannan e Murugan (2006), Figura 17, o aumento de corrente de 200 para 300A implicou em uma elevação de 23% na altura de reforço dos cordões depositados, próxima àquela registrada para os cordões de Braga, Fernandes e Silva (2007).

Com um comportamento um pouco diferente, o trabalho exibido por Shanmugan e Murugan (2006) - Figura 16 – apresentou uma curva com formato parabólico para a altura de reforço em função da corrente de soldagem. Isto é, um acréscimo na corrente de soldagem leva a um decréscimo da altura de reforço, até

um valor codificado de corrente de aproximadamente 2,2 - o qual corresponde ao ponto de mínimo da parábola. A partir deste valor, um acréscimo de corrente gera um acréscimo na altura de reforço dos cordões depositados.