Segundo a AWS (1991), defeitos de soldagem são descontinuidades que podem surgir na superfície ou internamente ao cordão de solda e normalmente estão relacionados com a utilização de ajuste de parâmetros ou procedimentos inadequados. A falta de robustez do equipamento, o desgaste das peças da tocha pelo excessivo calor gerado, ou uma montagem incorreta dos seus componentes, também podem causar defeitos na solda.
2.5.1 Defeitos de penetração a) Falta de penetração na raiz
A falta de penetração ocorre quando o arco não tem energia suficiente para penetrar em toda a espessura do metal de base, ou quando não consegue sustentar a condição do “keyhole”. Este problema está relacionado com um ajuste inadequado dos parâmetros de soldagem, principalmente os que determinam a penetração, tais como velocidade de soldagem, corrente e vazão de gás de plasma (Torres et al., 1992 e Richetti & Ferraresi, 2000a). Esta condição pode causar outros problemas, como por exemplo, a formação de grandes vazios no interior da solda em função do aprisionamento dos gases do arco sob a poça de fusão (defeito este discutido mais adiante).
Para eliminar este problema, deve-se ajustar os parâmetros de soldagem no sentido de se aumentar o fornecimento de energia, atentando sempre para a possibilidade da formação de uma poça de fusão muito volumosa, o que poderia gerar um efeito contrário, penetração excessiva. Richetti & Ferraresi (2000b) citam que a substituição do gás de proteção por um com melhores propriedades térmicas também pode ajudar a solucionar o problema de falta de penetração.
b) Penetração excessiva e “humping”
No outro extremo, a utilização de valores excessivos de vazão de gás de plasma e corrente, ou valores baixos de velocidade de soldagem, pode causar a formação de um reforço excessivo na raiz da solda. Este tipo de condição pode até ser estável, mas a geometria de cordão resultante não é adequada por propiciar um elevado nível de concentração de tensões.
Em alguns casos, a poça de fusão não consegue se sustentar, formando o defeito “humping”. O “humping”, mostrado na Figura 2.12, é um defeito grosseiro caracterizado por mudanças abruptas na geometria da raiz da solda, na forma de protuberâncias separadas por intervalos de relativa uniformidade. Segundo Garcia & Norrish (1995), o “humping” tem como causas o uso de elevadas vazões de gás de plasma ou pela formação de uma poça de fusão de grande volume, causando a expulsão ou o escorrimento dela através do “keyhole”.
Estes problemas podem acontecer também quando a espessura do material de base é grande, ou devido à utilização de um orifício constritor de diâmetro excessivo. O aumento do nível de energia para obter a penetração com “keyhole” tende a formar um grande volume de material fundido, impossibilitando a sustentação da poça de fusão pelo aumento dos efeitos da força da gravidade e do arco em relação à força de tensão superficial. Em alguns casos, como
na soldagem dos aços estruturais, a condição do “keyhole” é bastante crítica em função das baixas viscosidade e tensão superficial e, consequentemente, pela tendência natural de escorrimento da poça de fusão (Richetti, 1998).
Figura 2.12- Defeito “humping” na raiz da solda (Richetti, 1998).
O problema de penetração excessiva normalmente pode ser solucionado através de um melhor ajuste dos parâmetros de soldagem, sempre no sentido de reduzir o aporte de calor ou a pressão do arco. Entretanto, nem sempre este procedimento apresentará bons resultados, sendo dependente da soldabilidade do material da peça e da técnica de soldagem utilizada.
De uma maneira geral, a utilização de orifícios com menores diâmetros devem sempre ser preferidos para obter o máximo efeito de constrição e a formação de uma poça de fusão mais estreita e estável. Tal procedimento, contudo, nem sempre é possível de ser feito devido à limitação no nível de corrente. Alguns gases com melhores propriedades térmicas podem acentuar o efeito de constrição, também favorecendo a estabilidade da poça. Entretanto, a maior entrega térmica pode prejudicar a sua estabilidade devido ao aumento de sua fluidez. Richetti (1998) cita que qualquer ação que produza um arco mais constrito e uma menor fluidez da poça de fusão tende a facilitar a obtenção do “keyhole” para condições extremas.
2.5.2 Porosidade
Porosidade é um tipo de defeito caracterizado pelo aparecimento de pequenos vazios que se distribuem no interior ou na superfície dos cordões de solda e são provenientes de bolhas que são aprisionadas pela frente de solidificação. Estas bolhas que se formam na poça de fusão estão relacionadas com a absorção de gases pelo metal líquido. Gases como o oxigênio e o hidrogênio apresentam elevada solubilidade no metal líquido e a evolução destes componentes na poça de fusão pode gerar porosidade se não forem expulsos antes da solidificação (Modenesi, 1985). A Figura 2.13 mostra uma seção longitudinal de uma solda feita em aço carbono ABNT 1020 utilizando argônio como gás de plasma e argônio com 25% de CO2 como gás de proteção. Nesta figura é possível verificar a ocorrência de porosidade na
solda, provavelmente causada por reações entre a poça de fusão e os elementos ativos presentes no gás de proteção.
Figura 2.13- Porosidade interna na solda e cratera do “keyhole” (Richetti & Ferraresi, 2000a).
A soldagem com “keyhole” possibilita um menor nível de porosidade por permitir que gases dissolvidos na poça entrem no feixe do arco e sejam expulsos antes de serem aprisionados na solda. Entretanto, a quantidade destes elementos que o arco pode expulsar é limitada, a partir da qual, o aparecimento de porosidade é inevitável. No caso do hidrogênio, a quantidade máxima na mistura, recomendada para evitar porosidade em soldas automatizadas, é de 15% (Metal Progress, 1986).
A técnica “keyhole” não é usual em aplicações com aços doces e semi acalmados devido à geração de porosidade. O emprego de metal de adição que contenha elementos desoxidantes pode amenizar o problema, mas reduz a produtividade do processo. Estes elementos desoxidantes reagem com o oxigênio presente na solda, formando óxidos que são eliminados na forma de escória. Como exemplos de elementos desoxidantes, pode-se citar o manganês e o silício (na soldagem dos aços e ligas de cobre), o fósforo (na soldagem do cobre e alumínio) e o titânio (para a soldagem das ligas de cobre e níquel) (Pinfold & Jubb, 1974b e Modenesi, 1985).
2.5.3 Inclusões
De uma maneira geral, as soldas obtidas pelo processo a plasma são consideradas como pouco susceptíveis ao problema de inclusões não metálicas. A própria movimentação que ocorre na poça de fusão tende a trazer as impurezas ali presentes para a superfície da solda. Inclusões de tungstênio também não são comuns como no GTAW porque o processo a plasma trabalha com um arco mais longo e com o eletrodo recuado dentro da tocha (Pinfold & Jubb, 1973a).
2.5.4 Vazios
Em certas operações de soldagem, grandes vazios são formados no interior do cordão de solda em função do aprisionamento dos gases do arco pela frente de solidificação. Quando o arco não dispõe de energia suficiente (pressão e temperatura) para manter o orifício do “keyhole”, ocorre uma excessiva geração de defeitos internos. Este efeito ocorre porque o jato de plasma força a entrada dos gases por baixo da poça de fusão, gerando vazios internos que se repetem ao longo de todo o cordão de solda, como pode ser visto na Figura 2.14. Este problema é eliminado através do restabelecimento da condição do “keyhole” ou reduzindo a força do arco através de uma redução na vazão de gás para a técnica “melt-in” (Richetti & Ferraresi, 2000a).
Figura 2.14- Seção longitudinal de uma solda com ênfase nos vazios internos e na cratera final deixada pelo arco (Richetti & Ferraresi, 2000a).
2.5.5 Mordedura
A mordedura é um tipo de descontinuidade que se caracteriza pela formação de um entalhe nas bordas laterais do cordão de solda e normalmente está associada com o rápido resfriamento das extremidades da poça de fusão. Esta descontinuidade ocorre principalmente pela utilização de uma excessiva velocidade de soldagem, embora Martikainen (1995) e Pinfold & Jubb (1974b) citem que outros fatores também possam contribuir para sua geração.
Segundo Pinfold & Jubb (1974b), mordedura, particularmente ao longo de um dos lados do cordão de solda tem sido atribuída ao desalinhamento do eletrodo em relação ao eixo da tocha ou devido à não ortogonalidade da tocha em relação à peça. Este defeito também pode ser ocasionado por desníveis na junta que excedam 5% da espessura da chapa.
Na prática, o problema de mordedura na solda pode ser eliminado através de dois métodos. Um deles é o ajuste dos parâmetros de soldagem, principalmente a redução da velocidade de soldagem, ou através de um melhor ajuste da tocha. Outro método é o uso de
metal de adição em quantidade suficiente para o preenchimento da mordedura, ao mesmo tempo em que acrescenta um pequeno reforço à solda. Em alguns casos, a substituição do gás de proteção por outro que permita uma melhor fluidez da poça de fusão pode apresentar resultados satisfatórios com relação ao problema (Pinfold & Jubb, 1974b, AWS, 1991).
2.5.6 Trincas
Os cordões produzidos pelo processo a plasma, assim como acontece com outros processos de soldagem, estão sujeitos a problemas de trincas. No caso da soldagem a plasma, a trinca de solidificação é a que ocorre com mais freqüência. Estas trincas estão relacionadas com a formação de filmes líquidos nos contornos de grãos devido à segregação de impurezas de baixos pontos de fusão. A ação de tensões de tração durante o resfriamento do cordão de solda promove a abertura das trincas (Modenesi, 1985 e Weymueller, 1978).
Pinfold & Jubb (1974b) citam que o problema de trinca de solidificação pode ser agravado pelo processo de soldagem a plasma, principalmente devido à elevada razão entre penetração e largura da solda. Algumas medidas práticas podem ser adotadas para reduzir a possibilidade de formação da trinca, tais como a redução do grau de restrição, uma preparação da junta sem desalinhamentos e uma limpeza adequada da peça antes da soldagem.
2.5.7 Contaminação do metal de solda
A contaminação do metal de solda normalmente está associada a uma proteção inadequada da poça de fusão, que permite o acesso do ar atmosférico na região da soldagem. Esta forma de contaminação pode ser identificada por intensa descoloração do cordão de solda ou da ZAC adjacente. A contaminação da solda pelo ar atmosférico é superficial e pode ser eliminada através do aumento da vazão do gás de proteção ou pela utilização de um gás de proteção mais puro ou mais denso. A contaminação da solda pode também ocorrer se o bocal da tocha, por algum motivo entrar em contato com a poça de fusão (AWS, 1991).