É conhecido da literatura que o aumento da velocidade de soldagem torna-se inviável até certo nível, pois acima deste valor limite ocorre a formação de soldas que apresentam geometria irregular caracterizadas pelo efeito “humping”, também conhecido como “costa de dragão”, como ilustrado na Figura 2.46. Nguyen (2005) definiu este defeito como sendo uma ondulação periódica que surge no metal de solda e está relacionado com a alta velocidade de deslocamento da tocha durante a soldagem. Talvez, com a aplicação da técnica Switchback junto com a soldagem MIG/MAG, pode-se conseguir um atraso na formação deste defeito, ou seja, pode ser possível aumentar a faixa limite de velocidade de soldagem, o que acarretaria em aumento de produtividade do processo. Entretanto, ainda não foi possível verificar na literatura trabalhos que comprovem este efeito de melhoria na redução de “humping” a partir do emprego desta técnica.
Este fenômeno já foi observado em diferentes processos de soldagem em alta velocidade como o Laser, Feixe de elétrons, TIG e MIG/MAG. Entretanto, Humping também foi verificado em determinadas condições de baixa velocidade de soldagem. Savage (1979), trabalhando com a soldagem TIG autógena de aço carbono, mapeou a ocorrência deste defeito a partir da utilização de vários níveis de velocidade de soldagem e corrente. Ele observou que mesmo com a aplicação de baixos níveis de velocidade de soldagem no processo TIG foi possível a obtenção de Humping. Entretanto, isto somente ocorreu em função dos elevados níveis de corrente utilizados. Ainda em seu trabalho, Savage (1979) verificou que para baixos níveis de velocidade de soldagem, uma redução nos níveis de corrente produziu cordões com boa geometria, ou seja, sem a presença de Humping e mordeduras. Somente a utilização de elevados níveis de velocidade de soldagem foi capaz de promover a formação de Humping na soldagem TIG em baixa corrente.
Figura 2.46 – Ilustração de Humping no metal de solda (NGUYEN, 2005)
Além da velocidade de soldagem e a alta corrente, outros parâmetros que podem contribuir para a formação deste defeito são o tipo e composição do gás de proteção, o ângulo da tocha, a geometria da ponta do eletrodo de tungstênio no TIG, a composição química do material de base e de adição, o tipo de junta, a posição de soldagem e a pressão ambiente. A composição do gás de proteção tem mostrado um impacto significante na formação do Humping. Bradstreet (1968) realizou experimentos com a utilização de várias composições da mistura Argônio-Oxigênio como gás de proteção, bem como Dióxido de Carbono puro na soldagem MIG/MAG. Ele notou que o aumento dos níveis de Oxigênio na mistura aumentou a formação de Humping. Em atmosfera de CO2, entretanto, foi dificultado
a formação de Humping. Nguyen (2005) também observou algo similar em sua pesquisa. Ele estudou os efeitos de diferentes atmosferas gasosas (Ar puro, mistura MMG 92%Ar + 8% CO2 e TIME 65%Ar + 8% CO2 + 26,5% He + 0,5% O2) na formação de Humping durante
a soldagem MIG/MAG em alta velocidade. Similar à Bradstreet, ele verificou que a presença de Dióxido de Carbono no gás de proteção (MMG e TIME) durante a soldagem MIG/MAG de aço carbono atrasou a formação de Humping, ou seja, aumentou a faixa limite de velocidade, nos menores níveis de potência do arco avaliados, sendo este efeito mais perceptível quando se utilizou o gás TIME (Figura 2.47).
Para uma potência do arco de 6,0 kW, o limite encontrado para a velocidade nas soldagens com argônio puro foi cerca de 10 mm/s. Nesta mesma potência foram encontrados 44 mm/s e 50 mm/s para os limites de velocidades quando utilizado, respectivamente, MMG e TIME. Isto representou um aumento na produtividade entre 440% a 600% em relação à soldagem com argônio puro. As imagens obtidas de algumas soldas produzidas no trabalho de Nguyen, com argônio puro em 6,3 kW e onde foi obtido um valor de 10 mm/s para a velocidade limite são apresentadas na Figura 2.48.
Figura 2.47 – Influência da composição química do gás de proteção sobre a ocorrência de “humping” em soldagem MIG/MAG de aço carbono (NGUYEN, 2005)
Figura 2.48 – Vista superior de soldas MIG/MAG produzidas com o uso de proteção argônio puro sobre chapas de aço, mostrando ocorrência de “humping” a partir de 11 mm/s (NGUYEN, 2005)
Entretanto, esta maior vantagem do gás TIME em aumentar mais significativamente a faixa limite de velocidade reduziu com o aumento da potência do arco. O mesmo ocorreu para as soldagens realizadas com o gás MMG onde, em ambos os casos, a velocidade limite reduziu para próximo de 20 mm/s em 9 kW aproximando-se bastante da velocidade limite obtido para o argônio puro na mesma potência. Uma das justificativas empregadas por Nguyen para explicar o atraso na formação do Humping em baixos níveis de potência do arco foi a redução da tensão superficial da poça de fusão quando foram utilizados os gases ativos MMG e TIME. Ele observou a redução do ângulo de contato (c) entre o metal de
solda e metal de base quando os gases MMG e TIME foram utilizados, ou seja, a presença de CO2 no gás de proteção permitiu a formação de uma poça de fusão com boa fluidez
facilitando o melhor molhamento do metal liquido sobre o metal de base e dificultando o acúmulo de material fundido para geração de Humping (Figura 2.49).
Savage (1979) em seus experimentos com a soldagem TIG encontrou grande diferença na obtenção da velocidade limite para a formação de Humping entre os gases Argônio e Hélio (Figura 2.50). Com a utilização do gás Hélio no lugar do argônio houve um relevante aumento da velocidade limite. Ele explica que tal fato pode estar relacionado a uma menor pressão do arco sobre a poça de fusão, para um determinado nível de corrente, quando se utiliza Hélio como gás de proteção na soldagem TIG (Figura 2.51). Isto acontece em função de sua baixa densidade quando comparado ao argônio. Ele observou ainda que a geometria da ponta do eletrodo de Tungstênio afeta a pressão do arco sobre a poça de fusão. Pontas afiadas, com ângulo agudo, promovem uma alta distribuição de pressão do arco. Ele concluiu que pontas agudas criam maior força do arco sobre o metal líquido e reduz a velocidade limite para a formação de “humping”.
Figura 2.49 – Seção transversal de soldas produzidas no processo MIG/MAG sobre chapas de aço (ângulo de contato obtido entre metal de solda e metal de base) com 7,5 kW e 11 mm/s: (a) Argônio puro; (b) MMG; e (c) TIME (NGUYEN, 2005)
Figura 2.50– Efeito do gás de proteção na formação de “humping” durante a soldagem TIG (SAVAGE, 1979)
Figura 2.51 – Efeito do gás de proteção na distribuição da pressão do arco durante a soldagem TIG (SAVAGE, 1979)
Nguyen (2005) também realizou soldagens em dutos de forma automatizada com o processo MIG/MAG em alta velocidade com a finalidade de avaliar o efeito da posição de soldagem na formação de “humping”. Diferentes atmosferas gasosas foram utilizadas e, a partir da inclinação do ângulo da tocha em 10 graus, foram produzidas soldas nas posições
vertical descendente, plana e vertical ascendente. A tocha permaneceu fixa em uma posição enquanto o duto rotacionava automaticamente. Foi observado que a soldagem vertical descendente com ângulo de inclinação da tocha em 10 permitiu os maiores valores para a velocidade limite para a ocorrência de “humping”, em qualquer atmosfera gasosa utilizada. Nguyen procurou justificar tal observação pela atuação desfavorável da força gravitacional no acúmulo de metal fundido atrás do arco. Ao contrário, na posição vertical ascendente a força gravitacional atua a favor do acúmulo do metal fundindo atrás do arco, aumentando as chances de “humping” (Figura 2.52).
Figura 2.52 – Influência da posição de soldagem no limite de velocidade de soldagem. Potência de 7,5kW (NGUYEN, 2005)
10° Ascendente Plana 10° Descendente
Posição de Soldagem (mm/s) Ve lo cid a d e d e S o ld a g em ( m m /s)