Efeitos dos Parâmetros de Soldagem e do Aporte Térmico

A agilidade de deslocamento do arco elétrico ao longo da junta de solda caracteriza a velocidade de soldagem. Entre os efeitos naturais decorrentes deste parâmetro, podem-se mencionar: a variação na penetração da solda, efeitos na produtividade e no aporte de calor transmitido à peça. Uma menor velocidade de avanço procria maior penetração da solda, enquanto o aumento da velocidade diminui a penetração, a largura do cordão e a altura do reforço (MODENESI, 2005 apud MOREIRA, 2008).

Velocidades de soldagem muito elevadas podem originar o aparecimento de trincas de solidificação, mordeduras (geometria irregular do cordão), falta de fusão ou de penetração e porosidades (FILHO, 2011).

Baseado nos resultados da Tabela 14 de estimativa dos efeitos, construímos os gráficos da Figura 47 , para uma melhor análise. Deve-se lembrar de que esta tabela reproduz o efeito médio do todo o experimento em relação à variável em questão, podendo em alguma combinação particular de parâmetros, apresentar uma variação oposta.

Os resultados da análise de variância da Tabela 13 apontam a velocidade de soldagem como o fator mais influente na formação de porosidade em soldas por arco submerso em chapas de aço para vasos de pressão. De fato, através dos resultados dos ensaios de raios-X, condensados na Tabela 12 e com os resultados das estimativas dos efeitos na Tabela 14 e na Figura 36, verificou-se que o aumento do fator "Velocidade de Soldagem" do nível baixo (400 mm/min) para o nível alto (600 mm/min) causa um aumento médio na resposta da "Porosidade" de aproximadamente 17 poros. Verificou-se também, através do ensaio não destrutivo de raios-X, que a formação de poros volumétricos esféricos foi mais detectada na velocidade de soldagem de 400 mm/min, enquanto que a formação de porosidade vermicular foi mais detectada na velocidade de soldagem de 600 mm/min.

Estes resultados corroboram fortemente com a literatura (SRIVASTAVA et al., 2010; VIANO et al, 2004). Segundo afirma Woods (1974) o aumento da velocidade de soldagem leva a um aumento da quantidade e a uma redução no tamanho dos poros, atribuindo esta redução ao fato de que com maiores velocidades de soldagem reduz-se o tempo disponível para absorção de gases.

Figura 47 - Forma gráfica da estimativa dos efeitos

Em uma correlação feita por Saperstein e colaboradores (1967) entre velocidade de soldagem e tamanho e morfologia dos poros formados no metal de solda, descobriu-se que com altas velocidades de soldagem os poros tendem a ser refinados e/ou alongados, enquanto que com médias e baixas velocidades eles tendem a se coalescer, tornando-se maiores. Esta afirmação corrobora com a afirmação dita por Ramirez e colaboradores (1994), que diz que altas taxas de solidificação tendem a produzir porosidade vermicular, enquanto taxas baixas produzem poros esféricos e menores, que também esta de acordo com os resultados obtidos por raios X. Ramirez (1994) também cita que aumentando a quantidade de nitrogênio ou a velocidade de soldagem, aumenta-se a quantidade de porosidade volumétrica retida na solda. Estas afirmações serviram de base para pesquisas posteriores em que os resultados apontam esta tendência (SRIVASTAVA et al., 2010; VIANO et al, 2004).

Portanto, de acordo com a teoria estudada para esta dissertação, tudo leva a crer que o desenvolvimento dos poros volumétricos depende principalmente do grau de saturação e não da taxa de solidificação, porque as bolhas de gases já existiam antes que a solidificação ocorra. Entretanto, o crescimento dos poros é afetado pela taxa de solidificação. Baixas taxas de solidificação dão ao poro tempo suficiente para escapar ou aumentar de tamanho. Assim, somente pequenas quantidades de poros são esperadas em uma condição de baixa velocidade de soldagem. Com o aumento da taxa de solidificação, o gradiente de solidificação torne-se mais gradual e assim a taxa de transporte por difusão aumenta, fornecendo uma grande quantia de átomos para formar ou provocar o crescimento dos poros volumétricos. Além disto, a solidificação rápida pode aprisionar os poros volumétricos na solda. Como resultado, a quantidade de poros na solda aumenta com o aumento da velocidade de soldagem.

Quando demais variáveis de soldagem conservam-se inalteradas e a intensidade da corrente de soldagem sofre ampliação, a elevação da corrente ocasionará um acréscimo na faixa de deposição e um aumento na profundidade e largura do cordão de solda (MOREIRA, 2008).

Através da Tabela 13 de análise de variância, verificou- se que a corrente de soldagem é o terceiro parâmetro estatisticamente significante que mais afeta a resposta porosidade. Sua influência é facilmente entendida analisando os resultados obtidos com o gráfico de contorno do DOE, nas Figuras 35 e 36 para fluxo neutro e Figuras 37 e 38 para fluxo ativo, que mostra que para uma dada velocidade de soldagem qualquer, ocorre um aumento do nível de porosidade com o aumento da corrente. Estes resultados estão de acordo com a afirmação de diversos pesquisadores (SRIVASTAVA et al., 2010; CHANDEL e BALA, 1998; CHAI e EAGAR, 1980; WARREN e STOUT,1952a) que dizem que o uso de correntes elevadas aumenta o nível de porosidade. Os autores atribuem isto ao fato de que correntes elevadas aumentam a temperatura da poça de fusão, o que aumenta a solubilidade do oxigênio e outros gases na poça. Devido à solubilidade dos elementos formadores de gases serem menores no metal sólido, com o resfriamento e consequente solidificação do metal de solda, estes elementos são rejeitados no metal liquido a frente da interface de solidificação, levando a formação de bolhas de gás que podem ser aprisionadas e se tornar poros. (SRIVASTAVA et al., 2010; WARREN e STOUT, 1952b).

Verificou-se também através do ensaio de inspeção visual e da macrografia, uma maior penetração da solda com a utilização de uma maior corrente de soldagem. Porém percebeu-se que embora a penetração seja mais efetiva, gerou- se um reforço excessivo da face de solda utilizando o nível mais alto de corrente de 620 amperes, o que pode necessitar de um lixamento da solda quando aplicado às normas de qualidade, como a ASME por exemplo. Medições dos reforços

e penetração podem ser observadas na Figura 45. Assim, estes resultados estão de acordo com alguns autores, que sugerem que com o aumento da corrente de soldagem, aumenta-se a penetração, e que quanto maior a penetração, maior será a distância que as bolhas de gás têm para escapar para a superfície, aumentando assim a probabilidade de formar poros.

(SRIVASTAVA et al., 2010; CHANDEL e BALA, 1998;

CHAI e EAGAR, 1980; WARREN e STOUT,1952a).

A tensão e o comprimento do arco são parâmetros importantes na determinação da geometria da solda. Quando demais parâmetros, envolvidos na soldagem, são mantidos constantes, um aumento na tensão do arco produz uma ampliação da largura e uma redução na altura (reforço) do cordão de solda, além da diminuição da penetração. Inversamente, o uso de baixo valor de tensão ocasiona um pequeno comprimento do arco e maior taxa de penetração de solda, (MOREIRA, 2008; RODRIGUES, 2010).

Os resultados do DOE, através da Tabela 13 evidencia que a Tensão de soldagem tem um papel pequeno, porém significante estatisticamente na variável resposta porosidade. A Tabela 14 de estimativa dos efeitos, mostra que o aumento do fator "Tensão" do nível baixo (27 V) para o nível alto (32 V) causa um aumento médio na resposta da "Porosidade" de aproximadamente 2 poros. Os resultados obtidos neste quesito também estão de acordo com alguns autores (SRIVASTAVA et al., 2010; WOODS, 1974), que argumentam que o efeito da tensão do arco na formação de porosidades pode ser explicado como variações no comprimento do arco. Numa dada corrente, um pequeno aumento na tensão significa um grande aumento no comprimento do arco e quanto maior o comprimento do arco, maior será a superfície da poça de fusão, tornando assim maior a zona susceptível à absorção de gases, e consequentemente a formação de porosidades é favorecida.

4.7.3 Parâmetros otimizados de soldagem para o processo