Nesta segunda etapa foram soldados seis (6) corpos de prova, mantendo-se a maioria dos parâmetros utilizados na etapa 1, porém, foram realizadas soldas com outros dois tipos de gases de proteção. Além disso, através dos resultados obtidos para a vazão do gás de proteção na etapa 1, foi possível adotar a vazão de 12 L/min. como parâmetro fixo para a segunda etapa, já que esta vazão foi a que obteve os melhores resultados na etapa 1.
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4.3.1 Inspeção Visual
Nesta segunda etapa foi possível verificar diferenças nas soldas produzidas com os gases C10 (90% Ar + 10%CO2) e C25 (75% Ar + 25% CO2). As soldas produzidas com o gás C25 geraram uma quantidade maior de salpicos, o que praticamente não ocorreu com o gás C10. A largura do cordão de solda foi medida com paquímetro digital da marca Mitutoyo, com resolução de 1 centésimo de milímetro. A Figura 66 apresenta os corpos de prova soldados com os gases de proteção C10 (90% Ar + 10%CO2) e C25 (75% Ar + 25% CO2). As médias e desvios padrão referentes a três medições feitas ao longo do cordão soldado apresentadas em ambas as figuras. Os cordões de solda que foram produzidos com o gás de proteção C25 apresentaram uma redução de espessura em comparação aos cordões produzidos com o gás C10, ficando pouco mais de 1 mm de diferença. Não foi possível identificar descontinuidades ao longo do cordão, com exceção da escória de solda, presente em todos os casos e dos salpicos com o gás C25. Visualmente foi possível notar que o cordão de solda obtido na soldagem com o gás C10 tinha uma aparência mais limpa em relação ao gás C25.
Figura 66 – Corpo de prova soldado com o gás de proteção C10
Fonte: Próprio Autor.
4.3.2 Detecção de Defeitos e Caracterização da Solda
Da mesma forma como o estudo foi conduzido na primeira etapa, as amostras da seção transversal foram preparadas para análise macroscópica, a fim de caracterizar a existência ou não de defeitos na junta soldada. Isto se fez necessário, já que nesta etapa também não foi
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possível avaliar, de forma efetiva, a integridade do cordão de solda apenas com a inspeção visual.
Na Figura 67 é possível visualizar as imagens das macrografias realizadas para as duas condições analisadas nesta segunda etapa.
Figura 67 - Macrografias da seção transversal das juntas soldadas com diferentes gases de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Através da Figura 67 é possível notar que em ambas as condições testadas ocorreu penetração total da raiz da junta, descartando assim, defeitos do tipo falta de solubilidade. As amostras soldadas com o gás de proteção C10 (90% Ar + 10%CO2) apresentaram pequenos poros na amostras de posição M2, que representa a parte central do cordão de solda, como pode ser visto na Figura 67. Como foi mencionado no 5.2.2, onde foram avaliadas as soldas produzidas com diferentes vazões do gás de proteção, esta descontinuidade apresentada não compromete a integridade das soldas produzidas, pois, estão dentro de um padrão aceitável por norma, neste caso a norma ISO 5817: 2003 “Welding – Fusion – welded juints in steel, nickel,titaniun, and their alloys (beam welding excluded) – Quality levels for imperfections”.
Todas as soldas realizadas com o gás de proteção C25 (75% Ar + 25% CO2) apresentaram um aumento na região da raiz da solda, como pode ser visto na Figura 67. Este excesso de penetração perceptível nas soldas realizadas com esta configuração de gás pode estar relacionado com a maior concentração de CO2nesta mistura de gases. A transferência de calor junto à poça de fusão, devido à dissociação e recombinação do CO2 em seus componentes, mais intensa nesta configuração (25% CO2), pode justificar este aumento na
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região da raiz do cordão soldado. Algo semelhante foi evidenciado nos resultados obtidos por Teske (2006), em seu estudo sobre a influência da composição do gás de proteção na soldagem do aço ASTM A516 pelo processo GMAW, onde a configuração de gás que continha uma maior quantidade de CO2 presente na mistura apresentou maiores valores de penetração em relação às outras configurações de gás analisadas.
4.3.3 Perfil de Dureza
A determinação da microdureza justifica-se pela necessidade de avaliar a dureza de constituintes individuais de uma microestrutura, analisando a existência de fases frágeis no material, além de avaliar a linha de fusão ou zona de ligação entre o metal de solda e o metal de base. Medições de microdureza foram realizadas analisando dez (10) pontos ao longo da seção transversal da junta soldada, conforme descrito no subitem 3.4.9. A Figura 68 apresenta os valores de dureza obtidos para os gases de proteção C10 (90% Ar + 10%CO2) e C25 (75% Ar + 25% CO2) analisados nesta etapa do estudo.
Figura 68 - Perfil de microdureza Vickers em amostras soldadas com diferentes gases de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Assim como na etapa 1, em todos os casos os valores de dureza na região da zona fundida (ZF) ficaram com valores acima dos valores de dureza do material de base e da zona termicamente afetada (ZTA), confirmando assim o bom desempenho do arame de solda.
Conforme AWS D1.1/D1.1M: 2010 – Structural Welding Code – Steel, baseado em testes laboratoriais, menciona que trincas não ocorrerão se a rigidez da ZTA for mantida
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abaixo de um número de Dureza Vickers de 350 HV. O controle deste limite proporciona uma menor possibilidade de fragilização do material. Sendo assim, podemos predizer através dos resultados encontrados neste estudo que este tipo de falha não ocorrerá, visto que o resultado de microdureza em todas as condições testadas ficou dentro da faixa de limite especificado por norma.
4.3.4 Ensaio de Tração
A fim de se avaliar a eficiência da junta soldada pelo processo de soldagens MAG, corpos de prova retirados das chapas soldadas foram submetidos ao ensaio de tração. Os corpos de prova submetidos ao ensaio de tração foram confeccionados conforme descrito no subitem 3.4.10, sendo que seu corte foi realizado transversalmente em relação à direção de soldagem, ou seja, o sentido de laminação do material estava perpendicular ao corte das amostras. Para cada uma das vazões testadas foram retirados três corpos de prova para o ensaio de tração, conforme Figura 44 da seção 3.4.7.
A Tabela 10 apresenta os valores médios de limite de escoamento (N/mm²), limite de resistência (N/mm²) e alongamento (%), além do local de ocorrência da ruptura do corpo de prova, para os parâmetros descritos na Tabela 5 do subitem 3.3.1.
Tabela 10 - Ensaio de Tração - Média e desvios padrões das juntas soldadas
Gás de proteção Média limite
resistência Média limite deescoamento Alongamento
Local de Ruptura
[Tipo] [MPa] [MPa] [%]
Metal Base 459 338,4 34,28 -
C10 (90%Ar+10%CO2) 465,9 ± 3,5 373,7 ± 3,9 15,5 ± 1,6 MB C25 (75%Ar+25%CO2) 499,7 ±0,1 404,2 ± 0,6 16,1 ± 2,0 MB
Fonte: Próprio Autor.
Os valores de limite de escoamento apresentados na Tabela 10 mostram que, para ambos os gases,o limite de escoamento ficou um pouco acima do valor obtido para a amostrado metal base, sendo que para o gás C25 (75% Ar + 25% CO2) este valor foi mais elevado em comparação ao gás C10 (90% Ar + 10%CO2).Os valores do limite de resistência à tração ficaram acima dos valores encontrados no material de base, novamente o valor encontrado para o gás C25 (75% Ar + 25% CO2) foi superior ao encontrado para o gás C10 (90% Ar + 10%CO2).
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A Figura 69 apresenta o metal base e os corpos de prova que foram soldados com diferentes gases de proteção, após o ensaio de tração.
Figura 69 - Imagens do ensaio de tração do material de base e juntas soldadas com diferentes gases de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Pela Figura 69 é possível notar que não houve uma redução na resistência mecânica das juntas soldadas, visto que em todas as condições testadas o rompimento do corpo de prova ocorreu no material de base, indicando a boa qualidade das juntas soldadas. Isso também pode ser explicado devido à característica de maior dureza na região da solda, como pode ser visto no ensaio de microdureza.
4.3.5 Ensaio de Dobramento
A fim de se avaliar a ductilidade da junta soldada, foram realizados ensaios de dobramento de face e raiz para as duas condições em questão, nesta segunda etapa do estudo. A Figura 70 apresenta os corpos de prova submetidos ao ensaio de dobramento de face, enquanto que na Figura 71 são apresentados os copos de prova submetidos ao ensaio de dobramento de raiz.
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Figura 70 - Dobramento de face dos corpos de prova soldados pelo processo MAG, com diferentes gases de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Figura 71 - Dobramento de raiz dos corpos de prova soldados pelo processo MAG, com diferentes gases de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Tanto as soldas produzidas com o gás C10 (90% Ar + 10%CO2), quanto as soldas produzidas com o gás C25 (75% Ar + 25% CO2) apresentaram boa ductilidade, aprovando tanto no ensaio de dobramento de face, como no ensaio de dobramento de raiz. Todas as amostras foram dobradas até um ângulo de 180°, tanto no dobramento de face, como de raiz.
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4.3.6 Aporte Térmico
Para o cálculo do aporte térmico gerado durante a soldagem dos corpos de prova foram utilizados os valores médios de corrente e tensão obtidos através do equipamento RCU 5000i, descrito no subitem 3.2.3, o valor de eficiência térmica foi obtido com base na norma DIN EN1011-1: 2009, sendo o valor de 80% para o processo de soldagem MAG. Os valores para o aporte térmico referente as duas condições testadas na etapa 2 do estudo foram calculados através da Equação 5, descrita no subitem 2.3.2.8 e são apresentados na Figura 72.
Figura 72 - Valores médios de aporte térmico em função do tipo de gás de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Através da Figura 72 é possível notar que os maiores valores para o aporte térmico foram obtidos para as soldas realizadas com o gás de proteção C10 (90% Ar + 10%CO2). O aporte térmico na soldagem é um parâmetro de grande importância, pois está diretamente relacionado com as transformações microestruturais e no comportamento da junta (MAROUÇO et al., 2013).
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4.3.7 Rendimento Depositado
Para o cálculo do rendimento real de deposição foram seguidos os mesmos procedimentos que foram descritos no subitem 4.2.7. Através da equação do cálculo do rendimento depositado, que pode ser visualizada no subitem 2.3.2.7, foram obtidos valores de rendimento para cada uma das vazões de gás de proteção testadas, sendo estes valores médios apresentados na Figura 73.
Figura 73 - Rendimento de arame depositado em função do tipo de gás de proteção
Fonte: Próprio Autor.
Pelos resultados apresentados na Figura 73 é possível observar que a composição do gás de proteção não influenciou significativamente no rendimento depositado, sendo que para os dois gases utilizados os rendimentos foram de aproximadamente 95%.
4.3.8 Taxa de Deposição de Arame
A taxa de deposição de arame é a relação entre a massa final e a massa inicial de uma peça soldada com o tempo de arco aberto necessário para soldar a peça (GARCIA, 2011). Para o cálculo da taxa de deposição do arame foi utilizado a Equação 2, ver subitem 2.3.2.3, utilizando-se dos valores de massa inicial e final já coletados, sendo que os resultados de tempo de arco aberto foram obtidos através da unidade de controle remoto RCU 5000i, obtendo o tempo exato de soldagem de cada corpo de prova. A Figura 74 apresenta os resultados da taxa de deposição do arame.
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Figura 74 - Taxa de deposição de arame no metal base
Fonte: Próprio Autor.
A taxa de deposição não se mostrou ser um fator influenciado pelo tipo de gás de proteção, como pode ser visto nos resultados obtidos para o gás C10 (90% Ar + 10%CO2) e para o gás C25 (75% Ar + 25% CO2), apresentados na Figura 74. A quantidade de arame depositado em soldas realizadas com estes dois tipos de gases ficou próxima de 4 kg/h, tanto para soldas produzidas com C10, quanto para soldas produzidas utilizando-se o C25.
4.3.9 Porcentagem de Escória
Através da Equação 9, apresentada no subitem 3.4.3, foi calculada a porcentagem de escória de solda presente em cada corpo de prova soldado. Os valores de porcentagem de escória apresentados na Figura 75 representam os valores médios de escória contida nos três corpos de prova soldados para cada uma das vazões do gás de proteção analisadas.
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Figura 75 - Porcentagem de escória gerada
Fonte: Próprio Autor.
Pela Figura 75 é possível perceber que a mistura de gás com maior teor de dióxido de carbono, ou seja, C25 (75% Ar + 25% CO2) apresentou a maior porcentagem de escória. Isto pode estar relacionado ao fato de que misturas ricas em CO2têm maior capacidade de realizar troca de calor devido a recombinação, isto implica em uma maior quantidade de energia transferida para o metal base. Outra característica das misturas contendo elevados teores de dióxido de carbono é a existência de um maior número de curtos circuitos, gerando uma maior quantidade de salpicos, escória e podendo reduzir a quantidade de calor efetivo que é transferido para a peça (BOHRER, 2013). O aumento de salpicos e escória foi evidenciado nos testes realizados com a mistura de gás de proteção C25 (75% Ar + 25% CO2).
4.3.10 Análise da Composição Química da Escória de Solda
Com o intuito de se conhecer os elementos químicos que compõem a escória de solda analisada neste estudo, uma amostra foi analisada através da técnica de espectroscopia de fluorescência de Raios-X, onde a energia da radiação de fluorescência identifica o elemento, enquanto sua intensidade permite que seja medida sua concentração na amostra analisada mediante uma prévia calibragem.
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Tabela 11 - Composição química da escória de solda Composição Química Manganês – Mn (%) 39, 00 Silício – Si (%) 23, 91 Ferro – Fe (%) 8, 32 Bário – Ba (%) 0, 99 Alumínio – Al (%) 0, 98 Platina – Pt (%) 0, 27 Titânio – Ti (%) 0, 24 Cálcio – Ca (%) 0, 19
Fonte: Próprio Autor.
Como pode ser visto na Tabela 11, os resultados obtidos pela análise de espectroscopia de fluorescência de Raios-X vão de encontro com o que a literatura sugere, evidenciando altos teores de manganês (Mn) e silício (Si), que são elementos desoxidantes adicionados a composição química do metal de adição com o intuito de minimizar descontinuidades no cordão de solda como, por exemplo, a porosidade. Como foi visto na Tabela 4, que apresenta a composição química do arame maciço ER70S-6, os elementos com maior concentração são o manganês (Mn) e silício (Si), o que acaba justificando a presença de altos índices destes elementos na composição química da escória de solda.