Influência dos fatores de controle sobre a diluição

Idealmente, em revestimentos depositados por soldagem, é desejado o mínimo de diluição. Assim, a avaliação da diluição pelo método Taguchi é uma abordagem do tipo menor é melhor, no qual teoricamente o valor desejado é zero.

Na prática, no entanto, é necessário que se tenha valores mínimos de diluição, com o intuito de assegurar a união do revestimento sobre o substrato, bem como proporcionar resistência ao cisalhamento satisfatória.

Ressalta-se que a combinação dos fatores de controle para se obter a característica da qualidade desejada (para a diluição, menor é melhor) é conseguida através da maximização da função objetiva ETA (η), as quais são razões S/N (Sinal/Ruído) empregadas no Método Taguchi.

O uso da razão S/N tem a vantagem de que, uma vez obtido o melhor ajuste que minimize a sensibilidade ao ruído para um dado valor médio de um parâmetro estudado, esse ajuste também é válido para outro valor médio deste parâmetro (Phadke, 1989; Miranda, 1999).

Com base nos resultados apresentados na Tabela 5.1, os efeitos de cada um dos fatores de controle sobre a diluição foi avaliado por meio de um programa estatístico de computador.

A Figura 5.7 mostra o comportamento dos fatores de controle em relação à diluição.

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Figura 5.7. Comportamento dos níveis dos fatores de controle sobre a diluição. DILUIÇÃO (menor é melhor)

As linhas tracejadas indicam ± 2 vezes o erro padrão

1 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Téc. energia Dispos. Eletrodos Tecimento Energia Defasagem -27,0 -26,5 -26,0 -25,5 -25,0 -24,5 -24,0 -23,5 -23,0 D ilui ção ( % ); E T A = - 10* log1 0( (S um (y ²) )/ N ) Tipo I 50% 25% 0% 15,12 kJ/cm 10,80 kJ/cm 7,56 kJ/cm Duplo 8 Triangular Sem tecimento 45° Longitudinal Transversal Tipo V

Fonte: autoria própria.

Em seguida, são ressaltados os níveis ótimos dos fatores de controle para que se tenha o menor valor de diluição:

• técnica da energia no nível 2 (Tipo V);

• disposição dos eletrodos no nível 2 (longitudinal); • tipo de tecimento no nível 1 (sem tecimento);

• energia de soldagem no nível 1 (energia no menor nível, 7,56 kJ/cm);

• defasagem entre os pulsoss no nível 1 (sem defasagem).

A Tabela 5.2 mostra a análise de variância da função η para os fatores de controle avaliados.

Tabela 5.2. Análise de variância da função η para a diluição.

Fator de controle Nível de significância (_α)

Técnica da energia 0,949149

Disposição dos eletrodos 0,000002

Tipo de tecimento 0,000009

Nível de energia 0,000000

Defasagem entre os pulsos 0,003328

89 Examinando a Figura 5.7 em conjunto com o resultado da análise de variância (Tabela 5.2), constata-se que, com exceção da técnica de energia empregada, os demais fatores de controle exercem influência estatística sobre a diluição.

Embora não tenha influenciado estatisticamente, o efeito da técnica da energia sobre a diluição será abordado individualmente, com o intuito de se verificar a tendência de cada uma das modalidades: Tipo I e Tipo V. O efeito isolado de cada técnica de energia sobre a diluição nos diferentes níveis de energia é mostrado na Figura 5.8.

Figura 5.8. Comportamento da diluição para cada técnica de energia nos diferentes níveis de energia.

Técnica de energia X Energia de soldagem p=0,00014 1 2 3 Nível de energia 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 D ilui çã o ( % ) Tipo I Tpo V

Fonte: autoria própria.

Percebe-se que com a variação da energia pelo Tipo I (a corrente varia e a velocidade de soldagem é constante, com valor intermediário) foram obtidos valores crescentes de diluição para cada nível de energia de uma forma aproximadamente linear.

Diferentemente, a variação da técnica de energia pelo Tipo V (a velocidade de soldagem varia e a corrente eficaz é constante, com valor intermediário) não mostrou a mesma tendência de aumento de diluição. Em vez disso, esta manteve o valor de diluição entre 15 e 21%, aproximadamente, no intervalo de nível de energia imposto.

90 Este efeito de menor variação da diluição pela técnica de energia pelo Tipo V pode ser atribuído ao maior volume da poça de fusão, nos mais elevados níveis de energia, agir como uma barreira térmica entre o arco elétrico e a peça. A elevação da energia de soldagem pela redução da velocidade de soldagem ocasiona aumento de tempo em que o arco incide sobre a peça, o que resulta no aumento do volume da poça de fusão. A pressão do arco incide sobre o volume da poça de fusão, tendendo a reduzir a diluição.

A corrente de soldagem possui um efeito bastante pronunciado sobre a diluição, sendo bem mais evidente quando comparada à velocidade de soldagem.

Desta forma, com base no comportamento da diluição em relação à técnica de energia, é possível inferir implicações do ponto de vista de produtividade e também do metalúrgico.

Através da adoção da variação do nível de energia pelo Tipo V, é possível promover aumento de produtividade de uma soldagem de revestimento com o aumento da energia de soldagem, sem resultar em aumentos tão significativos dos níveis de diluição, desde que o nível de corrente eficaz não atinja valores excessivamente altos.

A variação da disposição dos eletrodos exerceu forte influência estatística sobre a diluição. Os eletrodos dispostos longitudinalmente promoveram o menor nível de diluição, seguido da configuração em 45° e por último da configuração transversal.

Um menor nível de diluição foi alcançado quando os eletrodos foram posicionados um na frente do outro, o qual pode ser atribuído ao fato desta disposição dos eletrodos fazer com que o arco gerado pelo eletrodo da frente incida diretamente na peça e o arco gerado pelo segundo eletrodo, que vem atrás, incida sobre a poça de fusão que já foi formada pelo arco da frente. A presença do material já depositado pelo eletrodo da frente funciona como uma barreira entre o arco do eletrodo de trás e o substrato. Com isso, há uma tendência de menor fusão do metal de base minimizando a diluição em relação aos outros dois posicionamentos.

Com base na explicação dada acima, temos o efeito parcial da deposição de material do eletrodo de trás sobre o eletrodo da frente para a disposição dos eletrodos em 45°. Assim, uma parte do arco do eletrodo de trás incide sobre a poça

91 de fusão e a outra parte em cima do metal de base. E, como resultado disto, obteve- se uma diluição intermediária entre as configurações transversal e longitudinal.

A disposição dos eletrodos um ao lado do outro alcançou o maior nível de diluição. Nesta configuração, os dois arcos atingem diretamente a peça, contribuindo para maior diluição.

Adicionalmente, o perfil de penetração alcançado por cada uma das configurações evidenciou o efeito comentado acima (Figura 5.4, Figura 5.5 e Figura 5.6).

Em continuidade, a avaliação conjunta da Figura 5.7 e da Tabela 5.2 mostra que o tipo de tecimento exerceu também influência estatística muito forte. No nível 1 (sem tecimento) foi a condição que promoveu menor diluição. Em patamares bem maiores de diluição estão os níveis 2 (triangular) e 3 (duplo oito). Sendo que estes dois últimos obtiveram níveis bastante próximos.

Destaca-se que o tecimento do cordão resulta em uma velocidade de soldagem diferente comparada à condição sem tecimento. Além disso, o tecimento implica em um cordão de solda com maior área adicionada (principalmente na largura) favorecendo a obtenção de maiores energias e diluições. Assim, uma comparação entre estas condições não pode ser realizada de uma forma direta. Todavia, a aplicação de tecimento ocasiona maior agitação da poça de fusão, promovendo um maior efeito convectivo da poça, podendo contribuir para aumentar o nível de diluição.

O nível de energia foi outro fator de controle com marcante influência estatística (α = 0,00000). Como pode ser visualizado na Figura 5.7, o menor nível de energia (7,56 kJ/cm) proporcionou menor diluição, seguido dos níveis intermediário (10,80 kJ/cm) e do de maior valor (15,12 kJ/cm), respectivamente.

Este resultado vai ao encontro do comportamento esperado na soldagem MIG/MAG com arame simples: aumento da energia de soldagem promove maior nível de diluição. Pode-se atribuir a esta tendência o aumento de calor fornecido, o qual implica no aumento da quantidade de metal fundido – de adição e de base.

Além disso, o aumento da corrente eficaz de soldagem promove forte influência nas características geométricas e na diluição. Neste contexto, destaca-se o papel fundamental da força eletromagnética exercendo influência marcante no

92 movimento convectivo da poça de fusão, contribuindo bastante para o aumento da fusão do metal de base (KOU, 2003).

Há de se destacar, entretanto, que valores excessivos de energia de soldagem, e, consequentemente, de diluição, contribuem para a ocorrência de Zonas Parcialmente Misturadas (ZPM), as quais fragilizam a interface entre o metal de solda e o metal de base (Kejelin et al., 2007).

Nos revestimentos por soldagem aplicando ligas de níquel sobre o substrato de aços, a concentração de ferro no metal de solda pode trazer efeitos prejudiciais na resistência à corrosão. A norma técnica ISO 10423 limita o teor de ferro máximo admitido em 5% a uma distância de 3 mm do metal base, considerando como metal de solda a liga 625.

A diluição também foi influenciada estatisticamente pela defasagem entre os pulsos de corrente. A condição em que os pulsos de corrente estiveram em fase (0%) implicou em menores diluições. Em uma sequência crescente de diluição obtida, seguem os outros níveis analisados: 25% e 50% de defasagem entre os pulsos de corrente.

Este resultado pode ser relacionado à maior agitação da poça de fusão promovida pela defasagem entre os pulsos. Na condição em que os pulsos acontecem completamente em fase, as gotas de metal fundido são desferidas dos eletrodos de forma aproximadamente simultânea e, consequentemente, atingem a poça de fusão praticamente no mesmo instante.

Por outro lado, quando os pulsos acontecem defasados entre si, as gotas metálicas são desferidas para o metal de base em instantes distintos, deste modo promovendo maior nível de agitação do metal de base ainda fundido. A maior agitação no metal de base favorece os movimentos convectivos na poça de fusão, cuja importância para a promoção do aumento da diluição foi destacada anteriormente.

O crescente nível de diluição atingido para as condições de 25% e 50% reforça a explicação abordada acima.

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