Influência dos fatores na largura e diluição

Na Tabela 19 são mostrados os níveis de significância dos fatores de controle em relação à largura e diluição.

Tabela 19 - Influência dos fatores de controle sobre a diluição, em função do nível de significância “ ” referente aos fatores de controle analisados na matriz L9.

Fatores de controle Largura Diluição

Vazão de gás de proteção 0,000023 0,000917

Tipo de gás de proteção 0,000000 0,001221

Vazão de gás plasma 0,000000 0,002010

DBP 0,000538 0,000000

Fonte: Próprio autor.

Foi verificado que o tipo de gás de proteção e vazão de gás plasma são os fatores que mais influenciam na largura, seguido da vazão de gás de proteção e DBP. A sequência ideal para obtenção de maior largura é 2321 (vazão de gás de proteção de 15 l/min, gás de proteção com argônio + 25%He, vazão de gás plasma de 3 l/min e DBP de 8 mm). É importante selecionar de forma adequada os parâmetros, sendo que no caso da largura, por exemplo, a escolha da vazão de gás plasma de 3 ou 5 l/min não proporciona diferenças grandes na largura. Em relação à diluição, a DBP é o fator que influencia de forma mais significativa em relação aos outros parâmetros. Depois, a vazão de gás de proteção, tipo de gás de proteção e vazão de gás plasma, influenciam também na diluição, sendo o último menos influente. A sequência ideal para obtenção de menor nível de diluição é 3213. Em relação aos valores médios, os níveis de largura obtidos variaram de 4,8 a 7,0 mm, sendo que a diluição variou de 0,24 a 5,3%. Logo, não foram obtidos condições com níveis de diluições elevados, ocasionando alguns defeitos na interface metal de solda/substrato, como falta de fusão.

Na Figura 65a é mostrado o gráfico obtido pelo Taguchi em relação à largura. A utilização da mistura argônio e hélio resultou em cordões de solda com maior largura, sendo que a utilização do argônio e nitrogênio acarretou na obtenção de cordões mais estreitos. A maior vazão de gás de proteção (20 l/min), menor vazão de gás plasma (1 l/min) e DBP (16 mm) acarretaram em cordões de menor largura.

Na Figura 65b é mostrado o gráfico obtido pelo Taguchi em relação à diluição. Observa-se que soldagens com maior DBP, menor vazão de gás de plasma e maior vazão de gás de proteção proporcionaram cordões com menor a diluição. Também foi observado que a utilização de gás argônio + 2,5% de N2 proporcionou menores níveis de diluição nos cordões

Figura 65 - Influência dos fatores de controle. a) sobre a largura; b) sobre a diluição.

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Gás de Proteção Tipo de Gás Gás Plasma DBP

13,2 13,4 13,6 13,8 14,0 14,2 14,4 14,6 14,8 15,0 15,2 15,4 15,6 15,8 E T A = - 1 0 *l o g 1 0 (1 /N *S u m (1 /y ²) ) 10 l/min 15 l/min 20 l/min Ar Ar+2,5%N₂ Ar+25%He 1 l/min 3 l/min 5 l/min 8 mm 12 mm 16 mm 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Gás de Proteção Tipo de Gás Gás Plasma DBP

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 E T A = - 1 0 *l o g 1 0 (( S u m (y ²) )/ N ) 10 l/min 15 l/min 20 l/min Ar Ar+2,5%N2 Ar+25%He 1 l/min 3 l/min 5 l/min 8 mm 12 mm 16 mm

Fonte: Próprio autor.

Em relação à largura, foi observado que maiores vazões de gás de proteção acarretaram na menor largura, observado também por Triguinho (2005). Maiores vazões de gás plasma acarretam em maior fluxo do jato plasma, e assim maior pressão sobre a peça, fazendo com que o metal da região mais quente da poça seja deslocado para a borda, removendo razoável quantidade de calor do centro da poça e transferido para os lados, sendo que esta forte convecção causa maior largura. A utilização da mistura argônio e hélio acarreta no melhor molhamento, além de arcos mais largos, ocasionando maior largura dos cordões soldados. Oliveira (2001) também observou que o aumento da vazão de gás plasma acarretou em zonas fundidas mais largas.

De forma geral, o aumento da DBP acarreta em maiores perdas das características do arco que se torna cônico, além do aumento da tensão, ocasionando no aumento da largura do cordão de solda (DÍAZ, 1999; DÍAZ, 2005). Díaz (2005) verificou aumento da largura do depósito com o aumento da DBP (6 para 10 mm). Também há casos na literatura que a variação da DBP não ocasionou diferença na largura. Srimath & Murugan (2011) verificaram na deposição de pó de aço inoxidável que o aumento da DBP (6 para 10 mm com incremento de 1 mm) não alterou de forma significativa a largura. Porém, neste trabalho, devido ao reforço relativamente elevado quando ocorreu acréscimo da DBP, pode ter ocorrido uma maior barreira, contribuindo para a redução da largura, porém não sendo tão relevante. Oliveira (2001) também verificou redução da largura com o aumento da DBP, sendo que o aumento da DBP de 3,0 para 15 mm proporcionou redução da zona fundida de 5,0 para 1,5 mm. O aumento da largura devido ao acréscimo da potência do arco não ocorre, sugerindo a ocorrência de mudanças no rendimento térmico do arco ou no rendimento de fusão à medida

que se aumenta a DBP. A radiação e convecção constituem as parcelas de perda de energia para o meio, sendo que quanto maior o comprimento do arco, maior a fração de radiação emitida para o meio, o que provocaria uma redução da eficiência do arco plasma (OLIVEIRA, 2001; SCHWEDERSKY & DUTRA, 2011). A distribuição de temperatura no arco plasma pode reforçar esta hipótese, pois apresentam um decréscimo mais acentuado de temperatura em pontos mais distantes do eletrodo (AWS, 1991).

Em relação à diluição, vazões de gás de proteção maior proporcionaram menores diluições, comportamento também observado por Santos (2003) e Ribeiro (2007). Este comportamento ocorre porque a poça de fusão resfria mais lentamente. Ressalta-se que altas vazões encarecem e geram turbulência no depósito. Foi verificado mesmo nível de diluição comparando gás argônio e a mistura argônio e hélio. A utilização de argônio ocasiona diluição similar ao gás argônio com adição de hélio. Por outro lado, a mistura argônio com adição de nitrogênio produz maior diluição.

O argônio puro utilizado como gás de proteção acarreta em pressão do arco similar ao gás argônio com adição de hélio, interferindo diretamente na diluição. Argônio com adição de nitrogênio possuiu maior pressão que gás hélio puro para o processo TIG (SILVA, 2010). O alto custo da aquisição de misturas ocasiona em dificuldades em sua utilização, sendo selecionado quando for primordial a sua aplicação.

Apesar da mistura argônio e hélio possuírem maior tensão de arco, ocasionando maior potência, não se verificou em maior eficiência de fusão. Na mistura do argônio e hélio há maior resfriamento da superfície externa do arco, podendo ter ocorrido redução do rendimento térmico. Além disso, a eficiência de fusão pode não ter o aumento esperado, pois muitas vezes a potência do arco não está diretamente ligada em relação à eficiência de fusão, sendo que a maior potência do arco não causa maior aquecimento da peça. Possivelmente, a mistura argônio e nitrogênio proporcionou um arco com maior capacidade de gerar fusão, possuindo menores perdas por condução pelo substrato. A seleção do tipo de gás de proteção altera de forma muito significante a eficiência de fusão devido às diferenças de propriedades físicas e potência do arco que contribuem para diferenças em relação ao material fundido. Os processos com utilização de eletrodos não consumíveis possuem grande sensibilidade em relação à eficiência de fusão em comparação com processos que utilizam eletrodos consumíveis (SCHWEDERSKY & DUTRA, 2011). O desempenho do processo depende essencialmente das suas variáveis e dos parâmetros de soldagem utilizados. No processo plasma seria aceitável esperar variações ainda maiores, mesmo em relação ao processo TIG,

já que existem outros fatores, como a própria concepção da tocha de soldagem combinada com vazão do gás plasma que certamente podem influenciar o resultados.

Em relação à vazão de gás plasma, o aumento desta vazão acarretou em maiores níveis de diluição. Díaz (2005) também verificou aumento da diluição em aproximadamente 4,0% com o acréscimo de vazão de gás plasma de 2,2 para 3,0 l/min devido, talvez, à maior pressão do jato plasma. Barath et al. (2008) também verificaram que o aumento da vazão de gás plasma acarretou em maiores profundidades de penetração e maiores diluições. Hállen et

al. (1991) verificaram que maiores vazões de gás plasma acarretam em maiores níveis de

diluição, sendo que o aumento da vazão de 1 l/min para 4 l/min, soldados com corrente constante de 300 A e taxa de deposição de 6kg/h, acarreta no acréscimo de aproximadamente 30% na diluição. Ribeiro (2007) verificou que o fluxo de gás plasma também tem efeito bastante significativo na pressão do arco. O nível máximo de pressão no anodo com fluxo de gás plasma de 8 l/min foi duas vezes maior que o fluxo de gás plasma de 4 l/min.

O estudo da influência da DBP é de suma importância, pois existem estudos divergentes em relação ao efeito da DBP na diluição. Srimath & Murugan (2011) verificaram na deposição de pó de aço inoxidável que o aumento da DBP (6 para 10 mm com incremento de 1 mm) proporcionou aumento da penetração. No entanto, foi verificado que o aumento da DBP de 6 para 7 mm proporcionou redução da diluição, havendo aumento da diluição somente quando ocorreu acréscimo da DBP de 8 para 10 mm. Silva (2010) verificou que para baixo nível de corrente (75 A) ocorreu aumento da diluição com o acréscimo da DBP que é atribuído à maior potência do arco. Porém, é importante também a verificação do ponto focal, sendo que quando se dá acima do substrato, promove bons resultados na soldagem de revestimento. Como nesta pesquisa o ponto focal foi de 8,8 mm, todas as DBP’s estudadas evitaram que a injeção do pó ocorresse diretamente na poça de fusão.

O aumento da DBP promove aumento do diâmetro do arco e da área de contato deste com o substrato, melhorando a distribuição do fluxo de calor e reduzindo pressão exercida pelo arco sobre a poça. Além disso, há maior barreira entre o arco e o substrato, devido ao maior reforço, reduzindo o nível de diluição. Vale salientar que foi verificada a dificuldade na abertura do arco para DBP de 16 mm, verificado também na literatura (DÍAZ, 2005). DBP mais elevada proporciona aumento do comprimento de arco, de modo que a constrição do arco se torna levemente divergente. Consequentemente, a quantidade de calor fornecida ao substrato na base do arco, irá se propagar em regiões mais extensas, em vez de concentrar em uma região estreita (BALASUBRAMANIAN et al., 2009; DÍAZ, 2005). No trabalho da referência (HALLEN et al., 1991) são mostrados os resultados em relação à

distância bico–peça para dois níveis: 15 e 20 mm. O estudo mostra que a medida que aumenta a distância bico–peça o grau de diluição diminui. Os autores justificam pelo afastamento da peça das isotermas de maior temperatura do arco plasma, provenientes do eletrodo.