Otimização da penetração dos cordões

Considerando-se a função obtida para a penetração, o ponto de mínimo obtido foi P = 0, 37 mm, utilizando-se X1 = -2 (Im = 254A), X2 = 2 (Vs = 58 cm/min), X4 = -2 (Ia = 40A ) e X5 = -2 (Gs = 100% Ar).

Conforme apresentado na Tabela 25 - Coeficientes da equação de regressão para o modelo quadrático da penetração, o fator velocidade de alimentação do arame (Va) (fator codificado X3) não foi significativo para a equação da penetração

P = 1,263485 + 0,134167.Im – 0,165278.Vs + 0,068056.Ia + 0,079167.Gs

Observa-se, portanto, que para a minimização dos objetivos penetração e diluição, os mesmos valores para os fatores X1 a X5 podem ser utilizados.

O ponto de máximo do modelo obtido para a penetração foi de 2,16 mm, sendo este valor obtido com o uso dos valores a seguir: X1 = 2 (Im = 306A), X2 = -2 (38 cm/min), X4 = 2 (Ia = 80A), X5 = 2 (Gs = 60% Ar / 40% He).

7.2.2.5 Comportamento dos efeitos

A superfície apresentada na Figura 49, a qual traz o efeito da corrente do arame e do gás de proteção sobre a penetração, apresenta aspecto semelhante à superfície da Figura 48, que traz o efeito destes mesmos fatores sobre a diluição.

Assim como o observado para a diluição, verifica-se que um aumento simultâneo da corrente do arame e do teor de hélio no gás de proteção levam a um aumento da penetração.

Este comportamento pode ser explicado por: i) em função do seu maior potencial de ionização, a adição de hélio na composição da mistura gasosa provê um aumento na tensão elétrica do arco voltaico elétrico, que por sua vez aumenta o aporte de calor imposto à peça. O maior aporte de calor atua diretamente na fusão de uma maior parcela do material de base; ii) o aumento da corrente do material de adição faz com que a energia fornecida polo arco elétrico seja consumida em maior quantidade pelo material de base, ocasionando uma maior penetração.

Figura 49 - Efeito das variáveis de soldagem sobre a penetração dos cordões de solda.

Assim como na Figura 48, o aumento individual dos fatores corrente do arame e gás de proteção gera um comportamento da penetração em forma de parábola, para cada um destes fatores.

Uma possível explicação para uma diminuição da penetração com o aumento do teor de hélio no gás de proteção, a partir do ponto de máximo da parábola

descrita para este fator, é uma alteração do formato do arco elétrico causado por este gás.

Conforme descrito por Burgart (1986), sabe-se que o hélio possui forte influência sobre o formato do arco elétrico e morfologia dos cordões de solda.

Henon (2010) obteve resultados que convergem com esta hipótese. Em seu trabalho, foi investigada a morfologia de cordões depositados com diferentes composições gasosas, entre elas: hélio 100%; hélio 75% / argônio 25% ; hélio 50% / argônio 50% ; hélio 25% / argônio 75% ; e ainda, misturas de hélio e argônio com adições de 1 e 5% de oxigênio.

Os resultados mostraram que os cordões de solda obtidos com altos teores de hélio apresentaram elevada razão largura por penetração e largura por altura de reforço. Deste modo, sugere-se que o formato do arco elétrico nestas condições seja mais largo, o que poderia explicar a diminuição da penetração obtida com o aumento do teor de hélio nos últimos níveis da superfície apresentada na Figura 48.

De modo análogo, pode-se inferir que um aumento sucessivo na corrente do arame faz com que o aporte térmico imposto à peça comece, a partir de determinados valores de corrente do material de adição, a mudar a distribuição de calor nos cordões e, consequentemente, o seu perfil.

A Figura 49 mostra também superfície de resposta da penetração versus

corrente e velocidade de soldagem sobre a penetração. Uma análise desta figura

mostra que o aumento da corrente média leva ao aumento na penetração para qualquer valor de velocidade de soldagem.

Este resultado vai de encontro com o obtido por Shanmugan e Murugan (2006), Kannan e Murugan (2006), Braga, Fernandes e Silva (2007) e Koshy (1985), os quais depositaram cordões de solda, respectivamente, pelos processos de soldagem TIG, FCAW, SMAW e GMAW.

Verifica-se, portanto, que o aumento da penetração em função da corrente de soldagem é um comportamento bem consolidado pela literatura, com conceitos claros que se não se restringem a um determinado processo de soldagem. Em resumo, o aumento da corrente aumenta o aporte de calor na solda, fazendo com que ocorra mais fusão do material base, e por consequência, maior penetração.

No que diz respeito à velocidade de soldagem, verifica-se que um aumento da mesma implica na diminuição da penetração. Isto é explicado pelo fato de que uma

mesma parte do material de base é exposta por menos tempo ao arco elétrico durante a soldagem quando se trabalha com altos valores de velocidade, diminuindo-se assim o aporte de calor imposto á peça.

Com um menor aporte térmico, uma quantidade menor de material de base é fundido, diminuindo-se assim a penetração da solda.

No trabalho de SHANMUGAN, R.; MURUGAN (2006) este comportamento é observado somente até determinado ponto. A partir de determinado valor de velocidade de soldagem, ocorre um aumento da penetração com o aumento da velocidade.

Outros dois comportamentos distintos de penetração em função da velocidade de soldagem foram apresentados na sessão revisão da literatura. Gunaraj e Murugan (1999), que utilizaram o processo de soldagem SAW, obtiveram o resultado esperado de penetração em função da velocidade de soldagem, ou seja, penetração decrescente em função da velocidade de soldagem.

Gomes (2010) por outro lado, obteve um comportamento crescente de penetração com aumento da velocidade de soldagem até um ponto de máximo, a partir do qual evidenciou-se uma queda na mesma. Como explanado, o comportamento do gráfico de penetração versus velocidade de soldagem do trabalho de Gomes (2010) pode estar associado à gradientes de temperatura no interior dos cordões.

Conforme visto na revisão da literatura, a velocidade de alimentação foi influente na penetração dos cordões de solda depositados por Shanmugan e Murugan (2006) e Gomes (2010), respectivamente, pelos processos TIG e FCAW.

Para o presente trabalho a velocidade de alimentação não apresentou significância estatística sobre a resposta penetração.