Soldagem GMAW em Múltiplos Passos

Os experimentos envolvendo a soldagem do metal de base ASTM A743 CA6NM e o de deposição AWS 410 NiMo foram realizados no aparato experimental ilustrado na Figura 47, com suas dimensões atribuídas na Figura 83 presente no anexo IV desse trabalho. A bancada foi desenvolvida para estudos de fluxo de calor e massa transientes envolvidos no processo de soldagem em placas planas de pequena espessura, aplicados ao problema de prototipagem rápida por deposição de metal em camadas sucessivas [44].

Na Figura 47 podemos observar a constituição do aparato experimental:

1. Amostra a ser ensaiada;

2. Base pré-aquecida;

3. Termopares tipo K, sendo a da esquerda soldado na base e o da direita na amostra;

4. Ligação Terra do equipamento de soldagem;

5. Reservatório de água contendo duas resistências cobertas em sua integridade pela água;

6. Painel elétrico.

O aparato experimental consiste numa placa plana vertical montada sobre uma superfície plana que é mantida à uma temperatura aproximadamente constante por meio de uma bancada onde há circulação de água aquecida à uma temperatura determinada. No topo, percorre a uma velocidade controlada, uma tocha de soldagem GMAW, depositando material de solda líquido a uma temperatura aproximadamente constante [44]. Foi necessário adaptar uma conexão soldada no aparato para aparafusar o terra e possibilitar uma passagem de corrente com maior eficiência, devido a alguns problemas nos testes iniciais. O procedimento é ilustrado na Figura 48.

Figura 48: Ilustração do procedimento utilizado para os experimentos de soldagem [44].

Os lingotes de ASTM A743 CA6NM (Figura 49) foram cortados na empresa GRAVIA®, pelo processo de eletroerosão, obtendo larguras de 160,2 mm, alturas de 59,2 mm e espessura de 6,0 mm.

Figura 49: Lingote do aço CA6NM fornecido para os ensaios.

Inicialmente, para a realização do procedimento de soldagem em múltiplos passos, amostras do aço de base ASTM A743 CA6NM foram cortadas com altura, largura e espessura conhecidas do lingote de aço mostrados na Figura 49, no estado temperado e revenido. A espessura deve ser tal que

próxima da utilizada nos estudos de fluxo de calor [44], como sendo de 6,0 mm. A razão entre a medida de espessura e altura, ou espessura e largura, deve ser pequena para que na análise seja considerado um problema bidimensional.

Cortadas as placas conforme a Figura 50 abaixo, estas foram fixadas verticalmente na bancada de ensaio por meio de pontos de solda como mostra a Figura 47. A uma distância de 10 mm do topo da amostra e numa região centralizada de sua largura, foi soldado com solda ponto por resistência um termopar tipo K (alumel/cromel) devidamente calibrado, para monitoramento da temperatura de pré- aquecimento nessa região. Da mesma forma, outro termopar tipo K foi soldado na base do aparato experimental. Esse controle é importante principalmente para o início do processo, ou seja, para que o material a receber a solda esteja com o máximo pré-aquecimento possível.

Figura 50: Amostras cortadas de aço ASTM A743 CA6NM.

Com a amostra posicionada e fixada corretamente, deu-se início à etapa de montagem dos equipamentos de medição. Os equipamentos de termografia (Câmera de marca FLIR SYSTEMSTM e modelo ThermoVisionTM _{A40M, juntamente com interfaces homem-máquina para o melhor}

monitoramento, como indica a Figura 51) foram montados conforme o procedimento de montagem da Tabela 18. O software FLIR R&D™ foi o responsável pela gravação e pelos gráficos do campo de temperatura. Para obtenção dos dados de tensão e corrente, foi utilizado uma programação no software LabVIEW 2012™. Para o monitoramento da temperatura da placa e da base do aparato experimental foi utilizado um multímetro digital modelo ET-2082 e marca MINIPA®. O programa SPORT S3™, ligado diretamente no robô, para monitoramento, programação e execução, também foi utilizado para o controle do incremento de cada passe de solda e do número de passes.

Figura 51: Equipamentos utilizados para o monitoramento termográfico da soldagem. Antes de dar início ao processo, certos cuidados e procedimentos prévios foram necessários:

 Ao utilizar o programa n° 60, previamente programado, ajustar as posição inicial e final do percurso do robô no modo manual, averiguando se não haverá nenhum impedimento para o seu translado nos três graus de liberdade, evitando colisões;

 Conferir se o cabo terra do circuito de soldagem está fixado de maneira correta, para uma passagem de corrente eficiente;

 Com a fonte desligada, ativar o modo automático do robô e testar o programa dando atenção aos parâmetros estabelecidos de posicionamento;

 Lixar e limpar com álcool a superfície que receberá solda para não interferir e comprometer a qualidade de soldagem;

 Ligar o cilindro de gás a uma vazão maior que a vazão de trabalho, pois essa será controlada pelos parâmetros fornecidos na fonte de soldagem;

 Antes de ligar a fonte, averiguar se a saída 5 (output 5) está desativada. Essa desativação é necessária, pois se a fonte for ligada com a saída 5 ativada, a corrente passará, e o processo de solda começará instantaneamente quando o arco elétrico abrir, sem o controle correto dos parâmetros de soldagem, possibilitando a ocorrência de um acidente de trabalho e a inutilização da amostra;

 Voltar o robô para a posição inicial e ligar a fonte;

 Definir no painel da fonte o tipo de processo a ser utilizado e ajustar os parâmetros desejados de soldagem;

 Em todos os momentos, não encostar no bocal de solda, para não o retirar da posição previamente parametrizada;

 Por medida de segurança, retirar todos os equipamentos e materiais inflamáveis da região de soldagem, pois haverá geração de faíscas podendo provocar um incêndio;

 Ligar as resistências do aparato experimental para esquentar a água contida em seu interior. Aguardar a água entrar em processo de ebulição e verificar se a temperatura da base se encontra próximo dos 90°C;

 Conferir se todos os equipamentos de soldagem e monitoramento estão ligados;

 Utilizar todos os equipamentos de proteção individual, como máscara de solda, protetor auricular, luvas de couro, avental de couro, etc.

Com esses procedimentos sendo cumpridos em sua íntegra, foi dado início ao processo de soldagem em múltiplos passos. O processo começa quando é acionado um botão (conectado à entrada no 5 do robô - input 5) que ativa o primeiro passo de solda, permite o incremento na altura e o acionamento do próximo ciclo, promovendo um controle do processo e maior segurança.

Através do monitoramento da temperatura de todo o processo, foi esperado que a temperatura de interpasse de solda caísse para 150°C, com intuito de evitar a concentração de tensão na soldagem, facilitar a difusão do hidrogênio para fora da solda e promover o processo de revenimento do passe de solda anterior.

Parâmetros necessários para o uso da termografia, como distância focal, emissividade, umidade relativa do ar, temperatura ambiente e faixa de temperatura a ser analisada, foram atribuídos através de medições e dos parâmetros fornecidos nesse trabalho.