Soldagens exploratórias

Esta etapa teve como objetivo avaliar o efeito da vazão do gás plasma (VGP), vazão do gás de proteção (VGPR); tipo de gás de proteção (TGPR) e distância bocal-peça (DBP) nas características geométricas (reforço, largura, penetração, índice de convexidade,

ângulo e molhamento e diluição), acabamento superficial, presença de defeitos, percentual de ferrita no metal de solda e microdureza.

Foi montada uma matriz de experimentos L9, utilizando o Método Taguchi para deposição de liga superduplex sobre tubo API 5L Grau B, conforme apresentado na Tabela 6, sendo a variação realizada em 3 níveis. O projeto Taguchi, também conhecido como projeto Robusto, tem sido largamente utilizado em aplicações onde a presença de um número elevado de variáveis ou fatores dificulta sobremaneira as análises em função do excessivo número de experimentos necessários quando se trabalha com análises baseadas no projeto fatorial completo (MARINHO & CASTRO, 2005).

Tabela 6 - Parâmetros de soldagem referente à planilha.

Ensaio VGPR TGASPR VGP DBP 01 1 1 1 1 02 1 2 2 2 03 1 3 3 3 04 2 1 2 3 05 2 2 3 1 06 2 3 1 2 07 3 1 3 2 08 3 2 1 3 09 3 3 2 1

Fonte: Próprio autor.

Na Tabela 7 são mostradas as designações dos fatores de controle e seus níveis empregados no planejamento. Foram utilizados três gases de proteção: argônio, argônio com adição de 25% de hélio e uma mistura de argônio com 2,5% de nitrogênio. O argônio comercialmente puro (99,99%) é um dos mais utilizados no processo Plasma pó, pois promove cordões de boa qualidade, além de ser mais barato que outros gases no Brasil e é facilmente adquirível, motivando a sua utilização nesta pesquisa.

O gás com adição de hélio apresenta maior potencial de ionização e tem como principal objetivo para sua aplicação a melhor fluidez, menor tensão superficial, o que melhora a molhabilidade, resultado verificado por Oliveira (2001). A mistura de argônio e hélio poderia ser uma boa alternativa para agregar o baixo custo e as características de abertura de arco e estabilidade do argônio. Outro gás que foi utilizado como gás de proteção é

o argônio com adição de nitrogênio para verificar influência nas características geométricas e metalúrgicas. Foram utilizadas três vazões de gás de proteção, de modo que o fabricante da tocha (Tbi Industries) recomenda uma faixa operacional satisfatória de 6 a 13 l/min, porém estes valores são recomendados na utilização de argônio ou mistura de argônio com hidrogênio. Desta forma, foi observado a necessidade de extrapolar um pouco o valor máximo de vazão para verificar o comportamento com a aplicação de outros tipos de gases de proteção. Segundo a literatura, a vazão do gás de proteção pode variar de 10 a 30 l/min (BRACARENSE, 2000; BALASUBRAMANIAN et al., 2009).

A vazão de gás plasma pode variar de 0,25 a 5 l/min (BRACARENSE, 2000). Segundo Oliveira (2001), os valores usuais da vazão de gás de plasma, no caso do argônio, para aplicações de soldagem e deposição, estão na faixa de 0,25 a 2,2 l/min, porém o fabricante recomenda de 0,5 a 5 l/min. Neste trabalho, serão utilizados três níveis de vazões, de modo a avaliar de forma mais abrangente o efeito deste parâmetro nos fatores resposta.

Em relação à DBP, o fabricante (Tbi Industries) recomenda uma faixa operacional de 8 a 12 mm, sendo que foi estipulado para o maior nível de DBP igual a 16 mm, de modo a ser estudado a influência da variação deste parâmetro em uma faixa mais ampla nas características resposta. Outros trabalhos já foram realizados utilizando DBP mais elevada, sendo importante esse tipo de estudo (DEUIS et al., 1998; RIBEIRO, 2007; SILVA, 2010; MIRANDA, 2014).

Tabela 7 - Designação dos fatores de controle para o Método Taguchi.

Fatores de Controle ₁ Níveis _{2 3}

VGPR (l/min) 10 15 20

TGASPR Ar Ar + 2,5%N2 Ar + 25%He

VGP (l/min) 1 3 5

DBP (mm) 8 12 16

Fonte: Próprio autor.

Vale salientar que foram utilizados como parâmetros fixos: corrente de soldagem de 100 A; vazão de gás de arraste de 4 l/min; velocidade de soldagem de 9 cm/min; recuo do eletrodo de 1 mm e taxa de alimentação do pó de 22 g/min. Posteriormente, as amostras foram cortadas na direção transversal com lixamento até 1500 mesh e ataque realizado com Nital 5% durante 15 a 20 s para análise macrográfica. A análise das propriedades mecânicas foi

realizada pelo ensaio de microdureza, sendo que a quantificação do teor de ferrita foi realizada pelo ferritoscópio.

3.3.4 Soldagens exploratórias III

Esta etapa teve como objetivo avaliar o efeito da técnica da energia (TE), ou seja, variação da energia pela alteração da corrente de soldagem ou pela velocidade de soldagem, do nível da energia de soldagem (E), do recuo do eletrodo (Rc), da taxa de alimentação do pó (TA) e da vazão de gás de arraste (VGA) nas características geométricas (reforço, largura, penetração, ângulo de molhamento, índice de convexidade), diluição, acabamento superficial, presença de defeitos, percentual de ferrita e microdureza no metal de solda. Foi montada uma matriz de experimentos L18, utilizando o Método Taguchi, conforme apresentado na Tabela 8, sendo a variação de 3 ou 2 níveis. Os materiais utilizados foram a liga superduplex e o tubo API 5L X65.

Tabela 8 - Parâmetros de soldagem referente à planilha.

Ensaio TE E Rc TA VGA 01 1 1 1 1 1 02 1 1 2 2 2 03 1 1 3 3 3 04 1 2 1 1 2 05 1 2 2 2 3 06 1 2 3 3 1 07 1 3 1 2 1 08 1 3 2 3 2 09 1 3 3 1 3 10 2 1 1 3 3 11 2 1 2 1 1 12 2 1 3 2 2 13 2 2 1 2 3 14 2 2 2 3 1 15 2 2 3 1 2 16 2 3 1 3 2 17 2 3 2 1 3 18 2 3 3 2 1

Na Tabela 9 são mostradas as designações dos fatores de controle e seus níveis no planejamento de ensaios. As energias selecionadas foram obtidas a partir do estudo exploratório I (11,7 a 23,5 kJ/cm) e o recuo do eletrodo foi selecionado com base na faixa operacional do equipamento.

As vazões do gás de arraste também foram selecionadas com base na literatura (DÍAZ, 2005; DÍAZ et al., 2004; BHARATH et al., 2008), apesar que no manual do fabricante é recomendada uma faixa de 2 a 4 l/min. As taxas de alimentação do pó foram selecionadas com base na etapa de soldagem preliminar, levando em conta os limites operacionais da tocha. Vale salientar que serão utilizados como parâmetros fixos as melhores condições da etapa anterior, ou seja, condições que acarretam menor nível de diluição, reforço de pelo menos 3 mm (NORMA PETROBRAS N1707), maior largura, menor ângulo de molhamento, maior teor de ferrita no metal e menor pico de microdureza na interface metal de solda/substrato.

Tabela 9 - Parâmetros de soldagem referente à planilha.

Fatores de Controle ₁ Níveis _{2 3}

TE I V -

E (kJ/cm) 15 20 25

Rc (mm) 0 1,0 1,5

TA (g/min) 16 19 22

VGA (l/min) 3 4 5

Fonte: Próprio autor.

Posteriormente, as amostras foram cortadas na direção transversal com lixamento até 1500 mesh e ataque realizado com Nital 5% durante 15 a 20 s para análise macrográfica. A análise das propriedades mecânicas foi realizada pelo ensaio de microdureza e a quantificação do teor de ferrita foi realizado pelo ferritoscópio.