Velocidade de Soldagem

A velocidade de soldagem é outra variável que desempenha influência significativa na diluição das soldas. Isto ocorre porque esta variável determina a quantidade de material depositado por unidade comprimento em um cordão.

Em seu estudo Gunaraj e Murugan (1999) estudaram a influência da velocidade de soldagem sobre a diluição de cordões de solda depositados sobre uma chapa de aço carbono IS:2062 pelo processo de soldagem SAW (arco submerso). Os resultados de diluição em função da variável em questão são mostrados na Figura 21.

Figura 21 - Influência da velocidade de soldagem sobre a diluição (Adaptado de Gunaraj e Murugan 1999).

A análise da Figura 21 mostra que a diluição de soldagem no estudo de Gunaraj e Murugan (1999) foi inversamente proporcional à velocidade de soldagem. Conforme sugerido pela literatura, quanto maior a velocidade de soldagem menor é a quantidade de material depositado por unidade de comprimento de solda. Deste modo, deposições efetuadas com velocidades de soldagem baixas permitem uma completa fusão do material de adição com o substrato sobre o qual está sendo depositado, ao passo que velocidades elevadas implicam apenas em uma fusão superficial entre ambos. O estudo de Gunaraj e Murugan (1999), assim, corrobora o exposto pela literatura.

O comportamento da diluição em função da velocidade de soldagem foi também estudado por Shanmugan e Murugan (2006), os quais realizaram a deposição de Stellite 6 sobre um aço carbono pelo processo de soldagem TIG. A Figura 22 a seguir mostra a curva de diluição versus velocidade de soldagem obtida no estudo dos pesquisadores.

Figura 22 - Influência da velocidade de soldagem sobre a diluição (Adaptado de Shanmugan e Murugan 2006).

Como pode se observar, a diluição obtida nos cordões de solda depositados por Shanmugan e Murugan (2006) foi inversamente proporcional à velocidade de soldagem até o ponto de mínimo da curva obtida, o qual corresponde aproximadamente ao valor codificado de velocidade de 2,6. A partir deste ponto, um

acréscimo na velocidade de soldagem passou a mudar o comportamento da diluição, ocasionando um aumento na mesma.

Isto pode ser explicado pelo fato de que além de determinar a quantidade de solda depositada por unidade de comprimento, a velocidade soldagem afeta a penetração e a largura dos cordões depositados. Deste modo, sugere-se que tenham havido alterações na morfologia dos cordões depositados de tal modo a ocasionar um aumento na diluição das soldas.

A Figura 23 traz as curvas de penetração, largura e altura de reforço dos cordões depositados por Shanmugan e Murugan (2006) em função da velocidade de soldagem empregada.

Figura 23 - Influência da velocidade de soldagem sobre a morfologia dos cordões (Adaptado de Shanmugan e Murugan 2006).

Novamente, os resultados experimentais obtidos pelos pesquisadores respaldam as informações trazidas pela literatura no que diz respeito à significância da variável de estudo sobre a resposta. Em outras palavras, a velocidade de soldagem foi influente tanto sobre a penetração quanto sobre a largura dos cordões

depositados, como esperado, e influenciou adicionalmente a altura de reforço dos mesmos.

Para os três casos, assim como já observado para a diluição, a curva resposta versus velocidade de soldagem mostrou um comportamento parabólico, com ponto de mínimo em torno de 2,5 (valor codificado da velocidade de soldagem), tanto para a penetração quanto para a largura, e em torno de 3 para a altura de reforço.

Este comportamento contraria o esperado, uma vez que aumentando-se a velocidade de soldagem há uma diminuição no aporte térmico da solda, e consequentemente uma fusão menos eficaz do material de adição com o material de base quando comparado à soldas com menores velocidades de soldagem.

O trabalho de Gunaraj e Murugan (1999), anteriormente citado, também previu medições de morfologia dos cordões depositados. Os resultados destas medições são mostrados graficamente na Figura 24.

Figura 24 - Influência da velocidade de soldagem sobre a morfologia dos cordões (Adaptado de Gunaraj e Murugan 1999).

Ao contrário do trabalho de Shanmugan e Murugan (2006) e do exposto pela literatura, praticamente não houve influência da velocidade de soldagem sobre a

penetração e altura de reforço dos cordões depositados no trabalho de Gunaraj e Murugan (1999). Observou-se apenas uma diminuição da largura dos cordões, tal como esperado.

Ainda em relação à morfologia, Gomes (2010) estudou a deposição de cordões de ABNT 316L sobre um aço ABNT 1020 pelo processo de soldagem FCAW, observando a influência da velocidade de soldagem sobre a largura, penetração e reforço dos cordões de solda obtidos.

A velocidade de soldagem foi variada de 20 a 60 cm/min, a cada 10 cm/min. Os resultados obtidos são mostrados na Figura 25, a qual mostra as três respostas em função da velocidade de soldagem na forma codificada, i.e. 20 cm/min = -2;

30 cm/min = -1; 40 cm/min = 0; 50 cm/min = 1; 60 cm/min = 2.

Figura 25 - Influência da velocidade de soldagem sobre a morfologia dos cordões (Adaptado de Gomes 2010).

Como esperado, a largura dos cordões apresentou um comportamento decrescente com a velocidade de soldagem, assim como a altura de reforço. A penetração, porém, apresentou uma curva com um formato parabólico contendo um ponto de máximo.

Uma vez aumentada a velocidade de soldagem, tem-se uma diminuição do aporte térmico na solda, fazendo com que o aumento da penetração com a velocidade não fosse esperado.

Burgardt (1985) explana, porém, um modelo matemático para a condução e distribuição de calor em soldas, o qual prevê que cordões depositados com uma baixa velocidade de soldagem apresentam um gradiente térmico abrupto entre a sua porção central e as regiões periféricas. Este modelo prevê que as regiões centrais possuem as maiores temperaturas do cordão, enquanto que a periferia as menores. A consequência deste fato é a obtenção de cordões com elevada penetração e pequena largura.

Deste modo, o comportamento do gráfico de penetração versus velocidade de soldagem do trabalho de Gomes (2010) pode estar, de algum modo, associado à gradientes de temperatura no interior dos cordões para uma determinada faixa de temperatura e/ou parâmetros.

5.3 Gás de Proteção

A composição do gás de proteção utilizado na soldagem TIG desempenha singular importância na determinação da morfologia dos cordões obtidos por este processo (AWS, 1991).

O argônio e o hélio (juntos ou separados) são os dois gases mais utilizados na soldagem TIG, embora existam aplicações, tal como a soldagem de aços inoxidáveis da série 300, que utilizam pequenas adições de gases ativos como o O2 e H2 com o objetivo de se obter maior penetração e reduzir a formação de óxidos. (AWS, 1991); (HENON, 2010).

O gás hélio é conhecido por exercer forte influência sobre o formato geométrico dos cordões de solda. O maior potencial de ionização deste gás quando comparado ao argônio implica em um maior aporte térmico e, consequentemente, maior penetração nas soldas obtidas. Adicionalmente, o hélio promove um arco elétrico mais amplo, com aspecto largo como observado por Glickstein (1982) apud (BURGARDT; HEIPLE, 1985).

Justamente por este motivo, o hélio é utilizado na soldagem de materiais com seções espessas e em situações onde se deseja elevada penetração.

Henon (2010) estudou a influência de diferentes misturas gasosas na soldagem de revestimento de um aço carbono com uma liga de níquel pelo processo TIG. Os gases utilizados no estudado foram hélio e argônio puros, misturas entre os dois gases, e ainda, misturas de argônio e hidrogênio.

As deposições realizadas com hélio puro e misturas entre hélio e argônio foram tidas como as que apresentaram melhores resultados no que tange à soldas de revestimento, produzindo cordões largos e com baixa penetração (HENON, 2010).

As composições envolvendo hidrogênio mostraram que este gás proporciona aumento da penetração da solda, característica esta não desejada para revestimentos soldados. A Figura 26 mostra seções transversais de cordões obtidos no estudo de Henon (2010).

Figura 26 - Efeito da composição gasosa sobre o formato dos cordões de solda (Adaptado de HENON, 2010).

Rodrigues e Loureiro (2005) estudaram a soldagem autógena de cordões em um aço AISI 316 pelo processo TIG, utilizando duas composições de gás de

interesse para o presente trabalho: argônio puro e uma mistura contendo 50% de argônio e 50% de hélio.

A Figura 27 mostra os resultados da razão P/L versus corrente obtidos para as duas composições gasosas. A título de informação, os autores separaram pelas letras A, B e E as três corridas de aço AISI 316 utilizadas no estudo.

Figura 27 - Influência da corrente do gás de proteção e corrente de soldagem sobre a morfologia dos cordões (Adaptado de Rodrigo e Loureiro 2005).

Analisando-se a Figura 27 observa-se que para todos os valores de corrente de soldagem empregados, a razão P/L foi menor para os cordões depositados utilizando-se a mistura argônio mais hélio.

Estes resultados convergem com aqueles obtidos por Henon (2010), cujos cordões depositados com a mistura hélio mais argônio apresentaram razão P/L inferior aos cordões depositados com argônio puro.

Ambos os resultados de Henon (2010) e Rodrigo e Loureiro (2005) são os ideais para cordões de solda de revestimento, porém, apresentam resultados que divergem da literatura clássica.

Burgardt (1985) também estudou a influência da porcentagem de hélio na mistura gasosa argônio/hélio sobre a razão P/L de cordões de solda depositado em chapas de um aço inoxidável AISI 304.

Cada uma destas chapas foi previamente divida em três regiões distintas, das quais duas delas foram dopadas pelos elementos químicos selênio ou enxofre. Sendo assim, cada chapa de estudo apresentava: região sem dopante, região dopada com enxofre e região dopada com selênio. Os resultados de P/L em função da composição gasosa utilizada são mostrados na Figura 28.

Figura 28 - Influência do gás de proteção sobre a morfologia dos cordões de solda (Adaptado de Burgardt 1985).

Observando-se a Figura 28 verifica-se que a razão P/L – para o metal de base sem dopante – diminuiu com o aumento do teor de hélio na mistura gasosa, assim como aconteceu nos trabalhos de Henon (2010) e Rodrigo e Loureiro (2005).

Para as regiões dopadas, no entanto, a razão P/L aumentou com o aumento da porcentagem de hélio na proteção gasosa, sugerindo que o agente dopante desempenha influência na resposta estudada e, possivelmente, um efeito de interação com o gás de proteção.