UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
COORDENAÇÃO DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL CURSO DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
WILLER CEZAR BRAZ
ESTUDO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DA LIGA
AUTOMOBILÍSTICA DP600 DEVIDO A SOLDAGEM A LASER
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
GUARAPUAVA 2018
WILLER CEZAR BRAZ
ESTUDO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DA LIGA
AUTOMOBILÍSTICA DP600 DEVIDO A SOLDAGEM A LASER
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado como requisito para obtenção do titulo de Tecnólogo em Manutenção Industrial do curso de Tecnologia em Manutenção Industrial, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Orientadora: Prof. Dra. Viviane Teleginski Mazur
GUARAPUAVA 2018
TERMO DE APROVAÇÃO
ESTUDO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DA LIGA
AUTOMOBILÍSTICA DP600 DEVIDO A SOLDAGEM A LASER
Por
WILLER CEZAR BRAZ
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi apresentado em 19 de junho do ano de 2018 como requisito parcial para a obtenção do título de Tecnólogo em Manutenção Industrial. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
__________________________________ Viviane Teleginski Mazur
Prof.(a) Orientador(a)
___________________________________ Carla Dantas da Silva
Membro titular
___________________________________ Marilei de Fátima Oliveira
Membro titular
- O Termo de Aprovação assinado encontra-se na Coordenação do Curso -
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Guarapuava
Coordenação de Tecnologia em Manutenção Industrial Curso de Tecnologia em Manutenção Industrial
Dedico este trabalho à minha família e
AGRADECIMENTOS
Gostaria de poder agradecer a cada um que teve importância no desenvolvimento deste trabalho.
Agradeço inicialmente a professora Viviane Teleginski Mazur pela excelente orientação e pela grande amizade.
Aos professores Henrique Ajuz Holzmann e Marcelo Henrique Granza, pelas oportunidades e contribuições desde o início da graduação até a conclusão da mesma.
Agradeço à minha família: minha mãe Célia Aparecida Prestes Braz minha irmã Simone Franciele Braz e meu pai Luiz Ronaldo Braz, pela base da minha formação. Agradeço as professoras Marilei de Fátima Oliveira e Carla Dantas da Silva pelas contribuições para a realização deste trabalho.
À Universidade Estadual de Ponta Grossa, Laboratório de Caracterização Eletroquímica, em especial ao professor Dr. José Alfredo Zara, e a Universidade Estadual do Centro Oeste em especial ao professor Dr. Everson do Prado Banczek. Ao Instituto de Estudos Avançados (IEAv), de São José dos Campos – SP, pela realização da soldagem a laser, no Laboratório DEDALO (Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Lasers e Óptica).
Ao professor Dr. Milton Sergio Fernandes de Lima e ao tecnologista Msc. Gilson C.C Correard, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), pela concessão da liga de DP600 utilizada neste estudo.
RESUMO
BRAZ, Willer. Estudo da Resistência à Corrosão da Liga Automobilística DP600
Devido a Soldagem a Laser: 2018. 43 páginas Trabalho de Conclusão de Curso
(Tecnologia em Manutenção Industrial) Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Guarapuava, 2018.
O presente trabalho teve por finalidade realizar o estudo e análise da resistência à corrosão do aço bifásico DP 600, que faz parte do grupo de aços avançados de alta resistência (AHSS – advanced high strenght steel), que tem potencial na aplicação em indústria automobilística, contribuindo para redução de peso nos veículos, reduzindo o consumo de combustíveis e emissão de CO2. Foi realizada a soldagem
a laser com diferentes parâmetros combinados de velocidade de varredura e potência do feixe de laser, sendo 50 mm/s e 1500 W, 25 mm/s e 750 W e 12,5 mm/s e 375 W. Esses parâmetros foram selecionados de modo a manter o mesmo aporte de energia durante o processo. Para o uso industrial, o aço DP600 possui um revestimento de zinco, que devido ao processamento a laser, pode ter sua resistência à corrosão alterada. Este trabalho realizou o estudo da influência dos parâmetros de soldagem na taxa de corrosão. Realizou-se os procedimentos de preparação metalográfica de amostras, análise com microscopia óptica de sua microestrutura para cada cordão de solda, bem como do metal base com o revestimento de zinco e do metal base polido. Depois foram confeccionados eletrodos com as diferentes amostras para o estudo eletroquímico de cada cordão de solda e metal base com revestimento e polido. Foram realizados ensaios para determinar os valores de potencial de corrosão, micro e macro polarização, observando-se o comportamento da liga avançada. Os eletrodos foram expostos à uma solução aerada de NaCl 3,5%. Com os dados eletroquímicos foi calculada a taxa de corrosão dos diferentes eletrodos, permitindo avaliar as mudanças nas propriedades de inibição a corrosão que o Zn proporciona.
Palavras-chave: Aço DP600. Soldagem a laser. Resistência à corrosão.
ABSTRACT
BRAZ, Willer. Study of Corrosion Resistance of the Alloy to the Automotive
DP600 Due to Laser Welding: 2018. 43 pages of Work of Conclusion of Course
(Technology in Industrial Maintenance) Federal Technological University of Paraná. Guarapuava, 2018.
The present work purposes to carry out the study and analysis of the corrosion resistance of the dual-phase steel, DP 600, which is an advanced high strenght steel - AHSS, which has potential application in the automotive industry, contributing to weight reduction in vehicles, lowering fuel consumption and CO2 emissions. The
laser welding process was carried out with different combined parameters of scanning speed and laser power: 50 mm/s and 1500 W, 25 mm/s and 750 W, 12.5 mm/s and 375 W. This parameters were set in order to keep the same heat output. For industrial use, the DP600 steel has a zinc coating, which due to the laser welding can have their resistance to corrosion changed. This work conducted a study of the influence of welding parameters on the corrosion rate. It has been performed procedures to prepare metallographic samples to optical microscopy analyses of each weld bead microstructure, as well as the base material with zinc coating and polished sample. After the preparation of electrodes with the different samples, electrochemical studies of each weld bead and base material with zinc coating and polished samples were carried out to determine the values of corrosion potential, micro and macro polarizations, observing the behavior of the advanced alloy. The electrodes were exposed to an aerated solution of NaCl 3.5%. With the electrochemical data the corrosion rate was calculated for the different electrodes, allowing to assess the changes in the corrosion resistance.
Keywords: Steel DP600. Laser welding. Corrosion resistance. Metallography.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Comparação de propriedades mecânicas dos diferentes aços avançados
de alta resistência. ... 8
Figura 2 – Microestrutura do aço DP 660. (a) MEV e (b) MO. ... 10
Figura 3 – Disposição das camadas do revestimento galvanizado. ... 12
Figura 4 – Exemplos de formas de corrosão. ... 16
Figura 5 – Célula eletroquímica convencional a três eletrodos. ... 18
Figura 6 - (a) Eletrodo de trabalho, (b) eletrodo de referência em calomelano saturado por KCl, (c) eletrodo auxiliar em platina espiralada. ... 18
Figura 7 - Medição de curva de polarização. ... 19
Figura 8 - Micropolarização ± 10 mV próximo ao Ecorr para eletrodos estudados versus ECS em meio aerado de H2SO4 0,1mol, 25ºC, onde a Resistencia a polarização está indicada. ... 19
Figura 9 - Macropolarização dos eletrodos polido e tratado a laser versus ESC em solução de H2SO4 0,1mol. ... 20
Figura 10 – Equipamento laser utilizado na soldagem das amostras. ... 21
Figura 11 – Corpo de prova de aço DP600 soldado a laser com diferentes parâmetros. ... 22
Figura 12 – Equipamento de fluorescência de raios X, OXFORD instruments. ... 22
Figura 13 – (a) Fotografia da embutidora utilizada e (b) peça embutida. ... 23
Figura 14 – Esquemático da confecção de eletrodos de trabalho. ... 24
Figura 16 – Célula eletroquímica preparada com o eletrodo de trabalho, contra eletrodo e eletrodo de referência. ... 25
Figura 17 – Resultado da análise quantitativa de elementos químicos presentes, com a técnica de fluorescência de raios X no MB galvanizado. ... 26
Figura 18 – Micrografias da secção transversal das amostras com os parâmetros: (A) P1, (B) P2 e (C) P3. ... 28
Figura 19 –Comportamento dos grãos nas proximidades da solda realizada. ... 29
Figura 20 - Detalhamento do cordão de solda com parâmetro P1, onde observa-se a ZTA, ZF, MB. ... 29
Figura 21 - Potencial de corrosão tratado em solução aerada de NaCl 3,5 %. ... 31
Figura 22 – Potencial de corrosão dos três parâmetros de solda a laser tratado em solução aerada de NaCl 3,5 %. ... 32
Figura 23 - Micropolarização de 10 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização Rp está indicada. ... 33
Figura 24 - Micropolarização de 10 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização Rp está indicada. ... 33
Figura 25 - Macropolarização de 100 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização ... 34
Figura 26 – Microscopia óptica, corrosão por pites no MB Polido. ... 35 Figura 27 - Macropolarização de 100 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a
polarização. ... 36 Figura 28- Desenho esquemático da provável formação de pilha galvânica nos três parâmetros de solda a laser. ... 37
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Parâmetros de soldagem a laser da liga DP600. ... 21 Tabela 2 – Composição de elementos químicos. ... 27 Tabela 3 – Parâmetros eletroquímicos dos ensaios de corrosão para o cálculo da taxa de corrosão a 23ºC. ... 37
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 6 1.1. OBJETIVO GERAL ... 7 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 7 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 8 2.1. AÇOS BIFÁSICOS ... 8
2.1.1. Aço Dual Phase DP600 ... 9
2.1.2. Composição Química ... 10
2.2. GALVANIZAÇÃO ... 11
2.2.1. Preparo da Superfície no Processo de Zincagem ... 11
2.2.2. Etapa do Processo de Zincagem a Quente ... 12
2.3. SOLDAGEM A LASER ... 13
2.4. CORROSÃO E TÉCNICAS DE ANÁLISE ... 14
2.4.1. Potencial de Circuito Aberto ... 17
2.4.2. Célula Eletroquímica ... 17
2.4.3. Micropolarização ... 19
2.4.4. Macropolarização ... 20
3. METODOLOGIA ... 21
3.1. MATERIAIS E MÉTODOS ... 21
3.2. ANALISE QUANTITATIVA DE ELEMENTOS QUIMICOS ... 22
3.3. CARACTERIZACAO METALOGRÁFICA ... 23
3.4. CARACTERIZACAO ELETROQUÍMICA ... 24
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 26
4.1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA ... 26
4.2. CARACTERIZAÇÃO POR MICROSCOPIA ÓPTICA (MO) ... 27
4.3. ENSAIOS CORROSÃO ... 30 4.3.1. Potencial de Corrosão ... 30 4.3.2. Micropolarização ... 32 4.3.1. Macropolarização ... 34 4.3.2. Taxa de Corrosão ... 36 5. CONCLUSÕES ... 39 6. REFERÊNCIAS ... 41
1. INTRODUÇÃO
Considerando os fatores de economia de combustível e a redução de poluentes no meio ambiente, o desenvolvimento de veículos mais leves, tem sido possível graças ao desenvolvimento de aços especiais, como por exemplo, os aços avançados de alta resistência (AHSS – Advanced High Strenght Steel), como o aço bifásico (DP – dual phase). Este aço é chamado “duas fases” pois contém ferrita e martensita em maior proporção na sua microestrutura (BARBATO, 2012).
O aço DP600 apresenta elevada conformabilidade, soldabilidade, resistência mecânica e resistência à fadiga. É utilizado na fabricação de vários componentes na indústria automobilística, como por exemplo, rodas automotivas, demonstrando excelente desempenho (BARBATO, 2012). A soldagem a laser de aços AHSS é bem conhecida pela indústria (KEELER, 2014). Entretanto, segundo CORREARD, MIRANDA E LIMA (2016), o impacto e entendimento completo de como os processos de soldagem a laser influenciam nas características desses aços ainda está longe de ser alcançado. Complementarmente, estudos em relação à influência da soldagem a laser na propriedade de resistência a corrosão dessas ligas que ainda precisam ser melhor comprreendidas.
Corrosão pode ser definida como a deterioração de um determinado material, geralmente metálico, ocorrendo por ação química, eletroquímica ou por esforços mecânicos. Essa deterioração sofrida pelo material é causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio, mostrando alterações indesejáveis que são sofridas pelo material, como desgaste, variações químicas comprometendo a estrutura do material e assim se tornando inadequado para o uso (GENTIL, 2014). Para evitar a oxidação de partes automotivas fabricadas com aço DP600, um revestimento de zinco é aplicado na superfície do material. Entretanto, ainda não se conhece a extensão das alterações que a soldagem a laser promove em relação à liga e a este revestimento de zinco.
1.1. OBJETIVO GERAL
Avaliar a possível alteração na resistência à corrosão da liga DP600 devido a soldagem a laser.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar a microestrutura do metal base antes e após a soldagem a laser; Demonstrar os tipos de corrosão formada durante o ensaio de corrosão; Realizar ensaios de corrosão em solução aerada de NaCl 3,5 %;
Comparar o resultado obtido e verificar se houveram alterações na resistência a corrosão da liga devido a soldagem a laser.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. AÇOS BIFÁSICOS
O cuidado com meio ambiente e também a diminuição do consumo de combustíveis, são aspectos que vem estimulando os fabricantes de automóveis a utilizar materiais com características especiais, com elevada resistência mecânica, maior ductilidade e menor peso, dessa forma diminuindo o peso do automóvel, obtendo-se um menor consumo de combustível e, consequentemente, menor emissão de CO2. Em vista desses objetivos, os aços avançados de alta resistência
(AHSS - advanced high strenght steel) têm sido desenvolvidos para fabricação de veículos mais leves e mais seguros (FARABI et al., 2010).
Os aços avançados de alta resistência são classificados de várias formas: Aços Bifásicos (DP – Dual Phase), Aços Multifasicos (CP – Complex Phase), Aços TRIP (Transformation Induced Plasticity), onde sua transformação de fase é regida por deformação, os Aços Martensíticos (MS- Martensitc Steels) e os Aços IF (Interstitial Free) de resistência tradicional (BARBATO, 2012). Os aços bifásicos, quando comparado com aços de alta resistência e baixa liga, demonstram melhores propriedades mecânicas, como pode-se observar na Figura 1 (GRANBOM, 2010).
Figura 1 –Comparação de propriedades mecânicas dos diferentes aços avançados de alta
resistência. Fonte: Granbom (2010)
Os Aços Bifásicos têm sua principal aplicação na indústria automotiva, e tem em vista atender partes de rodas automotivas. Porém, são muito utilizados e de excelente desempenho em vários outros componentes. Esses aços apresentam superioridade em suas principais características conforme o seu uso, sendo: conformabilidade, soldabilidade, resistência mecânica e resistência a fadiga (BARBATO, 2012).
2.1.1. Aço Dual Phase DP600
De forma geral, os aços DP600 têm um elevado limite de resistência a tração e alta capacidade de alongamento, resultado de um complexo conjunto entre o escoamento e encruamento dos componentes microestuturais desses materiais (CALVIMONTES et al, 2017). Estes aços bifásicos são produzidos por laminação controlada, onde as temperaturas são superiores na temperatura da zona intercrítica, aproximadamente 870ºC. Geralmente são confeccionados por recozimento intercrítico, seguido de resfriamento rápido. Ao longo do recozimento, pequenas quantidades de austenita se montam na matriz ferrítica, que mais tarde no resfriamento rápido se transformam em martensita (BARBATO, 2012); (CALVIMONTES, 2017): Essa modificação da austenita em martensita é acompanhada por uma expansão de volume que leva a uma deformação em volta da matriz ferrítica, aumentando a taxa de encruamento no aço bifásico. Essa taxa de encruamento também está ligada a fração volumétrica de martensita, que pode ser alterada pela mudança de temperatura do recozimento intercrítico. Os parâmetros que determinam a microestrutura dos aços bifásicos de grau 600 são (CALVIMONTES, 2017):
Tempo de recozimento; Microrestrutura inicial;
Temperatura de tratamento térmico;
Taxa de resfriamento a partir do recozimento; Composição química.
A Figura 2(a) apresenta a microestrutura do aço bifásico de grau 600 com ataque químico Nital 10%, usando um microscópio eletrônico de varredura MEV, onde as características morfológicas da martensita são relevadas, conforme
indicações na figura. Na Figura 2(b) pode-se observar a microestrutura obtida por microscopia óptica (MO) do aço, onde a martensita apresenta cor marrom, incorporada na bainita de cor preta, ambas no meio de uma matriz ferrítica de cor branca (AVRAMOVIC, 2009).
Figura 2 – Microestrutura do aço DP 660. (a) MEV e (b) MO. Fonte: AVRAMOVIC (2009)
“O aço bifásico é constituído por matriz ferrítica (macia e dúctil) e reforçada por ilhas de martensita (dura), com a presença de pequenas quantidades de bainita e de austenita retida” (BARBATO, 2012).
2.1.2. Composição Química
O aço bifásico tem composição química com baixo teor de carbono, com adição de manganês, cromo, molibdênio dentre outros. A inclusão de elementos de liga é fundamental para atingir uma temperatura adequada e uma taxa de resfriamento ideal para impedir a formação de constituintes indesejáveis (CALVIMONTES et al., 2017).
O carbono tem como uma de suas funções o aumento da temperabilidade dos aços, tendo como responsabilidade controlar a dureza e morfologia da fase martensítica. Normalmente, a faixa do teor de carbono nos aços bifásicos está entre 0,06% e 1,5% (CALVIMONTES et al, 2017).
Um dos elementos sempre presente nos aços bifásicos é o manganês, em quantidades entre 1,5% e 2,5%, sendo mais barato em relação ao níquel, ambos bons estabilizadores de austenita. Se o manganês estiver em pouca quantidade na liga, ocorre uma grande queda na temperabilidade, além de um considerável aumento no tamanho dos grãos de ferrita no processo de recozimento intercrítico. Por consequência, ocorrem perdas em resistência mecânica, porém em quantidades
elevadas promove formação de bandas na microestrutura, que é um defeito indesejável (CALVIMONTES et al, 2017).
Cromo e molibdênio em terrores de 0,4%, tem como função estabilizar a ferrita, retardando a formação de perlita e bainita (CALVIMONTES et al, 2017). Outros estabilizadores de ferrita incluem o vanádio 0,06% e nióbio 0,04%. O vanádio pode endurecer o material e o nióbio refina a microestrutura. Já o silício 1,0%, diminui a solubilidade do carbono na ferrita e piora a molhabilidade de fusão na solda (CALVIMONTES et al, 2017).
2.2. GALVANIZAÇÃO
A galvanização baseia-se em revestir um substrato (metálico ou não metálico) pela deposição de um metal, com o objetivo de protegê-lo do meio corrosivo. O zinco pode preservar a peça de três maneiras: por barreira, protegendo o aço do meio ambiente, por proteção catódica, corroendo-se preferencialmente e protege o aço se uma pequena parte do revestimento for danificada, impossibilitando que a corrosão se espalhe (BATISTA et al., 2015).
O processo de galvanização pode se dar de várias maneiras, porém um dos mais utilizados é a zincagem por imersão a quente. Segundo Mehmeti, Martinez e Stern (2001) apud Silva e Faldini (2003), a história da galvanização a quente tem início no ano de 1741, quando um químico francês chamado Melouin descobriu que o zinco possuía a capacidade de proteger o aço da corrosão atmosférica. Entre os processos de proteção já desenvolvidos, um dos mais antigos e bem sucedido é a galvanização a quente que tem como objetivo o revestimento com o zinco (BATISTA ET AL., 2015).
2.2.1. Preparo da Superfície no Processo de Zincagem
O preparo da superfície do metal que receberá o revestimento de zinco consiste em quatro etapas que são indispensáveis para qualidade final do revestimento galvanizado, sendo eles (BATISTA et al., 2015):
Desengraxe: é o processo que remove toda a graxa e óleos acumulados sobre a peça;
Decapagem: consiste na retirada de capa de laminação e outros óxidos superficiais, através de um banho ácido;
Fluxagem: realizada uma imersão de material sob uma composição, que gera
uma fina película que dissolve traços de sais e óxidos de ferro da superfície do aço. Chama-se de processo a seco, utilizando soluções aquosas de cloretos de zinco e amônio;
Secagem: Processo que finaliza com o pré-aquecimento onde as peças são depositadas em uma estufa com uma temperatura de aproximadamente 120ºC. A secagem vaporiza a água da solução fluxante e evita os choques térmicos, que ocasiona estouro na hora em que ocorre a imersão, isso melhora o rendimento da galvanização a quente e evitando o desperdício de zinco.
2.2.2. Etapa do Processo de Zincagem a Quente
Nesse processo o metal a ser revestido é mergulhado na cuba de zincagem. Retirando-se a peça do banho, uma certa quantidade de zinco fundido, praticamente puro, se solidifica na camada externa do metal. Essa zincagem tem uma temperatura padrão de aproximadamente 450º (Portal ICZ, 2017). A reação metalúrgica entre o zinco e o ferro da peça origina a maior parte da espessura do revestimento, que forma camadas, como mostra a Figura 3 (BATISTA et al., 2015; Portal ICZ, 2017).
Figura 3 – Disposição das camadas do revestimento galvanizado. Fonte: Portal ICZ (2017)
No decorrer do processo, a reação fica mais lenta, e assim formando-se a última camada do revestimento, devido ao arraste da peça durante a retirada da cuba de zincagem.
2.3. SOLDAGEM A LASER
A solda a laser considera alguns fatores importantes para uma qualidade elevada, considerando não só as características físicas dos materiais a serem usados, como também princípios envolvidos do decorrer do processo de soldagem (OLIVEIRA, 2011), podendo ser esses:
Potência e velocidade do feixe de laser; Propriedades do feixe de laser;
Plasma;
Gás de proteção;
Fluxo e preparação do material.
Com isso, nota-se alguns fatores relevantes dos principais pontos que são importantes na soldagem de materiais usando um laser, para uma estabilidade e com o mínimo de imperfeições (OLIVEIRA, 2011).
Via de regra, percebe-se que a profundidade de penetração do cordão de solda descresse conforme a velocidade do processo aumenta em uma determinada potência média do laser. Ao mesmo tempo, a dimensão da largura do cordão de solda diminui com o aumento da velocidade. Essas dimensões levam a um valor padrão que pode ser ligado diretamente ao comprimento de difusão térmica do material, em uma grande parte dos metais (DULEY, 1998).
O feixe estável permite uma maior produção do processo e afeta de modo direto na qualidade do cordão de solda. Alterações nas características do feixe, tanto temporal quanto de intensidade, também podem causar instabilidade no processo, o coeficiente de absorção e a mudança de temperatura do material (KANNATEY, 2009).
Geralmente nesse processo de soldagem podem ser utilizados feixes de laser contínuos ou pulsados. O mais usado é o pulsado, lá são adicionados alguns parâmetros sendo: taxa de repetição dos pulsos e tempo. (OLIVEIRA, 2011).
Os gases são utilizados para proteção sendo os mais usados são argônio, nitrogênio e hélio.
A variação do fluxo do gás de proteção influencia de modo direto na eficácia de proteção do cordão no decorrer do processo de soldagem. Para uma proteção do cordão um fluxo mínimo é exigido, também usado para remoção da pluma constituída na superfície do material, enquanto que, quando o fluxo do gás é abusivo, pode provocar deslocamento do metal liquido presente, sacrificando a qualidade do cordão de solda (READY, 2001);
As alterações do posicionamento focal podem influenciar nos resultados dimensionais da solda, em condições de profundidade de penetração e largura do cordão, sendo de extrema importância o controle desse parâmetro (OLIVEIRA, 2011);
Outro processo que pode afetar o cordão de solda obtida é a preparação da superfície do material. A reatividade de uma grande parte dos metais com o oxigênio presente na atmosfera origina-se uma geração de uma película de oxido na superfície externa desse material, desta forma reagindo com ambientes úmidos e temperaturas altas se compõe com hidrogênio esta umidade, podendo causar trincas na zona termicamente afetada (ZTA), também formando poros no cordão (OLIVEIRA, 2011);
Também um fator que pode afetar a qualidade da solda, são os elementos contaminantes que podem estar presentes na superfície do metal, podendo formar poros e inclusões no cordão (OLIVEIRA, 2011).
Assim, a superfície da peça, deve-se incluir a remoção de óxidos, graxas e agentes contaminantes, sendo realizada essa preparação no inicio do processo de soldagem a laser.
2.4. CORROSÃO E TÉCNICAS DE ANÁLISE
Corrosão pode ser definida como a deterioração de um determinado material, geralmente metálico, sendo por ação química, eletroquímica ou por esforços mecânicos. Esse desgaste sofrido pelo material causado pela interação físico-química entre o material e o seu meio, mostra alterações indesejáveis sofridas
pelo material, como desgastes, variações químicas comprometendo a estrutura do material e assim se tornando inadequado para o uso (GENTIL, 2014).
É pertinente classificar a corrosão pela forma como ela se manifesta. A corrosão de metais é classificada da seguinte maneira: ataque uniforme, galvânica, em frestas, por pites, intergranular, por lixívia seletiva, erosão-corrosão e corrosão sob tensão (CALLISTER, 2008).
O ataque uniforme é uma forma mais comum de corrosão, ocorre de forma eletroquímica com intensidade semelhante em toda a superfície que está exposta, de um ponto de vista mais especifico a oxidação e redução ocorrem aleatoriamente na superfície. A ferrugem no aço e no ferro, o escurecimento em pratarias são exemplos comuns de ataque uniforme (CALLISTER, 2008).
A corrosão galvânica se dá através de dois metais ou ligas de composições diferentes quando interligados eletricamente juntamente a exposição a um eletrólito, ou seja, o metal mais reativo irá sofrer a corrosão no ambiente especifico, já o metal mais inerte ,o catodo é protegido da corrosão (CALLISTER, 2008).
Corrosão em frestas é localizada em fissuras ou fendas entre duas superfícies metálicas ou entre superfícies metálicas e não metálicas, é um problema que ocorre em materiais relativamente resistentes à corrosão, como aços inoxidáveis, titânio e alumínio (CALLISTER, 2008).
Já a corrosão por pite consiste em formação de pequenos pites ou buracos. Eles se entram a partir do topo de uma superfície plana para dentro do material verticalmente O mecanismo de corrosão acontece semelhante a corrosão por por frestas no sentindo que a oxidação ocorre no interior do próprio pite, com uma pequena redução da superfície (CALLISTER, 2008).
A oxidação dos contornos de grão é chamada de corrosão intergranular que pode ocorrer em algumas ligas em ambientes específicos. Como em alguns aços inoxidáveis. Essas ligas tornam-se sensíveis a esse tipo de corrosão quando aquecidas em temperaturas entre 500 a 800ºC em um longo período, isso ocorre pela precipitação do cromo que irá reagir com carbono dos aços inoxidáveis. Sendo algumas formas de proteção tratamento térmico redissolvendo carbeto de cromo, reduzindo o teor de carbono e também podendo adicionar nióbio e titânio que são melhores formadores de carbetos (CALLISTER, 2008).
Lixívia seletiva geralmente ocorre quando um elemento ou composto é removido por processo de corrosão, um exemplo clássico é a remoção do zinco no latão, sendo o zinco lixiviado de uma liga cobre zinco (CALLISTER, 2008).
A erosão-corrosão é adquirida da combinação de um ataque químico e da abrasão ou desgaste mecânico, que vem do coeficiente de atrito de um liquido. Em maior escala esse ataque ocorre nas ligas passivadas pela formação de uma película protetora, devido ação abrasiva deixando uma a superfície do metal exposta. Os metais dúcteis como cobre e chumbo por exemplo, são sensíveis a esse ataque. Esse ataque pode ser identificado por ranhuras e ondulações superficiais com contornos característicos do escoamento do fluido segundo (CALLISTER, 2008).
O trincamento por corrosão sob tensão é o resultado da combinação de uma tensão de tração e de um ambiente corrosivo especifico. Quando um material não é reativo ao meio corrosivo ele ficará quando sofrer uma determinada tensão de tração (CALLISTER, 2008). A Figura 4 mostra exemplo de cada das formas de corrosão.
Figura 4 – Exemplos de formas de corrosão. Fonte: Adaptado de Nunes (2014)
São diversos os ambientes corrosivos incluindo a atmosfera, soluções aquosas, solos, ácidos, bases, solventes inorgânicos, sais fundidos, metais líquidos, e também o corpo humano. A corrosão atmosférica é a maior responsável pelas maiores perdas devido ao oxigênio que é o em longa escala o maior agente corrosivo entre outros elementos presentes (CALLISTER, 2008).
A prevenção a corrosão pode se dar por inibidores que são substancias que diminuem a ação corrosiva dos agentes corrosivos, logicamente o tipo de inibidor vai variar de material para material e também do agente corrosivo, alguns desses inibidores reagem de forma que irão eliminar quimicamente a solução ativa, como o oxigênio por exemplo, ou ainda como barreira, uma espécie de película protetora muito fina impedindo a ação dos agentes corrosivos (CALLISTER, 2008).
Diferentes técnicas eletroquímicas aplicadas às análises do comportamento à corrosão dos materiais são possíveis de serem aplicadas. Neste trabalho, serão utilizadas as técnicas de medição de potencial de circuito aberto, micro e macropolarização, que serão descritas abaixo.
2.4.1. Potencial de circuito aberto
Quando um metal sofre corrosão em uma determinada solução eletrolítica, ele admite um potencial denominado potencial de circuito aberto ou potencial de corrosão (Ecorr). O Ecorr é um parâmetro eletroquímico que é facilmente determinado
experimentalmente, dado que se trata de um potencial adquirido pelo metal que é obtido através de medição de maneira direta em relação a um eletrodo de referência (WOLYNEC, 2003).
2.4.2. Célula eletroquímica
O conjunto eletroquímico necessário para as análises é semelhante ao conjunto mostrado na Figura 5 (NASCIMENTO, 2013). A célula eletroquímica é constituída por três eletrodos presentes juntamente com uma cuba eletrolítica onde o meio em análise é colocado.
Figura 5 – Célula eletroquímica convencional a três eletrodos. Fonte: Nascimento (2013).
O eletrodo de trabalho (AT) consiste na amostra a ser analisada, com área de superfície conhecida e exposta;
O eletrodo de referência (ER) é chamado calomelano saturado (ESC) Hg/Hg2Cl2, imerso em eletrólito de KCl;
O eletrodo auxiliar (EA), normalmente de platina, é um metal inerte quimicamente e mais nobre, com área espiralada visando possuir maior superfície de abrangência e dessa forma permitir a sua não do potencial constante da mesma.
A Figura 6 mostra um desenho esquemático dos eletrodos da célula eletrolítica.
Figura 6 - (a) Eletrodo de trabalho, (b) eletrodo de referência em calomelano saturado por KCl, (c) eletrodo auxiliar em platina espiralada.
2.4.3. Micropolarização
A polarização baseia-se em aplicar um potencial inicial, oscilar o potencial do eletrodo com velocidade de varredura uniforme até um potencial final. Esse potencial é aplicado pelo potenciostato, sendo um equipamento de controle eletrônico da tensão aplicada, como mostra a Figura 7 (NASCIMENTO, 2013).
Figura 7 - Medição de curva de polarização. Fonte: Nascimento (2013)
A micropolarização cria uma pequena variação de potencial em volta do Ecorr. A norma ASTM indica que uma tensão em ±10 e ±20 mV seja utilizada em
torno da Ecorr (WOLYNEC, 2003). A Figura 8 mostra um exemplo de curvas obtidas
com o ensaio de micropolarização, realizado no estudo de Teleginski (2012).
Figura 8 - Micropolarização ± 10 mV próximo ao Ecorr para eletrodos estudados versus ECS em
meio aerado de H2SO4 0,1mol, 25ºC, onde a Resistencia a polarização está indicada.
2.4.4. Macropolarização
Expressamente semelhante a micropolarização, a macropolarização é utilizada com uma variação de potencial em volta do Ecorr, porém a tensão varia
entre ±100 e ±150 mV (ASTM G59-97, 2009). A Figura 9 mostra um exemplo de curva de macropolarização.
Figura 9 - Macropolarização dos eletrodos polido e tratado a laser versus ESC em solução de
H2SO4 0,1mol.
Fonte: Teleginski (2012)
Com as inclinações de Tafel catódica (βc) e anódica (βa), V/ dec, obtidas através dos coeficientes angulares das retas anódicas e catódicas, com isso podemos calcular a corrente de corrosão anódica icorr (WOLYNEC, 2003)
Sendo Rp a resistência a polarização, também se pode calcular a taxa de
corrosão:
Onde PA é o peso atômico (g/mol) e n é o número de elétrons envolvidos na reação, S é a área do eletrodo (cm2), F constante de Faraday (96487 Coulomb) e t é
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. MATERIAIS
Foi utilizado um corpo de prova de aço DP600 revestido com Zn, e que foi submetido à soldagem a laser no laboratório DEDALO do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), São José dos Campos – SP. Esse corpo de prova foi soldado com diferentes parâmetros de laser, variando-se a potência e velocidade de varredura, conforme Tabela 1, que são resultado do trabalho desenvolvido por (CORREARD et al,2016). A escolha desses parâmetros baseia-se em manter um mesmo aporte térmico (quantidade de energia total).
Tabela 1 – Parâmetros de soldagem a laser da liga DP600.
Parâmetro Velocidade de varredura [mm/s] Potência [W]
P1 50 1500
P2 25 750
P3 12,5 375
Fonte: Correard et al. (2016)
O laser utilizado foi do tipo fibra dopado com itérbio (IPG, YLR-2000), com uma potência máxima de 2000 W. O feixe é entregue usando uma fibra óptica de 100 μm de diâmetro interno. A posição de focalização do feixe laser de 138 mm foi fixada na superfície das amostras. O gás de proteção utilizado foi argônio, com vazão de 8,5 l/min (CORREARD et al.,2016). Na Figura 10 é mostrada uma fotografia com as indicações das partes do sistema de soldagem a laser.
Figura 10 – Equipamento laser utilizado na soldagem das amostras. Fonte: Teleginski (2012)
A Figura 11 mostra uma fotografia da chapa de aço DP600 que foi soldada a laser. As linhas que são indicadas pelas setas correspondem aos cordões de solda resultantes. Os parâmetros 1, 2 e 3 são mostrados na Tabela 1.
Figura 11 – Corpo de prova de aço DP600 soldado a laser com diferentes parâmetros. Fonte: Autoria própria (2017)
3.2. ANÁLISE QUANTITATIVA DE ELEMENTOS QUÍMICOS
Foram feitas análises da composição química dos elementos através da técnica de fluorescência de raios X, modelo OXFORD instruments (UNICENTRO). As análises foram realizadas nos três parâmetros de solda e no metal base. A Figura 12 mostra uma fotografia do equipamento utilizado.
Figura 12 – Equipamento de fluorescência de raios X, OXFORD instruments. Fonte: Autoria própria (2018)
3.3. CARACTERIZAÇÃO METALOGRÁFICA
Foram realizadas caracterizações do material base com o revestimento de zinco, do metal base polido e do material soldado a laser com os diferentes parâmetros. A microestrutura resultante foi observada em microscópio óptico (MO), marca OLYMPUS BX51, com câmera digital OLYMPUS UC30 para a captura de imagens.
Para isso foram cortadas amostras com tamanho menor, com serra manual. Depois, essas amostras foram embutidas em uma embutidora da marca TECLAGO modelo EM30D. Utilizou-se baquelite TECLAGO em pó e desmoldante no processo, com uma pressão de 100 bar a uma temperatura máxima de 169ºC. A Figura 13(A) mostra uma fotografia da embutidora que foi utilizada neste trabalho e a Figura 13 (B) as amostras embutidas.
Figura 13 – (a) Fotografia da embutidora utilizada e (b) peça embutida. Fonte: Autoria própria (2017)
Após o embutimento, foi realizado lixamento com as lixas de granulometria 400, 600 e 1200# e polimento utilizando a politriz metalográfica PLO2E. O polimento foi feito com alumina 1µm. O ataque químico foi realizado com Nital 10%. O tempo
de ataque foi definido por tentativas, e posteriormente fixado em 30 segundos com seguido de lavagem em água corrente e secagem com soprador térmico.
3.4. CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA
Os ensaios de corrosão foram realizados no Laboratório de Caracterização Eletroquímica, da Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG). Foi utilizado solução aerada de NaCl 3,5%, em temperatura ambiente (25 ± 0,5 °C). Eletrodos de trabalho foram confeccionados com amostras do aço DP600 com os parâmetros de solda a laser, do metal base com revestimento e do metal base polido em lixa 600#. Amostras menores com as dimensões aproximadas de 5x5 mm2 foram cortadas com
serra manual. Depois, um fio condutor de cobre foi soldado com estanho na parte de trás da amostra, realizando o contato elétrico. As amostras foram coladas em uma superfície lisa de descarte com fita dupla face dentro de um molde cilíndrico, logo após sendo derramada a resina automotiva 2001 misturada com catalisador automotivo 2001. Após a cura completa da resina, removeu-se o molde, como mostra o esquema passo a passo da Figura 14.
Figura 14 – Esquemático da confecção de eletrodos de trabalho. Fonte: Autoria própria (2018)
A célula eletroquímica utilizada no laboratório da UEPG foi montada utilizando contra eletrodo de platina e eletrodo de referência de calomelano saturado (ECS), com capilar de Luggin. Dentre as técnicas de análise eletroquímica, foram realizados ensaios para medição de potencial de corrosão (Ecorr), micro e macro
polarizações. O Ecorr foi medido conforme norma (ASTM G59-97, 2009), que indica
que o Ecorr é o valor do potencial após 55 minutos de imersão na solução. A micro e
a macro polarização foram realizadas com uma variação de tensão entre ±10 mV e ±100 mV, respectivamente, em torno do Ecorr. Em função dos dados obtidos com
esses ensaios, foram calculadas as taxas de corrosão dos diferentes eletrodos. A Figura 15 mostra a célula eletroquímica preparada.
Figura 15 – Célula eletroquímica preparada com o eletrodo de trabalho, contra eletrodo e eletrodo de referência.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste índice são apresentados os resultados obtidos das caracterizações químicas, microestruturais e eletroquímicas, conforme a subdivisão em itens abaixo. As análises foram realizadas no material base com o revestimento de zinco, no material base (MB) polido e nos diferentes cordões de solda que foram realizados com os diferentes parâmetros P1, P2 e P3.
4.1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Foi realizada uma caracterização quantitativa dos elementos químicos presentes na liga DP600 revestida com zinco, tanto nas três parametrizações das soldas, quanto no metal base para fazer um comparativo da presença do zinco em cada uma das partes, e também para uma observância dos elementos de liga. A Figura 16 mostra o resultado obtido do espectro de fluorescência de raios X do metal base galvanizado e a Tabela 2 mostra os resultados quantitativos de todos os parâmetros e a média calculada.
Figura 16 – Resultado da análise quantitativa de elementos químicos presentes, com a técnica de fluorescência de raios X no MB galvanizado.
Tabela 2 – Composição de elementos químicos. Parâmetros Elementos Mn (%) Fe (%) Zn (%) Cu (%) 1 0,63 31,83 67,37 0,00 2 0,78 37,13 61,92 0,00 3 0,73 37,30 61,81 0,00 MB Galvanizado 0,49 25,53 73,69 0,02
Fonte: Autoria própria (2018)
Foi observado que devido à presença do cordão de solda, em comparação com o metal base, ocorre variação na quantidade do elemento químico zinco. Essa diferença é devida a evaporação de parte do zinco do revestimento durante a soldagem. Comparando-se os parâmetros de solda, observa-se que a velocidade de deslocamento do feixe de laser é mais crítica do que a potência utilizada, pois o parâmetro P1, que usou V=50 mm/s e P=1500 W possui maior quantidade de zinco do que o parâmetro P3, por exemplo, que usou V=12,5 mm/s e P=375 W. A velocidade de deslocamento é inversamente inversamente proporcional ao tempo em que o laser fica em contato com a superfície. Quanto maior o tempo de contato, maior a evaporação de zinco.
Vale ressaltar que a fluorescência por raios X considera uma região de análise maior que a largura do cordão de solda, ou seja, o resultado mostrado na tabela é uma média para a região que contém a solda, a zona termicamente afetada (ZTA) e o metal base (MB). Além disso, a análise é concentrada na superfície, mas ainda assim há penetração através da camada galvanizada, atingindo também o MB.
4.2. CARACTERIZAÇÃO POR MICROSCOPIA ÓPTICA (MO)
Foram realizadas análises por microscopia óptica (MO) para o metal base e para os parâmetros de solda. Para as amostras com o cordão de solda se observou com clareza as regiões e interfaces já esperadas para cordões de solda, sendo a ZTA, zona fundida (ZF) e metal base (MB) (GEMÉLLI, 2014). A Figura 17 mostra as micrografias dos parâmetros solda P1, P2 e P3, onde Icor está em secção
Figura 17 – Micrografias da secção transversal das amostras com os parâmetros: (A) P1, (B) P2 e (C) P3.
Fonte: Autoria própria (2018)
Observa-se que dependendo do parâmetro utilizado, há maior profundidade do cordão de solda. Para o parâmetro P1, há profundidade completa. Entretanto, para os parâmetros P2 e P3 isso não acontece. Além disso, no P3 observa-se a formação de grande quantidade de bolhas na ZF. No P2 também observam-se bolhas, mas em menor quantidade. Em soldagem a laser, as bolhas são formadas quando a velocidade de deslocamento do feixe é muito baixa, fazendo com que haja um fluxo de metal líquido em direção ao fundo da poça de fusão. Ao mesmo tempo, há evaporação de parte do material fundido, devido a elevada temperatura gerada pelo feixe de laser (SILVEIRA, 2012). Como não há profundidade completa do cordão de solda nos parâmetros P2 e P3, o material vaporizado fica aprisionado na ZF, gerando bolhas.
A Figura 18 é um desenho esquemático de Kannatey (2009), que mostra a microestrutura comumente observada em cordões de solda a laser, indicando o formato dos grãos nas regiões da ZTA, ZF e MB. Comparando-se o esquemático com a micrografia mostrada na Figura 17 B, observa-se uma boa correlação em relação a microestrutura formada.
Figura 18 –Comportamento dos grãos nas proximidades da solda realizada. Fonte: Adaptado de KANNATEY (2009)
Foi realizada a análise por MO mais detalhada, ampliando as diferentes regiões do cordão de solda com o parâmetro P1, porque foi com este parâmetro que se observou completa penetração do cordão de solda através da espessura da chapa de 2 mm. Pode-se observar em destaque a microestrutura diferente da ZTA, ZF e MB do cordão de solda, como mostra a Figura 19.
Figura 19 - Detalhamento do cordão de solda com parâmetro P1, onde observa-se a ZTA, ZF, MB.
Os grãos do metal base apresentam-se semelhantes ao já descrito na literatura, conforme mostrado na Figura 2 (AVRAMOVIC, 2009). Os grãos da zona fundida (ZF) possuem microestrutura completamente diferente. A soldagem a laser o resfriamento é rapido, modificando a microestrutura. Segundo a literatura, tanto a martensita e ferrita, assim como alguma austenita residual transformam-se em austenita logo no inicio da soldagem. Durante o resfriamento, a austenita primária pode se transformar em bainita, perlita ou martensita, dependendo da taxa de resfriamento, que muda em função da velocidade. Correard et al. (2015) estudaram por simulação numérica o resfriamento da liga DP600 para diferentes parâmetros de solda a laser. Os autores indicam que a transformação em bainita é a principal microestrurura presente, mas pode haver formação de pequena quantidade de martensita e austenita residual. As imagens de microscopia óptica não são suficientes para identificar os tipos de fases formadas, dado que o tamanho de grão é bastante reduzido.
A ZTA é bastante estreita, da ordem de 100 µm, conforme mostra a Figura 19. Em comparação a outros processos de soldagem, como a solda TIG, a ZTA pode ser até três vezes maior, conforme foi demonstrado nos trabalhos de Souza Neto (2016), que comparou a solda a laser e a solda TIG para união de um aço AISI 4130. Reduzir a ZTA contribui para as propriedades mecânicas do metal soldado, uma vez que reduz possíveis concentradores de tensões, defeitos e regiões de fragilidade (SOUZA NETO, 2016).
4.3. ENSAIOS CORROSÃO
4.3.1. Potencial de Corrosão
O potencial de corrosão (Ecor) foi medido durante 55 minutos de imersão na
solução eletrolítica (NaCl 3,5%) para o metal base polido, metal base galvanizado e para os parâmetros de solda P3. Os valores do Ecor são mostrados na Tabela 3.
Figura 20 - Potencial de corrosão tratado em solução aerada de NaCl 3,5 %. Fonte: Autoria própria (2018)
Logo de início nota-se que o metal base galvanizado inicia com Ecor -0,969 V
e reduz em aproximadamente 300 segundos, diferentemente do MB polido que inicia com um Ecor mais alto de -0,483 V que reduz em aproximadamente 1200 segundos.
O parâmetro de solda laser inicia com um Ecor de -0,925 V, reduzindo e estabilizando
em menor tempo, sendo de aproximadamente de 200 segundos. Para todos os casos, observa-se que logo após a imersão há uma redução no Ecor, correspondente
ao tempo para estabelecimento de equilíbrio entre as reações de redução/oxidação. Para o metal base polido, após aproximadamente 1500 segundos há estabilização, que ao final do ensaio foi de -0,545 V. O metal base galvanizado mostra uma tendência de aumentar o potencial a partir de 300 segundos de imersão, estabilizando em -0,998 V ao final do ensaio. Ao comparar-se os valores do potencial de corrosão entre o metal base polido e com revestimento de zinco, observa-se a efetividade da galvanização em criar um revestimento de proteção catódica para o substrato. Quanto mais positivo o Ecor, significa que o metal tem
maior resistência a corrosão.
O eletrodo com o cordão de solda a laser estabilizou-se na solução eletrolítica rapidamente, onde em torno de 200 segundo já atingiu valores próximos ao Ecor ao final do ensaio (-1,021 V). O valor está muito próximo ao Ecor do metal
base galvanizado, mostrando que, houve uma variação de 23 mV no Ecor devido a
soldagem a laser. Essas variações na ordem de mV não são significativas para o potencial de corrosão.
Figura 21 – Potencial de corrosão dos três parâmetros de solda a laser tratado em solução aerada de NaCl 3,5 %.
Fonte: Autoria própria (2018)
Observa-se no gráfico da Figura 21 que a variação entre os potenciais de corrosão dos três parâmetros é mínima quando comparadas, sendo o potencial do parâmetro P1 de -1,000 V, e do parâmetro P3 de -1,021 V esses com maior e menor velocidade de soldagem, tem-se então que essa variação não altera o Ecor do metal.
4.3.2. Micropolarização
Após a medição do Ecor, realizou-se a micropolarização dos eletrodos, onde
foi aplicada uma verredura de potencial de ±10mV em torno do Ecor. A Figura 22
mostra as curvas de polarização obtidas, para o metal base polido, galvanizado e o parâmetro P3, que é representativo.
Quanto maior for a variação de corrente medida para a varredura do potencial, menor é a resistência de polarização (Rp) do material, conforme a lei de Ohm. As curvas de micropolarização estão indicadas na Figura 22 para cada tipo de eletrodo, onde indicou-se o valor da Rp. Para o calculo da Rp, considera-se o inverso do coeficiente angular da reta aproximada à curva medida. Observa-se que a presença do cordão de solda reduziu significativamente a Rp, mesmo quando comparada à Rp do metal galvanizado. Então sugere-se que o metal base base polido tem camada passiva em relação ao MB galvanizado.
Figura 22 - Micropolarização de 10 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização Rp está indicada.
Fonte: Autoria própria (2018)
A Figura 23 mostra uma comparação das curvas de micropolarização para os diferentes parâmetros de solda a laser.
Figura 23 - Micropolarização de 10 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização Rp está indicada.
Fonte: Autoria própria (2018)
Observa-se que a Rp dos parâmetros de P1 de Rp 5,743 kΩ e P2 com Rp 7,043 kΩ são de pouca variação quando comparado com o parâmetro P3 de Rp 1,874 kΩ. Levando-se em consideração essa comparação de variações de Rp, observa-se que quanto menor a velocidade de varredura do laser, ou seja maior
tempo de interação com a liga durante a soldagem, maior a vulnerabilidade para o processo de corrosão, porque quanto maior a resistência de polarização maior resistência à corrosão da amostra.
4.3.1. Macropolarização
A macropolarização é semelhante a micro, mas a variação de potencial em torno do Ecor é de ±100 mV. A Figura 24 mostra as curvas de polarização obtidas,
considerando-se curvas de Tafel para o metal base polido, galvanizado e o parâmetro P3, que é representativo. Não são observados domínios de passivação no braço anódico para as amostras galvanizada e com o cordão de solda. Isso indica que tipo de corrosão é uniforme, não havendo indícios de corrosão localizados, como pites, por exemplo, (ZHANG et al.,2018.,LIMA, BRASIL, 2015). Entretanto, o ponto de inflexão da curva para o aço polido mudou muito em relação ao potencial de corrosão medido anteriormente. Isso indica que o processo de polarização causou uma alteração na interface metal/solução, ocorrendo diferentes processos de corrosão em comparação ao metal com a solda e do metal galvanizado.
Figura 24 - Macropolarização de 100 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização
Os braços catódicos e anódicos da macropolrização para o metal polido são diferentes, mostrando que durante a polarização há alterações no Ecor. Isso ocorre
devido ao tipo de corrosão por pites, como pode ser observado na Figura 25, que mostra uma micrografia obtida por microscopia óptica após os ensaios de corrosão. A corrosão por pites deve ser evitada, uma vez que pode atuar como um concentrador de tensões, levando a propagação de trincas, podendo causar o rompimento catastrófico do aço em serviço (SOUZA NETO, 2016).
Figura 25 – Microscopia óptica, corrosão por pites no MB Polido. Fonte: Autoria própria (2018)
Os eletrodos soldados e galvanizado exibem um comportamento semelhante, com maior estabilidade no Ecor durante a polarização, pois há maior
simetria nos braços catódicos e anódicos das curvas. O tipo de corrosão predominante neste tipo de metal é a corrosão uniforme, a qual é preferível a corrosão por pites. Isso provavelmente devido a formação de micro pilhas no polimento da amostra que ocorre durante o contato da superfície da lixa com a superfície da amostra.
A Figura 26 mostra a comparação das curvas de macropolarização para os diferentes parâmetros de solda a laser, onde os três parâmetros mostram comportamento semelhante.
Figura 26 - Macropolarização de 100 mV próximo ao Ecor para os eletrodos os estudados VS ECS em meio aerado NaCl 3,5 % 23ºC, onde a resistência a polarização.
Fonte: Autoria própria (2018)
Novamente pode-se notar que mesmo com o comportamento semelhante entre os três parâmetros, o parâmetro P3 se mostra com tendência para a região anódica, com maior corrente, sendo assim mais propício ao ataque de corrosão.
4.3.2. Taxa de Corrosão
Foram obtidos para cada eletrodo o seu valor de potencial de circuito aberto (Ecorr), após 55 minutos de imersão no meio eletroquímico deste estudo. Depois, foi
realizada a micro e macro polarização, onde se calculou a Rp, constantes de Tafel anódicas e catódicas, βa e βc, respectivamente. A partir de βa e βc calculou-se a corrente de corrosão, Icor. Com esses resultados foi calculada a taxa de corrosão
Tabela 3 – Parâmetros dos ensaios eletroquímicos. Condição Ecor (V) Rp (KΩ) Bc (V/dec) Ba (V/dec) Icor (A/cm2) Taxa de corrosão (mm/ano) DP600 Polido -0, 545 9, 315 0, 077 0, 055 1, 495 E-6 0, 064 Galvanizado -0, 998 4, 318 0, 099 0, 065 3, 945 E-6 0, 255 Solda a laser P3 -1, 021 1, 874 0, 079 0, 099 1, 018 E-5 1, 087 P1 -1, 000 5, 743 0, 042 0,054 1, 786 E-6 0,0034 P2 -0, 984 7, 043 0, 079 0,04 1, 637 E-6 0,0031
Fonte: Autoria própria (2018)
Para compreender melhor os resultados obtidos propõem-se o esquemático mostrado na Figura 27. O primeiro desenho ilustra o caso do metal polido passivado, onde não há revestimento de zinco e o metal base está exposto ao eletrólito diretamente. Pode-se observar que o metal polido tem uma resistência à corrosão maior em relação aos demais, porém ocorre a formação de pites nessa amostra o que justifica a necessidade de a indústria automobilística realizar a deposição de revestimentos galvanizados. Embora a taxa de corrosão seja baixa, o cálculo considera que há uma corrosão uniforme na superfície.
O segundo desenho ilustra o metal base com o revestimento de zinco na superfície. O metal base galvanizado tem uma menor resistência à corrosão, devido ao comportamento do zinco como metal de sacrifício na proteção catódica e evita a formação de pites, ocorrendo corrosão uniforme.
Figura 27- Desenho esquemático da provável formação de pilha galvânica nos três parâmetros de solda a laser.
As amostras com soldagem nos parâmetros P1 e P2 apresentam uma baixa taxa de corrosão. Isso pode ocorrer devido à formação de uma pilha galvânica entre o revestimento de zinco remanescente no entorno do cordão de solda e o próprio cordão de solda. O terceiro e quarto esquemático da Figura 27 demonstram esse aspecto. Entretanto, o cordão de solda tem uma microestrutura modificada em relação ao metal base polido, pois as taxas observadas são menores de que a taxa de corrosão do metal base. Essa microestrutura modificada, que se caracteriza com tamanho de grãos menores, pode estar protegendo o metal base do ataque corrosivo por pites.
Entretanto, a taxa de corrosão para o parâmetro P3, que foi realizado com menor velocidade de varredura do feixe de laser, há possivelmente maior vaporização do zinco, o que expõe uma parte do metal base, como sugere o esquemático da Figura 27 (indicação P3). Provavelmente essa exposição faz com que a pilha galvânica ocorra entre o revestimento de zinco e o metal base exposto ou ZTA do cordão de solda, assim aumentando muito a taxa de corrosão.
Com isso observa-se que dependendo do parâmetro utilizado para a soldagem a laser, nota-se uma diferença na taxa de corrosão. Quanto menor a velocidade de varredura, maior vaporização de zinco acontece, o que leva a ser pior para a taxa de corrosão. Entretanto, se a soldagem for realizada com parâmetros de velocidade maior, consegue-se obter resistência de corrosão maior, mesmo com a presença do cordão de solda e das mudanças da microestrutura.
5. CONCLUSÕES
Foi observado que devido à presença da solda, em comparação com o metal base, ocorre variação na quantidade do elemento químico zinco. Comparando-se os parâmetros de solda, sugere-se que a velocidade de deslocamento do feixe de laser é mais crítica do que a potência utilizada, sendo que quanto mais baixa a velocidade, maior a evaporação do zinco, pois maior é o tempo de interação do laser com a liga durante a soldagem.
O parâmetro P1, que utilizou velocidade de varredura de 50 mm/s e potência de 1500 W foi o parâmetro onde foi possível obter um cordão de solda com profundidade completa. As análises de microscopia óptica mostraram claramente as zonas fundida (ZF), zona termicamente afetada (ZTA) e metal base (MB).
Os resultados do potencial de corrosão mostraram a efetividade da galvanização em criar um revestimento de proteção catódica para o substrato DP600. A presença do cordão de solda alterou de forma pouco significativa o potencial de corrosão, mostrando que neste parâmetro, a solda não causou modificação no comportamento do material. Entretanto, as análises de micropolarização indicaram que com a soldagem houve uma redução de resistência de polarização da ordem de duas vezes em comparação ao metal galvanizado e de 8 vezes em comparação com o metal polido. Assim, quanto menor a velocidade de varredura do laser, maior a vulnerabilidade para o processo de corrosão. Embora a resistência a polarização do metal polido seja muito elevada, em comparação com o metal galvanizado, após a macropolarização observou-se a formação de corrosão por pites. Na macropolarização houve semelhança no comportamento do aço galvanizado e do aço com o cordão de solda, indicando que não houve alterações significativas nas atividades das reações de oxidação e redução dos eletrodos. O comportamento semelhante entre os três parâmetros, o parâmetro P3 se mostra com concentração para a região anódica, com maior corrente, sendo assim mais propício ao ataque de corrosão
Nos cálculos de taxa de corrosão observa-se que dependendo do parâmetro de laser, existe uma diferença na taxa de corrosão, sendo que quanto menor a velocidade de varredura mais vaporização de zinco acontece, maior a taxa de corrosão. Entretanto, se a solda for realizada com parâmetros de velocidade mais
elevadas, consegue-se obter parâmetros de corrosão mais aceitáveis, mesmo com a presença do cordão e as mudanças da microestrutura.
6. REFERÊNCIAS
ASTM - AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test
Methods for Bend Testing of Material for Ductility. ASTM E 290, EUA, 2009.
ASTM G59-97. Standard Test Method for Conducting Potentiodynamic
Polarization Resistance Measurements, 2009.
AVRAMOVIC, C. G., Ososkov. Y., and Wilkinson D.S., 2009, “Effect of martensite
distribution on damage behavior in DP600 dual phase steel”, Materials Science
Engineering, Hamilton – Canada, Vol 516, pp. 7-16.
BARBATO, D.S. Estudo do comportamento mecânico e microestrutural de
juntas de aço avançado de alta resistência soldadas a laser. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal Fluminense, – Niterói, RJ, 2012.
CALLISTER, Jr, William D., 1940-Ciência e engenharia de materiais: uma
introdução/ William D. Callister, Jr.; tradução Sergio Murilo Stamile Soares. –
Rio de Janeiro: LTC, 2008.
CALVIMONTES, S.C. et al. Cracking factors evaluation on flash-butt welding of
600 grade dual phase steel. Copyright. 2017 ABCM.
CORREARD, G.C.C et al.; Development of laser beam welding of advanced
high-strength steels, Springer-Verlag London, 2015.
DULEY, W.W., Laser welding. New Jersey:John Wiley & Sons, 1998.
FARABI, N; CHEN, D.L.; LI, J.; ZHOU, Y.; DONG, S.J. Microstructure and
mechanical properties of laser welded DP600 steel joints. Materials Science
and Engineering, Vol. A527, pp. 1215-1222, 2010.
F.D.ZHANG et al. Corrosion behavior of laser – cleaned AA7024 aluminium
alloy. Applied Surface Science, 145, página 452-461, 2018.
GEMÉLLI, Eroni,1965 – Corrosão de materiais e sua caracterização – Rio de Janeiro: LTC, 2014.
GRANBOM, YLVA. Structure and mechanical properties of dual phase steels –
An experimental and theoretical analysis. Tese de Doutorado. School of Industrial
Engineering and Management. Estocolmo, 2010.
Instituto de Metais Não Ferrosos, Galvanização a fogo Disponível em: < http://www.icz.org.br/curso-galvanizacao-a-fogo-fundamentos-e-inspeca.php>Acesso em 15/11/2017.
KANNATEY-ASIBU JR, E. Principles of laser Materials Processing. New Jersey: John Wiley & Sons, 2009.
KEELER, S.; KIMCHI, M. Advanced high-strength steels application guidelines. V. 5, World Auto Steel Report. p. 276, 2014.
M. A. G. A. LIMA, S. L. D. C. BRASIL Corrosion of galvanized steel under
different soil moisture contents. Materials Reseach 18 (3), páginas 563-568, 2015.
NASCIMENTO, C.L. Diagnostico de corrosividade em eletrodo de aterramento
elétrico cobreado. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Paraná,
Curitiba, PR, 2013.
NUNES, G. F. M. Aula 8: Formas de corrosão. Slides de aula, CEFET-MG, 2014. Disponível em: < http://www.tecquimica.cefetmg.br/ > Acesso em 05/12/2017.
OLIVEIRA, A. C. Soldagem de alumínio estrutural aeronáutico utilizando laser a
fibra de alta potência. 2011, 152 f. Tese (Doutorado em Engenharia Aeronáutica e
Mecânica), Instituto Tecnológico da Aeronáutica, São José dos Campos, 2011.
RIVA, R.; LIMA, M.S.F.; OLIVEIRA, A.C. Soldagem a laser de estruturas
aeronáuticas. Metalurgia & Materiais, v. 65, p. 48 – 50, 2009.
TELEGINSKI, V. Resistência a corrosão e simulação numérica da temperatura e
tensões induzidas na refusão superficial a laser da liga aeroespacial Al-1,5% Fe. 2012, Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciências de Materiais).
Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2012.
SOUZA NETO, Fabiana de. Caracterização e microestrutural de um aço AISI
4130 soldado pelo processo TIG e a Laser. 2016. 94f. Dissertação de mestrado
em Ciência e Tecnologias Espaciais. Instituto Tecnológico de Aeronáutico. São José dos Campos.
SILVEIRA, G.V. Efeito da alteração dos parâmetros do processo laser sobre a
geometria do cordão de solda. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 2012.
Rio Grande do Sul. 2012
