CONVÊNIOS CNPq/UFU & FAPEMIG/UFU
Universidade Federal de Uberlândia Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação
DIRETORIA DE PESQUISA COMISSÃO INSTITUCIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
2008 – UFU 30 anos
INFLUÊNCIA DA CONDIÇÃO SUPERFICIAL DA CHAPAS DE AÇO AO
CARBONO E DA PROTEÇÃO GASOSA NA REPRODUTIBILIDADE DO
PROCESSO MIG/MAG
Marcus Vinícius Ribeiro Machado1Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Campus Santa Mônica – LAPROSOLDA, bloco 1O, CEP 38400-902, Uberlândia, MG. mvmachado@mecanica.ufu.br
Américo Scotti2
Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Campus Santa Mônica – LAPROSOLDA, bloco 1O, CEP 38400-902, Uberlândia, MG. ascotti@mecanica.ufu.br
Maria Celeste Monteiro de Souza Costa3
CEFET/MG, Av. Amazonas, 5253 - Nova Suíça. 30480-000. Belo Horizonte - MG. mcelestemsc@deii.cefetmg.br
Paulo José Modenesi
Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Metalúrgica, 30000-000, Belo Horizonte, MG, modenesi@demet.ufmg.br
Resumo: Processos de soldagem a arco elétrico são de grande importância industrial para união
de metais. O desempenho do processo e a qualidade da junta soldada são governados por um grande número de variáveis, sendo as mais conhecidas a corrente, a tensão e a velocidade de soldagem. Contudo, outros fatores influenciam na soldagem, como, por exemplo, o método de limpeza da superfície da chapa, distância entre o bico de contato-peça (DBCP) e composição do gás de proteção. Dentre estes aspectos, a limpeza da superfície da chapa a ser soldada sempre foi uma preocupação do profissional responsável pelas operações de soldagem, pois defeitos como porosidade e falta de fusão são constantemente creditados a uma limpeza inadequada. Entretanto, não se discute muito a relação entre esta condição e a estabilidade do processo e suas conseqüências sobre sua reprodutibilidade e eficiência. Desta forma, este trabalho tem o objetivo de avaliar o efeito da limpeza da superfície do material de base, sob diferentes poder de oxidação do gás de proteção, sobre o comportamento da transferência metálica e geometria do cordão, buscando contribuir com informações ao pessoal técnico de soldagem no meio industrial. Uma série de soldagens MIG/MAG foi realizada variando-se a preparação da superfície da chapa (que provocam diferentes inclusões óxidas) e o teor de oxigênio no gás de proteção. Foi caracterizada a rugosidade e contaminação das superfícies das chapas. Também foi medido o tipo e característica da transferência metálica, através da técnica perfilografia sincronizada com câmera de alta velocidade. Avaliou-se a largura da limpeza catódica e a geometria finais dos cordões sob o efeito das variáveis. Conclui-se que o tipo de limpeza afeta o desempenho do processo, mas que se usando um gás de proteção com teor de oxigênio acima de 2%, este efeito torna-se superado.
Palavras-Chave: MIG/MAG, Condição Superficial, Estabilidade do Arco, Proteção Gasosa,
Transferência Metálica.
1
Acadêmico de Graduação do Curso de Engenharia Mecatrônica.
2 Orientador e Professor da Faculdade de Engenharia Mecânica. 3 Co-Orientadora e Professora do CEFET/MG.
1. INTRODUÇÃO
A soldagem a arco é o processo de união de metais de maior importância industrial. Porém, a produtividade do processo e a qualidade da junta soldada são determinadas por um grande número de variáveis, sendo as mais conhecidas a corrente, a tensão e a velocidade de soldagem (AWS, 1991). Entretanto, aspectos como a condição superficial da chapa, distância entre o bico de contato-peça (DBCP) e o gás de proteção exercem significativa influência no processo. Dentre estes, a condição da superfície sempre foi uma preocupação dos profissionais da área, pois defeitos como porosidade, falta de fusão da peça e a não reprodutibilidade no ajuste de parâmetros são creditados a uma inadequada condição superficial. Contudo, não se discute muito a relação entre este aspecto e as características do processo. Desta forma, este trabalho se propõe a estudar e avaliar a influência da condição da superfície da chapa a ser soldada, sob diferentes graus de poder oxidante da proteção gasosa, sobre a transferência metálica e geometria do cordão, buscando contribuir com informações ao setor técnico e profissional de soldagem, levando à maior eficiência e qualidade do processo.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para alcançar o objetivo geral desta proposta, foi planejado avaliar soldagens realizadas sobre chapas com condições superficiais distintas, com diferentes composições de gás de proteção, buscando assim verificar a influência de cada condição sobre o processo.
2.1.Placas de Teste E Preparação das Suas Superfícies
Foram preparadas placas de teste de aço ASTM A-36 (9,6 X 31,8 X 180 mm) com cinco condições superficiais, a saber: com carepa (como recebido); esmerilhada; lixada; Jateada com Areia; e Jateada com grânulos de Alumina (Óxido de Alumínio). As chapas foram preparadas separadamente para cada condição superficial, evitando-se, assim, a influência de um processo de preparo sobre os outros. Em um primeiro momento, foram cortadas as placas de teste a partir de barras chatas de 9,6 x 31,8 mm nas dimensões definidas, na condição como recebido.
As superfícies com tratamento esmerilhado e lixado foram preparadas com o auxílio de esmerilhadeira angular elétrica. A preparação superficial foi aplicada sobre a superfície original das chapas (como recebido), até a total eliminação das características da chapa recebida, usando-se disco abrasivo para metal e lixa de grana 120, respectivamente para cada preparação de superfície. Os tratamentos por Jateamento foram realizados com equipamento de Jato de Partículas Abrasivas, usando-se como abrasivo Areia (Areia Comum Seca de granulometria média de 1,00 mm) ou Alumina (grânulos de Alumina com granulometria média de 0,80 mm). As chapas de teste foram pré-preparadas (secas e limpadas) e a unidade de Jateamento foi verificada quanto à umidade de ar comprimido.
Todas as placas de teste foram então guardadas, até a realização das soldagens, separadamente por grupo de superfície e armazenas em sacos plásticos cobertas por papel e em presença de Sílica Gel, para retirar umidade do meio.
2.2.Soldagens
As soldagens foram executadas pelo método de simples deposição de cordões de solda sobre chapa, com o processo MIG/MAG mecanizado (Figura 1), utilizando-se de um equipamento eletrônico multi-processo (MTE digitec300), operando no modo de corrente constante, com regulagem de 255 A. Foi utilizado como metal de adição o arame AWS ER70S-6 de 1,2 mm de diâmetro. Quatro gases de proteção foram utilizados, ou seja, Argônio Puro (Ar) e misturas de Argônio com 1% (Ar + 1% O2), 2% (Ar + 1% O2) e 3% (Ar + 1% O2) de O2. Essas misturas foram obtidas através de um misturador laboratorial (Figura 2), sendo as mesmas analisadas em um
analisador de misturas binárias (Figura 3). Uma vazão de 13 l/mim foi aplicada em todos os casos. Para cada proteção gasosa, foram feitas alterações na DBCP entre 15 e 23 mm de forma a procurar para cada condição um mesmo comprimento do arco e fazer comparações das soldagens sob este parâmetro. Os testes foram realizados com velocidade de alimentação de 7,2 m/min do metal de adição a uma velocidade de soldagem de 30 cm/min (COSTA, 2006). A Tabela 1 resume os parâmetros operacionais de regulagem.
Figura 1 - Montagem para soldagens.
Figura 2 – Equipamento utilizado para realização da mistura de gases
Figura 3 – Equipamento para análise das misturas de gases.
Tabela 1 – Parâmetros operacionais de Soldagem Itens
Tipo de metal de base Aço Carbono Espessura do metal de base (mm) 9,6
Tipo de arame ER70S-6
Diâmetro do arame (mm) 1,2
Corrente de Soldagem (A) 255 Velocidade arame (m/min) 7,2 Velocidade de soldagem (cm/min) 30
Vazão do gás (l/min) 13
Cada procedimento de soldagem foi filmado com duas câmeras de alta velocidade para análise de transferência metálica, uma com iluminação à laser (He-Ne) e filtro passa banda de 632,12 nm, utilizando o método de Perfilografia Sincronizada (RODRIGUES, 2003), a uma velocidade de 2000 quadros por segundo e a segunda com filmes protetores para evidenciar o arco durante a soldagem, também com 2000 quadros por segundo (Figura 4). Pôde-se, assim, estimar os comprimentos de arco durante as soldagens, buscando com auxílio de mascaras sobre o monitor de TV regular a DBCP para alcançar os valores de comprimentos de arcos desejados (semelhantes entre si). A Figura 5 exemplifica uma imagem de um arco elétrico de solda obtido por este
procedimento.
Os sinais de tensão e corrente do arco fonte foram adquiridos por equipamento de dados sincronizados com a filmagem em um sistema desenvolvido pelo LAPROSOLDA/UFU, sendo, então, os sinais processados com o programa SINAL (desenvolvido pelo LABSEND/UFMG) para obtenção de dados comparativos.
Figura 4 – Sistema de Aquisição e filmagem
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados estão divididos por partes fundamentais a conclusão do projeto, sendo, então, separadas conforme a metodologia aplicada.
3.1.Caracterização Das Superfícies
A caracterização das superfícies foi realizada com base nos aspectos morfológicos e químicos das mesmas, com auxílio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e rugosimetria, para verificação morfológica, e espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS), para verificação da contaminação química (a Tabela 2 apresenta as regulagens dos ensaios de EDS).
Figura 5 - Exemplo de Arco durante as Soldagens.
Tabela 2 - Parâmetros dos ensaios de EDS realizados para caracterização da contaminação
química das superfícies. Accelerating voltage (kV) 15.0
Beam current (nA) 750.0
Magnification 50.0
Live time 30.0
Preset Time (s) 30.0
As alterações das características das superfícies foram significativas e distintas entre cada tratamento. A Tabela 3 mostra os resultados dos ensaios de rugosimetria das superfícies, onde Ra é a média aritmética dos valores absolutos dos desvios do perfil a partir da linha média e Rmax a altura máxima de rugosidade.
Tabela 3 – Rugosimetria das superfícies, parâmetros RA e Rmax.
RA (µm) Rmax (µm)
Carepa 7, 552 39, 03
Esmerilhada 3, 484 24, 288
Jateada Areia 8, 144 51, 078
Jateada Alumina 6, 182 38, 948
Os resultados da microscopia eletrônica e do EDS sobre as superfícies estão ilustrados abaixo. A Figura 6 mostra os aspectos morfológicos e o gráfico com os níveis de inclusões óxidas químicas da superfície com carepa (como recebida), enquanto a Tabela 4 apresenta os resultados do ensaio de EDS para a superfície com carepa. Pelos resultados, pode-se observar um acentuado nível de oxidação, porém não há contaminação à superfície de elementos diferentes aos da composição básica do aço (Carbono – C, Ferro – Fe e Oxigênio – O). Já as Tabela 5 e Tabela 6 mostram os resultados das superfícies esmerilhadas e lixadas, respectivamente. Pode-se verificar que as superfícies com carepa, lixada e esmerilhada apresentam contaminação somente de oxigênio, sendo a esmerilhada e a lixada com níveis próximos e mais baixos de contaminação que a superfície com carepa, como pode ser visto a seguir.
Figura 6 – Aspecto morfológico e químico da superfície com Carepa.
Tabela 4 – Resultados da análise de EDS da superfície com carepa.
Elt Kratio W% O 0.0864 12.78 Al 0.0026 0.50 Si 0.0016 0.24 Mn 0.0026 0.26 Fe 0.8317 86.22 0.9249 100.00 Tabela 5 – Resultados da análise de EDS da
superfície Esmerilhada.
Elt Error Kratio W% A%
O 0.0000 0.0001 0.01 0.04 Al 0.3541 0.0015 0.31 0.64 Si 0.3478 0.0016 0.24 0.48 Mn 0.2811 0.0041 0.40 0.41 Fe 3.9583 0.9895 99.04 98.44 0.9968 100.00 100.00
Tabela 6 – Resultados da análise de EDS da superfície lixada.
Elt Error Kratio W% A%
O 0.0000 0.0001 0.01 0.04 Al 0.2465 0.0008 0.16 0.32 Si 0.3082 0.0013 0.20 0.39 Mn 0.2380 0.0031 0.30 0.30 Fe 3.8963 0.9928 99.34 98.95 0.9980 100.00 100.00 Os resultados dos tratamentos por Jateamento com Areia e com Alumina são apresentados pelas Tabelas 7 e Tabela 8 (EDS das superfícies). Nesses dois tratamentos, houve alteração da composição química da superfície da peça, adicionando elementos estranhos à composição básica do aço. Observa-se que o Jateamento com alumina apresenta contaminações de oxigênio, alumínio e silício. Da mesma forma, o Jateamento com areia apresenta as mesmas contaminações, porém em maiores quantidades dos elementos.
Tabela 7 – Resultados da análise de EDS da superfície Jateada com Alumina.
Elt Error Kratio W% A%
O 0.4754 0.0080 1.27 4.13 Al 0.9260 0.0136 2.67 5.16 Si 0.7256 0.0088 1.36 2.52 Mn 0.3223 0.0070 0.69 0.65 Fe 3.3865 0.9306 94.01 87.55 0.9680 100.00 100.00
Tabela 8 – Resultados da análise de EDS da superfície Jateada com Areia.
Elt Error Kratio W% A%
O 1.3649 0.0552 9.36 23.75 Al 1.5770 0.0329 6.04 9.09 Si 1.9239 0.0516 7.81 11.30 Mn 0.2565 0.0037 0.38 0.28 Fe 3.2786 0.7273 76.42 55.58 0.8707 100.00 100.00
A Tabela 3 apresenta de forma comparativa as rugosidades entre as superfícies preparadas, enquanto a Tabela 9 resume de forma similar a composição em peso dos elementos principais para cada superfície. Pode-se evidenciar ao observar os resultados que as condições superficiais de carepa, Jateada com alumina e Jateada com areia apresentam rugosidades próximas. Entretanto, as características químicas das mesmas são diferentes, onde se observa a ausência dos contaminastes Alumínio e Silício na superfície com carepa, presentes nos processos de Jateamento. Além disto, observa-se visualmente (MEV) uma presença de óxidos muito maior na condição de carepa, apesar de que no Jateamento de areia o teor de oxigênio foi próximo. Desta forma, tem-se formado um interessante grupo de condições superficiais para estudo, ou seja, mesma rugosidade, mas com diferentes composições químicas.
Do mesmo modo, comparando-se as superfícies com carepa, esmerilhadas e lixadas têm-se contaminações químicas semelhantes (a abrasão sofrida pela superfície no esmerilhamento e o lixamento fizeram os níveis de Oxigênio ficar consideravelmente minimizados pela retirada do óxido das superfícies). Já as análises de rugosimetria apresentam valores distintos entre as amostras, sendo em maior rugosidade com carepa, seguidos da esmerilhada e lixada, respectivamente, sendo estas duas as de menores valores dentre todas as superfícies preparadas.
Foi possível então separar dois grupos de superfícies, ou seja, um com características morfológicas semelhantes quando comparados em relação à rugosidade, mas diferentes composições químicas, e, outro grupo com características químicas semelhantes comparando-se as contaminações químicas, mas diferentes rugosidades.
Tabela 9 – Comparação dos resultados de EDS (% em peso) para as diferentes superfícies. Carepa Esmerilhada Lixada Jateado com Alumina Jateado com areia
Carepa Esmerilhada Lixada Jateado com Alumina Jateado com areia
O 12.78 0.01 0.01 1.27 9.36 Al 0.50 0.31 0.16 2.67 6.04 Si 0.24 0.24 0.20 1.36 7.81 Mn 0.26 0.40 0.30 0.69 0.38 Fe 86.22 99.04 99.34 94.01 76.42
3.2.Das análises das soldagens
Durante os testes foram realizadas aproximadamente 60 soldagens, sendo então realizada a análise de transferência metálica para todas, de onde se extrai os valores de Comprimento de Arco, Freqüência de Destacamento de Gotas e o Diâmetro das Gotas. As Figuras 7 e Figura 8 mostram um quadro da filmagem por Perfilografia que é utilizada no programa Analisador de Transferência, desenvolvido pelo próprio LAPROSOLDA/UFU, para as análises.
Figura 7 – Imagem da Filmagem por Shadowgrafia
Figura 8 – Programa para Análise de Transferência Metálica
De posse dos comprimentos de arco de todas as soldagens, pode-se então definir as chapas que seriam levadas à análise geométrica. Foram selecionadas 21 chapas por comprimento de arco semelhantes, dividas em dois grupos, sendo estes definidos nos intervalos de comprimento de arco: um grupo com 12 chapas e que relaciona comprimento de arco na faixa de 5,8 a 6,2 mm, e outro grupo com 9 chapas de arco entre 5 e 5,5 mm.
Definas as chapas para análise geométrica, realizou-se a macrografia dos corpos de prova e mediram-se os valores de Largura e Reforço médios dos cordões, realizando 10 medidas ao longo do cordão, e foi realizada uma secção à 35 mm do fim do cordão, para obter os valores de área fundida, área depositada, reforço, largura e penetração. Para realização da macrografia os corpos de prova foram cortados com uma cortadora Metalográfica do próprio LAPROSOLDA/UFU e então tiveram as secções embutidas em resina poliéster para garantir planicidade e lixadas em lixas d’água de granas 120, 180, 220, 320, 400 e 600. Quando foram atacadas quimicamente com NITAL 10% evidenciando-se assim as partes da chapa, cordão de solda e Zona Afetada pelo Calor (ZAC). As Figuras 9, Figura 10 e Figura 11 mostram as imagens finais da macrografia para análise geométrica, sendo o cordão original, área depositada e área total, respectivamente, onde foram montadas mascaras de cores para posterior análise de área por software de computador. E a área fundida é a diferença entra a área total e a depositada.
Figura 9 – Macrografia da Secção Transversal do cordão
Figura 10 – Evidenciando da Área Depositada
Figura 11 – Evidenciando Área Total do Cordão.
A partir dos resultados das análises e medições realizadas aos corpos de prova selecionados, conforme critérios acima descritos, foram construídos gráficos que elucidam as tendências de cada parâmetro de acordo com o gás de proteção e a superfície da peça soldada, a as figuras abaixo mostram exemplo os gráficos que foram confeccionados para o grupo de 5,8-6,2mm. Sendo que os mesmo foram feitos para o outro grupo de comprimento de arco.
Figura 12 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre o diâmetro da
gota para diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com comprimento de arco
5,8-6,2 mm
Figura 13 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre a freqüência de
destacamento da gota para diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com
Figura 14 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre a Largura para
diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com comprimento de arco 5,8-6,2 mm.
Figura 15 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre a penetração para diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com comprimento de arco 5,8-6,2 mm.
Figura 16 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre o Reforço para
diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com comprimento de arco 5,8-6,2 mm.
Figura 17 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre a Área
Depositada para diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com
comprimento de arco 5,8-6,2 mm.
Foi analisado também o parâmetro "S" (DBCP – C.A.), comprimento livre médio do arame-eletrodo (Figura 19) e a forma que a gota sai do arame pelas filmagens e verificou-se que o gás de proteção influência em ambos os parâmetros, ou seja, quanto maior a quantidade de oxigênio menor o “S”.
Quanto à forma, com argônio puro tem-se o elongamento do arame e quando se adiciona o oxigênio esse elongamento diminui progressivamente.
Figura 18 – Efeito do teor de oxigênio na mistura de gás de proteção sobre a Área
Fundida para diferentes tratamentos superficiais, relativo ao grupo com
comprimento de arco 5,8-6,2 mm. Figura
Em relação à influência da superfície sobre os procedimentos de soldagem, foi observado e concluído que quando se tem carepa e solda-se com argônio puro há pouca limpeza catódica. Já com Jateamento com Areia, a limpeza catódica é um pouco presente, menor que na superfície com carepa, enquanto nas outras condições a limpeza catódica ocorre nitidamente. Quando se aumenta o teor de oxigênio, essa limpeza catódica tende a desaparecer. Isso porque o arco não precisa procurar regiões na chapa rica em óxido. As Figuras abaixo mostram claramente os resultados citados.
Figura 20 – Limpeza catódica em superfície com Carepa com Ar Puro.
Figura 21 – Limpeza catódica em superfície com Carepa com Ar + 2%O2.
Figura 22 – Limpeza catódica em superfície com Jateada com Areia com Ar Puro.
Figura 13 – Limpeza catódica em superfície com Jateada com Areia com Ar + 2%O2.
Figura 24 – Limpeza catódica em superfície
com Lixada com Ar Puro. Figura 35 – Limpeza catódica em superfície com Lixada com Ar + 2%O
2.
4. CONCLUSÃO
Com a preparação e caracterização das superfícies se alcançou o objetivo de alterar de forma significativa as características das superfícies para os diferentes tipos de tratamento. Observou-se que a mudança de comportamento da do processo de soldagem está mais relacionada superfície está mais relaciona com a natureza química dos elementos presentes na superfície (inclusões oxidas) do que propriamente com as características morfológicas, como a rugosidade, por exemplo. Observou-se que Observou-se podem agrupar as superfícies, principalmente sobre o ponto de vista da preObservou-sença ou não de oxigênio, sendo que temos características semelhantes. Observa-se que temos um comportamento que diverge do esperado, quando o aumento de oxigênio na composição do gás de proteção está provocando um aumento do diâmetro médio da gota, o que se pode relacionar com a influência da composição da superfície sobre a transferência metálica e no gás de proteção. Pode-se concluir que com o aumento do poder de oxidação da proteção gasosa há uma menor dispersão de resultados para uma mesma análise, ou seja, quando se observa a freqüência de destacamento temos uma dispersão de valores maior em Ar puro, o que tende a diminuir e convergir em uma faixa menor de valores em Ar+3%O2.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao LAPROSOLDA/UFU, pela disponibilização de recursos e insumos para os testes, e aos seus professores do grupo pelo apoio e estímulo. Em especial, ao professor Dagoberto Santos, da UFMG, pelas análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), e ao órgão de fomento FAPEMIG/UFU, tanto pelos recursos para a câmera de alta velocidade (TEC 604/2005), como pela bolsa de incentivo (PIIBIC) para o desenvolvimento dos trabalhos de pesquisa.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
• AWS – AMERICAN WELDING SOCIETY, Gas metal arc welding. Welding Handbook. 8 ed. Miami: AWS, v.2, p.109-155, 1991.
• COSTA, Maria Celeste M. de S.; “Fenômenos de Instabilidade do Arco na Soldagem GMAW com Gases de Baixo Potencial de Oxidação”; Tese de Doutorado; UFMG; Junho 2006. • RODRIGUES, Carlos E. A. Lima; Manual de Utilização da Técnica de Filmagem “Shadowgrafia Sincronizada” em procedimentos de soldagem. Parte 2: Aquisição dos Sinais Elétricos e sincronização com as imagens. Relatório Interno LAPROSOLDA/UFU 01/2003.
INFLUENCES OF THE CARBON STEEL SURFACE CONDITION AND OF
THE SHIELDING GAS ON THE REPEATABILITY OF THE MIG/MAG
PROCESS
Marcus Vinícius Ribeiro MachadoFaculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Campus Santa Mônica – LAPROSOLDA, bloco 1O, CEP 38400-902, Uberlândia, MG. mvmachado@mecanica.ufu.br
Américo Scotti
Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Campus Santa Mônica – LAPROSOLDA, bloco 1O, CEP 38400-902, Uberlândia, MG. ascotti@mecanica.ufu.br
Maria Celeste Monteiro De Souza Costa
CEFET/MG, Av. Amazonas, 5253 - Nova Suíça. 30480-000. Belo Horizonte - MG. mcelestemsc@deii.cefetmg.br
Paulo José Modenesi
Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Metalúrgica, 30000-000, Belo Horizonte, MG, pmodenesi@demat.ufmg.br
Abstract: Welding processes that use electric arc are of larger industrial importance for joining
metals. The process performance and the quality of the weldments are dependant of a great number of variables, such as current, voltage and welding speed. However, other factors influence the operation, for instance, the cleaning method of the plate surface, the contact tip-to-work distance, the composition of the shielding gases. Among these aspects, cleaning of the surface has been always a concern for the professionals responsible for welding operations, since defects such as porosity and lack of fusion are constantly credited to an inadequate cleaning. However, it has not been discussed the relationship between this condition and the process stability and its consequences on the process repeatability and efficiency. Thus, the objective of this work was to evaluate the effect of the surface cleaning method, under variation of shielding gas oxidation power, on the metal transfer characteristics and bead geometry, looking for providing more information to the technical personnel in industries. A series of GMAW welding was accomplished by varying the preparation of the plate surfaces (which lead to different oxide inclusion) and the oxygen content in the shielding gas. Roughness and contamination of the surfaces were characterized. It was also measured the type and characteristic of the metallic transfer through shadowgraphy with high-speed cameras. The width of the cathodic cleaning and the final geometry of beads under the effect of the variables were determined. It was concluded that surface cleaning method plays the most important role in the operational behavior of the process, yet the oxygen content beyond to 2% overcome the effect of the contamination.
