Avaliação da qualidade da solda de juntas soldadas com o Método MIG/MAG variando gás de proteção, inclinação da tocha e sentido de soldagem
Alexandre Gesser, Cristiane Ceratti Nunes
Instituto Federal de Santa Catarina Campus Geraldo Werninghaus, Jaraguá do Sul, Santa Catarina, Brasil, gesser.alexandre@gmail.com, ccerattinunes@gmail.com
Resumo
A qualidade dos cordões de solda depende de vários fatores. Dependendo da aplicação é necessário um cordão mais robusto e resistente a altas tensões, as vezes se faz necessário apenas um cordão mais largo e com pouca penetração em casos de soldagem de revestimento. Neste trabalho estudou-se a variação da geometria de cordões de solda e sua resistência ao dobramento, sendo cordões feitos pelo processo MAG variando gás de proteção, sentido de soldagem e inclinação da tocha. Utilizando o arame sólido ER70S6 de 1, 2 mm de diâmetro foi feita a soldagem de topo de duas chapas de aço carbono 1020 não chanfradas, utilizando um manipulador automático para empregar as técnicas “puxando” e “empurrando”, variando os ângulos de tocha de 20 e 10º com
relação a posição perpendicular entre a tocha e o metal base, utilizando a mistura gasosa 75% Ar + 25% CO₂ e
CO₂ puro, para análise das características geométricas dos cordões de solda. A morfologia foi verificada
realizando um ensaio macrográfico utilizando um estereoscópio para verificar geometria do cordão de solda, ou seja, as medias de largura, penetração e reforço. A área de reforço e área de penetração foram utilizadas para calcular a diluição do cordão de solda. Utilizando uma máquina de ensaios de tração foi possível verificar a variação da tensão de trinca das amostras quando submetidas ao ensaio de dobramento, com os dados do ensaio verificou-se qual cordão e com quais características geométricas se obteve um valor mais elevado para a tensão
de trinca. O cordão de solda em que foi utilizada a mistura 75% Ar + 25% CO₂ e o sentido puxando com ângulo
de 20º obtiveram melhor desempenho no ensaio de dobramento. Já as amostras soldadas com o gás CO₂
tenderam a demonstrar valores de diluição maiores. Foi verificado também que o parâmetro de soldagem que
se apresentou mais influente se tratando na penetração do cordão foi o sentido de soldagem “puxando”.
Palavras-chave: Soldagem, Sentido de soldagem, Ângulo da tocha.
Abstract: The quality of the weld beads depends on several factors. Depending on the application requires a more robust and resistant to high strand tensions, sometimes it is necessary only wider bead and poor penetration in the case of coating welding. In this work we studied the variation of the geometry of weld beads and resistance to bending, and cords made by MAG process ranging shielding gas, welding and torch direction of the slope. Using the solid wire ER7056 1, 2.mm diameter was made the top two welding carbon steel sheets in 1020 not beveled, using an automatic handler to employ techniques "pulling" and "pushing" the torch varying angles 20 and 10 with respect to a perpendicular position between the torch and the base metal using a
gas mixture 75% Ar + 25% CO₂ and pure CO₂ for analyzing geometric characteristics of the weld bead. The
morphology was checked by macrographic test using a stereoscope to verify the weld bead geometry, therefore., average width, penetration and reinforcement. The reinforcement area and penetration area were used to calculate the dilution of the weld bead. Using a tensile testing machine was possible to verify the change in crack voltage samples when subjected to the bending test, with the test data was found which bead and which geometric characteristics was obtained a higher value for the voltage crack. The weld bead that was used to mix 75% Ar + 25% CO₂ and direction pulling with 20º angle performed better in the bending test. However, the
samples brazed with CO₂ gas tended to show a higher dilution values. It was also found that the welding
parameter which presented more influential in the case cord penetration was the welding direction "pulling".
Key-words: Welding, Welding direction, Weld torch angle.
1. Introdução
O uso da soldagem MIG/MAG na indústria tem diversas aplicações. Pode ser utilizada para soldagem de carcaças de máquinas que necessitam de alta resistência, como também para revestimento de tubulações que sofreram trinca em determinado ponto, neste caso se espera um cordão de solda mais largo, menos profundo e com um bom revestimento. Uma boa regulagem de parâmetros da máquina associada com a escolha certa do gás de proteção e uma certa habilidade em soldas manuais do operador, resultarão em um trabalho de qualidade.
Contudo, realizar uma solda de qualidade não é algo tão simples assim, é preciso conhecer a influência de cada parâmetro em cada característica da junta soldada. Se faz necessário conhecer por exemplo qual parâmetro irá resultar em uma boa penetração do cordão de solda no metal de base, ou então quais parâmetros de soldagem resultarão em um cordão de maior largura e homogeneidade.
O gás de proteção na soldagem MIG/MAG é um parâmetro de extrema importância quando se trata de características da junta soldada e do cordão de solda. Sendo que no caso da soldagem MIG o gás é inerte e não tem reação com o metal fundido, este tipo de solda é mais especificamente é usado para soldagem de metais que possuem baixa tolerância para com elementos contaminantes do gás de proteção como alumínio e magnésio, os gases inertes comumente usados são Ar e H. Já na soldagem MAG o gás é reativo, ou seja, pode alterar as
propriedades metalúrgicas e mecânicas do metal de solda, sendo estes gases CO₂ e O. É o gás de proteção por
exemplo que defini a geometria básica do cordão de solda. O gás de proteção também é um fator que influência na dureza do cordão de solda. A condutividade térmica do gás ou da mistura a ser usada também é um fator importante, pois quanto maior a condutividade térmica do gás, proporcional também será a diluição do metal de solda no metal de base.
Outro fator que também será estudado em nosso trabalho será a influência do ângulo da tocha e sentido da soldagem na morfologia do cordão de solda. De acordo com [2], considerando que a direção de soldagem seja da esquerda para a direita, observa-se que a tocha inclinada para a esquerda produz pequena penetração e cordão
largo; se, por outro lado, a inclinação da tocha for para a direita, o cordão produzido é estreito e a penetração é grande.
Também temos o objetivo de verificar se o ângulo e o sentido de deslocamento da tocha influenciam na resistência ao dobramento das amostras soldadas. Já foi constatado que o ângulo da tocha e sentido de soldagem influenciam em algumas características do cordão de solda, tais quais, largura e reforço e penetração, que se apresenta maior em trabalhos anteriores para o sentido de soldagem puxando, porém é preciso verificar se o uso
do CO₂ puro irá altera algum resultado obtido anteriormente (25%CO₂ + 75%Ar, também usado este trabalho)
referente aos aspectos geométricos do cordão. O gás de proteção influencia em alguns parâmetros no processo de soldagem, tais como: características do arco, modo de transferência, penetração e forma do cordão, velocidade de soldagem, tendência a mordedura, ação de limpeza, propriedades mecânicas da solda, entre outras [4].
Com os resultados obtidos será possível especificar de maneira mais precisa e correta a utilização de gás ou mistura gasosa, sentido e ângulo de tocha mais adequado para uma solda de revestimento, ou para uma solda mais robusta e resistente que será destinada a algum equipamento ou componente que sofre esforços constantemente.
Basicamente, o objetivo deste trabalho é verificar a influência de gás e mistura gasosa, ângulo de inclinação e sentido da tocha nas características geométricas do cordão de solda, e constatar a diferença que o ocorre na resistência ao dobramento da junta soldada.
2. Materiais e Métodos
Para realização dos experimentos foram soldadas duas chapas de aço carbono AISI 1020 as suas dimensões (conforme figura 1) com cantos não chanfrados, possuindo a espessura de 4mm. Para os cordões de solda que foram depositados foi utilizado o arame sólido ER70S6 com 1,2mm de espessura, a máquina SUMIG SIGMA 500, com a tensão regulada em 26,1V e a corrente pulsada em 170A e como gás de proteção a mistura 75% Ar +
25% CO₂ e o gás puro CO₂.
A velocidade de avanço da tocha de soldagem utilizada para deposição dos cordões no dia do experimento foi definida em 30cm/min. A distância do bico de soldagem à peça foi mantida em 15mm. Também foi variado o sentido de deslocamento da tocha em direção linear “empurrando” e “puxando”, e para cada gás e cada sentido de deslocamento foram utilizados dois ângulos de inclinação da tocha de soldagem diferentes, sendo estes 10 e 20º em relação a posição perpendicular da tocha com o metal de base. Para a realização da solda propriamente dita foi utilizado um sistema de deslocamento automatizado que permite variar a velocidade de deslocamento da tocha, ângulo de inclinação, sentido de soldagem e distância do bico de contato à peça. O equipamento foi desenvolvido no IFSC com a participação majoritária do professor Fernando Henrique Gruber Colaço que também auxiliou na manipulação do equipamento.
Após a realização da soldagem da junta, foram retirados 8 corpos de prova das amostras para ensaio de dobramento, baseado na norma ASTM E190 conforme dimensões da figura 1.
O corpo de prova foi colocado na máquina de ensaio de tração DL 100 KN da marca EMIC, juntamente com os apoios que foram posicionados a uma distância de 60mm um do outro.
O ensaio era dado como encerrado quando ocorria uma trinca ou micro trinca no corpo de prova.
Foram retiradas amostras para o ensaio macrográfico, essas foram embutidas na Embutidora Fortel 30, depois na máquina Politriz Fortel, lixadas com as lixas na seguinte ordem 150, 240, 320, 400, 600, 800, 1200 e depois polidas. Após polimento foram atacadas com iodo até que fosse possível identificar o cordão de solda visualmente. Após o ataque químico essas foram levadas ao microscópio estereoscópio AXIOCAM ERc 5s e utilizado o software AXIOCAM para capturar as fotos e posteriormente averiguar as medidas de penetração, largura, reforço do cordão de solda, área do reforço e área de penetração. Com as medidas e áreas do cordão foi possível fazer o cálculo de diluição do cordão de solda no metal de base por meio da equação 1:
Dil= Apen ⋅100
Aref + Apen
Equação 1Figura 1. Medidas da junta soldada e do corpo de prova
3. Resultados e Discussão
A figura 2 mostra as imagens capturadas da seção transversal dos cordões de solda que foram feitos na junta soldada variando gás de proteção, angulo da tocha de soldagem e direção da tocha.
Técnica de Soldagem
"Empurrando" "Puxando"
75% argônio + 25% CO₂ 10⁰
75% argônio + 25% CO₂ CO₂20⁰
CO₂10⁰ 20⁰
Figura 2. Imagens da morfologia dos cordões de solda.
A Figura 3 mostra o efeito da composição do gás de proteção e da variação do sentido de soldagem no percentual de diluição do cordão de solda. O sentido “puxando” apresentou maior diluição do cordão, as
amostras soldadas com CO₂ apresentaram valores com menor variação.
0 10 20 30 40 50 60
38,93
26,60
50,96
40,95 48,34
52,06
47,86
45,14 Diluição do Cordão %
empurrando puxando
Figura 3. Efeito do gás, sentido de soldagem e ângulo da tocha no percentual de diluição do cordão de solda.
A figura 4 mostra a variação da área de penetração do cordão de solda. As maiores áreas de penetração foram com o sentido “puxando”. Também pode-se constatar que na amostra soldada com o ângulo da tocha de 20º puxando a tocha, foi obtido maior valor de área de penetração para a mistura 75% Ar + 25% CO2, porém os resultados foram contrários para o CO2 puro.
0 5 10 15 20 25
15,49
8,69
18,06
13,07 17,3
19,2
17,07
15,77 Área de Penetração (mm²)
empurrando puxando
Figura 4. Área de penetração dos cordões de solda.
A figura 5 mostra a variação da área de reforço do cordão de solda. As amostras soldadas com o gás 75%
argônio + 25% CO₂ apresentaram maiores áreas de reforço no sentido “empurrando”, já para o sentido
“puxando”, o gás CO₂ demonstrou valores maiores que com a mistura gasosa utilizada. Também pode-se notar
que com o gás CO₂ os valores não demonstraram grande variação utilizando ambos os sentidos de soldagem e
ambos os ângulos de inclinação da tocha.
Analisando a relação dos parâmetros variados observou-se que quanto maior a inclinação da tocha para o gás
75% argônio + 25% CO₂ tende a ser maior a área no sentido “empurrando”, enquanto para o gás CO₂ as
maiores áreas foram no sentido “puxando”.
0 5 10 15 20 25 30
23,97 24,3
18,84
17,38
17,68 18,49 19,17 18,59
Área de Reforço (mm²)
empurrando puxando
Figura 5. Área de reforço do cordão de solda.
A figura 6 mostra a profundidade de penetração do cordão de solda.
As maiores profundidades de penetração foram nas amostras com sentido “puxando” e com ângulo de 10º com uso de ambos os gases. A amostra que apresentou menor profundidade de penetração foi a soldada com gás
de proteção 75% argônio + 25% CO₂, ângulo da tocha 20⁰ e sentido “empurrando”.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
2,56
1,94
3
2,52
3,48 3,41 3,63
2,97 Profundidade de Penetração (mm)
empurrando puxando
Figura 6. Valores de profundidade de penetração do cordão de solda.
A figura 7 mostra a altura do reforço dos cordões de solda. Os valores não apresentaram muita variação, mas na maioria das amostras soldadas no sentido “puxando”, obteve-se maio altura do reforço.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
2,85 2,72
2,38 2,4
2,61
2,85 2,71
3,01 Altura do reforço (mm)
empurrando puxando
Figura 7. Valores de altura do reforço dos cordões de solda.
A figura 8 mostra a largura dos cordões de solda. Os valores foram maiores para o sentido de deslocamento da tocha “empurrando”. O ângulo de inclinação da tocha demonstrou pouco influência, tendendo a ser um pouco menor para o ângulo de 20º.
0 2 4 6 8 10 12 14
13,23 12,86 12,61 12,53
11,44
10,51
11,37 11,04
Largura do Cordão (mm)
empurrando puxando
Figura 8. Valores de largura do cordão de solda.
A figura 9 mostra o resultado do ensaio de dobramento. Nele é possível constatar que o corpo de prova que obteve maior resistência no ensaio de dobramento foi o corpo de prova soldado com a mistura 75% Ar + 25%
CO₂, com o ângulo da tocha fixado em 20º e o sentido de deslocamento da tocha “puxando” (CP2).
O corpo de prova que apresentou menor resistência no ensaio de dobramento foi o soldado com o gás CO₂
puro com um ângulo de inclinação da tocha de 20º e o sentido de deslocamento da tocha “empurrando” (CP7).
Figura 9. Ensaio de dobramento
4. Conclusões
A maioria dos cordões de solda tenderam a uma maior profundidade de penetração quando feitas as soldas puxando a tocha de soldagem, e com o ângulo de 20º notou-se um aumento discreto nesse valor, o que indica que o sentido de soldagem “puxando”, com um ângulo de 20º, apresenta-se mais favorável para soldas que serão sujeitas a esforços.
A diferença entre a profundidade de penetração, variando sentido de soldagem, ficou mais evidente para a
mistura 75% Ar + 25% CO₂.
O cordão de solda que se apresentou mais resistente no ensaio de dobramento o corpo de prova que teve a terceira maior penetração, maior diluição do cordão de solda no metal de base e menor largura entre todos os outro cordões de solda.
Todas os cordões feitos no sentido “empurrando” a tocha, se apresentaram mais largos, sendo que os que foram feitos com inclinação de 10º apresentaram valores ligeiramente maiores.
A variação do ângulo de inclinação da tocha teve maior influência na porcentagem de diluição do cordão,
com ênfase para a mistura gasosa 75% Ar + 25% CO₂, e na medida da profundidade da penetração do cordão,
com ênfase para o sentido de deslocamento da tocha “empurrando”. Isso ocorreu para ambos os gases.
5. Referências Bibliográficas
1. CARDOSO, FABIANO at all, Avaliação da Geometria do Cordão de Solda Depositado com Diferentes Gases pelo Processo GMAW, XLI CONSOLDA – CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM SALVADOR - BA – 12 a 15 de Outubro de 2015
2. Processo MIG/MAG - Parâmetros de soldagem. Disponível em: <http://www.infosolda.com.br/biblioteca- digital/livros-senai/processos/174-processo-mig-mag-parametros-desoldagem.html>. Acesso em: 15 mai. 2016.
3. GASES DE PROTEÇÃO. Disponível em:
<http://www.infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/fundamentos/111-gases-de-protecao.html>. Acesso em: 3 Jul. 2016.
4. GRUBER, FERNANDO, Aula sobre GMAW, Disponível em:<http://docente.ifsc.edu.br/fernandogruber/1- psol_tecnologo/Aula_7_-_Soldagem_MIG_MAG_GMAW.pdf>. Acesso em 20 jun. 2016
