UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECANICA

JOO EPIFNIO DA MOTA

AVALIAO DA APLICAO DO PROCESSO GMAW-CW EM AO NAVAL

ASTM A131 A

BELM-PAR

2013

JOO EPIFNIO DA MOTA

AVALIAO DA APLICAO DO PROCESSO

GMAW-CW EM AO NAVAL ASTM A131 A

Dissertao apresentada ao

Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Mecnica, Instituto de

Tecnologia, Universidade Federal

do Par, como parte dos requisitos

necessrios para a obteno do

grau de Mestre em Engenharia

Mecnica. rea de Concentrao:

Materiais e Processos. Orientador:

Prof. Dr. Eduardo de Magalhes

Braga.

Belm-Par

2013

DEDICATRIA

Dedico este trabalho a Deus, criador da vida, aos meus Pais, Francisco e Benedita Mota (in memorian) e esposa Maria da Conceio Ferreira da Mota pelo carinho e incentivo na realizao desta Dissertao.

BELM-PAR 2013

AGRADECIMENTOS

Ao meu Deus e Senhor e em nome de Jesus Cristo filho do Pai Todo Poderoso por

me concederem a capacidade intelectual, espiritual e fsica para alcanar meus

objetivos, entre eles a grande determinao de apresentar este trabalho.

Ao professor Dr. Eduardo Braga, pelos ensinamentos, orientaes e incentivos.

Aos demais professores do Centro Tecnolgico, pelos conhecimentos transmitidos

ao longo do curso de Ps-Graduao.

Aos amigos Everton, Rodrigo Goddini, Andrew Vinicius, Jean alunos de iniciao

cientifica, pela ajuda na execuo dos ensaios preliminares e experimentais e

tambm a estudante Any Suelem pela grande contribuio nos ensaios no

destrutivos e microestruturais contribuindo significativamente para interpretao de

resultados obtidos.

Ao doutorando Tarcio Cabral pela organizao e contribuio na reviso final desta

dissertao. E ao Prof. Marcio Corra pela contribuio valiosa de traduo.

Aos amigos do GRUPO LCAM, pela convivncia, companheirismo, sugestes e pela

permanente disponibilidade em compartilhar conhecimentos e experincias

adquiridas.

Aos colaboradores do Estaleiro Rio Maguari, pela disponibilidade e contribuio do

material de base para a execuo dos experimentos;

A coordenao do PPGEM-UFPA, pelo apoio;

E, finalmente, a todos aqueles que direta e indiretamente contriburam para a

realizao deste trabalho.

RESUMO

Este trabalho foi executado com a finalidade de avaliar a aplicao do processo de

soldagem GMAW-CW, Gs Metal Arc WeldingCold Wire (com adio de arame frio)

no ao naval. Utilizou-se uma fonte eletrnica ajustada em tenso constante com

polaridade CC+, com proteo gasosa de uma mistura 25%CO2 + 75%Ar. O arame

eletrodo energizado e o no energizado da classe ER70S-6 com dimetros de 1.2 e

1.0 mm respectivamente, alimentados em cabeotes independentes. As variveis de

influencia operacionais foram: a velocidade de alimentao do arame eletrodo e a

velocidade de alimentao do arame no energizado. As soldagens foram

automatizadas, executadas em passe nico para preencher chanfro U na posio

plana em chapa de ao naval ASTM A131 A. As variveis de resposta foram: a

sanidade superficial do cordo de solda, a anlise das caractersticas econmicas

(taxa de fuso, taxa de deposio e rendimento), a anlise das caractersticas

geomtricas (largura, penetrao, reforo e diluio), a anlise das caractersticas

microestruturais e o ensaio de microdureza. Os resultados encontrados no

indicaram descontinuidade ou imperfeies superficiais nas altas taxa deposio do

arame frio nos nveis de velocidade estudados. O mesmo resultado anterior tambm

se conservou no ensaio de lquido penetrante. As caractersticas econmicas

apresentaram os resultados com um ligeiro aumento na taxa de deposio na

velocidade de 16 cm/min e um nivelamento no restante dos nveis de velocidades.

As caractersticas geomtricas mostraram que a velocidade de 16 cm/min alcanou

os maiores valores geomtricos. No geral houve uma predominncia da ferrita

acicular (AF) em todos os nveis de velocidade estudados. Na microdureza as

velocidades de 14, 16 e 18 cm/min apresentaram valores semelhantes, mostrando

tendncia de acordo com a literatura estudada.

Palavras-chave: GMAW, ASTM A131, energizado.

ABSTRACT

This work was performed in order to evaluate the implementation process GMAW-

CW (with addition of cold wire) in naval steel. Used an electronic source adjusted

constant voltage DC + polarity, shielding gas with a mixture of 25% CO2 + 75% Ar

The electrode wire was energized and not energized class ER70S-6 with diameters

of 1.2 and 1.0 mm respectively fed into independent heads. The influence of

operational variables were the feeding speed of the wire electrode and the wire feed

speed is not energized. The welds were automated, performed in single pass to fill

bevel "U" in the flat position in shipbuilding steel plate ASTM A131 A. The response

variables were: sanity surface of the weld, the analysis of the economic

characteristics (melting rate, deposition rate and yield), analysis of geometric

characteristics (width, penetration enhancement and dilution), analysis of the

microstructural characteristics and microhardness testing. The results indicated no

discontinuity or surface imperfections in the high rate deposition of cold wire speed

levels studied. The same previous result also kept in liquid penetrant testing. The

economic characteristics with the results showed a slight increase in the deposition

rate at a speed of 16 cm / min and a smoothing level in the remaining gears. The

geometric characteristics showed that the rate of 16 cm / min geometric reached the

highest values. Overall there was a predominance of acicular ferrite (AF) in all speed

levels studied. In microhardness speeds of 14, 16 and 18 cm / min were very similar,

showing a tendency according to the literature studied.

Keywords: GMAW, ASTM A 131, energized.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Desenho esquemtico da regio soldagem pelo processo MIG/MAG

(Cabral 2008) ............................................................................................................ 23

Figura 2.2 - Esquema representativo da soldagem MIG/MAG (CABRAL, 2008) ..... 24

Figura 2.3 Representao Esquemtica do Processo MIG/MAG duplo arame ...... 25

Figura 2.4- Desenho esquemtico do processo MIG/MAG com adio de arame frio

(SILVA 2010) ............................................................................................................. 26

Figura 2.5 - Evoluo dos injetores de arame no energizado (a) 2005; (b) 2007, (c)

2008 e (d) Prottipo atual instalado em uma tocha automatizada (CABRAL 2011) .. 27

Figura 2.6 Proposta para classificao dos modos de transferncia metlica

MIG/MAG, modificado (CABRAL 2011)..................................................................... 28

Figura 2.7 Representao esquemtica de oscilogramas tpicos de tenso e de

corrente durante a transferncia por curto-circuito (Scotti e Ponomarev, 2008) ....... 30

Figura 2.8 Fotografias do modo de transferncia globular (MIRANDA 2002) ........ 30

Figura 2.9 Sequencia fotogrfica do modo de transferncia globular vertical

(Miranda 2002) .......................................................................................................... 30

Figura 2.10- Sequncia fotogrfica de transferncia goticular (SOUSA 2010).......... 32

Figura 2.11 Efeito da inclinao do eletrodo (QUITES 2002) ................................. 33

Figura 2.12 ngulo de posicionamento da tocha.(BARRA 2003) ........................... 33

Figura 2.13 - DBCP (h), stickout (s) e comprimento de arco (la )( Modenesi 2006) ... 34

Figura 2.14 - Influncia da distncia bico de contato-pea na tenso e na corrente de

soldagem, (WAINER et al., 1992) ............................................................................. 35

Figura 2.15 - Esquema comparativo das velocidades de soldagem do processo

GMAW duplo arame e outros processos de soldagem (BARBOZA 2011) ................ 37

Figura 2.16 Esquema representativo do ngulo de entrada do arame no

energizado no processo GMAW-CW. (ARQUIVO PESSOAL) .................................. 38

Figura 2.17 Esquema representativo das grandezas geomtricas do cordo de

solda .......................................................................................................................... 41

Figura 2.18 Diluio medida na seo transversal de um cordo depositado sobre

chapa......................................................................................................................... 42

Figura 2.19 - Macroestrutura esquemtica da seo transversal de uma junta

soldada e sua relao com as temperaturas de pico. A - ZF, B ZTA, e C MB

(MODENESI 2003) .................................................................................................... 43

Figura 2.20 - Representao esquemtica dos ciclos trmicos em dois pontos

genricos (1 e 2) da ZTA de uma solda de vrios passes. A, B e C so,

respectivamente, o primeiro, segundo e terceiro passes realizados. (MODENESI

2003) ......................................................................................................................... 43

Figura 2.21 - Representao esquemtica da estrutura da ZF e da ZTA na soldagem

com um passe (a) e com vrios passes (b).(MODENESI 2003) ............................... 44

Figura 2.22 Aspecto caracterstico de soldas multipasses (MODENESI 2003) ...... 44

Figura 2.23 Diversos tipos de chanfros para vrias espessuras de material

(OKUMURA E TANIGUICHI 1982) ............................................................................ 46

Figura 2.24 Distoro em juntas de alumnio 5063 com espessuras de 6,4 38 mm

(KOU 2003) ............................................................................................................... 47

Figura 2.25 Esquema dos passes de soldagem (JI et al 2005) .............................. 48

Figura 2.26 Valores da simulao do teste experimental, (Ji et al 2005) ............... 48

Figura 2.27 Resumo da Seqncia de ensaio do LP (ANDREUCCI 2006) ............ 51

Figura 2.28 Representao esquemtica da impresso por microdureza

(MENDONA 2007) .................................................................................................. 53

Figura 2.29 Representao esquemtica do ensaio de dobramento: (a) e (b)

Posicionamento das amostras antes e durante o dobramento, respectivamente. (c)

Corpo de Prova dobrado at o ngulo desejado .................................................... 55

Figura 2.30 Modelo dos corpos de prova soldados para dobramento: (a) Lateral

Transversal; (b) Transversal de face; (c) Transversal de raiz e (d) Longitudinal de

face e de raiz.(RODRIGUES 2011) ........................................................................... 56

Figura 2.31 Representao esquemtica de constituintes microestruturais

(MODENESI 2004) .................................................................................................... 58

Figura 2.32 Microestruturas do metal solda com diferentes constituintes

(MODENESI 2004) .................................................................................................... 61

Figura 2.33 Influencia do gs de proteo no processo de soldagem MIG/MAG,

modificado (Suban e Tusek, 2001)(CABRAL 2011) .................................................. 62

Figura 3.1- Figura representativa da pea nas dimenses em mm ........................... 65

Figura 3.2 Bancada de soldagem ........................................................................... 68

Figura 3.3 Fonte de soldagem (a) e cabeote de alimentao (b) ......................... 68

Figura 3.4 Suporte de atracao ............................................................................ 69

Figura 3.5 Perfil representativo da raiz da pea teste ............................................ 72

Figura 3.6 Perfil do cordo no processo GMAW com alta intensidade de calor ..... 73

Figura 3.7 - Perfil do cordo no processo GMAW com reforo insuficiente .............. 73

Figura 3.8 - Perfil do cordo depositado pelo processo GMAW-CW (ensaio n.06

Tabela 4.2) ................................................................................................................ 73

Figura 3.9 Esquema do corte para obteno das amostras ................................... 76

Figura 4.1 Aspecto superficial dos cordes depositados no GMAW-CW na

velocidade de 18 cm/min ........................................................................................... 79

Figura 4.2 Aspecto superficial dos cordes depositados no GMAW-CW na

velocidade de 16 cm/min ........................................................................................... 79

Figura 4.3 Aspecto superficial dos cordes depositados no GMAW-CW na

velocidade de 14 cm/min ........................................................................................... 80

Figura 4.4- Aspecto do ensaio lquido penetrante na velocidade de soldagem de 14

cm/min ....................................................................................................................... 80

Figura 4.5 Aspecto do ensaio lquido penetrante na velocidade de soldagem de 16

cm/min ....................................................................................................................... 81

Figura 4.6 Aspecto do ensaio lquido penetrante na velocidade de soldagem de 18

cm/min ....................................................................................................................... 80

Figura 4.7 Resultados dos valores da taxa mdia de fuso para os trs nveis de

velocidade de soldagem 14, 16 e 18 cm/min ............................................................ 82

Figura 4.8-Resultados da taxa mdia de deposio para os trs nveis de velocidade

de soldagem, 14, 16 e 18 cm/min ............................................................................. 83

Figura 4.9 Resultados do Rendimento mdio nas 03 velocidades de soldagem ... 83

Figura 4.10 Valores de Massa Mdia depositada no cordo para cada velocidade

de soldagem .............................................................................................................. 84

Figura 4.11 - Esquema geomtrico do cordo de solda, que mostra a largura (L), o

reforo (R) e penetrao lateral (PL) do cordo ........................................................ 85

Figura 4.12 Valores de rea de penetrao lateral para os 03 nveis de velocidade

de soldagem 14, 16 e 18 cm/min .............................................................................. 86

Figura 4.13 Valores de rea de reforo para os 03 nveis de velocidade ............... 87

Figura 4.14 Valores de largura para os 03 nveis de velocidade de soldagem 14,16

e 18 cm/min ............................................................................................................... 87

Figura 4.15 Valores mdios de reforo para os 03 nveis de velocidade de

soldagem ................................................................................................................... 88

Figura 4.16 Valores de diluio mdia para os 03 nveis de velocidades .............. 88

Figura 4.17 Caractersticas geomtricas dos cordes de solda para os 03 nveis de

velocidade de soldagem: Peas 30 e 06- Velocidade 14 cm/min; Peas 27 e 41

Velocidade 16 cm/min; e Peas 12 e 15-Velocidade 18 cm/min ............................... 89

Figura 4.18 Micrografia do cordo de solda da velocidade 14 cm/min: Ferrita

acicular (AF) e Ferrita primria de contorno de gro PF (G) aumento 20X. Ataque

nital 2%...................................................................................................................... 91

Figura 4.19 Micrografia do cordo de solda da velocidade de soldagem 14 cm/min:

Ferrita acicular (AF) e ferrita Primria de contorno de gro PF(G) aumento 50X

Ataque nital 2% ......................................................................................................... 91

Figura 4.20 Micrografia do cordo de solda da velocidade 16 cm/min: ferrita

acicular (AF), Ferrita primria de contorno de gro PF (G), Ferrita de segunda fase

(FS), aumento 20X. Ataque nital 2% ......................................................................... 92

Figura 4.21 Micrografia do cordo de solda da velocidade 16 cm/min: Ferrita

acicular (AF), Ferrita primria de contorno de gro PF (G), Ferrita segunda fase (FS)

aumento 50X. Ataque nital 2% .................................................................................. 93

Figura 4.22 Micrografia do cordo de solda da velocidade de 18 cm/min: Ferrita

com segunda fase alinhada FS(A), Ferrita accicular (AF), Ferrita com fase no

alinhada FS(NA) aumento 20X. Ataque nital 2% ....................................................... 94

Figura 4.23 Micrografia do cordo de solda para velocidade de 18 cm/min: Ferrita

acicular (AF), Ferrita com fase alinhada FS(A), Ferrita com segunda fase no

alinhada FS(NA) aumento 50X. Ataque nital 2% ....................................................... 94

Figura 4.24 Aporte lquido de calor para as velocidades analisadas ...................... 95

Figura 4.25 Resultados do ensaio de dobramento lateral para velocidade de

soldagem de 14 cm/min ............................................................................................ 97

Figura 4.26 Esquema e valores mdios de microdureza para as velocidades de

soldagem de 14, 16 e 18 cm/min, tomados no centro do cordo, na regio da ZTA e

no metal de base ....................................................................................................... 98

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Comparativo entre os testes de microdureza (RODRIGUES 2011) .....53

Tabela 2.2 Propriedades dos gases de produo (em comparao com o ar

atmosfrico).( Scotti e Ponomarev, 2008)..................................................................63

Tabela 3.1 Composio qumica mdia do ao ASTM A 131GR A (ASTM) ..........66

Tabela 3.2 Propriedades mecnicas do ao naval ASTM A 131 A.........................66

Tabela 3.3 Composio mdia do arame ER70S-6, segundo AWS 5.18 (2001)

(RIBEIRO 2012).Apud Lobato 2010..........................................................................67

Tabela 4.1Parmetros utilizados nos ensaios preliminares do processo GMAW....72

Tabela 4.2 Parmetros utilizados nos ensaios preliminares do processo GMAW-

CW..............................................................................................................................74

Tabela 4.3 - Parmetros de soldagem selecionados para preenchimento dos

chanfros......................................................................................................................75

Tabela 4.4 Diferena de massa depositada dos corpos de prova nas velocidades

de soldagem de 14, 16 e 18 cm/min..........................................................................84

Tabela 4.5 Valores das caractersticas geomtricas nos nveis de velocidades

estudados dos corpos de prova soldados..................................................................85

LISTA DE SIMBOLOS

[%] - Percentual

[A] - Ampere

[AE] - Arame-eletrodo

Ar - Argnio

[Ar25%CO2] - Mistura Argnio dixido de carbono

ASTM Society American for test the Materials

[AWS] - American Welding Society

[L ] Largura do cordo

[CC+] - Corrente contnua com o eletrodo no plo positivo

[CO2] - Dixido de carbono

[DBCP] - Distncia bico de contato pea

[DOWA] Double Wire Only Arc

H Energia de soldagem

et al (e outros)

[I] Corrente de soldagem

[GMAW] - Gas Metal Arc Welding

[GMAW-CW] - Gas Metal Arc Welding Cold Wire

H Energia de soldagem

HL Energia Lquida

[IIW] - International Institute of Welding

[L] - Comprimento do arame consumido

[L/S] - Vazo de gs

[Lo] - Comprimento do arco

[L1] - Comprimento linear do arame-eletrodo

[] - Diluio

[L2] - Comprimento linear do arame-frio

[MA] - Metal de Adio

[MAG] - Metal Active Gas

[MAG-CW] - Metal Active Gas Cold Wire

[MB] - Metal de base

[mf] - Massa final da junta depois da soldagem

[mi] - Massa inicial da junta antes da soldagem

[O2] - Gs oxignio

[PL] - Penetrao Lateral

[V] Tenso de soldagem

[VAE] velocidade do arame eletrodo

[VAF] Velocidade do arame frio

[Vs] Velocidade de soldagem

[ZF] Zona fundida

[ZTA] Zona termicamente afetada

SUMRIO

RESUMO

ABSTRACT

LISTA DE FIGURA

LISTA DE TABELAS

NOMENCLATURAS

1 INTRODUO ...................................................................................................... 19

1.1 Objetivo Principal................................................................................................. 21

1.2 Objetivos Especficos .......................................................................................... 21

2 REVISO BIBLIOGRFICA .................................................................................. 22

2.1 CONSIDERAES SOBRE O AO NAVAL ...................................................... 22

2.2 CONSIDERAES SOBRE O PROCESSO GMAW e GMAW-CW ................... 23

2.2.1 O processo GMAW........................................................................................... 23

2.2.2 Conceitos do Processo de Soldagem GMAW Duplo Arame ............................ 25

2.2.3 Conceitos do Processo de soldagem GMAW com adio de arame frio

(DWOA) e injetor de arame ....................................................................................... 26

2.3 MODO DE TRANSFERNCIA METLICA ......................................................... 27

2.3.1 Transferncia por Curto Circuito....................................................................... 29

2.3.2 Transferncia Globular ..................................................................................... 30

2.3.3 Transferncia Goticular .................................................................................... 31

2.4 FATORES BSICOS DE INFLUNCIA NA SOLDAGEM GMAW ....................... 32

2.4.1 Influencia da Inclinao da Tocha .................................................................... 32

2.4.2 Distancia Bico de Contato Pea (DBCP) .......................................................... 34

2.4.3 Velocidade de Soldagem .................................................................................. 35

2.4.4 Influencia da Posio de Entrada do Arame no Energizado .......................... 37

2.4.5 Tenso e Corrente............................................................................................ 38

2.5 CARACTERSTICAS ECONOMICAS ................................................................. 39

2.5.1 Equaes Modificadas para o Processo GMAW-CW ....................................... 40

2.6 CARACTERSTICAS GEOMTRICAS ............................................................... 41

2.7 MACROESTRUTURAS DE SOLDA POR FUSO .............................................. 42

2.8 SOLDAGEM COM MLTIPLUS PASSES .......................................................... 44

2.9 ENERGIA DE SOLDAGEM ................................................................................ 49

2.10 CONDIDERAES SOBRE OS ENSAIOS NO DESTRUTVEIS................... 50

2.10.1 Ensaio de Sanidade do Cordo de Solda ....................................................... 50

2.10.2 Ensaio por Lquido Penetrante ....................................................................... 50

2.10.3 Ensaio de Microdureza ................................................................................... 52

2.10.4 Ensaio de Dobramento ................................................................................... 54

2.11 MICROCONSTITUINTES DO METAL DE SOLDA ........................................... 57

2.12 GS DE PROTEO ........................................................................................ 62

3 MATERIAIS E MTODOS ..................................................................................... 65

3.1 METAL DE BASE ................................................................................................ 65

3.2 METAL DE ADIO ............................................................................................ 66

3.3 GS DE PROTEO .......................................................................................... 67

3.4 EQUIPAMENTOS................................................................................................ 67

3.4.1 Bancada de Soldagem ..................................................................................... 67

3.4.2 Fonte de Soldagem .......................................................................................... 68

3.4.3 Cabeote de Alimentao Auxiliar Adicional .................................................... 69

3.4.4 Tocha de Soldagem ......................................................................................... 69

3.4.5 Balana Digital ................................................................................................. 69

3.4.6 Suporte de Atracao ....................................................................................... 69

3.4.7 Serra de Fita Horizontal .................................................................................... 70

3.4.8 Lixadeira/Politriz ............................................................................................... 70

3.4.9 Programas Computacionais .......................................................................... 70

3.4.10 Sistema de Aquisio ptico Computadorizado Analisador de Imagens .. 70

3.5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL ..................................................................... 70

3.5.1 Ensaios Preliminares ..................................................................................... 71

3.6 OBTENO DAS AMOSTRAS DOS CORPOS DE PROVA SOLDADOS ......... 76

3.7 CARACTERIZAO QUMICA ........................................................................... 76

3.8 CARACTERIZAO MACRO E MICRO ESTRUTURAL .................................... 77

4 RESULTADOS E DISCUSSES ........................................................................... 78

4.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS PRELIMINARES ............................................... 78

4.2 RESULTADOS DO ASPECTO SUPERFICIAL DO CORDO ............................ 78

4.3 RESULTADOS DO ENSAIO LQUIDO PENETRANTE ....................................... 80

4.4 RESULTADOS DAS CARACTERSTICAS ECONMICAS ................................ 81

4.5 RESULTADOS DAS CARACTERSTICAS GEOMTRICAS .............................. 85

4.6 RESULTADOS DAS CARACTERSTICAS MICROESTRUTURAIS ................... 90

4.7 RESULTADOS DO ENSAIO DE DOBRAMENTO ............................................... 96

4.8 RESULTADOS DO ENSAIO DE MICRODUREZA .............................................. 97

5 CONCLUSO ........................................................................................................ 99

6 PROPOSTAS E SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ..................... 100

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 101

19

1 INTRODUO

A evoluo dos processos de soldagem tem como uma das causas

fundamentais a necessidade do aumento de produtividade. Esta evoluo pode

acontecer sob duas frentes de atuao no campo da soldagem de unio e

revestimento: pelo aumento da concentrao da energia, exemplo o LASER e o

Feixe de Eltrons, e pelo aumento da taxa de deposio de material, a exemplo o

MIG/MAG. O segundo enfoque a situao mais comumente encontrada na

indstria, e as razes so: o custo do investimento em equipamentos e a maior

versatilidade dos mesmos em suas aplicaes.

No entanto, o avano da tecnologia impulsionou as indstrias para o

aumento da produtividade, tornando o mercado cada vez mais competitivo e com

este salto, o processo de soldagem MIG/MAG talvez, de forma limitada, no atenda

a demanda de produo das indstrias que buscam a reduo de custos e de tempo

com taxas superiores de deposio de solda. Atualmente, a tecnologia dos

processos de soldagem apresenta-se em um estgio bastante avanado, sempre

surgindo inovaes com o intuito de estabelecer padres aos processos existentes

para melhor-los e assim, aumentar a produtividade e reduzir os custos de produo

dos processos de fabricao.

Devido a tal situao foram desenvolvidos processos visando maior

produo, como o GMAW (Gas Metal Arc Welding) Duplo Arame. O

desenvolvimento da soldagem com duplo arame apresenta como meta principal o

aumento da produtividade pela reduo no tempo de operao. Esta tcnica

especialmente utilizada com vantagens na soldagem de revestimento e no

enchimento de chanfros. No entanto, o processo GMAW com duplo arame necessita

da utilizao de duas fontes eletrnicas de soldagem sincronizadas, dois cabeotes

de alimentao de arame, programas computacionais complexos para comandar a

sincronia operacional, alm do aumento no consumo de insumos como energia

eltrica, gs, entre outros. Todos estes fatores constituem custos adicionais

elevados que limitam a sua aplicao em escala industrial. A pesquisa da soldagem

GMAW-CW (Gs Metal Arc Welding Cold Wire) com alimentao adicional de

arame frio, surgiu a partir da idia do processo de soldagem MIG/MAG duplo arame.

20

O duplo arame, alm de alto rendimento, tambm trabalha com altas taxas

de densidade de corrente, proporcionando elevadas taxas de fuso e,

consequentemente, possibilidade de maiores taxas de velocidade de soldagem ou

cordes mais volumosos, garantindo menor tempo de soldagem em relao ao

processo de soldagem MIG/MAG, (GROETELAARS, 2005).

A alta competitividade que vem caracterizando o perfil da indstria mundial,

nexige dos processos de fabricao uma maior produtividade. Atravs do

desenvolvimento e adoo de novas tecnologias possvel inovar processos

convencionais, criando novas variantes que permitem obter maior desempenho, sem

detrimento da qualidade. E nesse contexto, a proposta de Desenvolvimento e

Aplicao do Processo GMAW-CW com adio de Arame Frio (no energizado)

consiste basicamente em caracterizar o processo, determinando as condies

adequadas de soldagem, tendo em vista a grande versatilidade dos processos que

utilizam proteo gasosa em relao a outros processos. A proposta da soldagem

com GMAW-CW com adio de um arame frio se estabelece como uma alternativa

tcnica e econmica em relao soldagem GMAW convencional e GMAW com

duplo arame. Este novo processo utiliza o equipamento convencional MIG/MAG,

com um sistema extra de alimentao de arame, no auxilio da incluso do arame frio

conjugado tocha de soldagem. Utiliza somente um sistema de proteo gasosa, ou

seja, por um fluxo de gs inerte, ativo ou uma mistura de ambos, enquanto que a

energia eltrica ao cabeote auxiliar de alimentao do arame provm da fonte de

energia a qual o mesmo est conectado.

As vantagens do emprego do processo de soldagem GMAW-CW em relao

ao processo GMAW convencional esto associadas ao controle das caractersticas

econmicas e geomtricas, a alimentao dos arames eletrodo e frio em diferentes

velocidades. Segundo Sbio (2007) o processo GMAW-CW tambm apresenta

algumas limitaes, como a capacidade mecnica do dispositivo guia do arame frio,

a combinao das velocidades de alimentao do arame-eletrodo com a do arame

frio, limitando as taxas de fuso e de deposio. No entanto, este processo CW no

est totalmente consolidado e haver necessidade de fazer estudos comparativos

com o GMAW convencional, para ser analisado o comportamento desses processos

em relao ao ganho de produtividade.

21

1.1 OBJETIVO PRINCIPAL

O objetivo principal deste trabalho consiste em estudar a aplicao do

processo GMAW-CW (adio de arame no energizado), executado em passe nico

para o preenchimento de chanfro tipo U em chapa de ao naval.

1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudar os efeitos dos parmetros operacionais da soldagem no processo

GMAW-CW, sobre os aspectos:

da sanidade superficial do metal depositado;

do ensaio por lquido penetrante na superfcie da junta soldada do corpo de prova

das caractersticas econmicas (taxa de fuso, taxa de deposio e rendimento)

do cordo de solda;

das caractersticas geomtricas (largura, penetrao, reforo e diluio);

das caractersticas microestruturais da junta soldada;

do ensaio de dobramento lateral da junta soldada;

e da microdureza na superfcie da seo transversal da junta soldada.

22

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 CONSIDERAES SOBRE O AO NAVAL

A indstria naval se apresenta bastante avanada em termos de construo,

desenvolvimento de materiais e em relao ao estudo de novos processos de

fabricao. Desta forma, quando se trata de aos aplicados indstria naval, logo

identificado neste cenrio o ao ASTM A131A, o qual apresenta alta resistncia,

boas caractersticas de tenacidade fratura, bem como boa soldabilidade.

A chapa Classificada ASTM A 131 A um ao estrutural da classe dos aos

com baixo teor de carbono e baixa liga, utilizado na indstria da construo de

navios; suas propriedades mecnicas e composio qumica so expressas na

designao A131A das normas ASTM. So aplicadas em navios de mdio e grande

porte e em plataformas martimas de extrao de petrleo. Com o objetivo de

garantir a uniformidade e a qualidade dos servios executados, os aos navais so

especificados de acordo com as normas tcnicas das entidades classificadoras

internacionais. As principais classificadoras navais atendidas so:

American Bureau of Shipping - (ABS),

Bureau Veritas - (BV)

Nippon Kaiji Kyokai - (NKK)

Lloyds Register- (LR)

Germanicher Lloyd - (GL)

Det Norske Veritas - (DNV).

Essas sociedades tm a funo de estabelecer os padres e mtodos de

classificao de todos os materiais empregados na construo naval.

23

2.2 CONSIDERAES SOBRE O PROCESSO GMAW e GMAW-CW

2.2.1 O Processo GMAW

Segundo Cabral (2011) na soldagem a arco eltrico com gs de proteo

(GMAW Gas Metal Arc Welding), tambm conhecida como soldagem MIG/MAG

(MIG Metal Inert Gas e MAG Metal Active Gas), um arco eltrico estabelecido

entre a pea e um consumvel na forma de arame. O arco funde continuamente o

arame medida que este alimentado poa de fuso. O metal de solda

protegido da atmosfera pelo fluxo de um gs (ou mistura de gases) inerte ou ativo. A

Figura 2.1 mostra o desenho esquemtico da regio de soldagem em corte, do

processo de soldagem MIG/MAG.

Figura 2.1 Desenho esquemtico da regio soldagem pelo processo MIG/MAG,

Fonte: Cruz Jr. e Cabral (2008).

24

O processo MIG/MAG, ilustrado esquematicamente na Figura 2.2,

composto basicamente por uma fonte de soldagem, um sistema de alimentao de

arame eletrodo, uma tocha de soldagem, um sistema de fornecimento de gs e,

normalmente, um sistema independente de refrigerao da tocha.

Dos equipamentos citados, a fonte de energia considerada a mais

importante, pois responsvel pelo controle dos principais parmetros de soldagem.

Normalmente, este processo opera na faixa de 15 a 35 V e de 60 a 600 A, (Miranda

2002), em corrente contnua com polaridade positiva (CC+), resultando em um arco

estvel com transferncia metlica regular, baixa quantidade relativa de respingos

dependendo do processo e gs de proteo.

Figura 2.2 Esquema representativo da soldagem MIG/MAG.

Fonte: Cruz Jr. e Cabral, 2008.

25

2.2.2 Conceitos Principais do Processo GMAW Duplo Arame

A soldagem MIG/MAG com duplo arame emprega dois eletrodos isolados

eletricamente que se fundem sobre uma nica poa fundida. Comparativamente

soldagem MIG/MAG convencional, o duplo arame apresenta as seguintes

caractersticas: maior taxa de deposio de material, possibilidade de soldagens

com velocidades de deslocamento mais elevadas e o menor aporte trmico sobre a

pea, este como conseqncia da utilizao de velocidades de soldagem mais altas.

A poa de fuso protegida da mesma forma que na soldagem MIG/MAG

convencional por fluxo de gs inerte, ativo ou uma mistura de ambos, A utilizao de

altas densidades de correntes em cada arame responsvel pelas elevadas taxas

de fuso absolutas conseguidas e, conseqentemente, por cordes mais volumosos

Scotti (2008); possibilidade de aumento da velocidade de soldagem em soldas de

passe nico ou a reduo no nmero de passes pelo aumento do volume do cordo

garante um menor tempo de soldagem. Alm da maior capacidade de produo,

sobressai desta verso do MIG/MAG um melhor controle da geometria do cordo de

solda, atravs do posicionamento da tocha, da regulagem independente dos

comprimentos de arco e velocidade de alimentao em cada arame, Scott (2008).

Para Motta & Dutra (2004), a caracterstica de proporcionar uma elevada taxa de

deposio de material tem impulsionado a utilizao do Duplo Arame no meio

industrial neste principio de sculo, principalmente em aplicaes automatizadas.

Esquema mostrado na Figura 2.3, com potencial nico (a) e potencial isolado (b).

Figura 2.3 Representao esquemtica do processo MIG/MAG duplo arame

(a) Fonte: Scotti (2008) (b)

26

2.2.3 Conceitos do Processo de Soldagem GMAW com Adio de Arame Frio

(DWOA) e Injetor de Arame

Uma linha de pesquisa est sendo desenvolvida pela Universidade Federal

do Par UFPA, que consiste na variao do processo GMAW e/ou FCAW, com a

adio de arame no energizado, (DWOA - Double Wire Only Arc) estabelecendo

uma alternativa tcnica e econmica em relao soldagem GMAW Duplo Arame.

O processo de soldagem com a injeo de arame no energizado teve incio com os

estudos desenvolvidos por Bacelar e Ferraz (2005), utilizando o processo MAG, o

que resultou num aumento considervel da produo mdia em relao soldagem

MAG convencional.

O processo de soldagem CW consiste na introduo de um arame frio na

atmosfera do arco voltaico gerado pelo arame energizado; desta forma, ele funde-se

juntamente com o arame energizado somando o material depositado sobre a junta

soldada. Diferente do processo de soldagem duplo arame, o processo CW no

necessita de aparatos muitos caros, complexos e de treinamento especializado para

realizao das soldagens, mostrando-se verstil em soldagens automatizadas e

semi-automatizadas, conforme Sbio (2007), Silva (2010), Rodrigues (2011) e

Cabral (2011). A Figura 2.4 mostra um desenho esquemtico do processo GMAW.

Figura 2.4 Desenho esquemtico do processo GMAW com adio de arame frio

Fonte: Silva (2010)

27

Estudos iniciais desenvolvidos por Bacelar e Ferraz (2005), apresentaram a

soldagem GMAW com adio de arame frio que resultou numa produo mdia de

70% acima da soldagem GMAW, com bons nveis de estabilidade e qualidade

superficial da unio. Para a realizao dessas pesquisas, foi necessrio o

desenvolvimento do injetor que permitiria a conduo do arame no energizado

regio da poa de fuso, que vem sendo inovado com as necessidades de

adaptao ao processo, conforme apresentado tambm por Sbio (2007), Cruz Jr

(2009), Silva (2010) e Cabral (2011), tal evoluo mostrada na Figura 2.5 (a, b e

c), culminando no prottipo atual, Figura 2.5 (d), com mais graus de liberdade,

agregando as vantagens dos anteriormente construdos.

Figura 2.5 Evoluo dos injetores de arame no energizado (a) 2005; (b) 2007, (c) 2008 e (d)

Prottipo atual instalado em uma tocha automatizada.

Fonte: Cabral, 2011

2.3 MODOS DE TRANSFERNCIA METLICA

Segundo Kim e Eagar (1993); Miranda (2002); Scotti e Ponomarev, (2008);

Santos, (2010) e Cabral (2011) a transferncia metlica no processo GMAW

28

caracterizada pela transferncia de metal do eletrodo para a poa de fuso atravs

do arco. Essa transferncia possui muitas variveis operacionais que so

influenciadas pela corrente de soldagem, a composio qumica do gs de proteo,

a extenso energizada do eletrodo, a polaridade da corrente de soldagem, o

comprimento do arco e pela presso ambiente.

Existem diversas variveis que afetam o modo de transferncia metlica,

Ponomareve et al (2009) classificaram os modos de transferncia em trs grandes

classes: Natural, Controlada e Combinada, apresentadas na Figura 2.6. As classes,

natural e combinada se caracterizam pela ocorrncia sem controle da fonte,

enquanto a controlada, pela imposio de controle feita pela fonte. A classe

combinada se caracteriza pela ocorrncia de dois tipos de transferncia peridicas,

onde ocorre um tipo de transferncia depois outro e volta ao primeiro tipo, formando

um ciclo.

Figura 2.6 Proposta para classificao dos modos de transferncia metlica GMAW modificado

Fonte: Cabral, 2011

29

2.3.1 Transferncia por Curto-Circuito

Machado (1996), Miranda (2002) e Filho (2007) caracterizaram esse modo

de transferncia pelo contato peridico da gota metlica formada na ponta do arame

consumvel com a poa de fuso, causando considerveis variaes nos valores de

corrente e tenso. A ao repetida dos curtos-circuitos s pode ocorrer se a taxa de

fuso variar regularmente abaixo e acima da velocidade de alimentao do arame

consumvel, (Filho 2007).

Segundo Machado (1996); Weman e Lindn (2006) e Filho (2007), esse

modo trabalha em baixos valores de corrente e tenso e produz uma poa de fuso

relativamente pequena de rpida solidificao, alm disso, como as gotas so

transferidas pelo contato com a poa de fuso, atravs da tenso superficial,

possvel a soldagem em todas as posies.

Scotti e Ponomarev (2008) descreveram o mecanismo da transferncia por

curto-circuito, conforme exemplificado na Figura 2.7. Durante a fase inicial do curto-

circuito, o formato da ponte gota-poa favorece o efeito Pinch atuar contra a

transferncia, embora com baixa intensidade (corrente baixa). Mas, ao final do curto-

circuito, pouco antes da gota se transferir, forma-se um empescoamento entre a

gota em transferncia e a ponta do arame, devido tenso superficial. O alto valor

de corrente e a pequena rea da seo transversal nesta regio provocam um

aumento da ao do efeito Pinch, agora facilitando a transferncia final da gota para

a poa. Ainda sobre o efeito da elevao da corrente, o aquecimento sbito da ponte

de metal lquido entre o eletrodo e a poa de fuso colabora para seu rompimento

(como num fusvel eltrico).

30

Figura 2.7 Representao esquemtica de oscilogramas tpicos de tenso e de corrente

durante a transferncia por curto-circuito

Fonte: Scotti e Ponomarev, 2008

2.3.2 Transferncia Globular

Este tipo de transferncia ocorre quando se utilizam tenses moderadas a

altas (para evitar curto-circuito) e correntes moderadas (inferiores corrente de

transio), caracterizando-se principalmente pela transferncia irregular de gotas

grandes (maiores que o dimetro do eletrodo), conforme Figura 2.8, em frequncia

muito baixa e com quantidade considervel de respingos, Miranda (2002). O

tamanho, a forma e a posio da gota, assim como a freqncia da transferncia,

dependem principalmente, do dimetro e composio do arame-eletrodo, do gs de

proteo e da intensidade da corrente de soldagem (Scotti e Ponomarev ,2008).

Figura 2.8 Sequncia fotogrfica do modo de transferncia globular

Fonte: Miranda (2002)

31

Segundo Scotti e Ponomarev (2008), durante a formao da gota

(crescimento), esta permanece no eletrodo devido principalmente ao combinada

das foras de tenso superficial e de vaporizao. medida que o volume da gota

se torna grande o suficiente, o seu peso e, em menor escala (em virtude da corrente

no ser muito alta), a fora eletromagntica e a fora de arraste, superam as foras

contrrias transferncia causando o destacamento. Este comportamento justifica a

baixa taxa de transferncia, enquanto a baixa corrente impede de alcanar uma alta

taxa de deposio do arame (baixa capacidade de produo). Devido fora

predominante nesse modo de transferncia ser a gravitacional, a soldagem se limita

posio plana, pois conforme mostra a Figura 2.9, na soldagem vertical as gotas

podem cair fora da regio do arco. Devido a essa limitao juntamente com o

aspecto irregular do cordo de solda fazem com que o modo de transferncia seja

pouco desejado na soldagem GMAW.

Figura 2.9 Sequncia fotogrfica do modo de transferncia globular vertical

Fonte: Miranda (2002)

2.3.3 Transferncia Goticular

Modo de transferncia caracterizado pela transferncia de pequenas gotas

(com dimetro prximo ao do arame-eletrodo) sendo transferidas a uma alta taxa.

Ocorre geralmente na soldagem MIG/MAG polaridade positiva, com altas

correntes (foras eletromagnticas altas) e tenses altas (para garantir um arco

suficientemente longo) em uma atmosfera a base de argnio. Apresenta alto aporte

trmico e taxa de fuso, sendo utilizado para soldagem de chapas grossas na

posio plana, Miranda (2002). A Figura 2.10 mostra uma sequncia de fotografias

em alta velocidade de uma transferncia goticular.

Um fator essencial para que o modo de transferncia goticular possa

ocorrer, que a corrente de soldagem ultrapasse um valor crtico denominado de

32

corrente de transio. Corrente de transio uma faixa de corrente onde acima

desta, a transferncia torna-se goticular. Esta faixa importante, pois abaixo da

corrente de transio a transferncia no ocorre de forma goticular. Scotti e

Ponomarev (2008) descrevem que a mudana de fenmeno governante da

transio, (sai do equilbrio de foras estticas e passa para o fenmeno de

instabilidade Pinch), nestas condies as gotas no conseguem atingir grandes

dimenses, destacando-se em grande frequncia (maior de 200 gotas por segundo).

Figura 2.10 - Sequncia fotogrfica do modo de transferncia goticular

Fonte: Souza, 2010

2.4 FATORES BSICOS DE INFLUNCIA NA SOLDAGEM GMAW 2.4.1 Influncia da Inclinao da Tocha

Inclinando a pistola de soldagem contra ou a favor da direo de soldagem,

pode influenciar na geometria da solda. Quando o eletrodo se inclina para frente, a

favor da direo de soldagem, tem-se a soldagem a direita. Neste caso, o jato de

plasma empurra o metal liquido para trs e o arco incide mais diretamente no

material de base. Assim, a penetrao e o reforo sero maiores, a largura ser

menor e a superfcie da solda ser mais ondulada. Com eletrodo para trs, para o

lado da solda, tem-se a chamada soldagem esquerda. Desta forma, o jato de

plasma espalha o metal liquido na forma de um colcho fluido, Isto faz aumentar a

largura do cordo e diminuir a penetrao e o reforo conforme mostra a Figura

2.11. Esta inclinao bastante empregada nos passes de fundo de chanfro e na

soldagem de chapas finas para evitar a perfurao. (QUITES 2002).

33

Figura 2.11 Efeito da inclinao do eletrodo.

Fonte: Quites, (2002)

A utilizao de ngulos de deslocamentos ou ataques compreendidos entre

0 a 20, correspondem a valores negativos, visto que seu valor depende da posio

de soldagem empregada, conforme esquema na Figura 2.12. Apesar da facilidade

na operao, tambm provoca pouca penetrao, alm de um cordo largo, baixo

reforo e com reduzida incidncia de salpicos (Barra, 2003).

Figura 2.12 ngulo de posicionamento da tocha.

Fonte: (Barra, 2003)

34

2.4.2 Distncia Bico de Contato Pea (DBCP)

O bico de contato um pequeno tubo, cujo dimetro interno ligeiramente

superior ao dimetro do arame-eletrodo, e serve de contato eltrico deslizante.

feito de cobre ou material cermico com um dimetro compatvel com a corrente de

soldagem e o fluxo de gs a ser utilizado numa dada aplicao.

O comprimento do eletrodo que conduz a corrente eltrica desde o bico de

contato at a raiz do arco denomina-se stickout, uma importante varivel na

energia de soldagem do processo, pois ela controla a quantidade de calor gerado

por aquecimento resistivo (efeito joule) no eletrodo que dado por R.I2 e a energia

decorrente do arco eltrico, dado por V.I. Assim, o uso de um maior comprimento do

eletrodo para um dado nvel de corrente, provoca um maior aquecimento do eletrodo

(devido ao aumento de sua resistncia eltrica) e aumenta sua velocidade de fuso,

particularmente quando se trabalha com altas densidades de correntes. Na prtica,

como a medida do comprimento da extenso durante a soldagem no fcil,

trabalha-se com o valor da distncia do bico de contato a pea. Quando esta

distncia aumenta, aumenta tambm a resistncia eltrica do eletrodo, que ter

assim mais tempo para aquecer-se por efeito Joule. Com esta elevao da

temperatura do eletrodo, ser necessria uma menor corrente para fundir o eletrodo

para a mesma taxa de alimentao, ou vendo de outra forma, para a mesma

corrente de soldagem utilizada, se obter uma maior taxa de deposio, porm com

menor penetrao. A distncia bico de contato pea (DBCP) a extenso da soma

do stickout e o comprimento la, Figura 2.13

Figura 2.13 - DBCP (h), stickout (s) e comprimento de arco (la )

Fonte: Modenesi 2006

35

Na Figura 2.14, so mostrados no grfico "a" os valores adequados de

tenso, corrente para uma DBCP igual a 1, que resulta numa potncia disponvel

para fundir o arame igual a (VsIs + R1Is2). Quando a DBCP aumenta para a distncia

2 no grfico "b", a tenso de solda e o comprimento do arco aumentam, ento, a

energia passar para VI + (R2.I2), ou seja, a corrente diminui, e por consequncia

tambm diminuem a energia e a velocidade de fuso do arame.

Figura 2.14 - Influncia da distncia bico de contato-pea na tenso e na corrente de soldagem,

Fonte: WAINER et al., (1992).

Segundo Heald et al, (1994), o efeito da DBCP na resistncia do circuito

requer que um novo mapa tenso/corrente seja desenvolvido para cada DBCP.

2.4.3 Velocidade de Soldagem

A velocidade de soldagem quem da possibilidade de aumento de

produo, portanto um parmetro de grande importncia para o processo

MIG/MAG duplo arame. (SBIO 2007).

Este parmetro do processo GMAW Duplo Arame corresponde ao grande

benefcio quando comparado aos outros processos, pois est diretamente ligado ao

aumento da produtividade, principalmente para a aplicao deste mtodo em

soldagens de chapas finas sem que ocorra a perfurao das chapas. Mas esta

uma abordagem simples e de fcil compreenso, embora esta velocidade no

influencie apenas nesta questo operacional do processo (RODRIGUES, 2011).

36

Fortes (2004) e Figueiredo (2005,) comentam que ocorre uma reduo na

penetrao se a velocidade de soldagem baixar para valores menores que 30

cm/min, tendo em vista que o arco pode tender mais para a poa de fuso do que

para o metal de base. Ainda, o uso de baixas velocidades de soldagem deve ser

evitado quando so requeridas propriedades de impacto a baixas temperaturas.

Mesmo que a junta possa ser preenchida em poucos passes, os volumosos

depsitos de solda resultaro em grandes aportes trmicos e por isso a tenacidade

ao impacto ser reduzida.

Quanto a empregabilidade, Groetelaars (2005), cita que velocidades de

soldagem acima de 3,5 m/min podem ser aplicadas na soldagem de chapas de ao

carbono de 2mm de espessura usando o processo MIG/MAG com a disposio em

srie com DAPU (Duplo arame com potencial nico). Em outro estudo feito por

Obnawaetal (2003), velocidades de soldagem de at 8 m/min foram alcanadas com

sucesso na soldagem de filetes em juntas sobrepostas na posio vertical

ascendente. Maiores correntes de soldagem resultam em maiores taxas de

deposio e de fuso (GROETELAARS 2005).

De acordo com as observaes de Bohme (1996), altas velocidades de

soldagem so conseguidas a partir do formato alongado do arco, o que significa que

o mesmo aquece o material por um maior tempo antes de a transferncia metlica

ocorrer. Na Figura 2.15 observa-se um esquema comparativo entre as velocidades

de soldagem para vrios processos.

37

Figura 2.15 - Esquema comparativo das velocidades de soldagem do processo GMAW duplo

arame e outros processos de soldagem

Fonte: Barbosa, 2011

2.4.4 Influncia da Posio de Entrada do Arame no Energizado

Esse tpico aborda a influncia da entrada do arame no energizado na

atmosfera do arco voltaico de uma soldagem GMAW. Dentro dos estudos realizados

no PPGEM como Bacelar e Ferraz (2005), Silva (2010) e Rodrigues (2011),

observamos a influncia da entrada de um corpo estranho no processo de

soldagem, primeiramente foram realizados estudos em simples deposio sobre

chapa onde o ngulo de entrada variava entre 40 a 60 em relao tocha de

soldagem, contudo quando o processo foi aplicado a preenchimento de chanfro U

foi observado que o ngulo de entrada do arame no energizado deveria ser mais

aberto, motivado pela geometria da poa de fuso que no chanfro mais

concentrada e o arco perde altura, a Figura 2.16 mostra o ngulo em torno de 76,

que dessa forma o arame estaria entrando mais na horizontal bem a frente da poa

de fuso, em outra posio o arame frio tocava no fundo da poa de fuso causando

interferncia e a parada do processo.

38

Figura 2.16 Esquema representativo do ngulo de entrada do arame no energizado no

processo GMAW-CW.

Fonte: Arquivo pessoal

2.4.5 Tenso e Corrente

A tenso tem uma influncia direta no comprimento do arco que controla o

perfil do cordo, a profundidade da penetrao e a quantidade de respingos.

medida que a tenso do arco reduzida, a penetrao aumenta, sendo

particularmente importante em juntas de topo em V. Um aumento na tenso

resultar em um comprimento de arco tambm longo, aumentando a probabilidade

de ocorrncia de porosidade e de mordeduras.

Em fontes de tenso constante, a corrente de soldagem est diretamente

relacionada velocidade de alimentao do arame. Quanto maior for velocidade

de alimentao, maior ser a corrente fornecida pela fonte de modo a fundir o arame

alimentado poa de fuso.

Com arames tubulares com fluxo no metlico, a corrente aplicada deve

permanecer preferencialmente na metade superior da faixa recomendada para um

determinado dimetro, exceto para soldagem fora de posio nos dimetros 1,2 mm

e 1,4 mm e quando for empregado o modo de transferncia por curto-circuito a

correntes abaixo de 220 A, Figueiredo, (2005).

39

2.5 CARACTERSTICAS ECONMICAS

Machado (1993) destaca que o comportamento das caractersticas

econmicas de um consumvel para soldagem a arco voltaico analisado atravs do

seu desempenho operacional e representado pela TF (taxa de Fuso), Kg/h

equao 2.1, sendo estabelecida pelo seu consumo e TD (taxa de deposio), Kg/h

equao 2.3, relacionada ao custo total da operao de soldagem.

O rendimento R(%) equao 2.5, pode ser definido como rendimento de

deposio real atravs da razo entre a massa do consumvel, incorporado ao metal

de solda, e a massa de arame consumida durante a operao de soldagem, na

mesma unidade de tempo, ou seja, o rendimento a razo entre as taxas TD/TF

adquiridas na soldagem.

As caractersticas econmicas do arame consumvel so compostas atravs

do consumo, da produo e dos rendimentos de deposio. Segundo Mota (1998),

um dos fatores de grande importncia na seleo de um arame consumvel ou

eletrodo para soldagem o seu desempenho econmico. No entanto, dentre as

variveis capazes de interferir ou influenciar no desempenho do consumvel

destacam-se: a composio qumica; o modo de transferncia metlica; a natureza e

o valor da corrente e a polaridade; os valores da tenso e do comprimento da

distncia do eletrodo (stickout), alm das perdas de metal por salpicagem. Deve-se

considerar ainda, o dimetro do arame consumvel, o tipo de proteo e a fonte de

energia, bem como as condutividades eltricas e trmicas do consumvel que,

juntamente com as demais condies de soldagem, as quais interferem de maneira

bastante complexa no balano energtico do arco voltaico, responsvel pela fuso

do arame eletrodo.

Sendo:

Equao. 2.1

40

2.5.1 Equaes Modificadas para o Processo GMAW-CW

Segundo os estudos de SBIO (2007), para se trabalhar com dois arames

foi necessrio utilizao de dois tempos de soldagem, sendo: t1 - tempo de

soldagem com o arame-eletrodo; t2 - tempo de soldagem com o arame no

energizado. A injeo de arame frio ao arco eltrico, no entanto, se deu antes da

contagem dos tempos, onde esta s foi realizada, nos momentos de entrada e sada

da poa de fuso no chanfro, tornado os tempos t1 e t2 iguais. As Equaes 2.2, 2.3

e 2.4 so referentes taxa de fuso e a taxa de deposio para os dois arames.

Estas equaes foram modificadas por Braga (2007) tomando como base as

equaes 2.1 e 2.3 para o clculo das taxas e do rendimento e, atender as

necessidades requeridas tcnica GMAW-CW. No entanto, a equao do

rendimento de deposio no foi alterada, Equao 2.5.

Taxa de Fuso:

Equao. 2.2

Onde: t1- tempo do arame-eletrodo (s); t2- tempo do arame no energizado (s); 1- densidade linear do arame-eletrodo (g/m); 2- densidade linear do arame no energizado (g/m); l1- comprimento linear do arame-eletrodo (m); l2- comprimento linear do arame no energizado (m).

Taxa de deposio:

Equao. 2.3

Equao. 2.4

41

Onde: mi massa inicial da junta antes da soldagem (g); mf massa final da junta aps a soldagem (g); tm tempo mdio.

Rendimento de Deposio:

Equao. 2.5

2.6 CARACTERSTICAS GEOMTRICAS

A avaliao da geometria da superfcie plana do cordo de solda realizada

pela anlise dimensional de sua seo transversal. Segundo Mota (1998) e Braga

(1997), para o mesmo material e tipo de junta, a natureza do consumvel, a corrente

de soldagem, o comprimento do eletrodo, a tenso e a velocidade de soldagem

interferem na geometria da solda. A anlise da geometria da solda realizada pela

avaliao dimensional da seo transversal da Figura 2.17.

Figura 2.17 Esquema representativo das grandezas geomtricas do cordo de solda

Fonte: Arquivo pessoal

As medidas de largura (L), reforo (R) e penetrao lateral (PL), definem

tais caractersticas geomtricas do cordo de solda depositado no chanfro das

peas metlicas. A zona fundida formada por contribuies do metal base e do

metal de adio, que so misturados no estado lquido, na poa de fuso. Defini-se

42

como coeficiente de diluio (), ou simplesmente diluio, a proporo com que

o metal base participa da zona fundida.

Equao. 2.6

A diluio pode ser obtida pela medida em uma macrografia da seo

transversal da solda, das reas proporcionais s quantidades de metal base (B) e

de adio (A) fundidos (Figura 2.18). Seu valor pode variar entre 100% (soldas sem

metal de adio) e 0% (brasagem), equao 2.6.

Figura 2.18 Diluio medida na seo transversal de um cordo depositado sobre

chapa.

Fonte: Arquivo pessoal

2.7 MACROESTRUTURAS DA SOLDA POR FUSO

Durante a realizao de uma solda, esta e as regies adjacentes do metal

base so submetidas a ciclos trmicos cujas temperaturas de pico decrescem

medida que se afasta do eixo central da solda. Nestas condies, podem-se esperar

alteraes microestruturais em relao ao material original ao longo de sua seo

transversal. Desta forma, em uma solda por fuso, pode-se arbitrariamente

considerar a existncia de trs regies bsicas (Figura 2.19):

Zona Fundida (ZF): regio onde o material foi fundido durante a soldagem e

caracterizado por temperaturas de pico superiores sua temperatura de fuso.

43

Zona Termicamente Afetada (ZTA): regio no fundida do metal base, mas cuja

microestrutura e/ou propriedades foram alteradas pelo ciclo trmico de soldagem. As

temperaturas de pico so superiores a uma temperatura crtica (Tc) caracterstica do

metal base.

Metal Base (MB): Regies mais afastadas da solda que no foram alteradas pelo

ciclo trmico. Suas temperaturas de pico so inferiores a Tc. Na soldagem

multipasse, os pontos da junta podem ser submetidos a ciclos trmicos mltiplos

devido aos mltiplos passes (Figura 2.20). Assim, a estrutura resultante mais

complexa devido influncia de cada passe sobre as zonas fundidas e

termicamente afetadas originadas nos passes anteriores (Figuras 2.21 e 2.22).

Figura 2.19 Macroestrutura esquemtica da seo transversal de uma junta soldada e sua

relao com as temperaturas de pico. A - ZF, B - ZTA e C - MB.

Fonte: Modenesi 2003

Figura 2.20 Representao esquemtica dos ciclos trmicos em dois pontos genricos (1 e 2)

da ZTA de uma solda de vrios passes. A, B e C so, respectivamente, o primeiro, segundo e

terceiro passes realizados.

Fonte: Modenesi 2003

44

Figura 2.21 Representao esquemtica da estrutura da ZF e da ZTA na soldagem com um passe (a) e com vrios passes (b).

Fonte: Modenesi 2003

Figura 2.22 Aspecto Macroestrutural de soldas multipasses

Fonte: Modenesi 2003

2.8 SOLDAGENS COM MLTIPOS PASSES

Para materiais unidos pela soldagem a arco, a garantia da continuidade das

propriedades mecnicas e estruturais buscada e, para que isto seja verdadeiro um

planejamento, ou seja, um procedimento de soldagem deve ser criado, onde neste

deve constar a relevncia do material a ser soldado, suas dimenses, tipo de

soldagem e parmetros adequados para esse procedimento. Neste tpico ser

observada a necessidade ou no de se aplicar um nico passe ou vrios passes de

soldagem, conforme a espessura da junta adequadamente dimensionada.

Em soldagem que se utilizam vrios passes (multipasse), ou seja, o

acrscimo de metal sobre metal durante a unio de um material notoriamente um

conjunto sucessivo de transformaes, principalmente metalrgicas altamente

45

complexas para se descrever, j que os passes posteriores geram um efeito similar

a tratamentos trmicos sobre os passes j executados, da mesma forma sobre a

ZTA dos passes anteriores, criando uma heterogeneidade metalrgica, tendo uma

conseqente heterogeneidade de propriedades mecnica, segundo afirma Durand

(2007). Em suma, as conseqncias de soldas multipasse, conforme Easterling

(1992), so:

Cada ciclo trmico gerado pelo passe subsequente refinar ou normalizar

parte do metal de solda anterior.

O aporte de calor total por cordo reduzido na medida em que o

crescimento de gro minimizado.

O passe prvio pode fornecer um preaquecimento o qual tende a incrementar

o tempo de resfriamento.

O passe subsequente tende a refundir parte do passe anterior aliviando

tenses residuais.

Okumura e Taniguichi (1982) exemplificaram a utilizao de diversos tipos de

chanfros para vrias espessuras de material, como alguns parmetros de soldagem,

Figura 2.23

Um dos fatores a se considerar em soldagem com mltiplos passes so as

tenses residuais em soldagem, resultantes de deformaes no uniformes

causadas pelo gradiente trmico. Embora exista um alivio nas tenses geradas, o

volume de metal depositado deve ser levado em considerao, pois com a reduo

e/ou ordenao dos nmeros de passes ocorrer uma reduo do calor transferido

pea e, conseqentemente, em uma diminuio dos nveis de tenses residuais e no

grau de distoro da junta.

A Figura 2.24 mostra as distores angulares em soldas de topo de uma liga

5083 de alumnio com vrias espessuras. Como demonstrado, a distoro angular

aumenta com a espessura da pea de trabalho por causa da quantidade cada vez

maior da solda e, consequentemente, aumentando a contrao trmica aps a

solidificao. O que foi visto na Figura 2.23 uma das consequncias da deposio

de muito material em um chanfro com um procedimento de soldagem inadequado.

46

Figura 2.23 Diversos tipos de chanfros para vrias espessuras de material

Fonte: Okumura e Taniguichi 1982

47

Figura 2.24 Distoro em juntas de alumnio 5063 com espessuras de 6,4 38 mm

Fonte: Kou, 2003

No trabalho de Ji et al. (2005) foi analisada a influncia da direo e a

sequncia de deposio sobre as tenses residuais de chapas espessas com

chanfro em V e duplo V assimtrico. Uma das etapas do estudo foi verificar a

influncia da sequncia de soldagem sobre a tenso residual, conforme exemplo

descrito na Figura 2.25. Foram propostas oito variaes, seguindo a ordem

mostrada a seguir.

(a) 2 3 1 4 8 5 9 6 7;

(b) 2 3 4 1 5 8 6 9 7;

(c) 2 3 1 4 5 8 6 7 9;

(d) 1 2 8 3 9 4 5 6 7;

(e) 1 2 3 8 4 5 9 6 7;

(f) 1 2 3 8 9 4 5 6 7;

(g) 1 2 3 4 5 8 6 9 7;

(h) 2 3 4 5 1 6 8 7 9.

48

Em cada uma das sequncias de soldagem acima mencionadas, a

distribuio de tenses residuais substancialmente consistente. Portanto, somente

a tenso residual da sequncia f foi a discutida no trabalho.

Figura 2.25 Esquema dos passes de soldagem

Fonte: Ji et al, 2005

Para validar os resultados da simulao, Ji et al 2005, realizou uma

verificao experimental em chapa com duplo V. Alm disso, a fim de facilitar a

anlise, a sequncia f ser escolhida, as dimenses da chapa e as condies de

soldagem so as mesmas da simulao. A Figura 2.26 exemplifica os resultados da

simulao do teste experimental; o valor de tenso obtido basicamente o mesmo

do ponto de vista das tendncias de mudanas, isso mostra que a simulao obteve

resultados coerentes.

Figura 2.26 Valores encontrados da simulao do teste experimental

Fonte: Adaptado de Ji et al, 2005

49

O que se pode observar nos trabalhos acima citados que uma junta

soldada mal dimensionada ou depositada de forma inadequada pode acarretar

inmeras consequncias prejudiciais para o processo de soldagem, tendo em vista

esses fatores, este trabalho ir apresentar uma proposta para enchimento de

chanfro de forma a diminuir esses fatores danosos ao processo.

2.9 ENERGIA DE SOLDAGEM

A energia de soldagem um parmetro de elevada importncia metalrgica,

pois juntamente com as caractersticas geomtricas da junta e com o nvel de pr-

aquecimento, determinante nos ciclos trmico impostos ao material e, portanto nas

possveis transformaes microestruturais e no comportamento da junta (Zeemann,

2003).

Ao se observar a deposio metlica de um eletrodo revestido, atravs do arco

eltrico, verifica-se que uma parte da energia disponvel dissipada para a

atmosfera sob a forma de calor irradiante, outra pequena frao perde-se por

conveco no meio gasoso que protege a poa de fuso; a terceira parte

realmente usada para a execuo da soldagem (Wainer Brandi e Mello 1992).

Depreende-se, portanto, que nem toda a energia disponvel integralmente

aproveitada para fundir o metal-base e o eletrodo, sendo as perdas computadas

atravs da chamada energia de soldagem (H), que correlaciona quantidade de

energia disponvel para a soldagem com a velocidade de avano v da fonte de calor,

dada pela expresso.

Equao. 2.7

De acordo com Zeemann (2003) na soldagem costuma-se trabalhar com

outra grandeza denominada energia lquida (HL), o valor de HL obtido por:

Equao. 2. 8

Onde: n Rendimento trmico;

50

U tenso em volts (V);

I corrente eltrica em amperes (A);

v velocidade linear de soldagem (mm/s).

2.10 CONSIDERAES DOS ENSAIOS NO DESTRUTVEIS

2.10.1 Ensaio de Sanidade do Cordo de Solda

A anlise do aspecto superficial do metal depositado tem por objetivo

verificar a qualidade da superfcie do cordo de solda, a qual depende das

condies operacionais de soldagem estabelecidas. O aspecto superficial do metal

depositado avaliado atravs da inspeo visual com base na regularidade

geomtrica do depsito, largura e altura do reforo ao longo de seu comprimento,

alm da presena de no conformidades tais como; trincas, porosidades, respingos,

mordeduras, deposio insuficiente. (SBIO 2007)

Pode ser feito a olho nu ou com o uso de instrumentos como microscpios,

lupas, espelhos etc. Alm disso, instrumentos como rguas e gabaritos so

comumente utilizados. (MENDONA 2007). Neste trabalho ser utilizado para

avaliao superficial a norma AWS B1.11 Guia para ensaio visual de soldas

(2000).

2.10.2 Ensaio por Lquido Penetrante

utilizado para detectar descontinuidades superficiais que sejam abertas na

superfcie, tais como trincas, poros etc. Pode ser aplicado em todos os materiais

slidos e que no sejam porosos ou com superfcie muito grosseira. muito

utilizado em materiais no magnticos como alumnio, magnsio, aos inoxidveis

austenticos, ligas metlicas, alm de materiais magnticos. tambm aplicado em

cermicas vitrificadas, vidros e plsticos.

O mtodo consiste em fazer penetrar na abertura da descontinuidade um

lquido de baixa viscosidade. Aps a remoo do excesso de lquido da superfcie,

faz-se sair da descontinuidade o lquido retido atravs de um revelador. A imagem

da descontinuidade fica ento desenhada na superfcie.

51

Este mtodo consiste das seguintes etapas: preparao da superfcie

(limpeza inicial); aplicao do penetrante; remoo do excesso de penetrante;

revelao; avaliao e inspeo; limpeza ps-ensaio.

Quando comparado com outros mtodos tem a seguintes vantagens e

limitaes:

Vantagens: fcil de fazer e interpretar seus resultados; no h limitaes

para o tamanho das peas a ensaiar; pode revelar descontinuidades (trincas)

extremamente finas (da ordem de 0.001 mm de abertura).

Limitaes: s detecta descontinuidades superficiais; a superfcie no pode

ser porosa ou absorvente, j que no haveria possibilidade de remover totalmente o

excesso de penetrante, causando mascaramento do resultado; a aplicao do

penetrante deve ser feita numa determinada faixa de temperatura, pois superfcies

muito frias (abaixo de 10C) ou muito quentes (acima de 52C) no so

recomendveis ao ensaio. A Figura 2.27 mostra um resumo da sequencia do ensaio

por lquidos penetrantes, segundo a NORMA PETRORS N 1596.

Figura 2.27 Resumo da Seqncia de ensaio do LP

Fonte: ANDREUCCI, 2006

52

2. 10.3 Ensaio de Microdureza

A dureza por penetrao o tipo de ensaio mais comum na caracterizao

das propriedades mecnicas. Seus tipos mais comuns so dureza Rockwell e

Brinell, e microdurezas Vickers e Knoop. Tratando-se de microdureza, este tipo de

ensaio favorece situaes, onde as condies prticas necessitam determinar a

dureza de corpos de prova de pequenas reas. O ensaio de microdureza produz

uma impresso de dimenses microscpicas atravs do uso de penetradores de

diamante e cargas menores que 1 kgf. A microdureza Vickers utiliza o mesmo

procedimento de medio de dureza, enquanto que o mtodo Knoop utiliza um

penetrador de diamante na forma de uma pirmide alongada, atravs da relao 7:1

entre as diagonais, maior e menor. Este ensaio usado para a determinao da

dureza de materiais frgeis e de camadas finas. A realizao do ensaio de

microdureza de modo geral requer uma preparao cuidadosa do corpo de prova.

Atravs de uma ocular presente na mquina de microdureza, o responsvel

pelo ensaio identifica as extremidades do losango atravs de duas barras paralelas,

dependendo da distncia entre essas duas barras apresentado um valor de

microdureza, onde o equipamento realiza clculos pra estimar esse valor (Tabela

2.1). A magnitude da carga a ser aplicada no ensaio funo da microdureza do

material em estudo, gerando uma impresso regular, sem deformao e com

tamanho adequado para medio. Obviamente, para um mesmo material, quanto

maior o valor da carga maior ser a impresso produzida. A seleo do valor de

carga permite ainda a medio da microdureza de fases discretas da microestrutura.

A microdureza tambm permite a existncia de correlaes com outras propriedades

como a dureza Brinell, o limite de resistncia trao e o limite de

proporcionalidade. Estas relaes so teis em circunstncias em que necessria

uma estimativa da resistncia de um material e no se dispe de um equipamento

de ensaio de trao, ou em caso contrrio a esse. Pode ser visualizado pela Figura

2.28 um exemplo de tomada de valores de microdureza.

53

Tabela 2.1 Comparativo entre os testes de Microdureza

Fonte: Rodrigues, 2011.

Figura 2.28 Representao esquemtica da impresso por microdureza.

Fonte: Mendona, 2007.

54

2.10.4 Ensaio de Dobramento

O ensaio de dobramento norma ASTM E 190 - 2003 enquadra-se em um

dos ensaios dos materiais de maior simplicidade de realizao, devido s suas

descries qualitativas a respeito da ductilidade do material e por, geralmente, no

se obter valores numricos representativos para ensaios comuns. Onde desde j,

dependendo de outras variaes permite obter valores de certas propriedades

mecnicas do material conforme Souza (1982), Garcia, e Santos (2000), Callister

(2007) entre outros. Dessa forma, o ensaio consiste praticamente em duas formas

bsicas. O primeiro conhecido como ensaio livre, fornece o dobramento a partir da

aplicao de uma fora nas extremidades do corpo de prova, sem aplicao de

carga no ponto de mximo dobramento. Ou ento, quando uma extremidade fica fixa

em um engaste e na outra aplicada fora responsvel pelo dobramento no centro

(ou prximo do centro) do corpo de prova. O segundo caso, o ensaio de dobramento

semiguiado, o mais comumente utilizado, efetuado ao se aplicar uma carga no

centro (ou na extremidade) de um corpo de prova de eixo retilneo assentado sobre

dois apoios (ou um apoio). Tal fora aplicada por meio de um cutelo que possui

determinado dimetro (D) que define a severidade do ensaio, quanto menor a

medida, mais intenso o dobramento, sendo que isto est em funo da espessura do

material. O ensaio termina quando o material flexionado at um determinado

ngulo . Este ngulo pode atingir 90, 120 ou 180, dependendo das

especificaes do teste. Um exemplo pode ser dado conforme a Figura 2.29.

De acordo com Garcia, e Santos (2000), o ensaio de dobramento visa

anlise de parmetros como o encruamento do material e o raio mnimo em que este

pode ser submetido sem que ocorra a ruptura. Alm do retorno elstico do

dobramento aps a retirada da carga e da formao de defeitos na regio dobrada.

Este basicamente o objetivo para qualquer material. Sendo que, no caso do

emprego deste ensaio em corpos de prova soldados tambm se realiza a

qualificao de soldadores e de processos de soldagem, de forma que o ngulo de

dobramento sempre de 180. Na ocasio, de se avaliar a qualidade da solda,

empregam-se mais o ensaio de dobramento livre.

55

Figura 2.29 Representao esquemtica do ensaio de dobramento: (a) e (b) Posicionamento das amostras antes e durante o dobramento, respectivamente. (c) Corpo de Prova dobrado at o ngulo desejado.

(a) (b) (c)

Fonte: Internet (www.cimm.com.br): acessado em 25/maio/2011

Outra particularidade significativa no dobramento de peas soldadas a

orientao dos corpos de prova, de forma que para soldas de topo o ensaio pode ser

realizado cinco distintas formas (Figura 2.30):

Dobramento Lateral Transversal: o eixo da solda perpendicular ao eixo

longitudinal

do corpo de prova, o qual dobrado de modo que uma das superfcies laterais da

solda

torna-se a superfcie convexa do corpo de prova;

Dobramento Transversal de Face: o eixo da solda perpendicular ao eixo

longitudinal do corpo de prova, o qual dobrado de modo que a face da solda fique

tracionada, tornando-se a superfcie convexa do corpo de prova;

Dobramento Transversal de Raiz: semelhante ao anterior, porm a raiz da

solda que fica tracionada;

Dobramento Longitudinal de Face: o eixo da solda paralelo ao eixo

longitudinal do corpo de prova, o qual dobrado de modo que a face da solda fique

tracionada tornando-se a superfcie convexa do corpo de prova; e

Dobramento Longitudinal de Raiz: semelhante ao anterior, porm a raiz da

solda que fica tracionada.

56

Figura 2.30 Modelo dos corpos de prova soldados para dobramento: (a) Lateral Transversal; (b) Transversal de face; (c) Transversal de raiz e (d) Longitudinal de face e de raiz.

Fonte: Adaptado da norma ASTM E 23-97 (Rodrigues 2011)

A avaliao deste ensaio objetiva aps alcanar o ngulo desejado (180 no

caso de corpos de prova soldados), o exame a olho nu da zona tracionada do corpo

de prova atentando para o aparecimento de trincas, fissura ou fendas. Caso estes

defeitos ocorram antes ou at atingir o ngulo desejado, o material foi reprovado no

teste. Apenas para corpos de prova soldados, os defeitos anteriormente citados,

fissuras e fendas, presentes nas arestas no so considerados, desde que eles no

se demonstrem originrios de incluses de escria, porosidades ou outros defeitos

internos provenientes do processo de soldagem. Tambm fissuras com largura

inferior a 1,5 mm no so consideradas como defeitos que condenem a qualidade

da solda, mas sim como descontinuidades de soldagem.

57

2.11 MICROCONSTITUINTES DO METAL DE SOLDA

Ao final da soldagem, a zona fundida apresentar uma microestrutura

resultante das interaes ocorridas no metal lquido, do processo de solidificao e

de eventuais transformaes no estado slido que ocorram durante o resfriamento

da solda (por exemplo, formao de precipitados) (MODENESI 2004).

Para os aos com baixo teor de carbono e baixa liga, a poa de fuso

solidifica-se inicialmente como ferrita, podendo sofrer uma reao perittica com a

formao de austenita. Durante o resfriamento, a ferrita remanescente transforma-se

em austenita. Esta, em funo das elevadas temperaturas, sofrem um grande

crescimento de gro, tendendo a apresentar uma estrutura de gros colunares e

grosseiros, similar a estrutura original de fuso da ZF, (MODENESI 2004)

Assim, segundo Modenesi (2004), a microestrutura da zona fundida do metal

de solda baixo carbono e baixa liga resultado do crescimento epitaxial colunar do

metal de solda solidificado, sendo influenciada pelo estado inicial da austenita

(composio, tamanho de gro e micro-segregaes), das condies de

aquecimento e resfriamento, bem como dos efeitos dos elementos de liga.

Em uma solda de um s passe, a microestrutura da ZF ser formada pelos

produtos da decomposio da austenita em ferrita durante o ciclo de resfriamento

contnuo, sendo que a ferrita assume diferentes morfologias, algumas de grande

semelhana. Em soldas multipasse, a microestrutura ser ainda mais complexa,

sendo formada por regies reaquecidas e alteradas pelos ciclos trmicos dos passes

seguintes e por regies que permaneceram basicamente inalteradas. (MODENESI

2004)

As fases resultantes da decomposio da austenita so basicamente: ferrita,

cementita e martensita.

Alm destas, pequenas quantidades de austenita podem permanecer

inalteradas (austenita retida) e diferentes precipitados (outros carbonetos, nitretos,

etc.) e incluses podem existir. Estas fases podem aparecer na forma de diferentes

constituintes, nem sempre de fcil identificao, a qual ainda mais dificultada pela

grande diferena de aparncia destes constituintes em relao aos do metal base. O

Instituto Internacional de Soldagem (IIW) desenvolveu um sistema de classificao

para os constituintes do metal de solda, baseado na sua observao com o

58

microscpio tico. Segundo este sistema, os constituintes mais comuns da zona

fundida podem ser classificados como:

Ferrita de Contorno de Gro PF(G)

Ferrita Poligonal Intragranular PF(I)

Ferrita com Segunda Fase Alinhada FS(A)

Ferrita com Segunda Fase no Alinhada FS(NA)

Ferrita Acicular AF

Agregado ferrita-carboneto FC

Martensita - M

A Figura 2.31 ilustra este sistema. Normalmente, em estudo que envolve a

correlao entre a microestrutura e as propriedades do metal de solda, necessrio

realizar metalografia quantitativa no metal de solda, determinando-se a frao ou

predominncia de seus diferentes constituintes.

Figura 2.31 Representao esquemtica de constituintes microestruturais

Fonte: Modenesi 2004

59

a)- Fronteira imaginria entre PF(G) e FS.

bi)- Ferrita sob o retculo 3x a largura mdia da ripas de ferrita que a circundam.

ci)- Duas ou mais ripas paralelas e relao comprimento/largura > 4/1.

cii)- Duas ripas com relao comprimento/largura rea individual das ripas de ferrita

A seguir, o resumo das caractersticas dos constituintes segundo o sistema

de classificao do IIW e a Figura 2.32 que ilustra este sistema.

Ferrita Primria (PF) Este constituinte pelo seu aspecto claro e liso pode

ocorrer sob duas formas e computadas como constituintes distintos, se o observador

estiver confiante que a sua diferena clara:

Ferrita de Contorno de Gro PF(G) Constituda por veios de ferrita associados

a contorno de gros austenticos. o constituinte de mais fcil identificao no metal

de solda pelo seu aspecto claro e liso. Costuma adotar a forma de veios, delineando

o contorno de gro colunar da austenita prvia. Isto se deve ao fato que sua

nucleao e crescimento ocorrem nestes contornos, conferindo-lhes assim uma

forma alongada, Figura 2.31-a.

Ferrita Poligonal Intragranular PF(I) Aparece na forma de gros, normalmente

poligonais, e nucleia quase que exclusivamente no interior dos gros austenticos

apresentando dimenses superiores ao triplo da largura mdia das ripas da Ferrita

Acicular ou da Ferrita com Segunda Fase, que as circundam, Figuras 2.31(bii).

Ferrita com Segunda Fase Alinhada FS(A) Duas ou mais ripas de ferritas

paralelas. Quando existirem somente duas ripas, deve-se classificar como Ferrita

com Segunda Fase Alinhada somente se sua razo de aspecto for maior que 4:1.

Caso isto no se verifique, o constituinte dever ser classificado como Ferrita

Acicular ou Ferrita Poligonal, Figuras 2.31- ci.

60

Ferrita com Segunda Fase no Alinhada FS(NA) Ferrita circundante

(completamente) s microfases ou s ripas de Ferrita Acicular, Figura 2.31.

Ferrita Acicular (AF) Constituinte intragranular de gro fino, com uma

morfologia emaranhada em gros se entrecruzando no interior do gro da austenita

prvia, separados por contornos de alto ngulo e razo de aspecto variando de 3:1

at 10:1. Pode incluir ainda ripas isoladas de elevada razo de aspecto. Uma regio

de AF freqentemente apresenta a morfologia de uma estrutura de Widmanstatten,

mas tambm incluem ripas isoladas de comprimento superior a largura, Figuras

2.31- bi, 2.31-cii e 2.31-di

Martensita (M) o micro constituinte que se forma como produto final de

transformao, ocorrendo freqentemente em soldagens com baixo aporte trmico.

Colnias de martensita maiores que as ripas de ferrita dentro dos gros austenticos

prvios adjacentes. Colnias menores devem ser tratadas como microfases. o

constituinte que se forma como produto final de transformao.

Agregados Ferrita e Carbetos (FC) So constitudos por uma estrutura fina de

ferrita e carbetos, incluindo perlita e ferrita com carbetos interfsicos. Constituinte

formada fora do contorno de gro da austenita. Apresenta uma estrutura interna cuja

resoluo fica abaixo da obtida por microscopia tica, formando reas escurecidas,

Figura 2.31-dii (MODENESI 2004)