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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS PROGRAMA DE P S-GRADUA O EM
ENGENHARIA MEC NICA
Disserta o de Mestrado
COMPARA O ENTRE SOLDAGEM ROBOTIZADA COM ARAME S LIDO E METAL CORED - A OCORR NCIA DO FINGER
Autor: Welerson Reinaldo de Arajo Orientador: Professor Alexandre Queiroz Bracarense
Belo Horizonte Fevereiro / 2004
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Welerson Reinaldo de Arajo
COMPARA O ENTRE SOLDAGEM ROBOTIZADA COM ARAME S LIDO E METAL CORED - A OCORR NCIA DO FINGER
Disserta o de Mestrado apresentada ao Programa de P s Gradua o em Engenharia Mec nica como parte
integrante dos requisitos exigidos para a obten o do Ttulo de MESTRE EM ENGENHARIA MEC NICA
` rea de Concentra o: Processos de Fabrica o Soldagem Orientador: Professor Alexandre Queiroz Bracarense
Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG
2004
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ii
De nada nos valer o conhecimento de todas as cincias do mundo, de tudo o que est fora de
n s, se n o conhecermos a n s mesmos.
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iii
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Alexandre Queiroz Bracarense pela orienta o, sugest es e aten o a
mim dedicada.
ESAB S/A Indstria e Comrcio, em especial ao Engenheiro Jos Roberto
Domingues, por tornar possvel a oportunidade do mestrado e fornecer os recursos
necessrios ao desenvolvimento deste trabalho.
Ao Laborat rio de Rob tica, Soldagem e Simula o da UFMG, em especial ao
graduando em Engenharia Mec nica, Leonardo Augusto Vieira, que neste trabalho
foi o executor das soldagens e macrografias.
minha famlia e aos meus colegas de trabalho que, de alguma forma, contribuiram
para a realiza o deste trabalho.
Nossa Senhora Aparecida, M e de todas as horas.
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iv
SUM` RIO
1. INTRODU O.................................................................................................................. 1
2. OBJETIVOS...................................................................................................................... 3
3. REVIS O BIBLIOGR` FICA.............................................................................................. 4
3.1. PROCESSO DE SOLDAGEM FCAW / GMAW ........................................................................... 4
3.2. PROCESSO CONVENCIONAL DE FABRICA O DE ARAMES TUBULARES .................................. 6
3.3. ARAME TUBULAR .............................................................................................................. 8
3.4. CARACTERSTICAS DO METAL CORED ............................................................................. 21
3.4.1. COMPOSI O QUMICA E PROPRIEDADES MEC NICAS .................................................... 22
3.4.2. RESISTIVIDADE EL TRICA............................................................................................. 23
3.4.3. VELOCIDADE DE FUS O ............................................................................................... 24
3.5. SOLDAGEM ROBOTIZADA................................................................................................. 29
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ................................................................................. 32
4.1 CORD ES SOBRE CHAPA .............................................................................................. 32
4.2 CARACTERIZA O DOS PERFIS DOS CORD ES ............................................................... 34
4.3 TAXA DE DEPOSI O .................................................................................................... 35
4.4 AVALIA O DOS RESULTADOS: APLICA O DE TESTE DE HIP TESE PARA M DIA UTILIZANDO
AS DISTRIBUI ES t DE STUDENT [32] ....................................................................................... 36
5. RESULTADOS E DISCUSS ES .................................................................................... 38
5.1. PERFIS DOS CORD ES .................................................................................................... 38
5.2. AN` LISES QUMICAS DO METAL DEPOSITADO, DA ZONA FUNDIDA (ZF) E DO FINGER ............ 59
5.3. MEDI ES DE DUREZA DO METAL BASE, DA ZONA FUNDIDA (ZF) E DO FINGER .................... 64
6. CONCLUS ES............................................................................................................... 74
7. SUGEST ES PARA TRABALHOS FUTUROS............................................................... 75
8. REFER NCIAS BIBLIOGR` FICAS ................................................................................ 76
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v
LISTA DE FIGURAS Figura 3.1 - Equipamentos bsicos para soldagem GMAW[5]................................................ 5
Figura 3.2 - Processo de Soldagem FCAW[5] ........................................................................ 6
Figura 3.3 - Processo de Fabrica o de arame tubular[5] ...................................................... 7
Figura 3.4 Perfis de cord es de solda[5] ............................................................................. 8
Figura 3.5 Taxas de deposi o de arames tubulares e arame s lido[7] ............................ 10
Figura 3.6 Perfis de cord es em junta T[5] ........................................................................ 12
Figura 3.7 Perfil de cord o com finger para o arame s lido[9] ........................................ 13
Figura 3.8 Perfis dos cord es: (A) processo MAG, (B) processo Laser e (C) processo
Hbrido[12] ...................................................................................................................... 15
Figura 3.9 Microestrutura resultante do processo MAG[12]................................................ 16
Figura 3.10 Microestrutura resultante do processo Laser[12] ............................................. 16
Figura 3.11 Microestrutura resultante do processo Hbrido[12] ........................................... 17
Figura 3.12 Temperatura de Pico dos processos MAG, Laser e Hbrido[12] ..................... 18
Figura 3.13 Diagrama de dissipa o de calor: (A) MAG, (B) Laser e (C) Hbrido[12] ......... 18
Figura 3.14 Perfis de juntas em T com (a) s lido e (b) arame tubular[13] .......................... 20
Figura 3.15 Aspecto visual de cord es de solda de metal cored e arame s lido[14]........ 21
Figura 3.16 Efeito do stick out na velocidade de fus o do metal cored [16] ................... 27
Figura 3.17 Velocidade de fus o de arames com stick out de 16,05mm [16] ................... 27
Figura 3.18 Velocidade de fus o de arames com stick out de 20,05mm [16] ................... 28
Figura 3.19 Soldagem robotizada (a) com metal cored de (b) manifold [28,30] ............... 29
Figura 4. 1 - Rob : Motoman SK6....................................................................................... 33
Figura 4. 2 Arame tubular metal cored e arame s lido................................................... 33
Figura 5. 1 Perfis dos cord es sobre chapa ..................................................................... 39
Figura 5. 2 Dimens es do cord o de solda ...................................................................... 41
Figura 5. 3 ` rea total do cord o....................................................................................... 41
Figura 5. 4 ` rea do refor o do cord o.............................................................................. 41
Figura 5. 5 ` rea do cord o sem finger e rea do finger ............................................... 42
Figura 5. 6 Grfico da penetra o da solda X corrente ................................................... 46
Figura 5. 7 Grfico da largura do cord o X corrente....................................................... 47
Figura 5. 8 Grfico do refor o da solda X corrente ......................................................... 48
Figura 5. 9 Grfico da rea de refor o X corrente .......................................................... 49
Figura 5. 10 Correla o entre taxa de deposi o e refor o .............................................. 50
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vi
Figura 5. 11 Probabilidade Normal para corrente de 100 e 200 A .................................... 52
Figura 5. 12 Probabilidade Normal para corrente de 250 e 300 A .................................... 53
Figura 5. 13 Grfico da taxa de deposi o X corrente.................................................... 55
Figura 5. 14 Grfico da Dilui o do cord o X corrente ................................................... 56
Figura 5. 15 Grfico da rea do finger X corrente ........................................................ 57
Figura 5. 16 Compara o entre as taxas de deposi o do arame s lido e do metal cored
..................................................................................................................................... 58
Figura 5. 17 Probabilidade Normal para cord o 4 ............................................................ 62
Figura 5. 18 Probabilidade Normal para cord o 19 .......................................................... 63
Figura 5. 19 Microestrutura do metal base (ASTM A36), aumento: 100X......................... 66
Figura 5. 20 Microestrutura da Zona Fundida do cord o 3, aumento: 100X ..................... 66
Figura 5. 21 Microestrutura da Zona Fundida do cord o 4, aumento: 100X ..................... 67
Figura 5. 22 Microestrutura do Finger do cord o 4, aumento: 100X .............................. 68
Figura 5. 23 Microestrutura da Zona Fundida do cord o 17, aumento: 100X ................... 68
Figura 5. 24 Microestrutura da Zona Fundida do cord o 19, aumento: 100X ................... 69
Figura 5. 25 Microestrutura do Finger do cord o 19, aumento: 100X ............................ 70
Figura 5. 26 Probabilidade Normal para cord es 4 e 19 .................................................. 72
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LISTA DE TABELAS
Tabela III.1 : Avalia o de custo de produ o entre arame s lido e metal cored [8] ................. 11
Tabela III. 2 : Resultado de dureza mdia nos processos Laser, MAG e Hbrido[12]................... 19
Tabela III. 3 : Composi es qumicas dos arames (valores simples indicam valores mximos),
segundo ASME SFA5.18 [4]................................................................................................. 22
Tabela III. 4 : Propriedades mec nicas mnimas dos arames, segundo ASME SFA 5.18[4] ....... 23
Tabela III. 5 : Resistividade Eltrica dos arames metal cored e s lido s temperaturas
ambiente e de fus o [6,16,17,18,19] ........................................................................................... 24
Tabela III. 6 : Valores dos coeficientes da equa o da velocidade de fus o para o metal cored
e o arame s lido com gs de prote o 75% Ar e 25% CO2[6,17]........................................... 26
Tabela IV. 1 : Par metros de soldagem dos cord es ................................................................ 34
Tabela V. 1 : Dimens es dos cord es ...................................................................................... 43
Tabela V. 2 : ` reas dos cord es ............................................................................................... 44
Tabela V. 3 : Taxa de deposi o dos experimentos .................................................................. 45
Tabela V. 4 : Resultados de anlise das curvas de rea do refor o de MC 1,2 S 25 e de
MC 1,2 S 25 T ................................................................................................................... 51
Tabela V. 5 : Anlises qumicas dos metais depositados sem dilui o...................................... 59
Tabela V. 6 : Anlises qumicas das zonas fundidas e do metal base ....................................... 59
Tabela V. 7 : Resultados de Anlise Zona Fundida e Finger ................................................ 61
Tabela V. 8 : Resultados de dureza do metal base e zona fundida .......................................... 65
Tabela V. 9 : Resultados de dureza Zona Fundida e Finger ................................................. 71
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RESUMO Na constante busca por uma maior competitividade, traduzidas em maior
produtividade e redu o de custos, observa-se a cada ano um aumento na
automatiza o de processos nos estgios de produ o em vrios segmentos do
mercado. O setor de processos de soldagem, principalmente no setor de pe as
automotivas, tem sido o mais empreendedor na utiliza o de rob s devido
exigncia por repetibilidade de processo, ciclos de produ o mais rpidos e boa
aparncia da solda.
Os arames s lidos apresentam-se como os consumveis mais utilizados na
soldagem robotizada, sendo os arames tubulares pouco utilizados neste segmento
de mercado. Entretanto, h uma tendncia de ganhos de participa o dos arames
tubulares em processos automatizados por raz es de qualidade e produtividade
observadas com o uso dos mesmos no processo semi-automtico.
Em fun o do arame tubular tipo metal cored combinar melhores propriedades que
o arame s lido e o arame tubular tipo flux cored no que diz respeito s elevadas
taxas de deposi o, alta eficincia em deposi o, pouca quantidade de esc ria e
respingo, excelentes aparncia e perfil do cord o, baixos nveis de hidrognio
difusvel e fumos, este vem apresentando-se como a preferncia das empresas na
substitui o ao arame s lido.
Este trabalho teve como objetivo geral ampliar o conhecimento sobre o processo de
soldagem por arame tubular tipo metal cored em soldagem robotizada, atravs de
testes comparativos entre este arame tubular (ASME SFA-5.18 E70C-6M) e o
arame s lido (ASME SFA-5.18 ER70S-6). Cord es sobre chapa de a o baixo
carbono foram realizados variando os par metros de soldagem e utilizando o gs de
prote o 75% Ar e 25% CO2. Avaliou-se a morfologia (perfil) dos cord es;
ocorrncia da penetra o finger e sua caracteriza o; e a taxa de deposi o.
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De um modo geral, foi possvel constatar que o arame metal cored de 1,2mm de
di metro apresenta maior taxa de deposi o que o arame s lido de mesmo de
di metro. Adicionalmente, foi possvel verificar que a taxa de deposi o do metal
cored diretamente afetada pelo stick out e inversamente pela tens o do arco.
Quanto ao finger foi possvel verificar, exploratoriamente, que sua composi o
qumica e microestrutura s o diferentes da zona fundida e que este ocorre para o
metal cored de 1,4mm de di metro em correntes de soldagem mais altas que para
o arame s lido de 1,2mm, o que pode ser benfico para a soldagem robotizada pelo
aumento de produtividade e redu o de custo.
Palavras-chaves: tubular metal cored; soldagem robotizada; penetra o finger
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x
ABSTRACT
In the constant search for a larger competitiveness, translated in larger productivity
and reduction of costs, every year an increase is observed in the automation of
processes in the production and several segments of the market. The sector of
welding processes, mainly in the sector of car components (automotive industry),
has been the most investor in the robotic welding due to demand for process greater
repeatability, faster production cycles and good appearance of the weld.
Solid wire is the most used consumable in the robotic welding, being the tubular
wires less used in this market segment. However, there is a tendency of increasing
the participation of tubular wires in automated processes for quality reasons and
productivity observed with the use of the same ones in the process semi-automated.
In function of the tubular wire type metal cored to combine the best properties of
the solid wire and of the tubular wire type flux cored (higher deposition rate, high
efficiency in deposition, reduced slag and spatter, excellent appearance and weld
profile, low levels of hydrogen and fumes) this is coming as the preference of the
companies in the substitution of the solid wire.
This work had as general objective to enlarge the literature on the welding process
for tubular wire type metal cored in robotic welding, through comparative tests
among this tubular wire (ASME SFA-5.18 E70C-6M) and the solid wire (ASME SFA-
5.18 ER70S-6). Using different welding parameters and the protection gas 75% Ar
and 25% CO2, beads were welded on low carbon steel plate. The morphology
(profile) of the welds; the occurrence of the penetration finger, the characterists of
finger and the deposition rates were evaluated.
The metal cored wire with 1.2mm of diameter presents larger deposition rate than
the solid wire with 1.2mm of diameter. The larger it is stick out the larger the
deposition rate of the metal cored wire will be. The increase of the tension reduces
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the deposition rate of the metal cored. The metal cored wire with 1.4mm of
diameter is applicable in robotic welding due its characteristics.
The finger presents chemical composition and microstructure different from the
metal weld. The finger happens for the metal cored with 1.4mm of diameter in
higher currents than for the solid wire with 1.2mm.
Key-words: metal cored wire; robotic welding; penetration finger
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1
1. INTRODU O
A imagem de sistemas robotizados como tecnologia cara e de difcil acesso,
limitada apenas s grandes empresas, vem sendo quebrada e atualmente
freq ente encontrar sistemas de soldagem robotizados em empresas de mdio e
pequeno porte.
No que se refere aos consumveis aplicados em sistemas de soldagem robotizados,
os arames s lidos apresentam-se como os mais utilizados[1]. Por outro lado arames
tubulares, tipo metal cored e flux cored, participam pouco neste segmento de
mercado. Em termos de Brasil, esta participa o ainda menor, sendo poucas as
empresas que utilizam arames tubulares mesmo na soldagem semi-automtica e
muito menos na soldagem robotizada. De uma maneira geral, entretanto, tem sido
observada uma tendncia de ganhos de participa o no mercado, como os
registrados nas aplica es em que utilizam o processo semi-automtico.
Recentemente na Europa, Estados Unidos e Jap o vrias empresa come aram a
mudar para arames tubulares, pelas mesmas raz es de qualidade e produtividade
observada no processo semi-automtico[1].
Em fun o do arame tubular tipo metal cored combinar as melhores propriedades
que o arame s lido e o arame tubular tipo flux cored possuem, no que diz respeito
s elevadas taxas de deposi o, alta eficincia em deposi o 95 %, mnima
quantidade de esc ria e respingo, excelentes aparncia e perfil do cord o, baixos
nveis de hidrognio difusvel e fumos, este vem apresentando-se como a
preferncia da maioria das empresas, principalmente dos segmentos automotivos e
de transportes[2,3].
Como fator limitante para a utiliza o do arame tubular metal cored pode-se
mencionar o seu maior custo inicial, sendo desconsiderado, entretanto, pela maioria
das empresas, os ganhos de qualidade e produtividade obtidos com a utiliza o
deste consumvel. Em termos de Brasil, esta situa o n o diferente, sendo mais
-
2
crtica em empresas sem controle de retrabalho estruturado, dificultando a
identifica o de ganhos. Aliado a estes fatores, normalmente na maioria das
empresas, as dificuldades de parada de uma linha de produ o para testes e de
pessoas para execu o e acompanhamento destes, impossibilitam a avalia o da
viabilidade de novos processos.
De forma a contribuir com maiores esclarecimentos quanto a utiliza o de arames
tubulares tipo metal cored em sistemas de soldagem robotizados, este trabalho foi
idealizado.
No captulo 2 s o apresentados os objetivos geral e especfico do trabalho. No
captulo 3 foi realizada uma revis o bibliogrfica compreensiva sobre assuntos
relacionados com o tema desta disserta o. Os captulos 4 e 5 apresentam,
respectivamente, a metodologia experimental seguida para alcan ar os objetivos
propostos e os resultados e discuss es obtidos. No captulo 6 s o apresentadas as
conclus es. Como em todo trabalho cientfico, no captulo 7 s o apresentadas
propostas para trabalhos futuros.
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3
2. OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo geral ampliar o conhecimento sobre o processo de
soldagem por arame tubular tipo metal cored em soldagem robotizada, atravs de
testes comparativos entre este arame (ASME SFA-5.18 E70C-6M) e o arame s lido
(ASME SFA-5.18 ER70S-6).
Este estudo inclui tambm a caracteriza o fsica e qumica do finger e a
tendncia de ocorrncia do mesmo em cord es com metal cored e com arame
s lido. Este fen meno observado claramente a partir da metalografia dos cord es
de solda, atravs do aparecimento de uma proje o partindo da base elptica do
cord o.
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4
3. REVIS O BIBLIOGR` FICA Este captulo apresenta uma revis o bibliogrfica sobre a soldagem com arame
tubular metal cored, abordando suas principais diferen as em rela o ao arame
s lido, processo de fabrica o e aplica es.
3.1. Processo de soldagem FCAW / GMAW
Segundo a Norma ASME[4] (The American Society of Mechanical Engineers) para
consumveis de soldagem (Parte II C), o arame tubular para a os carbono atende
s caractersticas definidas na se o ASME SFA 5.20 (FCAW Flux Cored Arc
Welding) e o arame s lido para a os carbono atende s caractersticas definidas na
se o ASME SFA 5.18 (GMAW Gs Metal Arc Welding). O arame tubular tipo
metal cored, que um tipo de arame tubular que n o apresenta forma o de
esc ria durante o processo de soldagem, assim como o arame s lido, est
enquadrado na se o ASME SFA 5.18 junto com o arame s lido.
Basicamente, o processo de soldagem com arames tubulares (FCAW Flux Cored
Arc Welding) o mesmo que o GMAW e utiliza os mesmos equipamentos, embora
requeira equipamentos de maior capacidade em alguns casos. A figura 3.1 mostra
os equipamentos bsicos necessrios para o processo GMAW e, portanto, para o
processo FCAW.
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Figura 3.1 - Equipamentos bsicos para soldagem GMAW[5]
Mudan as para adequa o a alguma aplica o particular ou a algum requisito
especial s o mais facilmente obtidas com arames tubulares que com arames
s lidos. Isso envolve altera es na formula o e no percentual de fluxo, de um
modo similar ao dos eletrodos revestidos: a formula o e a espessura do
revestimento podem ter um efeito significativo, ao passo que pouco pode ser feito
com a alma do eletrodo para melhorar seu desempenho[5,6].
A figura 3.2 ilustra o processo de soldagem FCAW. Para o arame tubular tipo metal
cored vale ressaltar que n o h forma o de esc ria e sim de pequenas ilhas de
slica sobre o cord o de solda, como no caso do arame s lido (processo GMAW).
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Figura 3.2 - Processo de Soldagem FCAW[5]
3.2. Processo Convencional de Fabrica o de Arames Tubulares
A matria prima empregada para a fabrica o de arames tubulares constitui-se de
uma fita metlica enrolada na forma de uma bobina e de um p com formula es
especficas, denominado fluxo. A fita metlica alimentada continuamente, sendo
deformada por roletes, fazendo com que sua se o reta tome o formato de uma
canaleta ("U") para receber a adi o do fluxo atravs de um silo de alimenta o.
Ap s a adi o do fluxo, a fita passa pelos roletes de fechamento, onde a se o reta
toma o formato de um tubo, com o fluxo em seu interior. A figura 3.3 ilustra o
processo de fabrica o convencional de arames tubulares.
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Figura 3.3 - Processo de Fabrica o de arame tubular[5]
Ap s passar por essas etapas, o arame tubular levado at sua dimens o final por
meio de um processo mec nico de redu o de di metro, ou seja, por lamina o ou
por trefila o.
Arames tubulares trefilados requerem lubrifica o de sua superfcie, porm o
lubrificante residual deve ser removido atravs de uma secagem em um forno. O
efeito colateral da secagem o aparecimento de uma camada de xido de
colora o escura.
Por sua vez, arames tubulares laminados necessitam de uma quantidade mnima de
lubrificante, de modo que n o h necessidade de uma secagem posterior. Esses
arames podem ter um aspecto superficial escuro ou brilhante, conforme tenham ou
n o sido secados no forno.
Dessa forma, os arames tubulares podem ter um aspecto superficial brilhante ou
escuro, conforme seu processo de fabrica o[5].
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3.3. Arame Tubular
Os arames tubulares foram desenvolvidos principalmente para atender
necessidade das empresas em manterem sua competitividade, atravs do aumento
da produtividade e da redu o de custos.
Desenvolvidos em 1950, os arames tubulares come aram a ser comercialmente
produzidos em 1957. Nas dcadas de 60 e 70, foi observado um substancial
crescimento desse processo nos Estados Unidos, o mesmo ocorrendo no Jap o na
dcada de 80[5].
O fluxo do interior de um arame tubular pode conter minerais, ferros-liga e materiais
que forne am gases de prote o, desoxidantes e materiais formadores de esc ria.
Os ingredientes do fluxo melhoram a estabilidade do arco, influenciam as
caractersticas das propriedades mec nicas do metal de solda, bem como no perfil
da solda. A figura 3.4 mostra os perfis de cord es tpicos do arame s lido e do
arame tubular.
Figura 3.4 Perfis de cord es de solda[5]
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Atualmente, existem duas famlias de arames tubulares, uma que para sua
aplica o necessita de uma prote o gasosa externa e outra que gera seus pr prios
gases de prote o.
Para os arames tubulares com prote o gasosa existem o tipo flux cored, que
pode ser rutlico ou bsico; e o tipo metal cored, que tem como fluxo somente p
metlico, n o havendo forma o de esc ria (somente ilhas de slica, como os
arames s lidos).
Outra famlia de arames tubulares a dos arames autoprotegidos. Esses arames
s o desenvolvidos para gerar gases de prote o a partir de adi es de elementos
qumicos no fluxo, similares aos eletrodos revestidos. Arames tubulares
autoprotegidos n o exigem prote o externa e s o desenvolvidos para se aplicar
tanto com corrente contnua eletrodo positivo (CC+) como com corrente contnua,
eletrodo negativo (CC-).
O processo de soldagem empregando arame tubular com gs de prote o externa
utilizado principalmente para a soldagem de a os carbono e de baixa liga,
produzindo altas taxas e eficincia de deposi o e altos fatores operacionais. Juntas
soldadas com qualidade radiogrfica s o facilmente produzidas e o metal de solda,
tanto para a os carbono, de baixa liga ou inoxidveis, apresenta boa ductilidade e
tenacidade. Esse processo de soldagem adequado a uma grande variedade de
juntas e para todas as posi es de soldagem.
Widgery [7] mostrou que medida que se trabalha com uma corrente de soldagem
maior, em equipamentos com fonte convencional de energia, as taxas de deposi o
com arames tubulares, incluindo o metal cored, aumentam, conforme mostra a
figura 3.5.
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10
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
0 100 200 300 400
Correntre, A
Tax
a d
eDep
osi
o
, kg
/h
E71T-1;1,2mm; CO2
"Metal cored";1,2mm;CO2+Ar
S lido;1,2mm;CO2+Ar
Figura 3.5 Taxas de deposi o de arames tubulares e arame s lido[7]
Os arames tubulares s o mais caros do que os arames s lidos, no entanto,
empregando-se programas de clculo de custos da soldagem mais detalhados,
freq entemente prova-se que a diferen a de pre o do consumvel mais do que
compensada pelos ganhos de produtividade, especialmente quando predomina a
soldagem nas posi es plana e horizontal.
Segundo Stridh[8], o custo total de produ o de um componente de carro, fabricado
com soldagem robotizada, utilizando-se um arame tubular tipo metal cored com
1,4mm de di metro menor que com o uso de arame s lido de 1,0mm de di metro,
conforme representado na tabela III.1, embora n o tenham sido informados os
par metros de soldagem, nem as composi es dos gases de prote o ternrios
utilizados.
Corrente, A
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Tabela III. 1 : Avalia o de custo de produ o entre arame s lido e metal cored [8]
Componente de carro
Comprimento total do cord o de solda: 31 cm
Arame s lido 1,0mm Metal cored 1,4mm Diferen a
Tempo de ciclo (s) 58,6 40 -31%
Velocidade soldagem (m/min) 0,6 1,5 +150%
Tempo de soldagem (s) 31 12,4 -60%
Tempo de movimenta o rob (s) 27,6 27,6
Tempo de ciclo/unidade (s) 58,6 40 -31%
Tempo de prepara o (s) 10 10
Nmero de unidades/h 52 72
Arame s lido 1,0mm Metal cored 1,4mm
Arame consumido/unidade (kg/un) 0,014 0,014
Pre o arame (/kg) 0,77 4,36
Custo arame (/un) 0,0106 0,0612
Consumo de Gs (m3/un) 0,018 0,014
Pre o do gs (/m3) 2,47 2,83
Custo do gs (/un) 0,04 0,04
Custo de energia (/un) 0,0047 0,0047
Custo Rob +Operador (/h) 103,06 103,06
Custo Rob +Operador (/un) 1,68 1,43
Custo Total (/un) 1,73 1,55
Outros argumentos que suportam o uso de arames tubulares em substitui o a
arames s lidos s o o risco reduzido de defeitos de falta de fus o lateral, melhor
penetra o, menos respingos e uma menor probabilidade de ocorrncia de
porosidade (os arames tubulares mais modernos podem apresentar um teor de
hidrognio difusvel muito baixo e uma alta resistncia reabsor o de umidade). A
figura 3.6 exemplifica a diferen a dos perfis de cord es entre arame s lido e arame
tubular em uma junta de filete.
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12
Uma diferen a essencial entre os arames s lidos e os arames tubulares para a
soldagem com gs de prote o o modo de transferncia metlica[5,9].
a) Arame s lido 1,0 mm - Gs : Mistura (Ar + CO2)
b) Arame tubular E71T-1 1,6 mm - Gs : 100 % CO2
Figura 3.6 Perfis de cord es em junta T[5]
Arames s lidos, que necessitam de uma mistura Ar + CO2 para a soldagem,
produzem um arco pequeno e uma transferncia de metal muito localizada. As
gotas atravessam o arco ao longo de uma linha de centro, uma ap s outra a uma
alta freq ncia, sendo que isso pode ser visto no cone caracterstico do arco. Por
causa dessa transferncia axial, as gotas penetram na po a de fus o dentro de uma
rea de proje o relativamente pequena. Conseq entemente, toda a energia
contida nas gotas fica concentrada nessa rea.
Arames tubulares possuem um arco mais largo. As gotas espalham-se e criam uma
rea de proje o maior, distribuindo, portanto, toda a energia de soldagem mais
uniformemente. Essa diferen a nas caractersticas do arco entre os arames s lidos
e os arames tubulares tem um efeito significativo na qualidade do metal de solda.
Tipicamente, a penetra o de arames s lidos pequena e estreita, ou seja, uma
penetra o caracterstica no formato dediforme (finger). Embora o arco do arame
s lido tenda a escavar profundamente o metal de base, h um risco de defeitos de
a) b)
-
13
falta de fus o por causa da penetra o em forma de dedo conforme mostrado na
figura 3.7. O menor desalinhamento da tocha de soldagem pode causar uma falta
de fus o lateral para uma junta em ngulo. A penetra o dos arames tubulares tem
uma forma mais rasa, porm mais larga, possibilitando uma toler ncia muito maior
para desalinhamentos da pistola e, adicionalmente, reduzindo os riscos de defeitos
de falta de fus o.
a) Arame S lido 1,32 mm; ER70S-6; Gs de Prote o: 92% Ar + 8% CO2;
360 A / 31 V / 220 mm/min.
b) Metal cored 1,4mm; E70C-6M; Gs de Prote o: 92% Ar + 8% CO2;
360 A / 31 V / 220 mm/min.
Figura 3.7 Perfil de cord o com finger para o arame s lido[9]
Algumas diferen as adicionais s o encontradas na aparncia do cord o,
especialmente para correntes de soldagem maiores, onde a transferncia axial de
gotas dos arames s lidos cria uma po a de fus o turbulenta e ondulada. Como
resultado, os cord es de solda podem n o ser planos, podendo exibir um aspecto
rugoso e uma molhabilidade irregular nas laterais. O arco mais largo dos arames
tubulares produz uma po a de fus o calma e plana que promove um cord o de
solda de aspecto liso e com boa molhabilidade.
O aparecimento de uma proje o partindo da base elptica de um cord o de solda
conhecido como finger [10] e este fen meno influencia diretamente na
homogeneidade qumica do material na regi o da solda. E esta regi o do cord o, o
a) b)
-
14
finger, apresenta-se bastante rica em metal de base na regi o inferior e bastante
rica em metal de adi o na parte superior. O resultado desta heterogeneidade pode
ocasionar o aparecimento de pequenas ilhas de material de base, n o misturados,
dispersos na matriz do material de solda. O aparecimento destas pequenas ilhas
pode ser melhor observado quando existe uma maior diferen a de composi o
entre o metal de base e o metal de adi o. Este fen meno requer uma aten o
especial, principalmente quando ocorre uma maior concentra o de carbono nesta
regi o, pois isto pode induzir a forma o de trincas, ocasionando assim uma
redu o na resistncia do material nesta regi o. Acrescenta-se tambm que, esta
morfologia do cord o resulta em uma maior restri o da junta, com uma maior
possibilidade de falhas (falta de fus o) ao longo da solda e este fato , ainda, mais
relevante na soldagem robotizada que n o tem a figura do soldador para compensar
estas falhas durante a soldagem[7].
Moore[11,12], caracterizou as microestruturas e morfologia de cord es dos processos
de soldagem Laser (8,9kW), MAG (com arame s lido de 1,0mm European
Standard EN 440:1995-GO e com metal cored European Standard EN 758:1997
T 42 2 M M 1 H10) e o Hbrido (Laser/MAG). Para este estudo utilizou-se cord es
sobre chapa de a o carbono X60 de 16mm de espessura, corrente de soldagem de
200-220 A e tens o do arco de 21-24V.
Os resultantes do estudo revelaram que para o processo Laser ocorreu o perfil
finger na sua totalidade; para o processo MAG com arame s lido e com arame
tubular n o ocorreu o perfil finger; j para o processo Hbrido (Laser/MAG),
semelhante ao que ocorre em processo MAG convencional com arame s lido em
altas correntes, ocorreu o perfil finger. A figura 3.8 mostra os perfis dos cord es
para o processo MAG (A), para o processo Laser (B) e para o processo Hbrico (C).
-
15
Figura 3.8 Perfis dos cord es: (A) processo MAG, (B) processo Laser e
(C) processo Hbrido[11,12]
Relacionando-se os aportes de calor de cada processo de soldagem do trabalho de
Moore[11,12] com os perfis resultantes de cada cord o de solda, percebe-se que a
ocorrncia do finger pode estar diretamente relacionada com um excesso de
energia que funde o metal base, potencial de dilui o do processo de soldagem. No
processo MAG, a energia do processo foi gasta para fundir o consumvel e parte do
metal base (dilui o 40%) sem finger; no processo Laser (sem consumvel) toda
energia foi gasta para fundir o metal base (dilui o 100%) totalmente finger e no
processo hbrido, houve um excesso de energia que fundiu mais o metal base que o
consumvel (dilui o 80%) ocorrncia de finger.
Moore[11,12] identificou as microestruturas dos cord es resultantes de cada processo
de soldagem estudado. A solda do processo MAG (metal cored) apresentou
inclus es de xidos provenientes do metal cored que promoveram a ocorrncia de
nucleantes intergranulares, que resultou numa microestrutura de ferrita acicular com
pequenas quantidades de outras fases presentes, conforme mostra a figura 3.9.
-
16
Figura 3.9 Microestrutura resultante do processo MAG[12]
J a solda do processo Laser apresentou pequenas inclus es, mas as nuclea es
intergranulares n o promoveram a forma o de ferrita acicular, mas sim de ferrita
com segunda fase alinhada e bainita conforme mostra a figura 3.10. Esta
microestrutura n o permite bons resultados de impacto Charpy, ou seja, apresenta
baixa tenacidade.
Figura 3.10 Microestrutura resultante do processo Laser[12]
A solda do processo hbrido, segundo Moore, apresentou uma significante
quantidade de nuclea o intergranular proveniente das inclus es do metal
cored/arame s lido, quando comparado com a solda de Laser. Contudo a
microestrutura foi mais pr xima da do Laser, contento ferrita acicular e ferrita com
segunda fase alinhada, conforme mostra a figura 3.11.
Ferrita Acicular
Ferrita com segunda fase alinhada
Bainita
-
17
Figura 3.11 Microestrutura resultante do processo Hbrido[12]
Tanto o arame s lido quanto o arame metal cored apresentam inclus es de xidos
que contribuem para a nuclea o da fase ferrita acicular na solidifica o do metal
lquido. O metal cored apresenta uma percentagem de xidos maior que o arame
s lido. Isto se deve s camadas de xidos nas superfcies dos p s metlicos que
est o presentes em seu interior (fluxo).
A microestrutura tambm foi influenciada pelo aporte de calor e pela dissipa o de
calor na junta soldada. Nas figuras 3.12 e 3.13, s o apresentados o grfico de
temperaturas de pico e o diagrama de dissipa o de calor das soldas dos processos
estudados por Moore[11,12] , respectivamente.
Camadas intergranular- mente nucleadas
Ferrita Acicular
Ferrita com segunda fase alinhada
-
18
Tempo (s)
Figura 3.12 Temperatura de Pico dos processos MAG, Laser e Hbrido[12]
Figura 3.13 Diagrama de dissipa o de calor: (A) MAG, (B) Laser e (C) Hbrido[12]
A dureza em Vickers das soldas resultantes dos processos Laser, MAG e hbrido
s o apresentadas na tabela III.2. O constituinte ferrita acicular apresenta menor
dureza e maior tenacidade que os constituintes ferrita com segunda fase alinhada e
bainita; porm a microestrutura resultante do processo Hbrido, apesar de
apresentar o constituinte ferrita com segunda fase alinhada, alm de ferrita acicular,
apresentou a menor dureza entre os trs processos de soldagem, a menor dureza
era esperada para a microestrutura de ferrita acicular do processo MAG. Isto
Hbrido MAG Laser
Temperatura (C)
-
19
provavelmente ocorreu devido ao maior aporte de calor do processo Hbrico, figura
3.12, e a menor dissipa o do calor na pe a soldada, figura 3.13.
Tabela III. 2 : Resultado de dureza mdia nos processos Laser, MAG e Hbrido[12]
Processo Dureza Cord o Dureza ZTA Metal Base
(HV) (HV) (HV)
Laser 360 334 195
MAG 322 349 195
Hbrido (Laser/MAG) 316 300 195
Comparando-se o metal cored com o arame s lido, o arco estvel e a forma de
transferncia do metal cored proporcionam uma solda isenta de falta de fus o,
mantendo uma boa penetra o, sendo possvel um menor volume de solda para
garantir as mesmas propriedades da junta[13], conforme mostrado na figura 3.14. Na
soldagem automatizada o arame tubular metal cored apresenta uma maior
toler ncia quanto qualidade de prepara o da junta[2].
-
20
a) b)
Figura 3.14 Perfis de juntas em T com (a) s lido e (b) arame tubular[13]
Uma quantidade reduzida de respingos outra vantagem freq entemente oferecida
pelos arames tubulares. Por exemplo, os arames tubulares rutlicos s o
praticamente livres de respingos no modo de transferncia por aerossol,
especialmente quando soldados com mistura como gs de prote o. Arames
s lidos produzem nveis de respingos significativamente maiores, especialmente
quando soldados no modo de transferncia por curto-circuito ou globular. Arames
tubulares oferecem maior facilidade de evitar o modo de transferncia globular
atravs de um aumento da tens o do arco.
Huhtala[14] constatou a melhor aparncia do cord o de solda com o uso de um
metal cored de 1,4mm em substitui o ao arame s lido de 1,0mm de di metro na
soldagem robotizada de andaimes, conforme figura 3.15.
-
21
a) Andaime
b) Arame s lido 1,0 mm - Gs de prote o : 80 % Ar + 20 % CO2
c) Metal Cored 1,4 mm - Gs de prote o : 80 % Ar + 20 % CO2
Figura 3.15 Aspecto visual de cord es de solda de metal cored e arame s lido[14]
3.4. Caractersticas do Metal Cored
O arame tubular metal cored considerado um tipo especial de consumvel para
soldagem, apresentando umas caractersticas similares ao arame tubular flux
cored e outras similares ao arame s lido.
Algumas vantagens do arame tubular metal cored sobre o arame s lido s o
apresentadas a seguir[2,3]:
b)
c)
a)
-
22
- Alta taxa de deposi o Quando compara-se um metal cored com um arame
s lido de mesmo di metro, o arame tubular deposita cerca de 10-20% a mais;
- Pequena forma o de esc ria sobre o cord o de solda;
- Baixa gera o de respingos;
- Melhor aparncia do cord o de solda;
- Menor gera o de fumos de soldagem;
- Possibilidade de uso de um di metro maior que o arame s lido;
- Baixo teor de hidrognio difusvel;
- Maior flexibilidade quanto composi o qumica de metal depositado.
Quanto as desvantagens do metal cored, pode-se citar[3]:
- Apresenta um custo maior que o arame s lido. Porm, para os a os de baixa
liga esta diferen a de custo reduz, chegando em alguns casos a igualar ao
arame s lido;
- Pelo uso da mistura de arg nio e CO2 como gs de prote o, a radia o
ultravioleta do arco de soldagem apresenta-se maior que com o uso do CO2
puro.
3.4.1. Composi o qumica e propriedades mec nicas
As composi es qumicas requeridas do arame s lido (ASME SFA-5.18 ER70S-6) e
do metal depositado do arame tubular metal cored (ASME SFA-5.18 E70C-6M)
est o apresentadas na tabela III.3.
Tabela III. 3 : Composi es qumicas dos arames (valores simples indicam valores mximos), segundo ASME SFA5.18 [4]
Material C(%) Si(%) Mn(%) P(%) S(%) Cu(%)
ER70S-6
(Arame S lido)
0,06-0,15
0,80-1,15
1,40-1,85
0,025
0,035
0,50
E70C-6M
(Metal Depositado)
0,12
0,90
1,75
0,03
0,03
0,50
-
23
Os dois eletrodos apresentam caractersticas similares no que diz respeito a
propriedade mec nica de metal depositado e atendem norma ASME SFA 5.18
neste requisito, conforme a tabela III.4.
Tabela III. 4 : Propriedades mec nicas mnimas dos arames, segundo ASME SFA 5.18[4]
Material Limite de Escoamento
(MPa)
Limite de Resistncia
(MPa)
Alongamento (%)
Charpy V 29 C (J)
ER70S-6 E70C-6M
400
480
22
27
3.4.2. Resistividade Eltrica
Relacionada resistncia eltrica, existe a propriedade fsica resistividade r , que
uma caracterstica do material, e n o de uma amostra dada do mesmo; para
materiais isotr picos definida como
r = E / j . (1)
As unidades de r s o as de E (V/m) divididas pelas de j (A/m2), o que equivalente
a W.m[15].
As resistividades eltricas s temperaturas ambiente e de fus o do arame tubular
metal cored e do arame s lido s o apresentadas a seguir na tabela III.5.
-
24
Tabela III. 5 : Resistividade Eltrica dos arames metal cored e s lido s temperaturas ambiente e de fus o [6,16,17,18,19]
Resistividade (10-7 ohm.m)
Temperatura Ambiente Temperatura de Fus o
Arame Pela rea
total
Pela rea da
Fita metlica
Pela rea
total
Pela rea da
Fita metlica
Metal Cored 1,2mm 1,48 1,15 14,1 11,0
Arame S lido 1,2mm 3,83 - 15,3 -
Estes resultados indicam que o arame metal cored apresenta uma maior
condutividade eltrica que o arame s lido, considerando a rea total ou somente a
rea da fita do arame tubular metal cored, podendo este fato contribuir para a
melhor estabilidade de arco do arame tubular metal cored frente ao arame s lido.
3.4.3. Velocidade de Fus o
Na soldagem GMAW e em outros processos de soldagem com eletrodo consumvel,
o material do eletrodo precisa ser aquecido desde a sua temperatura inicial, pr xima
da temperatura ambiente, at a sua temperatura de fus o e a seguir, ser fundido e
separado do eletrodo. A velocidade com que o eletrodo fundido deve ser, em
mdia, igual velocidade que este alimentado de forma a manter um
comprimento de arco relativamente constante. Nestas condi es, para os processos
GMAW, FCAW e SAW operados em condi es nas quais ocorrem apenas poucos
curtos circuitos, pode-se considerar que um estado estacionrio seja atingido no
qual o comprimento energizado do eletrodo mantido relativamente constante se a
dist ncia do bico de contato pe a n o for alterada. Assim, a distribui o de
temperatura no eletrodo deve se manter aproximadamente constante durante a
soldagem[16]. Modelos para o clculo da distribui o de temperatura no eletrodo em
processos de soldagem foram apresentados por diversos autores para o processo
GMAW [20,21].
-
25
A velocidade de fus o do eletrodo um aspecto fundamental do processo de
soldagem. Ela influencia a produtividade do processo e as suas caractersticas
operacionais como, por exemplo, a capacidade de soldar em diferentes posi es e
o formato do cord o. Por outro lado, varia es inesperadas ou controladas de forma
inadequada da velocidade de fus o do arame ou a incapacidade, por motivos
diversos, de manter a igualdade desta velocidade com a velocidade de alimenta o
de arame s o causas freq entes de instabilidade do arco eltrico no processo de
soldagem.
Para o processo GMAW, a fus o do eletrodo controlada principalmente pelo calor
transferido do arco para a ponta do eletrodo e pelo calor gerado por efeito Joule ao
longo do eletrodo e a seguinte equa o emprica descreve a velocidade de fus o de
arame (w)[22]:
w = a I + b sI2 . (2)
Na equa o 2, a e b s o, respectivamente, coeficientes indicativos da contribui o
do arco e do efeito Joule para a fus o do eletrodo, s o comprimento energizado do
eletrodo e I a corrente de soldagem.
O coeficiente b representa a contribui o do efeito Joule no arame para a sua fus o
e, portanto, depende principalmente da composi o e das condi es do arame.
Este termo importante para arames de a o, particularmente os de pequeno
di metro, mas desprezvel para arames de metais de elevada condutividade
eltrica (alumnio e cobre).
O coeficiente a representa a contribui o do aquecimento an dico pelo arco
(soldagem com eletrodo positivo) e, na soldagem GMAW, parece depender
principalmente da composi o do eletrodo. Resultados experimentais indicam que
este coeficiente , em uma primeira aproxima o, independente da corrente de
-
26
soldagem, da composi o do gs de prote o, do comprimento e tens o do arco
das condi es superficiais do arame, da geometria da junta e da press o [22,23,24,25]
O modelo clssico para a velocidade de fus o do tipo w = a I + b sI2 descreve
satisfatoriamente a fus o dos arames tubulares, apesar das suas diferen as em
rela o aos arames s lidos.
Como na soldagem com arames s lidos com prote o gasosa, os coeficientes de
fus o a e b para a soldagem com os arames tubulares rutlico, bsico e metal
cored parecem independer do comprimento energizado do eletrodo e da
composi o do gs de prote o. Os coeficientes a e b para os arames tubulares
rutlico e bsico s o maiores do que os de um arame s lido de a o carbono de
mesmo di metro nominal. Entretanto, os coeficientes obtidos do arame metal
cored s o pr ximos aos do arame s lido. O arame metal cored apresenta
velocidades de fus o mais pr ximas s de arames s lidos[16,17,26,27], conforme pode
ser visto na tabela III.6.
Tabela III. 6 : Valores dos coeficientes da equa o da velocidade de fus o para o metal cored e o arame s lido com gs de prote o 75% Ar e 25% CO2
[6,17]
Arame aaaa (mm/s.A) bbbb (10-5 1/s.A2)
Metal Cored 1,2mm 0,33 5,8
Arame S lido 1,2mm 0,27 5,9
A equa o 2 mostra que uma vez estabelecidos os coeficientes a e b, o
comprimento energizado do eletrodo (stick out), s, tem uma grande contribui o no
resultado da velocidade de alimenta o do arame, conforme mostra a figura 3.16.
-
27
Figura 3.16 Efeito do stick out na velocidade de fus o do metal cored [16]
Estudos realizados por Starling et al.[16] mostraram a rela o entre arames tubulares
e arame s lido no que diz respeito velocidade de fus o dos mesmos. Mantendo-
se constantes a bitola dos arames, gs de prote o e comprimento de arco,
variaram o comprimento energizado do arame em 16,05 e 20,05mm e obtiveram as
velocidades de fus o apresentadas a seguir nas figuras 3.17 e 3.18.
Figura 3.17 Velocidade de fus o de arames com stick out de 16,05mm [16]
-
28
Figura 3.18 Velocidade de fus o de arames com stick out de 20,05mm [16]
Os resultados mostraram que o metal cored apresenta uma maior velocidade de
fus o que o arame s lido, porm n o t o expressiva quanto s velocidades de
fus o dos arames tubulares bsico e rutlico. A diferen a entre as velocidades de
fus o do metal cored e do arame s lido mantiveram-se praticamente constante
para as duas condi es do stick out (16,05 e 20,05mm).
Uma considera o a ser feita a de que a literatura (Widgery [7]) sugere resultados
de taxas de deposi o de metal cored maiores que a do arame s lido e mais
expressivos que a diferen a retratada pelas velocidades de fus o dos dois arames
nas condi es do estudo realizado.
Baseando-se na divergncia citada no pargrafo anterior, para a compara o entre
metal cored e arame s lido, acrescida da menor resistividade do metal cored
(maior condutividade) e melhor estabilidade de arco; os ensaios da parte
experimental desta disserta o foram estruturados para verificar a influncia do
stick out na taxa de deposi o do metal cored
-
29
3.5. Soldagem Robotizada Os rob s industriais tm evoludo a cada dia na busca de satisfa o das exigncias
das indstrias para automa o de processos. Dentre as justificativas de uso de
rob s nas indstrias encontra-se: rapidez, precis o e eficincia, alm de redu o
considervel dos custos de fabrica o atravs da automa o de processos.
O setor de processos de soldagem, principalmente no setor de pe as automotivas
devido elevada competitividade deste setor[14], tem sido o maior empreendedor na
utiliza o de rob s devido exigncia por repetibilidade de processo, ciclos de
produ o mais rpidos e boa aparncia da solda; n o sendo descartada a utiliza o
dos rob s em pintura, movimenta o de cargas e processos n o ergon micos[28]. A
figura 3.19 (a) exemplifica a utiliza o de rob s na fabrica o de componentes
automotivos e a figura 3.19 (b) mostra a pe a manifold fabricada neste processo
de soldagem.
a) b)
Figura 3.19 Soldagem robotizada (a) com metal cored de (b) manifold [28,30]
-
30
Softwares tm sido criados para permitir a programa o off-line dos rob s em
soldagem para defini o de seq ncias de soldagem e otimiza o dos ciclos de
trabalho, evitando desta maneira paradas das linhas de produ o[29].
Segundo Tony Rydn[1], o arame metal cored ideal para soldagem robotizada
deve:
- crucial apresentar uma solda com bom aspecto visual. O fator mais importante
a penetra o da solda, a geometria de cord o e a molhabilidade do mesmo.
Estes aspectos melhoram a qualidade da junta soldada sujeita a esfor os
din micos como vibra o (melhor resistncia fadiga);
- Baixo ndice de respingos, reduzindo custos de limpeza dos componentes
soldados;
- Ter uma boa alimenta o durante a soldagem, visto que a produtividade
depende da continuidade do processo e que a soldagem robotizada um
importante elo da corrente produtiva.
Arames tubulares metal cored com 1,4mm de di metro tm sido utilizados em
soldagem robotizada para chapas com 30mm ou mais de espessura, em tubos e
chapas finas de 1,0mm de espessura, em substitui o arames s lidos com
di metros de 1,0 e 1,2mm. Nesta soldagem utiliza-se mistura de gases (Arg nio e
CO2), apresentando melhores alimenta o do arame e qualidade da solda quando
comparado com o uso de arame s lido. Em muitas aplica es, este processo de
soldagem mais efetivo, levando a um menor custo total para soldagem de
componentes automotivos[14,30,31]. Um exemplo de anlise de viabilidade est
mostrado no item 3.3, tabela III.1.
A literatura[1,8,14,30] sugere o di metro de 1,4mm, para o metal cored como o
di metro timo para aplica es robotizadas, sendo possvel cobrir uma ampla faixa
de espessura de chapas e dimens es de filetes (2 6 mm em um nico passe).
Aliado a esta possibilidade de utiliza o de di metros maiores, os arames tubulares
metal cored mostram-se mais tolerantes s irregularidades nas prepara es de
-
31
juntas e menos sensveis a ocorrncia de furos durante a soldagem de chapas
finas.
-
32
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Neste captulo ser o apresentados os materiais, os equipamentos e a metodologia
empregados no estudo comparativo da soldagem robotizada com arame tubular
metal cored e o arame s lido.
4.1 Cord es sobre chapa
O metal de base utilizado neste trabalho foi o a o ASTM A36, com espessura de
12,7mm, largura de 130mm e comprimento de 330mm.
Os consumveis utilizados foram o arame tubular metal cored E70C-6M com 1,2 e
1,4mm de di metro e o arame s lido ER70S-6 com 1,2mm de di metro. Estes
consumveis s o classificados segundo a norma ASME SFA5.18 e suas
composi es qumicas e propriedades mec nicas s o apresentadas nas tabelas
III.3 e III.4, respectivamente.
A mistura de 75% Ar e 25% CO2 foi utilizada como gs de prote o, tanto para
soldagem com arame s lido como para soldagem com arame tubular metal cored.
Para a soldagem foi utilizado um rob com seis graus de liberdade, equipado com
dispositivos para soldagem GMAW, do Laborat rio de Rob tica, Soldagem e
Simula o da UFMG, mostrado na figura 4.1. A fonte de energia convencional foi a
mquina de solda: Motoarc 450 da Motoman. Foi utilizada a placa de aquisi o de
dados: DAQBOARD / 2000 para calibra o dos par metros de soldagem.
-
33
Figura 4. 1 - Rob : Motoman SK6
Foram depositados cord es simples de solda sobre chapas para determinar a
morfologia dos cord es do arames metal cored e s lido. A tabela IV.1 mostra os
par metros utilizados na soldagem de cada cord o e a figura 4.2 mostra os
consumveis utilizados. O ngulo entre a tocha de soldagem e as chapas soldadas
foi de 90 .
Figura 4. 2 Arame tubular metal cored e arame s lido
-
34
Tabela IV. 1 : Par metros de soldagem dos cord es
Cord o
Corrente A(CC+)
Tens o V
Consumvel
Stick-out
(mm) Velocidade
Soldagem(cm/min.) Gs
1 100 19 s lido 19 30 C25 (12l/min) 2 200 24 s lido 19 30 C25 (12l/min) 3 250 27 s lido 19 30 C25 (12l/min) 4 300 30 s lido 19 30 C25 (12l/min) 5 350 33 s lido 19 30 C25 (12l/min) 6 100 19 mc 1,2mm 19 30 C25 (12l/min) 7 200 24 mc 1,2mm 19 30 C25 (12l/min) 8 250 27 mc 1,2mm 19 30 C25 (12l/min) 9 300 30 mc 1,2mm 19 30 C25 (12l/min) 10 350 33 mc 1,2mm 19 30 C25 (12l/min) 11 100 19 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 12 200 24 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 13 250 27 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 14 300 30 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 15 320 33 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 16 100 28 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 17 200 29 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 18 250 30 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 19 300 33 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 20 320 34 mc 1,2mm 25 30 C25 (18l/min) 21 100 28 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 22 200 29 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 23 250 30 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 24 300 33 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 25 350 34 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 26 136 28 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 27 272 30 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 28 340 34 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min) 29 410 34 mc 1,4mm 25 30 C25 (18l/min)
Neste trabalho, os valores de Corrente e Tens o s o nominais e o stick out a
dist ncia entre bico de contato da tocha de soldagem e a chapa a ser soldada.
4.2 Caracteriza o dos perfis dos cord es
Para cada cord o soldado, foi realizada uma macrografica da se o transversal,
utilizando-se tcnica padr o e ataque de Nital 3%, com o objetivo de avaliar o perfil
de cada cord o.
-
35
Para verifica o e coleta de dados dos perfis dos cord es, foi utilizado um
microsc pio metalogrfico Olympus SZ-ST com aumento de 5 vezes, uma mquina
fotogrfica digital SONY Hiper HAD CCD-IRIS/RGB com adaptador SONY CMA-
D2.
Os cord es foram caracterizados atravs da medida de penetra o, largura, refor o
e reas dos cord es atravs do Quanticov (Image Analyzer) ' 2002.
Foram realizadas medidas de dureza Vickers com um microdur metro de bancada
ZWICK modelo 3202, e anlise qumica, via espectrofot metro de emiss o ptica,
de alguns cord es com e sem perfil finger com o objetivo de completar a
caracteriza o dos diferentes perfis de cord o.
4.3 Taxa de Deposi o
Para cada experimento foram realizados cord es paralelos sobre chapa, utilizando-
se os par metros definidos na tabela IV.1. Cada chapa de a o ASTM A36
(12,7mmX50mmX150mm) foi limpa, pesada e identificada antes do experimento. O
tempo de arco aberto foi registrado, bem como os comprimentos dos cord es. Cada
chapa com os cord es foi pesada ap s o experimento. A equa o 3 foi utilizada
para calcular a taxa de deposi o de cada experimento.
A taxa de deposi o = (Peso final da chapa peso inicial da chapa) (kg) (3)
Tempo de arco aberto (h)
Utililizou-se, na determina o da taxa de deposi o, os mesmos equipamentos
usados para os testes de soldagem do item 4.1.
-
36
4.4 Avalia o dos resultados: aplica o de Teste de Hip tese para mdia utilizando as Distribui es t de Student [32]
Com o objetivo de comparar o arame metal cored e o arame s lido, alguns
resultados obtidos neste trabalho foram avaliados atravs da aplica o do teste de
hip tese para a diferen a entre os dois arames, usando-se a distribui o t de
Student em um nvel de signific ncia de 5%.
As distribui es t s o apropriadas para o uso como estatsticas de teste, visto que
as inferncias estatsticas utilizadas para valida o do mtodo foram realizadas
para amostras de tamanho reduzido (n
-
37
2
^2
1
^2^
21
nnXX
sss +=-- -
(5)
Se a hip tese nula verdadeira, e sabendo-se que 2a= 2b, ent o, a fim de testar a
hip tese nula, de que as mdias populacionais eram iguais, teremos que
1 = 2 ou 1 - 2 = 0
De modo mais geral, teremos 1 - 2 = D. Assim, sistematicamente, foi testada a
hip tese:
=
211
210
:
:
mmmm
H
H
Como a hip tese nula envolve uma igualdade suposta como 1 = 2* os testes
realizados foram bilaterais e assim, t pode ser calculado como:
21
^
21
---
--
-=
XX
XXt
s
(6)
O teste de hip tese utilizado levou em considera o os seguintes pressupostos:
- Nvel de signific ncia: 5%
- Nmero de anlises realizadas com arame s lido (n1 ): 3
- Numero de anlises realizadas com arame tubular metal cored (n2): 3
- Nmero de graus de liberdade (gl1) = 4
- T crtico tabelado para teste bilateral: 2,776
1 Nmero de graus de liberdade= n1+ n2 2 (Teste bilateral)
-
38
5. RESULTADOS E DISCUSS O
Neste captulo foram relatados e discutidos os resultados encontrados com os
experimentos propostos, macrografias dos cord es, anlises qumica e de dureza
do metal base, zona fundida e finger.
5.1. Perfis dos cord es
Utilizando-se os par metros definidos na tabela IV.1 para os diferentes
experimentos propostos, os perfis dos cord es obtidos est o apresentados na figura
5.1.
Para os cord es de 1 a 5 foram utilizados os par metros de soldagem normalmente
aplicados para o arame s lido de 1,2mm de di metro. Estes mesmos par metros de
soldagem foram utilizados para o arame metal cored de 1,2mm de di metro nos
cord es de 6 a 10.
Para os cord es de 11 a 15 foram utilizados os mesmos par metros de soldagem
utilizados nos cord es de 6 a 10, exceto o stick out que foi de 25mm, normalmente
utilizado para arames tubulares e que uma restri o para os arames s lidos.
Para os cord es de 16 a 20 foram utilizados os par metros de soldagem
normalmente empregados para os arames tubulares metal cored.
-
39
1 S lido 100A , 19V , 19mm
2 S lido 200A , 24V , 19mm
3 S lido 250A , 27V , 19mm
4 S lido 300A , 30V , 19mm
5 S lido 350A , 33V, 19mm
6 MC 1,2 100A , 19V , 19mm
7 MC 1,2 200A , 24V , 19mm
8 MC 1,2 250A , 27V , 19mm
9 MC 1,2 300A , 30V , 19mm
10 MC 1,2 350A , 33V, 19mm
11 MC 1,2 100A , 19V , 25mm
12 MC 1,2 200A , 24V , 25mm
13 MC 1,2 250A , 27V , 25mm
14 MC 1,2 300A , 30V , 25mm
15 MC 1,2 320A , 33V , 25mm
16 MC 1,2 100A , 28V , 25mm
17 MC 1,2 200A , 29V , 25mm
18 MC 1,2 250A , 30V , 25mm
19 MC 1,2 300A , 33V , 25mm
20 MC 1,2 320A , 34V , 25mm
21 MC 1,4 100A , 28V , 25mm
22 MC 1,4 200A , 29V , 25mm
23 MC 1,4 250A , 30V , 25mm
24 MC 1,4 300A , 33V , 25mm
25 MC 1,4 350A , 34V , 25mm
26 MC 1,4 136A , 28V , 25mm
27 MC 1,4 272A , 30V , 25mm
28 MC 1,4
340A , 34V , 25mm
29 MC 1,4
410A , 34V , 25mm
Figura 5. 1 Perfis dos cord es sobre chapa
-
40
Para os cord es de 21 a 25 foram utilizados os mesmos par metros de soldagem
dos cord es de 16 a 20, porm utilizou-se o arame tubular metal cored de 1,4mm
de di metro.
Para os cord es de 26 a 29 foram utilizados par metros de soldagem para o arame
metal cored de 1,4mm de di metro que mantiveram as mesmas densidades de
corrente dos cord es de 16 a 19 com arame metal cored de 1,2mm de di metro.
Comparando os resultados obtidos dos perfis dos cord es sobre chapa entre o
arame s lido de 1,2mm de di metro e o arame metal cored de 1,2mm de di metro,
pode-se observar a tendncia ocorrncia da penetra o finger para correntes a
partir de 300A para ambos, embora o formato do cord o seja diferente ( em termos
de sua largura, penetra o e refor o). Ocorreu uma exce o com o arame s lido a
350 A, pois n o houve a esperada forma o do finger".
Com o objetivo de realizar uma anlise quantitativa dos resultados obtidos dos
perfis dos cord es apresentados na figura 5.1, algumas dimens es e reas dos
cord es foram medidas. Na figura 5.2 as dimens es penetra o, largura e refor o
do cord o est o definidas.
-
41
Figura 5. 2 Dimens es do cord o de solda
A rea total do cord o foi medida conforme apresentado na figura 5.3.
Figura 5. 3 ` rea total do cord o
A rea do refor o do cord o foi medida conforme apresentado na figura 5.4.
Figura 5. 4 ` rea do refor o do cord o
Refor o
Penetra o
Largura
` rea total
` rea Refor o
-
42
Para os cord es que n o apresentaram finger, a rea sem finger igual a rea
total. Para os cord es que apresentaram o finger, identificou-se os dois pontos de
inflex o que caracterizam o surgimento do finger e uniu-se estes dois pontos com
uma curva caracterstica da parte inferior (interface entre zona fundida e metal
depositado) dos cord es sem ocorrncia de finger, conforme apresentado na
figura 5.5. A rea do finger foi calculada pela diferen a entre a rea total e a rea
sem finger, conforme apresentado na figura 5.5.
Figura 5. 5 ` rea do cord o sem finger e rea do finger
Na tabela V.1 os resultados mdios das dimens es (penetra o, largura e refor o)
de cada cord o s o apresentados. Para cada cord o, mediu-se as dimens es em
trs se es diferentes.
` rea sem finger
` rea do finger
-
43
Tabela V. 1 : Dimens es dos cord es
Cord o A(CC+) V Consumvel Penetra o(mm) Largura(mm.) Refor o(mm)
1 100 19 s lido 1,34 5,88 2,32 2 200 24 s lido 2,63 11,06 3,06 3 250 27 s lido 4,15 12,85 3,50 4 300 30 s lido 6,37 14,68 4,12 5 350 33 s lido 7,82 15,56 5,07 6 100 19 mc 1,2mm 0,79 6,96 2,01 7 200 24 mc 1,2mm 2,61 9,25 3,16 8 250 27 mc 1,2mm 4,44 12,41 3,73 9 300 30 mc 1,2mm 7,47 13,43 4,73 10 350 33 mc 1,2mm 9,09 15,66 4,95 11 100 19 mc 1,2mm 1,24 5,87 2,18 12 200 24 mc 1,2mm 2,84 11,20 3,69 13 250 27 mc 1,2mm 4,10 13,02 3,61 14 300 30 mc 1,2mm 7,83 15,32 5,12 15 320 33 mc 1,2mm 7,28 21,38 4,12 16 100 28 mc 1,2mm 1,1 8,01 1,7 17 200 29 mc 1,2mm 2,9 10,73 2,99 18 250 30 mc 1,2mm 4,63 13,23 4,01 19 300 33 mc 1,2mm 7,79 16,34 5,07 20 320 34 mc 1,2mm 7,71 18,8 4,59 21 100 28 mc 1,4mm 1,09 7,71 1,64 22 200 29 mc 1,4mm 2,23 12,07 2,64 23 250 30 mc 1,4mm 3,16 13,23 3,52 24 300 33 mc 1,4mm 4,62 14,29 3,97 25 350 34 mc 1,4mm 6,86 18,43 4,13 26 136 28 mc 1,4mm 1,46 9,73 1,96 27 272 30 mc 1,4mm 3,99 13,69 3,93 28 340 34 mc 1,4mm 7,26 17,5 4,48 29 410 34 mc 1,4mm 11,62 16,17 6,41
Para os cord es 15 e 20 n o foi possvel obter um arco estvel com a intensidade
de corrente de 350 A para as tens es desejadas de 33V e 34V, respectivamente, e
o stick out de 25mm. Este fato ocorreu, provavelmente, por estas combina es de
par metros extrapolarem curva de calibra o do sistema rob e fonte de energia
utilizados.
Na tabela V.2 os resultados mdios das reas (total, do refor o, sem finger e do
finger) de cada cord o s o apresentados. Para cada cord o mediu-se as reas em
trs amostras diferentes.
-
44
Tabela V. 2 : ` reas dos cord es
Cord o
A(CC+)
V
Arame
` rea total (mm2)
` rea sem finger (mm2)
` rea do refor o (mm2)
` rea do finger (mm2)
1 100 19 s lido 14,06 14,06 10,69 0 2 200 24 s lido 35,92 35,92 22,09 0 3 250 27 s lido 60,03 51,33 33,31 8,7 4 300 30 s lido 90,06 73,95 45,49 16,11 5 350 33 s lido 125,06 125,06 62,66 0 6 100 19 mc 1,2mm 13,12 13,12 10,48 0 7 200 24 mc 1,2mm 39,36 39,36 23,51 0 8 250 27 mc 1,2mm 63,93 57,66 36,4 6,27 9 300 30 mc 1,2mm 91,88 75,39 49,53 16,49 10 350 33 mc 1,2mm 119,9 99,5 62,88 20,4 11 100 19 mc 1,2mm 14,3 14,3 10,27 0 12 200 24 mc 1,2mm 47,46 47,46 31,6 0 13 250 27 mc 1,2mm 60,98 55,51 38,85 5,47 14 300 30 mc 1,2mm 98,66 79,29 60,73 19,37 15 320 33 mc 1,2mm 117,81 97,73 63,37 20,08 16 100 28 mc 1,2mm 15,53 15,53 10,73 0 17 200 29 mc 1,2mm 44,77 44,77 25,9 0 18 250 30 mc 1,2mm 70,09 60,39 41,35 9,7 19 300 33 mc 1,2mm 109,87 81,37 62,03 28,5 20 320 34 mc 1,2mm 117,38 92,27 62,81 25,11 21 100 28 mc 1,4mm 15,24 15,24 10,28 0 22 200 29 mc 1,4mm 39,92 39,92 21,99 0 23 250 30 mc 1,4mm 60,31 60,31 34,12 0 24 300 33 mc 1,4mm 80,59 80,59 43,94 0 25 350 34 mc 1,4mm 116,81 97,9 56,88 18,91 26 136 28 mc 1,4mm 24,08 24,08 13,23 0 27 272 30 mc 1,4mm 73,38 73,38 41,76 0 28 340 34 mc 1,4mm 124,14 98,87 64,38 25,27 29 410 34 mc 1,4mm 164,94 125,46 85,33 39,48
As taxas de deposi o dos arames foram medidas segundo o item 4.3 e est o
apresentadas na tabela V.3.
-
45
Tabela V. 3 : Taxa de deposi o dos experimentos
Cord o
A(CC+)
V
Arame
` rea do refor o (mm2)
Taxa Deposi o (kg/h)
1 100 19 s lido 10,69 1,14 2 200 24 s lido 22,09 2,93 3 250 27 s lido 33,31 4,16 4 300 30 s lido 45,49 5,60 5 350 33 s lido 62,66 7,65 6 100 19 mc 1,2mm 10,48 1,15 7 200 24 mc 1,2mm 23,51 2,88 8 250 27 mc 1,2mm 36,4 4,48 9 300 30 mc 1,2mm 49,53 5,99 10 350 33 mc 1,2mm 62,88 7,54 11 100 19 mc 1,2mm 10,27 1,30 12 200 24 mc 1,2mm 31,6 3,50 13 250 27 mc 1,2mm 38,85 5,11 14 300 30 mc 1,2mm 60,73 7,34 15 320 33 mc 1,2mm 63,37 7,37 16 100 28 mc 1,2mm 10,73 1,18 17 200 29 mc 1,2mm 25,9 3,22 18 250 30 mc 1,2mm 41,35 4,92 19 300 33 mc 1,2mm 62,03 6,99 20 320 34 mc 1,2mm 62,81 7,54 21 100 28 mc 1,4mm 10,28 1,02 22 200 29 mc 1,4mm 21,99 2,70 23 250 30 mc 1,4mm 34,12 4,11 24 300 33 mc 1,4mm 43,94 5,29 25 350 34 mc 1,4mm 56,88 6,88 26 136 28 mc 1,4mm 13,23 1,50 27 272 30 mc 1,4mm 41,76 5,09 28 340 34 mc 1,4mm 64,38 6,83 29 410 34 mc 1,4mm 85,33 9,91
Os resultados apresentados nas tabelas V.1, V.2 e V.3 foram colocados na forma
de grficos para uma melhor anlise dos dados. Quanto legenda, par metros de
soldagem est o na tabela IV.1, tem-se:
- S lido 1,2 Cord es de 1 a 5; - MC 1,2 S 19 Cord es de 6 a 10; - MC 1,2 S 25 Cord es de 11 a 15; - MC 1,2 S 25 T Cord es de 16 a 20; - MC 1,4 S 25 Cord es de 21 a 25.
-
46
Na figura 5.6, verifica-se um aumento da penetra o dos cord es com o aumento
da corrente, sendo que os arames tubulares apresentam uma maior penetra o que
o arame s lido a partir da corrente de 200 A, exceto para o arame metal cored de
1,4mm de di metro, que foi soldado com uma densidade de corrente menor que os
demais.
0
2
4
6
8
10
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
Pen
etra
o
(m
m)
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 6 Grfico da penetra o da solda X corrente
-
47
Na figura 5.7, verifica-se, tambm, um aumento da largura dos cord es com o
aumento da corrente, sendo que o arame meta cored de 1,2mm de di metro com
stick out de 19 apresentou as menores larguras com o aumento da corrente.
Quanto ao arame metal cored com 1,4mm de di metro, este apresentou a maior
tendncia de aumento da largura com o aumento da corrente, apesar do valor
encontrado a 300 A.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
Lar
gu
ra (
mm
)
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 7 Grfico da largura do cord o X corrente
-
48
Na figura 5.8, verifica-se um aumento do refor o dos cord es com o aumento da
corrente, sendo que os arames tubulares apresentam um maior refor o que o arame
s lido, exceto para o arame metal cored de 1,4mm de di metro, que foi soldado
com uma densidade de corrente menor que os demais.
0
1
2
3
4
5
6
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
Ref
or
o (
mm
)
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 8 Grfico do refor o da solda X corrente
Um fato a ser destacado nos grficos 5.6, 5.7 e 5.8, o comportamento alternado
(zigue zague) entre os resultados de MC 1,2 S 25 e de MC 1,2 S 25 T ,
principalmente para os resultados de largura e refor o; os quais influenciam
diretamente na rea do refor o e conseq entemente para na taxa de deposi o
para cord es sobre chapa.
-
49
A rea do refor o a medida que est diretamente relacionada com a taxa de
deposi o dos arames nestes experimentos realizados. Na figura 5.9, verifica-se
que a rea do refor o aumenta com o aumento da corrente. O arame metal cored
MC 1,2 S 19 apresenta uma rea de refor o maior ou igual a do arame s lido
1,2mm. O arame metal cored de 1,4mm apresenta uma rea de refor o similar a
do arame s lido de 1,2mm. Os resultados de MC 1,2 S 25 e o de MC 1,2 S 25T
apresentam-se com reas de refor o maiores que a dos demais arames, n o sendo
preciso verificar qual curva tenha os maiores resultados em rea de refor o.
0
10
20
30
40
50
60
70
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
`re
a d
o r
efo
ro
(m
m2 )
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 9 Grfico da rea de refor o X corrente
-
50
Na figura 5.10, verifica-se a correla o entre as reas de refor o medidas nos
cord es com as taxas de deposi o obtidas de acordo com o item 4.3. A correla o
pode ser considerada linear apesar de alguma discrep ncia nos resultados.
Taxa de Deposi o X ` rea de Refor o
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
` rea de Refor o (mm2)
Tax
a d
e D
epo
si
o (
kg/h
)
Figura 5. 10 Correla o entre taxa de deposi o e refor o
Com o objetivo de comparar as curvas dos MC 1,2 S 25 e MC 1,2 S 25 T do
grfico da figura 5.9, foi utilizado o teste de hip tese descrito no item 4.4 para
checar se os pontos em cada intensidade de corrente s o iguais.
Para as estatsticas de teste t , os valores encontrados devem estar compreendidos
dentro da regi o de aceita o que corresponde ao valor T crtico para teste bilateral
de 2,776.
-
51
Os resultados encontrados e apresentados na tabela V.4 foram submetidos a um
teste de hip tese para a diferen a entre duas medidas (MC 1,2 S 25 e MC 1,2 S 25
T ) para as intensidades de corrente 100, 200, 250 e 300 A.
Tabela V. 4 : Resultados de anlise das curvas de rea do refor o de MC 1,2 S 25 e de MC 1,2 S 25 T
Corrente
(A)
MC 1,2 S 25
(mm2)
MC 1,2 S 25 T
(mm2)
Estimativa
para diferen a
entre mdias
Intervalo de 95%
de confian a
para diferen a
Teste t
100
10,27 0,62
10,73 0,56
- 0,463
- 1,801 ; 0,874
- 0,96
200 31,68 0,52 25,83 0,93 5,847 4,137 ; 7,556 9,49
250 38,85 3,74 41,35 0,43 - 2,50 - 8,52 ; 3,53 - 1,15
300 60,73 1,39 59,66 1,36 1,07 - 2,05 ; 4,19 - 0,95
Os grficos de probabilidade normal est o apresentados nas figuras 5.11 e 5.12.
-
52
MC 1,2 S25
MC 1,2 S25 T
12111098
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
` rea Refor o
Pe
rce
ntag
em
3,3023,393
AD*
Goodness of Fit
Corrente 100 (A)
MC 1,2 S25
MC 1,2 S25 T
332823
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
` rea refor o
Pe
rce
ntag
em
3,3303,322
AD*
Goodness of Fit
Corrente 200 (A)
Figura 5. 11 Probabilidade Normal para corrente de 100 e 200 A
-
53
MC 1,2 S25
MC 1,2 S25 T
504030
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
` rea refor o
Pe
rce
ntag
em
3,3923,319
AD*
Goodness of Fit
Corrente 250 (A)
MC 1,2 S25
MC 1,2 S25 T
656055
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
` rea refor o
Pe
rce
ntag
em
3,4373,384
AD*
Goodness of Fit
Corrente 300 (A)
Figura 5. 12 Probabilidade Normal para corrente de 250 e 300 A
-
54
Atravs dos resultados da tabela V.4 e das figuras 5.11 e 5.12, conclui-se que
estatisticamente os resultados nas correntes 100, 250 e 300 A para as duas curvas
n o podem ser considerados diferentes e que os valores na corrente de 200 A s o
diferentes para as duas curvas, ou seja, o MC 1,2 S25 T tende a apresentar uma
menor rea de refor o e, consequentemente, uma menor taxa de deposi o.
Na figura 5.13, verifica-se que o arame metal cored de 1,2mm de di metro
apresenta uma maior taxa de deposi o que o arame s lido de 1,2mm de di metro
nas mesmas condi es de soldagem. O arame metal cored de 1,4mm de di metro
apresenta uma taxa de deposi o de igual a menor que o arame s lido de 1,2mm.
O MC 1,2 S 25 apresenta uma taxa de deposi o maior que o MC 1,2 S 25 T ,
neste grfico comprova-se a discuss o anterior sobre este tema. O MC 1,2 S 25
apresenta uma taxa de deposi o maior que o arame s lido de 1,2mm. Em 300 A a
diferen a percentual de 31% (7,34 kg/h para o metal cored e 5,60 kg/h para o
arame s lido). Estes resultados apresentam a mesma tendncia apresentada por
Widgery na figura 3.5, porm em menor percentual. Segundo Widgery, o metal
cored de 1,2mm de di metro apresenta uma taxa de deposi o maior que o arame
s lido de mesmo di metro, em 300 A a diferen a percentual de 44% (6,5 kg/h
para o metal cored e 4,5 kg/h para o arame s lido).
-
55
0
2
4
6
8
10
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
Tax
a d
e D
epo
si
o (
kg/h
)
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 13 Grfico da taxa de deposi o X corrente
-
56
A dilui o de cada cord o de solda foi calculada admitindo-se um mesmo peso
especfico para o metal depositado e o metal base. Na figura 5.14, verifica-se que a
dilui o dos cord es aumenta com o aumento da intensidade de corrente, o MC 1,2
S 25 apresenta a menor dilui o entre os arames testados a partir de 200 A, o que
est relacionado com a maior taxa de deposi o identificada na figura 5.13. Quanto
aos demais arames, existe uma altern ncia nos resultados com o aumento da
corrente.
0
10
20
30
40
50
60
70
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
Dilu
io
(%
)
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 14 Grfico da Dilui o do cord o X corrente
-
57
Na figura 5.15, verifica-se que a rea do finger aumenta com o aumento da
corrente. O MC 1,2 S 19 e o arame s lido apresentam reas de finger
equivalentes. Neste trabalho ocorreu uma exce o com o arame s lido a 350 A,
pois n o houve a forma o do finger" e este ponto n o foi apresentado no grfico.
O arame metal cored de 1,4mm de di metro apresenta a forma o de finger em
corrente mais alta que os demais arames. Para as mesmas condi es de soldagem,
o aumento da tens o proporciona o aumento do finger, ver MC 1,2 S25 e MC 1,2
S25 T .
0
10
20
30
40
50
60
70
100 200 250 300 350 400
Corrente (A)
Fin
ger
(m
m2 )
S lido 1,2
MC 1,2 S 19
MC 1,2 S 25
MC 1,2 S 25 T
MC 1,4 S 25
Figura 5. 15 Grfico da rea do finger X corrente
-
58
Na figura 5.16, verifica-se que para as condi es de soldagem utilizadas para o MC
1,4mm de di metro, as taxas de deposi o apresentam-se similares ao arame
s lido. No item 3.5 (soldagem robotizada) foi mencionado a utiliza o do metal
cored de 1,4mm em substitui o a arames s lidos de 1,0 e de 1,2mm de di metro
com ganhos em taxas de deposi o; provavelmente trabalhou-se com tens es mais
baixas e/ou diferentes stick out que os utilizados neste trabalho.
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500
Corrente (A)
Tax
a d
e D
epo
si
o (
kg/h
) S lido 1,2
MC 1,4 S 25
Figura 5. 16 Compara o entre as taxas de deposi o do arame s lido e do metal cored
-
59
5.2. Anlises Qumicas do metal depositado, da zona fundida (ZF) e do finger
As anlises qumicas dos metais depositados sem dilui o do arame s lido e do
arame metal cored, ambos de 1,2mm de di metro, s o apresentadas na tabela
V.5. Os valores s o mdios de trs medi es.
Tabela V. 5 : Anlises qumicas dos metais depositados sem dilui o
Metal depositado C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%)
Arame s lido 1,2mm 0,069 0,65 1,10 0,017 0,010
Metal cored 1,2mm 0,038 0,35 1,66 0,014 0,015
Os cord es 3 e 4 (com finger) do arame s lido e os cord es 17 e 19 (com finger)
do arame metal cored foram analisados quimicamente e os resultados est o
mostrados na tabela V.6. Os valores s o mdios de trs medi es
Tabela V. 6 : Anlises qumicas das zonas fundidas e do metal base
Material Localiza o C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%)
Material Base - 0,136 0,18 0,80 0,022 0,011
Cord o 3 ZF 0,100 0,45 1,00 0,019 0,010
Cord o 4 ZF 0,097 0,41 0,98 0,019 0,010
Cord o 4 Finger 0,099 0,41 0,99 0,019 0,010
Cord o 17 ZF 0,085 0,25 1,19 0,018 0,015
Cord o 19 ZF 0,079 0,30 1,33 0,017 0,016
Cord o 19 Finger 0,083 0,35 1,39 0,018 0,017
Diante dos resultados de anlises qumicas mostrados nas tabelas V.5 e V.6, os
resultados de carbono e silcio maiores e o mangans menor para os cord es 3 e 4
(feitos com arame s lido), comparados com os mesmos elementos nos cord es 17
e 19 (feitos com arame metal cored), s o esperados, visto que o carbono e o
-
60
silcio s o maiores e o mangans mais baixo no metal depositado sem dilui o do
arame s lido e que utilizou-se o mesmo metal base para os experimentos.
Segundo Linnert[10] o fen meno Finger influencia diretamente na homogeneidade
qumica do material na regi o da solda. Segundo este mesmo autor, esta regi o do
cord o, o finger, apresenta-se bastante rica em metal de base na regi o inferior e
bastante rica em metal de adi o na parte superior. Esta heterogeneidade pode
ocasionar o aparecimento de pequenas ilhas de material de base, n o misturados,
dispersos na matriz do material de solda. O aparecimento destas pequenas ilhas
pode ser melhor observado quando existe uma maior diferen a de composi o
entre o metal de base e o metal de adi o.
Com o objetivo de comparar, nos cord es 4 e 19, a zona fundida com o finger, foi
utilizado o teste de hip tese descrito no item 4.4 para checar se as composi es
qumicas destas regi es s o iguais.
Para as estatsticas de teste t , os valores encontrados devem estar compreendidos
dentro da regi o de aceita o que corresponde ao valor T crtico para teste bilateral
de 2,776.
Os resultados encontrados e apresentados na tabela V.7 foram submetidos a um
teste de hip tese para a diferen a entre duas medidas (zona fundida e finger) para
o cord o 4 e o cord o 19.
-
61
Tabela V. 7 : Resultados de Anlise Zona Fundida e Finger
Cord o 4 Arame S lido
Elemento
Zona fundida
Finger
Estimativa
para diferen a
entre mdias
Intervalo de 95%
de confian a
para diferen a
Teste t
Carbono
0,0973 0,0015
0,0993 0,0064
- 0,002
- 0,012 ; 0,008
- 0,53
Silcio 0,410 0,010 0,407 0,021 0,003 - 0,037 ; 0,040 0,23
Mangans 0,980 0,010 0,990 0,030 - 0,010 - 0,061 ; 0,041 - 0,55
Cord o 19 Arame Metal cored
Elemento
Zona fundida
Finger
Estimativa
para diferen a
entre mdias
Intervalo de 95%
de confian a
para diferen a
Teste t
Carbono
0,0787 0,0074
0,0827 0,0080
- 0,004
- 0,021 ; 0,013
- 0,64
Silcio 0,300 0,010 0,347 0,015 - 0,047 - 0,076 ; - 0,017 - 4,43
Mangans 1,333 0,025 1,3870 0,025 - 0,053 - 0,110 ; 0,004 - 2,60
Os grficos de probabilidade normal est o apresentados nas figuras 5.17 e 5.18.
-
62
4 C
4F C
0,120,110,100,090,08
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
Carbono
Per
cent
agem 3,576
3,292
AD*
Goodness of Fit
4 Si
4F Si
0,480,430,380,33
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
Silcio
Per
cent
agem 3,327
3,261
AD*
Goodness of Fit
4 Mn
4F Mn
1,11,00,9
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1
Mangans
Per
cent
agem 3,261
3,261
AD*
Goodness of Fit
Figura 5. 17 Probabilidade Normal para cord o 4
-
63
19 C
19F C
0,1120,1020,0920,0820,0720,0620,052
99
95
90
80
7060504030
20
10
5
1