Engenharia de materiais labsolda ufsc



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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ENGENHARIA DE MATERIAIS

LABSOLDA – UFSC

Relatório de Estágio Curricular IV

Período: 18 de Maio a 11 de Setembro de 2009

Aluno: Conrado Batista Pacheco

Matrícula n: 07137803

Orientador: Mateus Barancelli Schwedersky

concordamos com o conteúdo deste”
FLORIANÓPOLIS, SETEMBRO DE 2009.


Campus Universitário - UFSC

Caixa postal: 476

Bairro: Trindade - CEP: 88040-900 - Florianópolis - SC

Telefone: (48) 3721-9471 - (48) 3234-2783

Fax: (48) 3234-6516

AGRADECIMENTOS
Inicialmente agradeço a comissão de estágios e aos professores da UFSC Berend Snoeijer, Germano Riffel e Antônio Pedro de Novaes pela dedicação aos alunos durante todo período de estágio e aulas.

Ao laboratório de soldagem, representado pelo Sr. Prof. Jair Carlos Dutra pela oportunidade de estágio.

Ao orientador de estágio Mateus Barancelli pelos auxílios e conhecimentos passados durante este período.

A todos os pesquisadores e bolsistas do laboratório de soldagem, Eduardo, Ezequiel, Polezi, Cleber, Locatelli, Régis, Marcelo, Renon, Jônathas, Evandro, Márcia, Tiago, Fernando, Ricardo, Júlio.

Agradeço a Deus por mais uma passagem conquistada e vencida.

Enfim, agradeço a minha família, Roberto, Scheila e Bruno pela completa dedicação e apoio total em todos os momentos da minha vida.


SUMÁRIO


1 - INTRODUÇÃO
O relatório a seguir, descreve as atividades realizadas no 4º estágio curricular realizado no laboratório de soldagem da Universidade Federal de Santa Catarina, durante o período de maio a setembro de 2009.

O LABSOLDA possui um grupo de professores e estudantes multidisciplinares, com atividades em inúmeros projetos de desenvolvimento no setor de soldagem, possuindo duas áreas, uma voltada para os processos de soldagem, instrumentação, equipamentos e softwares e a outra na metalurgia da soldagem e processos afins.

Durante o período de estágio, foram realizadas análises diversas, de acordo com a necessidade do laboratório. A grande maioria das atividades foi voltada à área de Ciências e Engenharia de Materiais, onde envolveram análises metalográficas, medição de dureza, análise em microscopia ótica e eletrônica. Isto proporcionou o contato direto com as diferentes formas do processo de soldagem.

As atividades e desenvolvimento de projetos foram muitas e por esse motivo serão descritas apenas algumas, devido à extensão que poderia causar no presente relatório.



2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A soldagem vai muito além de uma restrita união de materiais, ela é também é aceita como meio de aplicação de depósitos de materiais sobre peças e chapas.

Para poder diferenciar soldagem, da rebitagem ou parafusagem, pode-se dizer que a soldagem seria o meio de união de materiais, mas que não seriam usados dispositivos de fixação. Ainda assim, existe uma distinção de processos que usam fontes caloríficas como união de materiais ou ligas, que ainda são chamados de soldagem, mas indevidamente considerados, esses chamados de brasagem.

Esses dois termos são utilizados para a união de materiais, mas tendo como diferença básica que a brasagem não se consubstancia numa interação atômica e molecular entre as partes, servindo apenas para que o material de adição adere a micro irregularidades das partes sólidas. Já a soldagem é focada a colocar os processos de associação metálica em que há uma interação atômica/molecular entre as partes.

Existem dois tipos de classificação de soldagem, a primeira seria por fusão onde a solubilização ocorre na fase líquida. A partir disso existe várias ramificações, que se incluem os processos a chama como a oxi-acetilênica e a arco com os processos MIG/MAG e TIG. A segunda por pressão, onde ocorre a solubilização na fase sólida e ramifica-se para forja a resistência elétrica, indução, ultra som e a atrito. Sendo nesse momento, dado um enfoque maior pelo primeiro processo, onde ocorreu a maioria dos trabalhos.



2.1 - Soldagem Elétrica a Arco Voltaico
A soldagem a arco é um processo de fusão que se origina da ação e localização do arco voltaico. As vantagens do uso de um arco voltaico são inúmeras, uma delas seria como fonte de concentração de calor que permite obter elevadas temperaturas em um mínimo espaço, ocorrendo assim, uma limitação na zona de influência calorífica. Abaixo uma figura mostrando arco elétrico em uso.


Figura 1: Demonstração do Arco Elétrico Atuando no processo MIG/MAG
Uma outra forma, é que o arco pode subsistir em qualquer atmosfera gasosa, assim proporcionando uma menor contaminação do banho metálico pelo uso de atmosferas neutras.

2.2 - Processos Atuais de Soldagem a Arco Voltaico
2.2.1 - Soldagem com Eletrodos Revestidos
Devido a sua versatilidade, principalmente para soldagem em aços, este é o processo mais usado de soldagem a arco. Utiliza um eletrodo consumível, no qual o calor necessário para fusão do metal, provem da energia liberada do arco formado entre a peça a ser soldada e o eletrodo referido. O revestimento do eletrodo serve como proteção da poça de fusão, que é obtida através da fusão por meio dos gases gerados pela decomposição do revestimento.

Figura 2: Esquema do Processo de Soldagem com Eletrodo Revestido.
Como mostrado na figura acima, o material de base no percurso do arco é fundido, formando uma poça de metal fundido, transferindo à poça de fusão na forma de glóbulos de metal fundido.

O comprimento do arco deve ser o menor possível, variando entre 3 e 4 mm, a fim de reduzir as chances de os glóbulos do metal de fusão entrarem em contato com o ar ambiente, podendo absorver oxigênio e nitrogênio e assim causar efeitos desfavoráveis nas propriedades mecânicas do material depositado.

A temperatura do gás, no centro do arco, ao longo do eixo é de 6000º C, sendo do cátodo de 3200º C e do ânodo de 3400ºC.
2.2.3 - Soldagem TIG
Processo de soldagem que utiliza eletrodos de tungstênio em atmosfera de gás inerte, por esse motivo denominado TIG (Tungsten Inert Gás). Pode utilizar material de adição, sendo essa parte manual, como também pode ser semi-automático ou totalmente automatizado. Pode também ser realizado sem material de adição.

Esse processo de soldagem por fusão, a arco elétrico, que utiliza o calor gerado pelo arco estabelecido entre o eletrodo de tungstênio não consumível e peça a ser soldada. A proteção da solda é obtida pela adição do gás inerte ou mistura de gases sobre a mesma, sendo que o gás tem a função de transmitir a corrente quando ionizado e também resfriar o eletrodo durante o processo. A abertura do arco pode vir a ser facilitada pela sobreposição de corrente e freqüência alta, para assim evitar que tenha de riscar a peça com eletrodo de tungstênio como demonstrado na figura abaixo:





Figura 3: Esquema do processo de soldagem TIG.
Esse esquema demonstra claramente o processo TIG com sobreposição de alta freqüência. O processo TIG é especialmente indicado para o magnésio, alumínio e suas ligas, aços especiais como titânio e molibdênio, aço inoxidável e muito raramente utilizado para aços comuns.

2.2.2 - Soldagem Plasma
O processo plasma é um aperfeiçoamento do processo TIG, pois utiliza um eletrodo não consumível de tungstênio e gás inerte para gerar um arco, assim como o processo TIG, formando assim uma atmosfera protetora na superfície do metal contra a contaminação gerada por outros gases do ambiente. Isto pode ser mais bem visualizado na figura 4.



Figura 4: Esquema mostrando os componentes da tocha plasma.
A particularidade que conduziu o nome plasma, foi o fato de o calor poder chegar até a peça sem a existência de um arco diretamente conectado a ela. O arco existente é estabelecido internamente na tocha, entre o eletrodo de tungstênio e um bocal de cobre que o circunda. Existem duas versões, uma com arco não transferido, que é forçado para dentro da tocha que se ioniza continuamente ao passar pelo arco, tornando-se plasma e a outra com arco transferido, que utiliza um segundo arco, estabelecido entre o eletrodo e a peça – obra. Essa forma de ionizar pode ser realizado através da aplicação de uma corrente alternada de alta freqüência, mediante a bombardeio com elétrons e mediante ao aquecimento do gás a elevadas temperaturas.
2.3.4 - Soldagem MIG/MAG
Processo que utiliza eletrodo nu consumível sobre proteção gasosa, possui a denominação de MIG, sendo que esta proteção gasosa utilizada é inerte e monoatômico como o gás argônio ou hélio, sendo que não possua nenhuma atividade física com a poça de fusão.

Já se o caso for o uso de um gás ativo, ou seja, que interaja com a poça de fusão, chama-se de processo MAG, sendo que esse gás é geralmente o CO2 – dióxido de carbono. A figura abaixo engloba os dois processos MIG/MAG.




Figura 5: Princípios Básicos do Processo MIG/MAG
Os dois processos se diferenciam excepcionalmente pelo gás utilizado, pois os componentes empregados são os mesmos. Esta simples mudança de gás faz com que ocorra uma série de alterações nos comportamentos e desempenhos da soldagem. Segundo a composição e natureza dos gases, essa influência pode ocorrer nas características do arco, no tipo de transferência de metal do eletrodo e a peça, nas perdas das projeções, na velocidade de soldagem, na forma externa da solda e penetração. Além disso, o gás também tem a influência nas perdas dos elementos químicos, na sensibilidade, fissuração e porosidade, na temperatura da poça de fusão, como também na facilidade da execução da soldagem em diversas posições.

O processo MIG pode ser utilizado na soldagem de materiais ferrosos quanto não ferrosos como exemplos o alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas ligas. Já o processo MAG, na sua grande maioria é utilizado na soldagem de materiais ferrosos.


3 - ATIVIDADES REALIZADAS
3.1 - Execução de Soldagem de Tubos de Cobre Utilizando o Processo TIG

3.1.1 - Objetivos

Realização de ensaios de soldagem de tubos cobre/cromo utilizando o processo TIG com o objetivo do desenvolvimento de um procedimento de soldagem automatizado.


3.1.2 - Introdução

O procedimento tem que produzir uma soldagem livre de defeitos (poros, trincas, descontinuidades), e que garanta a penetração de 2mm ao longo de toda circunferência do tubo.

Os ensaios foram realizados nos tubos com parede de 3mm de espessura e comprimento de 250mm. O objetivo inicial seria utilizar alguns tubos para realizar testes dos parâmetros de soldagem e soldar os demais corpos de prova para realizar ensaios para qualificar o procedimento de soldagem.

A figura 6 mostra uma foto do posicionamento da tocha durante os ensaios.




Figura 6 – Peça em fase inicial de soldagem.
3.1.2.1 - Desenvolvimento das atividades
Como ponto de partida para esta série de ensaios, foi utilizado os parâmetros de soldagem dos ensaios anteriores, ensaios que foram realizados pra chegar exclusivamente aos dados que serão utilizados: corrente pulsada com 200A de média e velocidade de soldagem de 30cm/min.

Foram realizados ensaios preliminares nos meses de maio e junho, nos quais foram modificados os parâmetros de soldagem buscando atingir a penetração de 2mm ao longo de todo o cordão. Nestes primeiros ensaios foi possível verificar que ocorria uma grande variação na profundidade e largura do cordão ao longo da junta soldada, sendo que com a mesma corrente média, não foi possível obter peças com penetração uniforme.

Essa dificuldade ocorre principalmente devido à elevada condutividade térmica do cobre (quase 10 vezes maior que do aço). No início da soldagem, a peça se encontra na temperatura ambiente e necessita de uma grande quantidade de energia para fundir (pois grande parte da energia que entra pelo arco apenas aquece a peça). Porém, após alguns centímetros soldados, a peça já se encontra pré-aquecida, de modo que necessita de menor energia para fundir a mesma quantidade de material do que na região anterior.

Desta maneira, se observou que não seria possível obter soldas com penetração satisfatória ao longo de todo o cordão utilizando soldagem com energia constante, já que a penetração do tubo estaria variando de acordo com a temperatura na região no momento da soldagem, fazendo com que o início da solda apresentasse penetração inferior ao final.

A primeira tentativa de solucionar o problema foi modificar a energia ao longo da soldagem, realizando variação da velocidade de soldagem. Foram realizados ensaios onde a velocidade de soldagem foi aumentada gradativamente, variando entre 20 e 30cm/min. O aumento de velocidade foi executado manualmente no controle da mesa rotativa. Foram realizados alguns ensaios nestas condições, porém, verificou-se que para encontrar os parâmetros seria necessária uma grande quantidade de ensaios. A tarefa de realizar a variação da velocidade de soldagem manualmente não é a melhor alternativa, sendo difícil de executar, pois o controle da variação da velocidade estaria dependendo de um operador. Para tornar a variação da velocidade controlada por um computador, teriam que ser realizadas modificações no equipamento, que seriam mais demoradas. Sendo assim, optou-se abandonar a metodologia de variar a velocidade de soldagem.

Decidiu-se realizar a variação da energia de soldagem pela variação da corrente de soldagem. Devido à tecnologia de fabricação de fontes de soldagem desenvolvida no LABSOLDA, foi possível rapidamente criar um software de controle da fonte de soldagem, específico para a soldagem dos tubos. Este tipo de implementação certamente seria inviável com as outras fontes comerciais. O software permite o ajuste de uma corrente de soldagem inicial, de uma corrente de soldagem final, e ajuste de um intervalo de tempo, durante o qual a corrente varia linearmente a partir do patamar inicial, até o valor do patamar final ajustado. Desta maneira, os parâmetros de soldagem durante o processo passaram a serem controlados digitalmente, tornando a soldagem totalmente automatizada.

Foram então realizados novos ensaios para determinar os parâmetros de soldagem utilizando a rampa de corrente. Nestes ensaios ficou clara a importância da geometria do corpo de prova no resultado da soldagem. Devido à elevada condutividade térmica do cobre, a massa do corpo de prova influência fortemente no resultado da soldagem, de maneira que os testes realizados em corpos de prova com comprimentos menores, ou cordões realizados fora da posição central do corpo de prova, resultam em diferentes resultados. A tendência é que quanto maior o corpo de prova, mais energia da soldagem é perdida para o resto da peça, tornando necessária soldagem com correntes mais elevadas.

Devido à grande limitação no número de corpos de prova disponíveis, visando o melhor aproveitamento do material, os corpos de prova tiveram a junta soldada removida, e foram usinados novamente para novos ensaios.

Apesar da utilização da rampa de corrente, encontrar uma situação satisfatória não foi uma tarefa fácil. A natureza da distribuição de calor ao longo do tubo durante a soldagem não é um fenômeno linear. Essa diferença de comportamento causa regiões com diferentes profundidades de penetrações. Na soma das duas variáveis (variação da temperatura do tubo e rampa de corrente), a região do 2° quadrante da solda acaba sempre apresentando a maior penetração do que as outras regiões.

Após alguns ensaios realizados, foi possível notar que a faixa de parâmetros que proporcionam uma penetração suficiente na maior parte do cordão e não causa penetração excessiva é muito estreita.

O fato de a junta ter somente 3mm de espessura, e a penetração requerida ao longo de toda a peça ser de 2mm, deixa somente 1mm de tolerância. Como a variação de temperatura ao longo da soldagem não pode ser totalmente compensada por uma variação linear da corrente de soldagem, inevitavelmente acaba ocorrendo alguma variação na penetração da soldagem. Garantir que a variação na penetração seja menor que 1mm não é uma tarefa simples, e demandaria um grande numero de ensaios.

Abaixo está demonstrado essas variações na penetração do cordão da solda, podendo perceber uma diferença bem significativa na comparação dos pontos.




Figura 7: Variação na penetração do cordão da solda.
Os parâmetros dos últimos ensaios realizados estão descritos na tabela abaixo:

Tabela 1: Parâmetros Utilizados em Ensaio




Cp1

Cp2

Cp3

Cp4

Cp5

Cp6

Corrente de

pulso inicial (A)



370

370

380

390

400

390

Corrente de

pulso final (A)



300

310

320

330

340

330

Corrente de

base inicial (A)



80

80

40

30

30

30

Corrente de

base final (A)



90

80

40

30

30

30

Tempo de rampa (s)

70

70

70

70

70

70

Tempo pulso,

Tempo base, (s)



0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

Vs (cm/min)

30

30

30

30

30

30

As figuras abaixo mostram os resultados obtidos:




Figura 8: Corpo de prova CP1.



Figura 9: Corpo de prova CP2.


Figura 10: Corpo de prova CP3.



Figura 11: Corpo de prova CP4.


Figura 12: Corpo de prova CP5.


Figura 13: Corpo de prova CP6.
Nos ensaios 9, 10, 11 e 12 foi usado uma corrente de base bem baixa, e foi aumentada a corrente de pulso, com o objetivo de tentar diminuir a influência da variação de temperatura do tubo. Aparentemente o resultado foi positivo, mas como os corpos de prova não foram cortados, pois serão enviados para análise, não se tem certeza sobre a penetração obtida.

No ensaio “CP5” foi possível verificar que um aumento de 10A na corrente de pulso fez com que o cordão obtivesse penetração completa na região do segundo quadrante do tubo. Quando ocorre a penetração completa, a capacidade de fusão do arco aumenta subitamente, já que o calor que era dissipado em 3 direções passa a ser dissipado somente em 2 direções. Então a penetração acaba aumentando, geralmente comprometendo a junta soldada.



3.1.2.2 - Conclusão
- Foi possível verificar que a soldagem das peças de cobre em perfis tubulares é uma tarefa especialmente difícil, devido à elevada condutividade térmica do cobre, que resulta em uma complexa distribuição de temperaturas ao longo da peça no momento da soldagem.

- Também se verificou que nesse caso, a massa da peça influencia fortemente no resultado da soldagem. Sendo assim, o resultado da soldagem será diferente se corpos de provas usados nos testes para definir as variáveis de soldagem forem diferente da peça final a ser soldada. Para tentar minimizar esse efeito, foram realizados testes com a corrente de pulso mais elevada em comparação com a de base.

- Para o desenho atual de junta, com 3 mm de espessura e com objetivo de obter penetração de 2 mm em toda a peça, é difícil encontrar parâmetros de soldagem que atendam esse requisito e apresentem confiabilidade suficiente para uma soldagem de elevada importância como é o caso. Esse quadro é pior ainda se considerarmos que as peças onde serão feitos os ensaios sempre serão diferentes das peças finais que serão soldadas.
3.1.2.3 - Sugestões
- A solução que parece mais simples para resolver o problema é aumentar a espessura da junta soldada e posteriormente retirar o excesso usinando internamente as peças.

- A sugestão seria uma junta com no mínimo 5mm de espessura, (ou até mais se possível) conforme mostrado na figura abaixo:





Figura 14: Sugestão de Tamanho de Junta.

- A tendência é que com uma junta mais espessa, seja muito mais fácil obter um procedimento de soldagem confiável, devido o aumento da tolerância e que garanta uma penetração de 2 mm em toda a circunferência da peça.

- Se o aumento da junta não for possível, a obtenção de um procedimento de soldagem confiável, passaria por alternativas que certamente seriam mais complicadas, demoradas e que demandariam um grande número de ensaios e corpos de prova.

3.2 - Análise de Solda em Ferro Fundido Nodular

3.2.1 - Objetivos

Analisar a junta soldada de acordo com os tipos de arames utilizados, sua compatibilidade química com o material de base, consequentemente seus prováveis problemas como falta de fusão, porosidade, trincas.


3.2.2 - Introdução

Os ferros fundidos são ligas constituintes do grupo ferro-carbono e altamente importante para a indústria em geral, devida algumas características que antes eram particularidades dos aços. Podemos citar algumas dessas características como a introdução de elementos de liga, o desenvolvimento do ferro fundido nodular, aplicação de tratamentos térmicos.

Devido essa alta versatilidade do ferro fundido, faz necessário o conhecimento nessa área, devido às alternativas que esse tipo de material pode vir a dar para suas diversas aplicações.

Podemos definir ferro fundido como uma liga de ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0% em quantidade superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, forma de veios ou lamelas de grafita. [1]. Abaixo um exemplo de um diagrama com a formação estrutural do ferro fundido.






Figura 15: Formação e estruturas do ferro fundido.
A produção do ferro fundido é através de sucessivas adições de carbono em uma estrutura austenítica. Durante a solidificação uma parte desses se transforma em grafita e outra parte em carboneto de ferro. A forma para essa transformação varia de acordo com sua composição química, além da velocidade de resfriamento. Se o resfriamento for lento, irá solidificar como grafita, se o resfriamento for rápido, irá solidificar como carboneto de ferro. A partir disso, é que ocorre a formação das propriedades e o tipo do ferro fundido, sendo importantíssimo o estudo desse material quando utilizado no processo de soldagem.

Podemos diferenciar os tipos de ferros fundidos existentes:

- Ferro Fundido Branco – apresenta o carbono quase que totalmente na forma combinada (Fe3C), devido as condições de fabricação e o menor teor de silício. Seu nome foi denominado assim, devido sua fratura apresentar uma coloração clara.

- Ferro Fundido Cinzento – apresenta elementos de liga fundamentais o carbono e o silício, sendo que o silício favorece a formação da grafita e que uma grande parte do carbono está em estado livre na forma de grafita lamelar e a outra parte no estado combinado de Fe3C. Seu nome também foi baseado na sua fratura, devido apresentar coloração escura.

- Ferro Fundido Mesclado – sua denominação ocorreu devida sua apresentação de coloração mista entre a cinzenta e a branca e conseqüentemente variações proporcionais de ferro fundido cinzento e branco.

- Ferro Fundido Maleável - é obtido através de um tratamento térmico especial chamado de maleabilização, alcançado a partir do ferro fundido branco, transformando quase que na totalidade o ferro combinado em grafita na forma de nódulos.

- Ferro Fundido Nodular – As principais variáveis que determinam a microestrutura são a taxa de resfriamento, composição química e processo de fabricação. Apresenta carbono livre na forma de grafita esferoidal devido a um tratamento térmico realizado no estado líquido, conferindo ao material boa ductilidade e por esse motivo, por vezes, chamado de ferro fundido dúctil.

- Ferro Fundido de Grafita Compactada – pode ser caracterizado um material mediano entre o ferro fundido nodular e o ferro cinzento, possui características de apresentação na forma de plaquetas ou estrias, também chamado de vermicular. É um material que assim como o ferro fundido nodular, demanda a adição de elementos como terras raras com um elemento adicional como o titânio, para evitar a formação da grafita esferoidal.

Abaixo podemos analisar a tabela de composição de ferros fundidos típicos comuns:
Tabela 2: Composição Química dos Tipos de Ferro Fundido.


3.2.2.1 - A Zona Termicamente Afetada

A zona termicamente afetada pelo calor (ZTA) é originada pelos ciclos térmicos da própria soldagem. A ZTA é uma região não fundida do material de base próximo a poça de fusão. Dependendo da austeridade das ZTA apresentará características metalúrgicas e propriedades mecânicas diferentes.e caso, a massa da peça influênho de graor que possui quatros zonas diferentes, que variam de acordo com a severidade da soldagem, aumento ou refinando o tam



3.2.3 - Desenvolvimento das Atividades
A soldagem dos compressores foi realizada com dois tipos de arames diferentes, sendo eu o arame sólido, de nome Kiswel e outro arame de tubular denominado de UTP.

A soldagem para o arame maciço e tubular foi definida de acordo com alguns parâmetros indicados pelos fabricantes e testados no laboratório, chegando assim num melhor consentimento do conjunto de dados:

- Arame Sólido: Foi utilizado gás argônio + 12,5 % de CO2. Foi definida para uma melhor condição uma tensão de 19,3V e velocidade de arame de 5,3m/min. A primeira raiz foi realizada com curto circuito e o segundo e terceiro por MIG pulsado e com uma corrente média de 180 A.

- Arame Tubular: Foi utilizado gás argônio + 25% de CO2. Os outros parâmetros foram MIG pulsado com 19V, velocidade de arame 6.3m/mim e corrente de 180A.

Para analisar a solda, foi verificado o material de base, para uma possível compatibilidade entre os arames que serão adicionados.

Para isto foi retirada uma amostra de cada junta soldada. Foi decidido cortar na lixadeira, devido a não disponibilidade de outro equipamento que não afetasse a microestrutura, devido a isso, provavelmente a estrutura possa ter sido afetada pelo calor.




Figura 16 : Junta soldada com Arame Kiswel (Arame Sólido)


Figura 17 : Junta soldada com Arame UTP – (Arame Tubular)
Após a preparação metalográfica, as amostras foram atacadas com o reagente Nital 2%. A figura 18 e 19 mostram macrografias da juntas soldadas.



Figura 18: Secção Transversal da Junta Soldada com Arame Sólido

– Ataque Nital 2%.





Figura 19: Secção Transversal da Junta Soldada com Arame Tubular

– Ataque Nital 2%.

Os dois tipos de arames de solda passaram por uma avaliação sob três tipos de problemas possíveis:

- Falta de penetração: Deve-se considerar que a raiz no início do cordão, pode possuir alguma falta de penetração, pois esse período é considerado crítico, devido ao processo não estar em um regime pleno.

- Porosidade: O processo é praticamente o mesmo que o item da falta de penetração, permitindo algum tipo de micro porosidade no início da solda.

- Trincas: As trincas não são admitidas, esse é um processo bastante cuidadoso, devido ao problema que pode vir a sofrer pelo o que chamamos de trincamento HAZ (Zona Termicamente Afetada). Isto pode vir a ocorrer, pois esta é uma solda de multipasses e assim ocasionar o HAZ, que é um material muito duro e frágil.

As amostras foram levadas para realização de uma microscopia eletrônica de varredura, para análise do material de base, especialmente a análise química dos dois tipos de arame. A figura 20 mostra a microestrutura do material de base.



Figura 20 – Material de Base. Ferro Fundido Nodular - Aumento de 100X.

A análise química dos dois arames adicionados nas soldagem, foram realizadas como mostrado na tabela 3 e 4.



Tabela 3: Arame Sólido.


Tabela 4: Arame Tubular.


Após realização da análise química, foi realizado uma microdureza nessas amostras, relatando a dureza dos materiais tanto de base como o materiais de adição, tendo os resultados mostrados na tabela 5 e 6.
Tabela 5: Escala de Dureza HV Tabela 6: Escala de Dureza HV

Arame Sólido. Arame Tubular.


Essas variações de dureza que pode ocorrer entre um ponto ou outro, é devido a possibilidade do microdurômetro poder pegar algum ponto de maior dureza, com maior quantidade de carbono, por esse motivo esses dados são uma média de cinco pontos aleatórios, para diminuir o erro padrão das amostras.

A dureza das amostras apresentaram resultados esperados em relação a análise química realizada anteriormente, o arame sólido com alta porcentagem de níquel e devido a ductilidade do mesmo apresentou dureza média, o mesmo aconteceu com o arame tubular que apesar da alta inclusão de ferro, possui uma quantidade considerada de níquel, o que fez com que a dureza ficasse na média da dureza do arame sólido.




3.2.4 - Conclusão
Pode-se concluir que entre os itens considerados importantes, o item penetração na solda, os dois arames, tanto o sólido como o tubular, apresentaram-se dentro do limite desejável, sendo que caso houvesse algum tipo de falta de penetração no início da soldagem era perfeitamente aceitável, devido a sua instabilidade provocada pelo calor.

Já a geometria da solda na peça, não foi dado muito importância nesse momento, apesar de estar dentro dos limites, pois a preocupação maior são as trincas e a porosidade.

Em relação as trincas, não se observou nenhum caso que poderia vir a ocorrer devido a relação com os multipasses e as trincas provocadas pela ZTA. Outro fator que vale mencionar é a dureza do ferro fundido nodular, isto se deve ao fato de envolver o fenômeno anteriormente mencionado chamado de zona termicamente afetada, a alta temperatura fez com que ocorresse o tratamento no FOFO, mudando estruturalmente e aumentando sua dureza devido a alta quantidade de carbono.

O ponto considerado mais crítico é a porosidade, sendo que ficou muito evidente em relação ao arame sólido com grandes quantidades de poros e por este motivo o seu descarte. Já o arame tubular apresentou-se com uma característica bem superior em relação ao arame sólido, mas ainda não considerada a ideal. Este trabalho encontra-se em andamento, ficando como sugestão a pesquisa de novos arames tubulares e a continuação do aprimoramento dos parâmetros já obtidos.



4 - CONCLUSÃO
Este estágio realizado no laboratório de soldagem da UFSC foi de grande importância, devido o conhecimento adquirido na área de soldagem, pois o LABSOLDA, por estar inserido dentro da universidade, o número de professores de grande referência e conhecimento é muito alto e isso trouxe uma grande oportunidade de participar e agregar ainda mais informação e experiência profissional para o processo de finalização do curso de engenharia de materiais.

Durante o período de estágio e a rotina diária de desenvolvimento e análises, fez com que aprofundasse ainda mais o conhecimento na área de metalurgia, mais especificamente soldagem, obtendo um vasto conhecimento em relação aos processos MIG/MAG e TIG.

Devido o estágio não se estabelecer apenas em um setor do laboratório, outros processos menos convencionais foram também adquiridos, como o processo PTA – P (Soldagem plasma com adição de pó metálico), fontes, refrigeração e robótica.

Não poderia deixar de mencionar, as grandes amizades adquiridas nesse período, a recepção e convivência no ambiente de trabalho, que fez com que o trabalho desenvolvesse com maior facilidade.



5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] - CHIAVERINI, Vicente; Aços e Ferros Fundidos, 7ª Edição. São Paulo. Editora ABM – Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2002.

[2] – LANCASTER, J.F. Metallurgy of Welding, 6 Ed. Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, 1999.

[3] – Disponível em: http://www.infosolda.com.br Acesso em: 02 de agosto a 23 de agosto de 2009.

[4] – Welding Handbook. AWS, Volume 2 – Welding Process, eight edition, 1991.

[5] – DUTRA, J.C. Princípios dos Processos de Soldagem, Edição 2002.

6 – ANEXOS
ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA
O LABSOLDA foi criado em 1973 após um convênio de cooperação entre o hoje designado "Forschungszentrum" de Jüllich/Alemanha e o CNPq. Entretanto, suas atividades só foram intensificadas no início 1974. À epoca, seus integrantes só tinham a opção de desenvolver a pesquisa básica nos processos com os equipamentos disponíveis, os quais se constituíam em uma máquina MIG, uma TIG, uma de solda ponto e dois conversores rotativos de soldagem.

As atividades de pesquisa básica serviam para a formação acadêmica dos professores que aplicavam seus conhecimentos no ensino teórico e prático e serviram inicialmente para a concretização da primeira dissertação de mestrado em 1976. Com a continuidade destas atividades foi escrito e publicado em 1979 o livro Tecnologia da Soldagem a Arco Voltaico. Embora, a participação do LABSOLDA sempre tenha sido ativa em todos os eventos de tecnologia de soldagem no Brasil e alguns no exterior, chegando a organizar o II Congresso Latino Americano de Tecnologia da Soldagem, era difícil o intercâmbio com indústrias.

A intensificação da integração com as indústrias sempre foi uma importante meta para o LABSOLDA, que passou a buscar apoios institucionais para promover cursos de especialização para engenheiros. Tal apoio veio principalmente da Comissão Nacional de Energia Nuclear, que também veio a apoiar o desenvolvimento de fontes de energia para soldagem a arco. Este último desenvolvimento contava à época com a participação do anteriormente denominado Laboratório de Máquinas e Eletrônica de Potência - LAMEP - do Departamento de Engenharia Elétrica da UFSC, o qual hoje se denomina INEP - Instituto de Eletrônica de Potência.

As pesquisas em metalurgia da soldagem e o estudo das características dos revestimentos dos eletrodos revestidos também sempre estiveram presentes nas atividades do LABSOLDA. Uma fase mais arrojada do laboratório se iniciou em 1983 com o início do doutorado de dois professores num programa cooperativo com a Alemanha sob o apoio da Sociedade Alemã de Cooperação Técnica (GTZ) e a participação do Instituto de Automatização de Processos de Soldagem (APS) da Universidade Técnica de Aachen - Alemanha.



Foi em conseqüência deste envolvimento que se criaram necessidades e condições para a formação de uma infraestrutura laboratorial para o desenvolvimento de instrumentação eletrônica e de equipamentos de alta tecnologia.




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