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Soldagem & Inspeção

versão impressa ISSN 0104-9224

Soldag. insp. vol.19 no.2 São Paulo abr./jun. 2014

http://dx.doi.org/10.1590/0104-9224/SI1902.10 

ARTIGOS TÉCNICOS TECHNICAL PAPERS

 

Influência do uso de PTFE como aglomerante em eletrodos revestidos básicos sobre a formação de ferrita acicular no metal de solda

 

The influence of PTFE used as basic covered electrode binder on weld metal acicular ferrite formation

 

 

Cláudio Turani VazI,II; Alexandre Queiroz BracarenseII

IInstituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Minas Gerais, Congonhas, Minas Gerais, Brasil, claudioturani@gmail.com
IIDepartamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil

 

 


RESUMO

Metais de solda produzidos por eletrodos revestidos básicos aglomerados com politetrafluoretileno (PTFE) têm apresentado baixíssimos teores de hidrogênio difusível e elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Esse estudo investigou o papel desempenhado pelo polímero na formação de tal constituinte. A microestrutura produzida por consumíveis contendo esse componente apresentou quantidades de ferrita acicular consideravelmente superiores à prevista na literatura para um metal de solda com os mesmos teores de carbono, silício e manganês. Tal diferença não pode ser atribuída a variações nos parâmetros de soldagem empregados. A análise dos elementos químicos residuais apontou o nitrogênio como sendo o principal responsável pelas discrepâncias observadas na microestrutura. O estudo das características operacionais de eletrodos classe E7018 tradicionais e aglomerados com polímero mostrou que a menor absorção de nitrogênio pelo metal de solda se deve a dois fatores principais. Medidas do teor de nitrogênio dissolvido das gotas coletadas durante a soldagem do eletrodo aglomerado com polímero demonstrou uma atmosfera protetora mais efetiva. O teor de carbono presente no metal de solda obtido pela soldagem do eletrodo com polímero apontou para uma atmosfera rica nesse elemento. Tal característica é coerente com a hipótese de uma melhor proteção gasosa. O tamanho médio das gotas coletadas, teor de nitrogênio dissolvido em função do tamanho e os oscilogramas de tensão indicaram alterações no modo de transferência metálica.

Palavras chaves: eletrodos revestidos básicos, polímeros, transferência metálica, nitrogênio, ferrita acicular.


ABSTRACT

Weld metals obtained from covered electrodes agglomerated with polytetrafluorethylene (PTFE) presented ultra low diffusible hydrogen content and appreciate quantities of acicular ferrite. This paper investigated the polymer influence on its constituent formation. The microstructure produced by consumables containing this component presented acicular ferrite quantities higher than expected on the literature for weld metals with same carbon, silicon and manganese content. This difference could not be related to welding parameters employed. The residual chemical elements evaluation indicated nitrogen as the main responsible by the microstructural variances observed. The operational characteristics of classic E7018 and polymer agglomerated electrodes showed the less weld metal nitrogen absorption must be associated to two main factors. The dissolved nitrogen of the metallic drops collected during the polymer agglomerated electrode welding showed most effective shielding atmosphere. The carbon content of polymer agglomerated electrode indicated an atmosphere rich on its element. This is in accordance with a best shielding process hypothesis. The metallic drops average size, dissolved nitrogen content as a function of size and voltage oscillograms indicated metallic transfer mode changes.

Key-words: basic covered electrodes, polymers, metallic transfer, nitrogen, acicular ferrite.


 

 

1. Introdução

A soldagem ao arco elétrico com eletrodos revestidos foi, durante a maior parte do século XX, o mais importante processo de união permanente de aços. Atualmente, mesmo existindo processos de soldagem mais produtivos, os eletrodos revestidos básicos continuam sendo empregados em soldagens de grande responsabilidade. Contudo, a absorção de umidade pelo revestimento é um problema a ser superado. Estudos realizados na soldagem subaquática molhada mostram a possibilidade de substituição dos silicatos por polímeros como aglomerante durante a fabricação dos eletrodos [1]. O uso dessa tecnologia na fabricação de eletrodos revestidos básicos destinados a soldagem convencional apresenta resultados satisfatórios. Os autores demonstram, através de medições do teor de hidrogênio difusível sob diferentes condições, que esse eletrodo apresenta revestimento com baixa sensibilidade à umidade [2]. É verificado ainda, sob as condições de teste empregadas, que o metal de solda apresenta consideráveis frações volumétricas de ferrita acicular.

Tal constituinte, normalmente encontrado em metais de solda, é associado a propriedades mecânicas superiores, especialmente tenacidade. Essa característica é atribuída a morfologia formada por placas lenticulares distribuídas de modo aleatório que se apresentam como barreiras à propagação de trincas [3]. Strangwood e Bhadeshia [4] relatam que a transformação de austenita para ferrita acicular apresenta um mecanismo similar à transformação bainítica, ou seja, é incompleta. Entretanto, sua nucleação é heterogênea e ocorre a partir de inclusões não metálicas e da interface α-γ [5]. Terasaki e Komizo [5] chegam a essa conclusão observando a nucleação e desenvolvimento "in situ" da ferrita acicular usando LSCM (Laser Scan Confocal Microscope) e forno de imagem infravermelha. Wan et al [6] usam reconstrução de imagem em três dimensões para observar o mesmo fenômeno. Com base nessas características Strangwwod e Bhadeshia definiram a ferrita acicular como sendo bainita nucleada intragranularmente [4].

O efeito de inúmeras variáveis sobre a formação da ferrita acicular em metais de solda tem sido extensivamente estudado. Há publicações relacionando a influência da composição química [7-17], taxa de resfriamento na soldagem [18], tamanho de grão austenítico [19], densidade e composição das inclusões [20,21] e deformação plástica [22].

Como a transformação da austenita para a ferrita acicular apresenta o mesmo mecanismo da transformação bainítica, é necessário certo grau de superesfriamento. Farrar and Harisson [18] sumarizam os fatores que influenciam o grau de superesfriamento necessário. O efeito dos elementos de liga na formação da ferrita acicular também foi descrito por diversos autores. Evans publicou uma series de artigos onde o efeito de cada um desses elementos foi discutido [7-17].

O principal objetivo desse estudo foi avaliar como o PTFE utilizado como aglomerante em eletrodos com revestimento básico influencia a formação da ferrita acicular no metal de solda. As diferenças entre as microestruturas obtidas em metais de solda produzidos utilizando eletrodos com o polímero e estimadas para eletrodos com revestimento básico com teores de carbono, silício e manganês similares foram investigadas. Diferenças entre as energias de soldagem, taxa de resfriamento e teores de elementos químicos residuais presentes no metal de solda foram investigadas com o objetivo de investigar sua influência sobre a microestrutura produzida. Com base nos resultados obtidos, foram realizados experimentos monitorando as características operacionais de eletrodos classe E7018 e aglomerados com o polímero. A partir daí foi proposto um modelo indicando como o polímero influencia tais características e a relação dessas com as diferenças entre os teores de elementos químicos residuais presentes no metal de solda.

 

2. Materiais e métodos

Para atingir o objetivo proposto o estudo foi dividido em duas fases: comparação da microestrutura do metal de solda produzido por eletrodos aglomerados com polímero com a produzida por eletrodos revestidos básicos com adição de pó de ferro contendo teores semelhantes de C, Si e Mn. Na segunda etapa, em função das variáveis identificadas como responsáveis pelas diferenças observadas, foram conduzidos experimentos com o objetivo de avaliar as características operacionais de eletrodos classe E7018 e aglomerado com o polímero.

2.1. Consumíveis

Metais de solda foram obtidos utilizando eletrodos revestidos aglomerados com PTFE produzidos de acordo com a fórmula apresentada na Tabela 1 nas dimensões de 3,25x350 mm.

 

 

Os experimentos realizados para avaliar as características operacionais foram executados com eletrodos revestidos classe E7018 e aglomerado com o polímero nas dimensões de 3,25x350 mm. Chapas de aço ASTM A36 com dimensões de 12,7x60x250 mm foram utilizadas como metal de base sobre o qual foi realizada a deposição de cordões de solda. As composições do metal de base e metal de solda sem diluição do eletrodo com polímero são apresentadas na Tabela 2.

 

 

2.2.Equipamentos

Um dos problemas em estudos realizados sobre processos de soldagem manual está associado à necessidade de um elevado número de experimentos para compensar as baixas repetibilidade e reprodutibilidade deste tipo de operação. Nesse estudo optouse por mecanizar a produção das soldas. Para isso foi empregado o dispositivo para soldagem por arraste (gravidade) ilustrado na Figura 1. Foi utilizada, na produção das soldas, uma fonte inversora marca Kemppi modelo Mastertig AC/DC 2500 W (fator de trabalho: 100% a 200 A). As soldagens foram realizadas utilizando corrente continua polaridade positiva (DCEP) com intensidade de 110 A, ângulo da haste 85° e ângulo entre o eletrodo e a peça de trabalho 60°.

 

 

2.3. Microestrutura do metal de solda

Cordões foram depositados sobre chapa utilizando o eletrodo aglomerado com o polímero. Nessa condição, a composição do metal de solda não favorece a presença de elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Amostras destinadas a análise química e metalográfica foram retiradas dos cordões conforme ilustrado na Figura 2. Na quantificação dos constituintes presentes foi empregado o procedimento IIW Doc.No.IX-1553-88 [23]. Malhas com cem interseções foram posicionadas sobre oito diferentes regiões de cada uma das amostras do metal de solda com magnificação de 1000x.

 

 

O ciclo térmico de soldagem foi monitorado através da inserção de termopares Tipo S com diâmetro de 0,3 mm na poça de fusão durante a soldagem. Na Figura 3 mostra o termopar utilizado e a posição onde o mesmo foi inserido. Para validar as medições foram retiradas amostras próximas à região de inserção do termopar. A superfície dessas foi lixada até tornar possível a visualização do termopar no interior do metal de solda. A energia de soldagem foi calculada a partir da tensão e corrente medidas durante a soldagem.

 

 

2.4. Avaliação de características operacionais

Para avaliar a influência do polímero sobre das características operacionais foi realizada a comparação entre eletrodos classe E7018 e aglomerados com o polímero. Durante a deposição de cordões de solda sobre chapa foram determinadas a taxa de fusão, taxa de deposição e oscilogramas de tensão e corrente. As dimensões desses cordões foram determinadas a partir de macrografias retiradas em três regiões distintas. Imagens geradas foram processadas utilizando o programa Image J e as dimensões medidas foram utilizadas para determinar a diluição.

O dispositivo ilustrado na Figura 4 foi utilizado na coleta de gotas obtidas a partir da fusão dos eletrodos. Esse sistema, desenvolvido por Bracarense [24], é constituído por tubo de cobre com refrigeração forçada e tanque de coleta abastecido com água. As gotas solidificadas em contato com o tubo de cobre são resfriadas bruscamente ao entrar em contato com a água. Amostras coletadas durante o procedimento foram submetidas a análise química e granulométrica. Gotas com diferentes tamanhos tiveram os teores de carbono e nitrogênio determinados. Densidade das gotas para diferentes faixas de tamanho foi calculada através da pesagem, registro fotográfico sobre superfície com luz de fundo e cálculo do número e diâmetro médio das partículas utilizando o software Image J.

 

3. Resultados e discussão

3.1. Microestrutura do metal de solda

A macro e microestrutura de três diferentes regiões do metal de solda obtido pelo eletrodo aglomerado com o polímero são apresentadas na Figura 5. A análise dessas imagens permite verificar, ao contrário do que se imaginava, a presença de elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Os resultados da análise quantitativa em cada uma das amostras (de 1P a 6P) e a média dessas são apresentados no gráfico da Figura 6. Através desse é possível confirmar a predominância de ferrita acicular (AF). Nota-se também a presença de quantidades menores de ferrita de primeira fase de contorno de grão e intragranular (PF(G) e (I)), ferrita de segunda fase (FS) e agregado ferrita carboneto (FC).

 

 

O eletrodo revestido aglomerado com polímero apresenta características que o diferenciam dos demais consumíveis comerciais. Contudo, sua fórmula base é a mesma de eletrodos que possuem revestimento básico com adição de pó de ferro da classe E7018. Tal característica foi parâmetro para comparação da microestrutura encontrada no metal de solda. Evans e Bailey [25] consolidaram um extenso estudo de metais de solda carbono manganês ferríticos obtidos a partir da soldagem com eletrodos com revestimento básico e adição de pó de ferro. Nesse trabalho foram apresentadas microestruturas de metais de solda para diferentes teores de carbono (de 0,4 até 0,145%) e manganês (A:0,6%, B:1,0%, C:1,3% e D:1,6%). Na Tabela 3 são apresentados os teores de carbono, silício e manganês médios dos cordões de solda produzidos pelo eletrodo aglomerado com polímero e de um dos metais de solda produzidos por Evans e Bailey [25] utilizado para comparar a fração volumétrica dos constituintes.

 

 

A Figura 7 detalha a fração de cada um dos constituintes presentes nos metais de solda utilizados na comparação. Nota-se, ao analisar esse gráfico, que há variação significativa quanto aos constituintes presentes. O metal de solda produzido por eletrodos revestidos básicos no estudo de Evans e Bailey [25] há predominância de ferrita de segunda fase (FS). O metal de solda produzido durante esse estudo, por outro lado, apresenta maior fração volumétrica de ferrita acicular (AF).

 

 

As diferenças observadas podem ser atribuídas a variáveis não mencionadas. Tanto as variações no ciclo térmico empregado na produção dos cordões de solda quanto as diferenças nos teores de elementos químicos residuais dos metais de solda podem justificar o fenômeno observado. O ciclo térmico de soldagem do eletrodo aglomerado com o polímero foi obtido através do monitoramento da temperatura no metal de solda. A partir dos dados coletados foram obtidas as curvas apresentadas no gráfico da Figura 8 e calculado o tempo médio de resfriamento entre 800 e 500°C (Δt8-5). O cálculo da energia de soldagem foi realizado a partir dos dados resultantes do monitoramento de tensão e corrente de soldagem. Na Tabela 4 são apresentados os diâmetros dos eletrodos, taxas de resfriamento e energias de soldagem empregados na obtenção dos metais de solda desse estudo e de Evans e Bailey [25].

 

 

 

 

O efeito das variáveis mencionadas anteriormente sobre a microestrutura para metais de solda com 0,045% de carbono e diferentes teores de manganês foi extensamente discutido por Evans e Bailey [25]. Tais resultados não podem ser utilizados para estimar a quantidade dos constituintes presentes no metal de solda produzido pelo eletrodo com polímero. Contudo, podem ser empregados para avaliar as tendências de variação na microestrutura decorrentes da alteração nas variáveis. A redução no diâmetro do eletrodo de 4,0 para 3,25 mm proporciona, segundo Evans e Bailey [25], um ligeiro aumento na fração de ferrita acicular acompanhado pela redução na quantidade de ferrita primária. Não é observada variação na quantidade de ferrita de segunda fase. O mesmo comportamento é observado em decorrência da redução na energia de soldagem (HI) e aumento no tempo de resfriamento entre 800 e 500°C (ΔT8-5). Segundo os autores [25], metais de solda com diferentes teores de manganês apresentam comportamento semelhante com a modificação dessas variáveis. Mesmo favorecendo a formação de ferrita acicular no metal de solda, as diferenças nas condições de soldagem não justificam o aumento de 33% na quantidade desse constituinte e, principalmente, a redução de 66% na fração volumétrica de ferrita de segunda fase.

Na Tabela 5 são apresentados os teores dos elementos químicos residuais presentes nos metais de solda produzido nesse estudo e pelo eletrodo A com 0,145% de carbono do estudo de Evans e Bailey [25].

 

 

É possível observar, pelos valores listados nessa tabela, diferenças nas quantidades de tais elementos. Evans, [11] ao avaliar o efeito do alumínio na microestrutura e propriedades de metais de solda com 40 ppm de titânio, não observou mudanças significativas quanto a quantidade e constituintes presentes para concentrações variando de 5 até 285 ppm. O mesmo comportamento foi observado em metais de solda com 220 ppm de titânio. Assim, as diferenças microestruturais observadas não podem ser atribuídas diretamente ao alumínio. A relação entre a concentração de oxigênio e a microestrutura do metal de solda é discutida por Evans [15]. Apesar de terem sido observadas diferenças nos teores desse elemento, as concentrações são suficientes para produzir a densidade de inclusões de escória necessária à nucleação da ferrita acicular. Apesar das observações acima, o efeito do alumínio e oxigênio não pode ser totalmente desprezado. O titânio é apontado como sendo um forte agente formador da ferrita acicular. Evans [12] verificou considerável aumento na fração volumétrica desse constituinte em metais de solda com adições de até 10 ppm de titânio. Para concentrações entre 10 e 100 ppm é observada uma redução na quantidade do constituinte. Na presença de titânio o boro promove formação de ferrita acicular [14]. O mesmo comportamento foi mencionado por Bhadeshia e Svensson [26] ao variar a concentração do boro de 1 até 65 ppm. A presença do boro no metal de solda produzido pelo eletrodo aglomerado com o polímero não era esperado, pois não há adição intencional de tal elemento na formulação do consumível. Ao avaliar a fórmula empregada, foi possível observar a adição de silicato contendo óxido de boro. Entretanto, para que ocorra transferência desse elemento ao metal de solda, é necessária a redução do óxido presente na matéria prima.

O nitrogênio, em metais de solda com adição de titânio e boro, é apontado com sendo responsável por mudanças na microestrutura. Lau et al. [27] relatam o aumento na fração volumétrica de ferrita acicular em metais de solda contendo titânio, boro e nitrogênio em concentrações inferiores a 70 ppm. Assim, os resultados obtidos para o metal de solda produzido pelo eletrodo aglomerado com o polímero podem justificar as diferenças microestruturais observadas. Bhadeshia e Svensson [26] indicam que a concentração de nitrogênio no metal de solda não tem influência sobre a termodinâmica da transformação austenita-ferrita, mas sobre a cinética da interação com inclusões. O principal mecanismo usado para explicar o efeito do nitrogênio, boro e titânio sobre a microestrutura se baseia na sequência de reação dos elementos com nitrogênio e oxigênio. A condição para formação da ferrita acicular envolve a permanência de boro em solução. Tal elemento torna os sítios de nucleação nos contornos de grão austeníticos impotentes promovendo, assim, a formação da ferrita acicular.

Para compreender como o polímero empregado na aglomeração do eletrodo afeta o teor de nitrogênio do metal de solda é necessário investigar as fontes desse elemento. Eagar [28] indica que o nitrogênio em metais de solda provém de matérias primas presentes no consumível e contaminação pela atmosfera que envolve o arco elétrico durante a soldagem. Como o eletrodo revestido objeto do estudo não possui em sua formulação compostos contendo nitrogênio, é necessário investigar características operacionais desse consumível, em especial a transferência metálica.

3.2. Avaliação das características operacionais

Na Tabela 6 são apresentadas as dimensões dos cordões de solda depositados por eletrodos revestidos aglomerados com o polímero e classe E7018. Não foram observadas diferenças com relação a largura e reforço. Contudo, os resultados apresentados indicam aumento da penetração nos cordões produzidos pelo eletrodo com PTFE. Tal resultado promove alterações consideráveis na diluição do metal de solda. Os parâmetros de soldagem empregados na deposição dos cordões de solda sobre chapa são listados na Tabela 7. A Tabela 8 apresenta as razões entre as áreas do revestimento e alma dos eletrodos onde D e d são os diâmetros do revestimento e alma respectivamente.

 

 

 

 

As energias de soldagem calculadas não apresentaram diferenças que justificam o aumento na penetração entre os cordões. Como consequência, existe possibilidade de se atribuir esse fenômeno ao polímero. Diferentes teorias podem ser utilizadas para explicar como o polímero influencia a penetração. De modo similar ao que acontece com eletrodos revestidos celulósicos, a queima do polímero pode resultar em um aumento na força do jato de plasma resultando em maior penetração. Essa explicação necessita, entretanto, de maior fundamentação, pois segundo Bonizewski [29], o hidrogênio é o agente principal nesse processo.

O eletrodo aglomerado com o polímero apresentou taxa de fusão superior em comparação ao eletrodo classe E7018. Esse comportamento pode ser atribuído à fração de compostos metálicos presentes no revestimento ou às condições de soldagem empregadas. Contudo, a densidade de corrente calculada, as fórmulas e razão entre áreas de revestimento e alma não justificam tal comportamento.

 

Figura 9

 

A Figura 10 ilustra os oscilogramas de tensão obtidos a partir do monitoramento realizado durante a soldagem. A morfologia observada é típica de transferência por curto circuito. Essa informação se encontra coerente com os resultados do estudo realizado por Brandi et al [30] para eletrodos revestidos básicos onde relatam a predominância da transferência por curto circuito explosiva. A avaliação preliminar dos oscilogramas também indicou uma menor frequência de curtos circuitos para o eletrodo aglomerado com o polímero.

 

 

O gráfico da Figura 10 apresenta os resultados de medições da frequência média de curtos circuitos durante a soldagem calculada utilizando o programa Sinal®. Nessa análise sinais de tensão inferiores a 5 V foram interpretados como curtos. Para avaliar se o aquecimento do eletrodo tem influência sobre esses valores foram calculados, além da frequência média da fusão de um eletrodo por inteiro, os valores correspondentes a três diferentes intervalos de soldagem (1/3, 2/3 e 3/3). Os valores médios gerais confirmaram uma menor frequência de curtos circuitos durante a soldagem do eletrodo com o polímero em comparação ao E7018. Nota-se também que não houve variações significativas na frequência média para diferentes intervalos de soldagem. Tais resultados reforçam a existência de alterações no modo de transferência metálica.

As gotas coletadas através da fusão dos eletrodos sobre o tubo de cobre refrigerado foram submetidas a análise granulométrica. Os gráficos da Figura 11 apresentam as porcentagens retida simples e acumulada nas malhas. Analisando os resultados apresentados foi possível observar diferenças nas quantidades retidas nas malhas "tyler" #8 (2,36 mm) e #10 (1,65 mm). Se a abertura da malha correspondente a 50% da porcentagem retida acumulada for utilizada como critério para determinação do tamanho médio das partículas pode-se, pelos valores obtidos, dizer que as gotas formadas na fusão do eletrodo classe E7018 são maiores que as produzidas pelo eletrodo aglomerado com o polímero. As diferenças relatadas acima estão coerentes com a frequência de curtos circuitos calculada a partir dos oscilogramas. A maior fração de gotas menores obtidas na fusão do eletrodo com o polímero indica que essas são transferidas antes de tocar a poça de fusão promovendo, assim, uma menor ocorrência de curtos circuitos.

A determinação da densidade das gotas retidas nas malhas mesh Tyler #6, #8 e #10 foi realizada através da pesagem das amostras e determinação do diâmetro médio utilizando técnicas de processamento de imagem disponíveis no programa Image J®. Os resultados obtidos são apresentados no gráfico da Figura 12. Nota-se, para ambos os eletrodos, que a densidade é menor para gotas maiores. As macrografias apresentadas nessa figura confirmam que tal variação se deve a presença de vazios no interior das gotas. Esse comportamento está de acordo com o observado por Brandi et al [30] ao estudar gotas coletadas durante a fusão de eletrodos revestidos.

 

 

Os resultados das análises de carbono e nitrogênio dissolvido nas gotas coletadas com diferentes tamanhos são apresentados na Figura 13. O teor de nitrogênio das gotas produzidas pelo eletrodo com o polímero foi menor em comparação as do eletrodo classe E7018. Essa característica foi observada independente do tamanho das gotas. Comparando o teor de nitrogênio dissolvido com o tamanho das gotas foi possível observar que, no eletrodo aglomerado com o polímero, a concentração desse elemento reduz para gotas menores. Tal fenômeno pode ser explicado considerando que as gotas menores são transferidas em intervalos de tempo mais curtos e, como consequência, absorvem menor quantidade de nitrogênio. Por outro lado, tal comportamento não é observado no eletrodo E7018. O modo de transferência metálica proposto por Brandi et al [30] para eletrodos revestidos básicos pode explicar o que ocorre na soldagem desse eletrodo. Segundo o modelo, gotas menores podem se originar de outras maiores após a ocorrência da explosão. Como consequência, o teor de nitrogênio dissolvido é superior ao de gotas com dimensões similares transferidas sem ocorrência de contato.

A Figura 14 resume os teores de carbono e nitrogênio em diferentes estágios da soldagem do eletrodo aglomerado com o polímero. A variação na concentração do nitrogênio da alma, gotas metálicas e metal de solda indica que a maior parte da absorção desse elemento ocorreu durante a transferência metálica. Assim, o baixo teor desse elemento no metal de solda produzido pelo eletrodo com o polímero indica uma proteção gasosa mais eficiente em comparação aos consumíveis da classe E7018. A evolução do teor de carbono mostra que ocorre absorção desse elemento principalmente na poça de fusão. O ligeiro aumento entre as concentrações na alma e nas gotas metálicas pode ser explicado pela transferência desse elemento a partir das matérias primas do revestimento. Essa consideração está coerente com o modelo físico proposto por Lancaster [31]. Por sua vez, o acentuado aumento do teor de carbono no metal de solda produzido pelo eletrodo aglomerado com o polímero pode ser explicado pela presença de uma atmosfera protetora rica nesse elemento. Tal consideração é coerente com a hipótese de uma proteção gasosa mais eficaz.

A consolidação dos resultados obtidos no estudo comparativo entre as características operacionais dos eletrodos indica dois fatores como sendo responsáveis pela baixa absorção de nitrogênio no metal de solda: presença de uma atmosfera protetora mais eficiente e alterações no modo de transferência metálica. A Figura 15 apresenta, de modo resumido, a relação entre as características operacionais avaliadas e os fatores citados anteriormente.

 

4. Conclusões

Os resultados obtidos nos experimentos realizados permitem concluir que:

• A microestrutura do metal de solda produzido pelo eletrodo aglomerado com PTFE é consideravelmente diferente da prevista na literatura para eletrodos básicos com teores similares de carbono, silício e manganês;

• As condições empregadas na produção dos metais de solda (diâmetro do eletrodo, energia de soldagem e tempo de resfriamento entre 800 e 500°C) não justificam as diferenças microestruturais observadas;

• A avaliação da composição química do metal de solda indica o papel desempenhado pelos elementos químicos residuais nas diferenças microestruturais observadas. O boro e,principalmente, o nitrogênio foram identificados como sendo os principais agentes nesse processo;

• O emprego de PTFE como aglomerante do eletrodo revestido promove alterações na transferência metálica durante a soldagem. Alterações na frequência de curtos circuitos, tamanho das gotas metálicas transferidas e penetração dos cordões de solda são indicativos desse fenômeno;

• Variações no teor de nitrogênio dissolvido em função do tamanho das gotas estão de acordo com as alterações na transferência metálica;

• O teor mais baixo de nitrogênio no metal de solda produzido pelo eletrodo com PTFE indica que há uma melhor eficiência na proteção gasosa formada durante a soldagem com esse consumível. O aumento no teor de carbono do metal de solda está coerente com essa conclusão;

 

5. Agradecimentos

Os autores agradecem ao Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação (LRSS) da Universidade Federal de Minas Gerais pela estrutura necessária a realização dos experimentos, a Elbras Eletrodos do Brasil pelo fornecimento de consumíveis e a ESAB Brasil pela realização de ensaios.

 

6. Referências

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Recebido em 09/07/2014
texto final em 18/07/2014.

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