Tese
Avaliação de critérios de estabilidade do processo MIG/MAG curto-circuito na soldagem de aços inoxidáveis austenítico e duplex
Assessment of criteria for stability of short-circuit MIG/MAG process during welding of austenitic and duplex stainless steels
Registro en:
Autor
Costa, Thonson Ferreira
Institución
Resumen
Stability of welding processes is fundamental to accomplish weld beads with good
quality. Such stability can be defined by the regularity of metal transfer, as well as spattering
generation and final bead quality. During short-circuit transfer, the process stability is straight
affected by periodic arc extinction, which is generated by the contact of metal droplet at wire
tip with the weld pool. This feature leads to spattering increase, which reduces the process
productivity by losing filler material or by increasing costs with spattering removal out of the
workpiece, and also affects the bead quality. In addition, the regularity of short-circuit transfer
is related to low variation of parameters, such as short-circuit time, open arc time and peak
current. Therefore, it is proposed to unprecedentedly assess the regularity of short-circuit
transfer during conventional MIG/MAG welding of austenitic and duplex stainless steels and
correlates to spattering generation, deposition rate, surface bead quality, bead geometrical
features and thermal efficiency. The reference voltage was varied between 14 and 22 V, wire
feed speed between 2,8 and 3,8 m/min and the contact-tip to workpiece distance was varied to
achieve two current levels (125 ± 5 A e 155 ± 5 A) for two shielding gases (Ar+2%O2 e
Ar+2%CO2). Weldments were carried out on plates made of AISI/UNS 304L austenitic
stainless steel AISI/UNS S31803 (SAF 2205) and duplex one, both with 4,5 mm thickness.
Spattering generation analyses were carried out by using square bars with 3/8 made of AISI
304L austenitic stainless steel with 250 mm of length. AWS ER308LSi and AWS ER2209 filler
wires with 1,2 mm of diameter were used for austenitic and duplex stainless steels weldments,
respectively. The results indicated there is a suitable voltage range between 15 a 19 V, which
allows an appropriate short-circuit transfer. Within this range is possible to achieve better metal
transfer regularity, low spattering level, high deposition rate and best bead quality. Moreover,
it ratifies the correlation among the different employed methods to determine the metal transfer
regularity. On the other hand, thermal efficiency analyses did not show a clear correlation to
metal transfer regularity. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Doutor em Engenharia Mecânica A estabilidade do processo de soldagem é fundamental para a realização de uma solda
de boa qualidade. Esta estabilidade pode ser definida pela regularidade da transferência
metálica, assim como a quantidade de respingos gerados e a qualidade final do cordão. Na
transferência por curto-circuito, a estabilidade do processo é diretamente afetada pelas
extinções periódicas do arco, proporcionadas pelo contato da gota metálica formada na ponta
do arame-eletrodo e a poça de fusão. Esta característica favorece o aumento da geração de
respingos, o que diminui a capacidade produtiva do processo, seja devido à perda de material
de adição ou à necessidade de gastos com sua remoção, além de afetar a qualidade final da
solda. Já a regularidade da transferência por curto-circuito está relacionada com a menor
variação dos seus parâmetros, tais como tempo de curto-circuito, tempo de arco aberto e
corrente de pico. Neste contexto, propõe-se avaliar de forma inédita a regularidade da
transferência por curto-circuito durante a soldagem MIG/MAG convencional de aços
inoxidáveis austenítico e duplex, correlacionando-a com a quantidade de respingos gerados,
rendimento de deposição, qualidade superficial da solda, características geométricas do cordão
e eficiência térmica. Para tanto, optou-se por variar a tensão de referência entre 14 e 22 V, a
velocidade de alimentação em 2,8 e 3,8 m/min, além de variar a distância bico de contato a
peça, procurando-se manter duas faixas de corrente de soldagem (125 ± 5 A e 155 ± 5 A), para
dois gases de proteção (Ar+2%O2 e Ar+2%CO2). As soldagens foram realizadas em chapas de
aço inoxidável austenítico AISI/UNS 304L e de aço inoxidável duplex AISI/UNS S31803 (SAF
2205), com espessura de 4,5 mm. Para análise de respingos, foram utilizadas barras quadradas
de 3/8 de aço inoxidável austenítico AISI 304L com 250 mm de comprimento. Utilizou-se
ainda arame eletrodo AWS ER308LSi para soldagem do aço autenítico e para o duplex o arame
eletrodo AWS ER2209, ambos com diâmetro 1,2 mm. Os resultados obtidos indicaram que há
uma faixa de tensão de regulagem entre 15 e 19 V para os casos avaliados, em que apresenta
uma condição adequada de transferência por curto-circuito. Nesta faixa é possível identificar
os níveis de tensão que resultaram numa melhor regularidade da transferência, bem como um
menor nível de respingos, maior rendimento de deposição e melhor qualidade superficial do
cordão. Além disto, ratifica a correlação entre os diferentes métodos avaliados para determinar
a regularidade da transferência metálica. Por outro lado, quanto à análise da eficiência térmica
não se encontrou relação clara com a regularidade da transferência.