Parâmetros de entrada da soldagem FCAW: efeito combinado do gás de proteção e das características do eletrodo no desempenho e qualidade do cordão de solda

Abstract

Para que uma empresa do ramo produtivo se mantenha competitiva no mercado, é fundamental que os produtos oriundos de seus processos de manufatura sejam produzidos com qualidade adequada associada a uma relativa alta produtividade, de modo que os custos de produção sejam os menores possíveis. Em relação às empresas da área metal mecânica que utilizam a soldagem como processo de manufatura, estes fatores podem ser traduzidos em aspectos dimensionais do cordão de solda e capacidade produtiva do processo. Nesse cenário, o processo de soldagem com arame tubular (FCAW ? Flux Cored Arc Welding) se destaca como uma alternativa industrialmente relevante, em função de características que permitem simultaneamente aumentar a produtividade e manter a qualidade das juntas soldadas. Porém, o comportamento desempenhado pela combinação do gás de proteção e da composição e diâmetro do arame-eletrodo em relação à morfologia dos cordões de solda e à capacidade produtiva obtida pelo processo ainda são questões pouco exploradas na literatura. Diante deste cenário, o presente trabalho tem o objetivo de investigar a influência destes três parâmetros e, assim, obter uma melhor compreensão a respeito do comportamento das mesmas como forma de contribuição para o conhecimento deste processo de soldagem. Para tanto, é empregada uma metodologia com o objetivo de caracterizar a influência de arames tubulares de caráter básico e rutílico, com diâmetros de 1,2 e 1,6 mm e gases de proteção com composição de Ar+25%CO2 e CO2 puro nas características morfológicas dos cordões de solda, tais como altura do reforço, largura, diluição, convexidade e penetração. Além disso, ainda é avaliada a estabilidade do processo, bem como as taxas de fusão e deposição de arame com o intuito de investigar a influência de tais parâmetros em relação à capacidade produtiva do processo. Os resultados indicaram que o gás de proteção foi o fator de maior impacto sobre a estabilidade do arco, seguido pelo tipo de arame; a mistura Ar+25% CO2 e o arame rutílico apresentaram desempenho superior em relação, respectivamente, ao CO2 puro e ao arame básico, além de proporcionarem maiores massas de material depositado e menores perdas de metal fundido. No que tange ao diâmetro do consumível, o arame de 1,6 mm apresentou menor variabilidade relativa da corrente; contudo, nas janelas operacionais avaliadas, operou com energia provavelmente insuficiente para reproduzir a morfologia obtida com 1,2 mm, indicando a necessidade de ensaios em faixas superiores de tensão e corrente. Ainda assim, o 1,6 mm favoreceu características morfológicas associadas à penetração.

Abstract: For a manufacturing company to remain competitive in the market, its products must be produced with adequate quality and relatively high productivity, so that production costs are kept as low as possible. For companies in the metalworking industry that use welding as a manufacturing process, these factors can be expressed in terms of weld bead dimensional characteristics and the productive capacity of the process. In this context, flux cored arc welding (FCAW ? Flux Cored Arc Welding) stands out as an industrially relevant alternative, thanks to features that enable simultaneous increases in productivity and the quality of welded joints. However, the behavior resulting from the combined effects of shielding gas, electrode wire composition, and diameter on weld bead morphology and the productive capacity of the process remains poorly explored in the literature. In view of this scenario, the present work aims to investigate the influence of these three parameters and thus to obtain a better understanding of their behavior, thereby contributing to the knowledge of this welding process. To this end, a methodology is employed to characterize the influence of basic and rutile flux-cored wires, with diameters of 1.2 and 1.6 mm, and shielding gases with compositions of Ar+25% CO2 and pure CO2 on the morphological characteristics of weld beads, such as reinforcement height, width, dilution, convexity, and penetration. In addition, process stability and wire melting and deposition rates are evaluated to assess their influence on the process's productive capacity. The results indicate that the shielding gas is the factor with the greatest impact on arc stability, followed by wire type; the Ar+25% CO2 mixture and the rutile wire show superior performance compared with, respectively, pure CO2 and the basic wire, in addition to providing larger masses of deposited material and lower losses of molten metal. Regarding the consumable diameter, the 1.6 mm wire exhibits lower relative current variability; however, within the operating windows evaluated, it operates with energy that is probably insufficient to reproduce the morphology obtained with the 1.2 mm wire, indicating the need for tests at higher voltage and current levels. Even so, the 1.6 mm wire favors morphological characteristics associated with penetration.