Análise do fluxo de material no processo de soldagem por fricção com pino consumível

Abstract

Em substituição aos processos de reparo de defeitos por soldagem por arco elétrico, a Soldagem por Fricção com Pino Consumível ou Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) vem sendo estudada devido a suas diversas vantagens sobre os processos convencionais de reparo. Isso se deve a não ocorrência de fusão do metal base e do metal de adição, ao reduzido tempo de processamento (inferior a um minuto, na maioria dos casos) e à possibilidade de automação do processo. Entretanto, por ser um processo relativamente novo, pouco se sabe sobre o mecanismo de deposição de material e a influência deste na qualidade final da junta soldada. Desta forma, a análise do fluxo de material proposta por esse estudo visa contribuir na compreensão da distribuição do material no interior da junta soldada. Para isso, um traçador de titânio foi inserido no interior da solda de um pino de aço SAE 4140. Para a avaliação das juntas soldadas com o traçador de titânio, foram feitas análises de macro e micrografia, além da análise por raios X por meio de um tomógrafo industrial. A partir dos resultados, constatou-se que o processo de FHPP apresenta dois fluxos distintos: o primeiro relativo à distribuição de material do centro do pino, já o segundo referente à distribuição de material da parede do pino. O material do centro do pino tem a tendência de acumular-se no fundo da solda e por meio dos planos de cisalhamento criados, o material do centro do pino é transportado para a periferia do pino. Já o segundo fluxo de material ocorre entre as superfícies de contato do pino e do furo. É um escoamento de expulsão de material, sendo expulso com a rebarba. Ainda, foi verificado que a mistura de material ocorre somente nas regiões onde há atrito entre as peças: ponta do pino com o fundo do furo, parede do pino com a parede do furo e no plano de cisalhamento a quente. Portanto, a partir do conhecimento do fluxo de material é possível prever a distribuição de particulados no interior da solda, uma vez que elas tendem a se acumular nas regiões com maior intensidade de fluxo. Além disso, a utilização da técnica de tomografia computacional mostrou-se eficaz na identificação de trincas no interior de juntas soldadas por fricção e também para as análises de fluxo em soldas com materiais dissimilares.

The replacement of electric arc welding at cracks repairs by the Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) it`s being studied due the several advantages of this new process. With the FHPP the process time is less than one minute, the welding temperature is bellow to the melting temperature of the material and the process can be automated. However, as it is a relatively new repair welding process, there are not many information about the material distribution mechanism and the influence of it at the final weld quality. Thus, the material flow analysis proposed by this study intends to contribute to the material comprehension distribution inside the weld. Therefore, a titanium tracer was inserted inside a SAE 4140 steel pin. To evaluate the welds, the samples were analyzed by metallography and by industrial tomography. With the results, were found two different materials flows. The first describes the flow of the material at the center of the pin and the second describes the flow of the material of the faying surface of the pin. The material at the center of the pin tends to accumulate at the bottom of the weld and just above this few volume, appears the hot shear plane that allow the material from the center of the pin flows intermittent to the periphery. Nevertheless, this material is not expelled with the flash. The second flow is the material of the faying surface outside of the center pin, which on part goes to the top of the weld and it is expelled with the flash, and the other goes to the bottom of the weld, but doesn’t arrives because of the material already deposited. Furthermore, it was verified that the material stir occurs specially at the regions that the friction happens: faying surface of the pin and the hole and the shear plane. Thus, with that information it is possible to predict the distribution of particulate, as inclusions, inside the weld. Besides that, the industrial tomography proved that is able to identify cracks inside the welds and it is a great tool at the flow analysis of dissimilar welds.