Avaliação das distorções angulares em juntas de filete

Abstract

Distorções geométricas em partes metálicas unidas através de soldagem a arco elétrico são consequências inerentes ao processo devido ao elevado fluxo de calor necessário para fusão dos metais de base e adição (quando houver). Embora inevitáveis, estas distorções podem ser reduzidas ou eliminadas através do prévio conhecimento do comportamento da junta de acordo com energia aplicada, características geométricas, propriedades do material, entre outros fatores, possibilitando assim a redução de custos com possíveis retrabalhos por meio de alterações de projeto ou ações que as previnam durante a soldagem. Este trabalho utilizou a metodologia de Projeto de Experimentos para avaliar o efeito da energia de soldagem, espessura da aba e espessura da alma na distorção angular em juntas de filete soldadas pelo processo MIG/MAG com modo de transferência curto-circuito. Foi aplicada a Análise de Variância para as distorções angulares das amostras e identificou como significativo o efeito linear da energia de soldagem, o efeito quadrático da espessura da aba e a interação dos fatores energia de soldagem e espessura da aba na distorção angular de juntas de filete. Observou-se mínimas distorções para a combinação de maior energia de soldagem e menor espessura de aba, sendo mínimas também as distorções angulares para a combinação de menor energia de soldagem e maior espessura de aba, independente da espessura da alma para as condições estudadas. Através das macrografias das amostras, identificou-se que razão entre a área total do metal de solda e espessura da aba que gera maior distorção angular é aproximamente 5, com menores distorções angulares para valores inferiores e superiores a esse. Através de um modelo numérico, demonstrou-se que o gradiente de temperatura na aba da junta não determina a máxima distorção angular, e sim a máxima temperatura atingida na superfície inferior da aba, com máxima distorção angular obtida para a amostra que atingiu aproximadamente 425 ºC em ponto na superfície inferior da aba e paralelo à margem do cordão. Por fim, para distorções angulares em função da razão entre a energia de soldagem conduzida pela aba e espessura de aba ao quadrado, observou-se que a distorção angular é crescente até atingir 15,00 J/mm³, e menores distorções angulares para relações superiores a esse valor.

Welding deformation on metallic parts joined by electric arc welding are inherent consequences of the process due to the high heat flux required for melting the base and filler metals (when used). Although unavoidable, these deformations can be reduced or eliminated through prior knowledge of joint behavior in accordance with applied heat input (welding energy), geometric characteristics, material properties, among other factors, thus reducing costs with possible rework through design changes or actions that prevent them during welding. This work uses a methodology proposed by Experimental Design theories to evaluate the effect of heat input, flange thickness and web thickness on angular distortion in fillet joints welded by the GMAW process with short-circuit transfer mode. Was applied Analysis of Variance for the angular distortions of the test specimens and there are significant the linear effect of heat input, the quadratic effect of flange thickness and the interaction of heat input and flange thickness on the angular distortion of fillet joints, observing minimum distortion for the combination of higher heat input and lower flange thickness, and also angular distortions for the combination of lower heat input and higher flange thickness, regardless of the thickness of the web are minimal. Through the macrographs of the samples, it was identified that the ratio of a region of the weld metal to the flange thickness that generates the greatest angular distortion is approximately 5, with smaller angular distortions for lower values and higher than that. Through a numerical model, it has been shown that the temperature gradient in the flange does not determine the maximum angular distortion, but the maximum temperature reached in the lower surface of the flange, with maximum angular distortion obtained for the sample that reached approximately 425ºC in point on the surface bottom of the flange and parallel to the edge of the weld bead. Finally, for angular distortions as a function of the ratio between the heat input conducted by the flange and the squared flange thickness, it was observed that the angular distortion is increasing until reaching 15,00 J/mm³, and smaller angular distortions for higher relations to this value.