Estudo da influência do aporte térmico no processo de soldagem MAG robotizada do aço DOCOL 1000DP

Abstract

Aços bifásicos vêm sendo utilizados recentemente na indústria automotiva objetivando reduções de peso e aprimoramento de consumo de combustível. Esses aços oferecem alta resistência mecânica sem afetar a conformabilidade. A microestrutura de um aço bifásico é constituída por uma matriz ferrítica macia, que oferece ductilidade, e uma segunda fase martensítica dura, responsável pela resistência mecânica. Processos de soldagem por fusão, como MAG (do inglês, Metal Active Gas), são utilizados para uniões soldadas de aços bifásicos; entretanto, o aporte térmico proveniente da solda pode causar a decomposição da fase dura do aço em martensita revenida. Isso pode reduzir a eficiência da junta soldada, causando falhas prematuras em regiões onde o abrandamento da martensita ocorre. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o impacto de diferentes aportes térmicos na soldagem MAG robotizada de aços bifásicos de alta resistência. Os aportes térmicos foram determinados de forma progressiva dentro da faixa recomendada para o eletrodo de solda utilizado. Buscou-se utilizar aportes térmicos reduzidos para minimizar os efeitos do revenimento da martensita presente no metal de base. A soldagem MAG robotizada foi realizada em juntas de topo na posição plana utilizando fonte de potência inversora com corrente pulsada. O metal de base foi um aço de alta resistência bifásico DOCOL 1000DP, e o eletrodo utilizado classificado como AWS A5.28 ER120S-G possuindo propriedades mecânicas apropriadas para esse processo de soldagem. A velocidade de deslocamento da tocha de soldagem, bem como a vazão do gás de proteção (82% Ar e 18% CO2) foram idênticos para todos os corpos de prova. Foram utilizados cinco aportes térmicos distintos, de forma crescente, para confecção dos corpos de prova com a variação dos parâmetros de tensão e corrente de soldagem. A faixa dos aportes térmicos de soldagem foi de 0,12 a 0,33 kJ/mm. Para avaliação de propriedades mecânicas e microestruturais do material soldado, corpos de prova foram submetidos a ensaio de tração, criação do perfil de microdureza das juntas soldadas bem como a análise por microscopia ótica para avaliação das microestruturas. Os resultados dos ensaios mecânicos mostram que, com o aumento do aporte térmico, o limite de resistência mecânica das amostras sob ensaio de tração apresentou redução. Essa redução da resistência mecânica chegou até 26% em relação ao metal de base. Isso se deve ao revenimento da martensita presente no aço sob estudo. Da mesma forma, o valor mínimo do perfil de dureza teve redução gradativa, proporcional ao aumento do aporte térmico utilizado no processo de soldagem. A menor dureza encontrada entre as amostras ensaidas, foi 34% menor que o metal de base. A relação entre limite de resistência/dureza mínima ZAC, se mostrou muito próxima para as amostras testadas sob diferentes aportes térmicos variando em uma faixa de 0,26 a 0,28.

Dual-phase steel have recently been used for automotive manufacturing intending to reduce the vehicle weight and improve fuel economy. Those steels offer higher strength not compromising the formability. The DP steel microstructure is comprised of a ferrite matrix, which provides ductility, and a second hard martensite phase, responsible for the steel strength. Fusion welding process, such as metal arc welding (GMAW), are used to join dual-phase steels; however, the heat input from the welding process can cause tempering of the hard martensite phase. This can reduce the weld joint efficiency, causing premature failures localized in the region where tempered martensite occurs. The main purpose of this work was to study the impact of different heat inputs on dual-phase steels GMAW robotic welding. The heat inputs were determined on progressive method in a range recommended by the welding wire manufacturer. The heat inputs definition intends to determine low heat inputs to minimize the effect of the martensite tempering presented on the steel. The robotic GMAW welding was performed horizontally using a butt joint applying pulsed arch. The metal base was a dual-phase steel DOCOL 1000DP and the welding wire was classified as AWS A5.28 ER120S-G having appropriated mechanical proprieties. The travel speed of the welding torch and the gas (82% Ar and 18% CO2) flow were uniform for all samples. Were used five welding heat inputs in progressive way varying the parameters such as voltage and current. The range of weld heat input was between 0.12 and 0.33 kJ/mm. For evaluation purposes the samples were submitted to tensile test and hardness profile definition. In addition, the samples passed by optical microscopy analysis to evaluate the microstructures. The results show that the increasing the welding heat input has a good relationship with the reduction of the ultimate strength of the samples. This reduction on the weld joint strength reached 26% when compared with the base metal strength. This fact could be explained by martensite tempering. In the same way, the smaller value of the hardness profile of the samples had gradual reduction proportional to the increase of the weld heat input. The ratio between weld strength/minimum HAZ hardness presented confident results for all samples on the range of 0.26 and 0.28.