Estudo da influência de parâmetros do processo MIG/MAG na dureza e microestrutura de juntas soldadas de aço SAE 1020

Abstract

Resumo: O processo de soldagem tem uma grande importância industrial, tendo em vista sua utilização na fabricação de componentes e recuperação de peças danificadas ou desgastadas. No entanto, a soldagem a arco elétrico é caracterizada pela aplicação concentrada de calor, gerando gradientes de temperatura ao longo da peça que podem acarretar em mudanças consideráveis na microestrutura e propriedades da zona fundida (ZF) e zona termicamente afetada (ZTA). A soldagem MIG (Metal Inert Gas) / MAG (Metal Active Gas), por sua vez, apesar da versatilidade, facilidade de operação, taxas elevadas de deposição e possibilidade de automatização, necessita de um ajuste mais rigoroso dos parâmetros elétricos de operação (tensão, corrente), caso contrário descontinuidades e distorções poderão aparecer no cordão de solda, diminuindo a confiabilidade do sistema e acarretando em falha prematura. O presente trabalho, portanto, tem como objetivo avaliar a influência da variação da tensão de soldagem sobre a microestrutura final e dureza da ZF e ZTA de cinco amostras de aço SAE 1020, soldadas em junta de topo com chanfro meio V na posição plana, com diferentes tensões (20V, 23V, 26V, 29V e 32V). Para tal finalidade, utilizou-se como método operacional o processo MAG, com corrente contínua, polaridade inversa e técnica “puxada”. Ademais, foi utilizado o CO2 puro como gás de proteção, regulado em uma vazão constante de 10 L/min, e o arame cobreado AWS A5.18 ER70S-6, de 0,8 mm de diâmetro, como metal de adição. Como resultado, pela análise metalográfica foram identificados diversos microconstituintes na ZF, tais como: ferrita de contorno de grão, ferrita poligonal intragranular, ferrita acicular, ferrita com segunda fase alinhada e perlita. Ademais, foi identificado o aumento da quantidade de ferrita acicular na zona fundida, atrelado à diminuição da taxa de resfriamento, proveniente da elevação da tensão e energia de soldagem. A ZTA, por sua vez, apresentou uma região que teve sua microestrutura refinada pelo aumento da tensão. Por fim, pela análise do perfil de dureza das amostras soldadas, pode-se notar que em todas as amostras a dureza cresceu a partir do metal base até a zona fundida, onde atingiu seu valor máximo.

Abstract: The welding process has a great industrial importance, in view of its use in the manufacture of components and recovery of damaged or worn parts. However, electric arc welding is characterized by the concentrated application of heat, generating temperature gradients along the piece that can lead to considerable changes in the microstructure and properties of the weld zone (WZ) and heat affected zone (HAZ). MIG (Metal Inert Gas) / MAG (Metal Active Gas) welding, in turn, despite its versatility, ease of operation, high deposition rates and the possibility of automation, it requires a more rigorous adjustment of the electrical operating parameters (voltage, current), otherwise discontinuities and distortions may appear in the weld bead, decreasing system reliability and leading to premature failure. The present work, therefore, aims to evaluate the influence of the variation of the welding voltage on the final microstructure and hardness of the WZ and HAZ of five SAE 1020 steel samples, welded in a butt joint with a half V chamfer in the flat position, with different voltages (20V, 23V, 26V, 29V and 32V). For this purpose, the MAG process was used as an operational method, with direct current, reverse polarity and “pull” technique. In addition, pure CO2 was used as a shielding gas, regulated at a constant flow rate of 10 L/min, and copper wire AWS A5.18 ER70S-6, 0.8 mm in diameter, as filler metal. As a result, the metallographic analysis identified several microconstituents in the WZ, such as: grain boundary ferrite, intragranular polygonal ferrite, acicular ferrite, ferrite with second phase aligned and pearlite. Furthermore, an increase in the amount of acicular ferrite in the molten zone was identified, linked to the decrease in the cooling rate, resulting from the increase in voltage and welding energy. The HAZ, in turn, presented a region that had its microstructure refined by the increase in voltage. Finally, by analyzing the hardness profile of the welded samples, it can be noted that in all samples the hardness increased from the base metal to the molten zone, where it reached its maximum value.