Análise comparativa do processo produtivo e propriedades mecânicas resultantes dos processos de soldagem TIG e a laser na união de chapas de aço inoxidável ferrítico AISI 430

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Data
2022-06
Orientador
Barretos, Marcelo dos Santos
Banca
Garcia, Rafael Farias
Souza, Ricson Rocha de
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Resumo
A soldagem TIG é muito utilizada nas empresas para união de chapas metálicas de aço inoxidável, especialmente os ferríticos AISI 430, em função das atraentes propriedades associadas a resistência a corrosão, favorecendo um bom acabamento aos produtos. Com a competitividade do mercado e com o aparecimento de novas tecnologias, as empresas enxergam como alternativa a implementação de novos equipamentos de soldagem a laser portátil para otimização do sistema produtivo e que permitem exercer as mesmas atividades que a soldagem TIG, ofertando melhores resultados pertinente as propriedades mecânicas das juntas soldadas e ao sistema produtivo. Neste trabalho é analisado, mediante a ensaios mecânicos, os aspectos relacionados as propriedades mecânicas em juntas soldadas e analisado os ganhos de produtividade do processo de soldagem a laser em relação a soldagem TIG. Buscando averiguar de maneira comparativa entre os dois sistemas de soldagem em chapas de aços inoxidáveis AISI 430 de até 3mm de espessura. Desta forma, as amostras deram-se confeccionadas pela soldagem de quatro conjuntos por meio dos processos de soldagem a laser e soldagem TIG com e sem metal de adição. Os procedimentos experimentais realizados estão relacionados aos ensaios não destrutivos de inspeção visual e líquido penetrante, aos ensaios destrutivos de tração, dobramento e macrográfico nas juntas soldadas, a verificação da viabilidade produtiva realizada diretamente no sistema fabril de uma empresa metalúrgica. Os resultados evidenciam melhores benefícios obtidos pela soldagem a laser no aspecto visual do cordão de solda, maior índice de penetração de solda e melhor desempenho ao sistema produtivo, ofertando ao sistema produtivo um ganho de produtividade em escala de 3,5:1, ou seja, um acréscimo de 71,3% de rendimento em relação ao processo de soldagem TIG. Relacionando a resistência mecânica e a ductilidade do material na região soldada, a solda a laser com e sem metal de adição apresentou valores aproximados e similares a solda TIG com metal de adição, com os valores de resistência mecânica obtidos ficando entre 482 Mpa e 495 Mpa mantendo-se próximo ao exigido para o metal base. Já a solda TIG sem metal de adição mostra-se frágil em todos os aspectos com o valor da resistência mecânica não ultrapassando 257 Mpa apresentando uma fratura frágil e ruptura na região soldada nos ensaios de tração e de dobramento. De maneira geral, a solda a laser implementada de maneira correta no processo produtivo e com o uso dos parâmetros ideias para soldagem de chapas metálicas pode promover melhores benefícios no âmbito produtivo em relação a soldagem TIG.

TIG welding is widely used in companies for joining stainless steel sheets, especially AISI 430 ferritic, due to the attractive properties associated with corrosion resistance, favoring a good finish to the products. With the competitiveness of the market and the emergence of new technologies, companies see as an alternative the implementation of new portable laser welding equipment to optimize the production system and that allow them to perform the same activities as TIG welding, offering better results relevant to the mechanical properties of welded joints and the production system. In this work, the aspects related to the mechanical properties of welded joints are analyzed through mechanical tests and the productivity gains of the laser welding process in relation to TIG welding are analyzed. Seeking to find out in a comparative way between the two welding systems in AISI 430 stainless steel plates up to 3mm thick. Thus, the samples were made by welding four sets by means of laser welding and TIG welding with and without filler metal. The experimental procedures performed are related to non-destructive visual inspection and penetrant liquid tests, destructive tensile, bending and macrographic tests on welded joints, verification of production viability carried out directly in the manufacturing system of a metallurgical company. The results show better benefits obtained by laser welding in the visual aspect of the weld bead, higher weld penetration rate and better performance to the production system, offering the production system a gain in productivity on a scale of 3.5:1, that is, , an increase of 71.3% in efficiency compared to the TIG welding process. Relating the mechanical strength and ductility of the material in the welded region, laser welding with and without filler metal showed approximate and similar values to TIG welding with filler metal, with the mechanical strength values obtained being between 482 Mpa and 495 Mpa while remaining close to that required for the base metal. On the other hand, the TIG weld without filler metal is fragile in all aspects, with the value of the mechanical strength not exceeding 257 MPa, presenting a fragile fracture and rupture in the welded region in the tensile and bending tests. In general, laser welding implemented correctly in the production process and using the ideal parameters for welding sheet metal can promote better benefits in the production scope in relation to TIG welding.
Descrição
Palavras-chave
Soldagem TIG; Soldagem a laser; Aço inoxidável AISI 430; Ensaios mecânicos; Sistema produtivo; TIG welding; Laser welding; AISI 430 stainless steel; Mechanical tests; Productive system
Citação
SCHLOSSER, Jeferson Luis. Análise comparativa do processo produtivo e propriedades mecânicas resultantes dos processos de soldagem TIG e a laser na união de chapas de aço inoxidável ferrítico AISI 430. 2022. Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade do Vale do Taquari - Univates, Lajeado, 05 jul. 2022. Disponível em: http://hdl.handle.net/10737/3423.