Magmatic fabric

Foram realizadas análises de microscopia óptica na secção transversal de cada cordão de solda, com a sobreposição de imagens adjacentes. Todas as micrografias foram obtidas com a mesma ampliação, afim de se realizar comparações das dimensões obtidas de largura e profundidade dos cordões. A Figura 15 mostra as micrografias da secção transversal do parâmetro solda realizado com P 2000W e V

500mm/s. É possível verificar a ZF na Figura 15A, a ZTA na Figura 15C, uma Zona de Transição (ZT) na Figura 15B e o material base (MB) na Figura 15D e também na Figura 15E. O formato do cordão de solda indica que a soldagem foi por condução.

Figura 15: Micrografia da (A) zona fundida, (B) ZTA, (C) zona de transição e (D e E) do material base

Fonte: Autoria própria (2018)

Durante a soldagem a laser, o material é aquecido e resfriado muito rapidamente, o que faz com que ocorram mudanças de fases e a microestrutura dos grãos adquire formato colunar, em direção ao centro. Na Figura 15A são visíveis grãos de ferrita acicular que são mais claros. Já os grãos de tonalidade mais escura correspondem a martensita, formada devido ao rápido resfriamento. Esse resultado é similar aos obtidos nos trabalhos de Zhang e colaboradores (2020).

Baseando-se na micrografia da Figura 15 a ZTA da parte superior da secção transversal do cordão de solda possui uma largura maior do que a ZTA formada na parte inferior. Isso ocorre devido a dissipação mais rápida do calor na parte inferior, pois o volume do material que atua como dissipador é maior na parte inferior, acelerando o processo de solidificação. Já na parte superior, especialmente na região central, o resfriamento ocorre de forma mais lenta, levando a uma ZTA maior e formação de perlita. Além disso, o tamanho de grãos da parte superior é maior, justamente devido ao processo de solidificação ocorrer de forma mais lenta.

A ZT é mostrada em maior detalhes na Figura 16, onde é possível observar duas fases distintas, uma mais clara, que corresponde a ferrita e uma mais escura que está na ZTA e corresponde a fase perlita (ZHANG et al., 2020).

Figura 16: Micrografia da zona de transição

Fonte: Autoria própria (2019)

Conforme mostra a Figura 17, as micrografias foram organizadas em função da velocidade de varredura, realizadas com a mesma potência de 2000 W, onde é possível distinguir as regiões e interface características de cordões de solda, sendo a ZTA, ZF e MB (GEMELLI, 2001). A saliência observada nas micrografias da Figura 17 no centro do cordão de solda forma-se devido ao rápido resfriamento do cordão, associado com o fluxo de material fundido na poça de fusão que vai em direção ao centro (STEEN; MAZUMDER, 2010). Como não há tempo suficiente para que o metal se redistribua na superfície, a solidificação rápida gera uma protuberância. Conforme a velocidade de varredura aumenta, essa protuberância aumenta proporcionalmente, pois o tempo de resfriamento é menor.

Considerando-se a soldagem por condução e por keyhole, observa-se que o parâmetro com V 500 mm/s é totalmente por condução. Segundo Silveira (2012), com baixas velocidades de soldagem o vapor gerado pela ação do feixe de laser entra em colapso, não permitindo que ocorram as múltiplas reflexões no interior da poça de fusão, o que é característico do processo keyhole, ocasionando a formação de bolhas.

Na Figura 17B é possível se observar uma bolha de aproximadamente 0,5 mm que se formou na poça de fusão. Em todos os parâmetros de soldagem a laser houve a formação de bolhas na ZF. Em alguns casos, como na Figura 17F, a formação de bolhas foi menor, porém para outros parâmetros, ocorreu em maior quantidade. Para

eliminar completamente a porosidade, é necessário que o parâmetro de laser que proporciona soldagem por keyhole promova o sangramento, ou seja, atravesse completamente a chapa a ser soldada para que o fluxo de gás de proteção na zona fundida eliminem os gases e vapores do processo pela parte inferior do cordão.

Figura 17: Micrografia dos cordões de solda em função da velocidade para potência de 2000 W

Fonte: Autoria própria (2019)

Conforme aumenta-se a velocidade, uma mudança no perfil da poça de fusão ocorre, ficando cada vez mais evidente que um processo o keyhole ocorre conforme a velocidade aumenta. Para os parâmetros analisados e apresentados na Figura 17, a maior penetração obtida foi utilizando V 500 mm/s, formando um cordão com profundidade de aproximadamente 5,2 mm e largura de 4,6 mm. Entretanto, como há formação de poros e bolhas, como evidenciado na micrografia da Figura 17B, que utiliza velocidade ligeiramente maior, pode-se obter um cordão com qualidade inferior com os parâmetros supracitados. Considerando-se a otimização do tempo de processo, e consequentemente os custos, o melhor parâmetro para obtenção de

cordões de profundidade elevada ocorre com velocidade acima de 1000 mm/s, o que gera cordões com largura mais estreita, conforme a velocidade aumenta.

Observa-se na Figura 17 que quanto menor a velocidade de varredura do feixe de laser, mais largo o cordão de solda. Isso ocorre porque o tempo de interação é o parâmetros principal que dita a temperatura máxima atingida na superfície do metal, pois os demais parâmetros como potência e diâmetro do feixe de laser foram mantidos constantes. Quanto mais lenta a velocidade de varredura, maior o tempo de interação, o que faz com que a largura do cordão aumente consideravelmente. Observa-se também que as dimensões da ZTA variam. A medição da ZTA foi realizada para cada parâmetro estudado, considerando-se uma distância da superfície de 30% da profundidade total do cordão de solda, traçando-se uma linha na horizontal e medindo- se a ZTA, conforme mostra a Figura 18.

Figura 18: Parâmetro de solda P9 usado como exemplo esquemático da medição na ZTA

Fonte: Autoria própria (2019)

As medidas auferidas para cada parâmetro de soldagem são indicadas na Tabela 4. Quanto maior a velocidade de varredura, menor a largura da ZTA. Considerando-se apenas os cordões realizados com potência de 2000W, a diferença entre a menor velocidade (750 mm/s) e a maior (3000 mm/s) a variação da ZTA foi de 51%, ou seja, para uma velocidade quatro vezes maior, a largura da ZTA é a metade. Considerando-se a energia de soldagem entre os parâmetros P7 (2,67 J) e P5 (0,67), a proporção é a mesma, sendo quatro vezes maior a energia no P7 e a largura da ZTA é duas vezes maior.

Tabela 4: Parâmetros de soldagem, largura da ZTA, largura e profundidade do cordão de solda Parâmetros P1 P2 P7 P3 P9 P8 P4 P5 Potência (W) 1500 1500 2000 2000 2000 2000 2000 2000 Velocidade (mm/s) 3000 1000 750 1000 1250 1500 2000 3000 Aporte térmico (J/mm) 0,50 1,50 2,67 2,00 1,60 1,33 1,00 0,67 Largura ZTA (μm) 56 138 185 161 146 138 121 95 Largura cordão (μm) 1191 3030 3777 ~3738 2926 2636 1709 1357 Profundidade cordão (μm) 3100 3360 4040 4000 3748 3526 3636 3360

Fonte: Autoria própria (2019)

O mesmo aumento da largura da ZTA ocorre com o aumento da potência, pois para a mesma velocidade, comparando-se os parâmetros P1 (56 µm) e P5 (95 µm) há aumento de 60% e para P2 (138 µm) e P3 (161 µm) há aumento de 85%.

A partir das micrografias apresentadas na Figura 17 foram realizadas medições da largura e profundidade de todos os cordões de solda e esses resultados foram representados graficamente na Figura 19. Observa-se o efeito que a velocidade de varredura se apresenta nas duas dimensões, sendo que quanto maior a velocidade menor a largura medida na superfície e maior a profundidade. Para a profundidade há uma tendência de estabilização acima de 1500 mm/s e as variações são resultado da formação da crista do cordão de solda.

Figura 19: Velocidade da soldagem em função da profundidade e da largura do cordão de solda, para potência de 2000 W 500 1000 1500 2000 2500 3000 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Comp rime nto , mm Velocidade de varredura, mm/s Profundidade Largura na superfície

A Figura 20 mostra a influência da potência do feixe de laser e da velocidade de varredura para os parâmetros de velocidade indicados.

Figura 20: Comparação de dois parâmetros de velocidade de varredura e potência de laser

Fonte: Autoria própria (2019)

Observa-se na Figura 20, que quanto maior a potência, mais profundo o cordão de solda. A Tabela 5 faz uma compilação dos parâmetros de processo e a largura e profundidade dos cordões. Observa-se que há cerca de 19% a mais de profundidade para o parâmetro P2 em relação a P3 e 7,7% a mais de P1 em relação a P5. Já a largura do cordão não se altera pronunciadamente para solda que ocorre com keyhole. Entretanto, na solda por condução a largura também aumenta consideravelmente com o aumento da potência, aproximadamente 27% de P2 para P3.

Tabela 5: Parâmetros de laser em função da profundidade e largura do cordão de solda

Parâmetros P1 P2 P3 P5 Potência (W) 1500 1500 2000 2000 Velocidade (mm/s) 3000 1000 1000 3000 Aporte Térmico (J/mm) 0,50 1,50 2,00 0,67 Largura (μm) 1,19 3,03 3,84 1,39 Profundidade (μm) 3,10 3,36 4,00 3,36

Fonte: Autoria própria (2019)

Em relação a superfície dos cordões de solda, foram realizadas imagens utilizando MEV e mapeamento de elementos químicos. Análises de EDS em linha

foram realizadas a partir do centro do cordão de solda até o metal base. Foi verificada a composição química e os aspectos morfológicos dos cordões de solda realizados com V 1000 e 3000 mm/s, com P 1500 W. A Figura 21 mostra a micrografia e o mapeamento de EDS dos elementos mais significativos.

Figura 21: Micrografia e mapeamento de elementos para os cordões de solda realizados com potência de 1500 W e velocidade de varredura de (A) 1000 mm/s e (B) 3000 mm/s

Fonte: Autoria própria (2019) Faixas da região

de borda do cordão de solda.

Como o cordão de solda da Figura 21A é mais largo, a micrografia apresentada parte do cordão de solda e no lado esquerdo está o metal base. Observa-se que há no metal base resquícios do elemento zinco, que não faz parte da composição química da liga em estudo. Desta forma, o zinco é um revestimento de proteção contra corrosão, presente no material na condição como recebido. Segundo Braz (2018) a soldagem a laser gera a evaporação parcial de revestimento de zinco em aço DP 600, sendo a evaporação uma função inversa da velocidade de varredura. Observa-se nos dois cordões de solda uma oxidação generalizada, tanto na superfície do metal base quanto no cordão de solda. O elemento ferro aparece distribuído uniformemente em todo o metal base e no cordão de solda, indicando que não houve segregação devido a soldagem.

As análises de EDS em linha são mostradas na Figura 22. Observa-se que oxigênio e ferro são os elementos com maior contagem e estão distribuídos em toda a superfície, tanto para P3 como para P5.

Figura 22: Micrografia e EDS em linha dos cordões de solda (A) P3 e (B) P5

Fonte: Autoria própria (2019)

Silício e zinco também apresentam contagem mais elevada que os demais elementos, compondo uma escória formada nas bordas do cordão de solda.