4. BULGULAR ve YORUMLAR
4.10. Tüm Bulgulardan Elde Edilen Sonuçların Birlikte Ele Alınması
A análise metalográfica das amostras foi feita em duas etapas, sendo análise macro e micrográfica. Após a soldagem, as chapas foram usinadas na secção transversal dos cordões com auxílio de uma cortadeira metalográfica com disco abrasivo e em seguida fez-se o embutimento das amostras em resina termoplástica de cura a frio (poliéster). A Figura 3.8 ilustra uma amostra embutida, composta por dois cordões de solda. Considerando as diferentes energias e aditivos utilizados na série de experimentos foram preparadas 24 amostras distintas, conforme estabelecido no fluxograma da Figura 3.6.
Figura 3.8 - Amostra usada para a análise metalográfica.
Após a preparação das amostras, a primeira etapa da análise metalográfica inicia-se com o desbaste de cada amostra utilizando lixas de granulação 120, 220, 320, 400, 600 e 1200 para que a superfície ficasse suficientemente plana. Para revelação das macroregiões dos cordões de solda, utilizou-se o reativo de Iodo (COLPAERT, 1983), onde as amostras foram imersas por tempo adequado, sendo em seguida lavadas em água corrente e depois feita a secagem por um jato de ar quente. A Figura 3.9 ilustra o aspecto típico de uma amostra após o ataque químico.
Figura 3.9 - Aspecto da amostra após a preparação macrográfica, revelando as regiões de solda. Ataque com reativo de iodo. Metal de solda sem aditivo.Energia de soldagem 1,5 kJ/mm.
Para a documentação macrográfica foi realizada a aquisição das imagens através de um estereomicroscópio de baixa ampliação e uma máquina fotográfica digital com resolução de 3 megapixels. A análise consistiu na determinação das regiões de solda e de aspectos geométricos dos cordões de solda preparados. Deste modo as imagens foram tratadas digitalmente para definição das áreas relacionadas ao metal de solda, zona termicamente afetada e o metal base. Através de um editor de imagens contornou-se da melhor maneira possível os perímetros das diferentes regiões dos cordões de solda, gerando novas imagens preto e branco onde as áreas relacionadas ao metal de solda juntamente com a ZTA, somente a ZTA e a área da diluição fossem caracterizadas, Figura 3.10. Esses arquivos de imagem digital foram, então, analisados quantitativamente através das ferramentas existentes no freeware Image Tool, disponível gratuitamente em http://ddsdx.uthsa.edu/dig/itdesc.html (2006). Desta forma puderam ser determinados parâmetros geométricos como o reforço, a penetração, a profundidade da ZTA e a largura do cordão de solda, bem como a área da secção do metal de solda, a taxa de deposição e a taxa de diluição para cada ensaio realizado.
(a) (b) (c)
Figura 3.10 - Tratamento digital de imagens do cordão de solda mostrado onde estão definidas as áreas do metal de solda e ZTA em (a), apenas o metal de solda em (b) e a região de diluição em (c).
A segunda etapa de análise metalográfica consistiu na análise quantitativa das inclusões não metálicas presentes no metal de solda, bem como a revelação de microestrutura e da determinação da fração volumétrica dos respectivos microconstituintes. A fase inicial de
preparação das amostras foi similar ao realizado para a macrografia. Antes de ser iniciado o polimento as amostras foram limpas em banho ultrasônico por 2 minutos, seguindo-se o polimento mecânico com alumina de granulometria 1µm.
Para a aquisição de imagens das distribuições de inclusões existentes no metal de solda foi utilizado uma bancada metalográfica equipada com acessórios e uma câmera fotográfica digital com resolução de 3 megapixels. Testes preliminares mostraram que a utilização de uma objetiva com ampliação 12,5X, fator de ampliação 20X e uma ocular P12,5X permitia a observação de inclusões maiores que 0,5µm sobre a superfície polida das amostras. Para que houvesse padronização da região do cordão de solda fotografado, mapeou-se uma região central de cada cordão através do microscópio, de forma que a área total mapeada de cada cordão foi de 1,8mm2, corresponde ao mapeamento fotográfico de 25 campos contíguos não sobrepostos que totalizaram 600 imagens distintas para a série de amostras analisadas. A Figura 3.11 ilustra o procedimento usado no mapeamento do metal de solda.
De maneira análoga foi necessário um tratamento das imagens para a análise quantitativa das inclusões, como mostrado exemplarmente na Figura 3.12. Com a definição das partículas em preto foi possível novamente utilizar as ferramentas existentes no freeware Image Tool, sendo possível coletar o tamanho equivalente (diâmetro de Ferret) e a área das inclusões observadas em cada campo fotografado. O diâmetro de Ferret d é definido por
S inclusão da área 4 d (3.2) (a) (b)
Figura 3.12 - Exemplo de distribuição de inclusões no metal de solda observadas na imagem original da superfície polida (a) e após o tratamento de imagem (b). Amostra com aditivo zircônia soldada com energia de soldagem 3,0 kJ/mm.
A partir dos resultados obtidos pela análise de imagens foi possível determinar vários parâmetros quantitativos sobre a distribuição de inclusões (GRONG; KLUKEN, 1992). A fração em área ocupada pelas partículas AA é definida por
analisada total área partículas pelas ocupada área A A (3.3)
O número de inclusões por unidade de área NA e o número de partículas por unidade de volume
NV são determinados, respectivamente, por
analisada total área analisada total área na observadas inclusões de total número A N (3.4) d N N A V (3.5)
Onde d é o diâmetro de Ferret médio das inclusões. Assim, a fração volumétrica das inclusões
VV não metálicas foi determinado por
3
6 N d
VV S V (3.6)
A revelação da microestrutura das amostras foi realizada com o ataque químico da superfície polida feito com nital 2%. Nesta fase experimental o objetivo deste procedimento foi avaliar a quantidade de ferrita em suas variadas morfologias. Nos metais de solda são típicas a ferrita acicular (AF), a ferrita primária PF(G), a ferrita intragranular ou idiomórfica PF(I) e a ferrita alinhada com segunda fase FS(A) (GRONG; KLUKEN, 1992). O procedimento utilizado para a documentação das 25 áreas contíguas no metal de solda foi idêntico ao utilizado para a caracterização das inclusões não metálicas, de maneira que uma área correspondente a 1,8mm2 foi analisada para cada amostra.
As imagens obtidas foram submetidas novamente ao Image Tool, onde após a inclusão de uma grade de pontos, aproximadamente 4000 pontos foram analisados e contados revelando as variadas morfologias da ferrita, como mostra a Figura 3.13.
Figura 3.13 - Microestrutura do metal de solda; aditivo alumina, energia de soldagem de 1,0 kJ/mm, amostra com e sem a grade de pontos de contagem.Ataque Nital 2%.