Um estudo da eficiência e produtividade dos principais processos de soldagem a arco

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011A busca por processos de soldagem a arco de elevada produtividade, que proporcionem maior velocidade de operação e menor custo é o caminho lógico que vem sendo seguido em todo o mundo. Apesar disso, observa-se que no Brasil o setor industrial é extremamente conservador. Nesse contexto, o presente trabalho trata de diferentes questões ligadas à análise da produtividade dos principais processos de soldagem a arco. Primeiramente, foi realizada uma análise da literatura no tocante ao significado de termos inerentes à eficiência de transferência de calor. Os índices denominados eficiência do arco e eficiência de fusão, muitas vezes, não são interpretados de maneira adequada. O principal problema relacionado à esse tipo de análise é que não existe um valor único dos coeficientes para cada processo, fato que nem sempre é considerado por muitos profissionais da área de soldagem. Para os processos com eletrodos não consumíveis, a eficiência térmica varia de forma acentuada conforme os parâmetros usados, podendo apresentar valores baixos, ou tão elevados quanto o processo MIG/MAG. Com relação ao TIG, que geralmente é considerado de baixa produtividade, foi realizado um estudo dos fatores que limitam a velocidade de soldagem do processo. A principal conclusão mostra que o desempenho do processo quando se busca elevada produção está ligado ao gás de proteção que está sendo usado, pois este influi de forma acentuada sobre a eficiência ao gerar fusão. A adição de pequenos percentuais de hidrogênio ao argônio proporciona aumento de rendimento do processo possibilitando a soldagem TIG em maiores velocidades. Usando esses fundamentos são apresentados desenvolvimentos de procedimentos de soldagem TIG autógeno com elevada velocidade de soldagem. Os exemplos mostram que os processos considerados tradicionalmente de baixa produtividade podem atingir níveis de desempenho idênticos aos considerados mais produtivos se aplicados de maneira mais bem estudadaThe search for high productivity arc welding processes, providing higher travel speed and lower cost is the logical path that has been followed worldwide. Nevertheless, it is observed that the industrial sector in Brazil is extremely conservative. In this context, this work deals with different issues related to productivity analysis of the main arc welding processes. An analysis of the literature regarding the meaning of terms related to heat transfer efficiency was performed. Often, arc efficiency and melting efficiency index are not properly interpreted. The main problem with this type of analysis is that there is not a unique value for the coefficients for each process, a fact that is not considered by many professionals in the welding area. For processes with non-consumable electrodes, the thermal efficiency varies dramatically according to the used parameters, and may present really low values, or values as high as processes such as MIG/MAG. A study was conducted about the factors that limit the speed of TIG welding, which is generally considered a low productivity process. The main conclusion shows that the performance of this process aiming high production capacity is linked to the shielding gas that was used, because it dramatically affects the melting efficiency. The addition of small percentages of hydrogen to argon provides increased efficiency of the process allowing TIG welding at higher speeds. Using these fundamentals, this work presents developments for autogenous TIG welding procedures with high productivity. The examples show that the processes traditionally considered of low productivity can reach performance levels similar to those considered to be more productive if applied with a more refined techniqu

Estudo e desenvolvimento do processo TIG duplo eletrodo

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.O presente trabalho trata da pesquisa e desenvolvimento do processo TIG Duplo Eletrodo, modalidade investigada pela primeira vez em um trabalho acadêmico realizado em território nacional, e que mesmo internacionalmente é restrita a poucos grupos de pesquisa. O objetivo geral do trabalho realizado estava inserido no contexto do desenvolvimento de tecnologias de soldagem de alta produtividade usando o processo TIG, o qual possui grande potencial para redução de custos e diminuição do impacto ambiental se for usado em substituição ao MIG/MAG em diferentes aplicações. O resultado mais impactante foi o desenvolvimento de um primeiro sistema de soldagem nacional (tochas e fonte de soldagem) com adequada capacidade de operar com o processo duplo eletrodo, permitindo inclusive a utilização de intensidade de corrente total de até 900 A, e a prospecção de aplicações de elevada produtividade. Os equipamentos desenvolvidos proporcionaram a flexibilidade necessária para viabilizar o estudo dos principais aspectos do processo, usando combinações distintas de posicionamento entre os eletrodos para caracterizar a morfologia do arco em diferentes condições. Um dos principais aspectos abordados foi o desvio do arco causado pela interação dos campos magnéticos formados em cada eletrodo e que varia de intensidade conforme é modificado o afastamento entre os eletrodos. Em determinadas condições, esse desvio resulta em um fluxo de plasma em direção contrária à peça causando efeitos prejudiciais como forte instabilidade e aquecimento excessivo da tocha. Esses problemas podem ser evitados usando a técnica de pulsação sincronizada fora de fase ou utilizando pequenas distâncias entre as pontas dos eletrodos. Foi constatada uma considerável influência da velocidade de soldagem na morfologia do arco, causando ainda grande diferença nos valores de queda de tensão em cada eletrodo. Foram realizados ensaios de medição da pressão de estagnação do arco com diferentes distâncias entre os eletrodos, mostrando que o processo duplo eletrodo resulta em pressão do arco muito menor do que o processo convencional para a mesma corrente média total. Adicionalmente, foram executadas medições mostrando a influência da geometria de afiação do eletrodo em tronco de cone e a variação na pressão do arco utilizando 5% de hidrogênio misturado ao argônio. Os ensaios tipo cordão sobre chapa realizados mostraram que o processo TIG duplo eletrodo apresenta menor susceptibilidade à formação de defeitos tipo humping na soldagem de elevada velocidade. O processo foi testado em soldagem de chapas em junta sobreposta, obtendo velocidade de até 1,2m/min, que significa o aumento da velocidade em 50% em comparação com o processo TIG convencional utilizando argônio puro.Abstract : This thesis deals with the research and development of the double electrode GTAW process, modality investigated for the first time in an academic work in Brazil, and even internationally is until yet restricted to a few research groups. The main objective of this work was inserted in a project of high productivity welding technologies development using the TIG process, which has great potential for cost savings and reduced environmental impact if used to replace the MIG / MAG in different applications. The most significant result was the development of a complete welding system (torches and welding power source) that allowed operating with the double electrode process adequately. It has enabled the use of total current intensity of up to 900 A, that is important for prospecting high productivity applications. The developed equipment provided the necessary flexibility to enable the study of the most relevant aspects of the process, using different combinations of positioning between the electrodes in order to characterize the arc morphology in different conditions. One of the main issues addressed was the arc deviation caused by the interaction of the magnetic fields from the arc of each electrode. This deviation assumes different intensities depending on the distance and positioning between the electrodes. In some situations, this deviation results in an unwanted plasma flux toward the welding torch that produces harmful effects as strong instability and torch overheating. These problems can be avoided by using the synchronized out of phase pulse technique or using small distances between the electrodes. It was noticed a considerable influence on the welding speed at the arc morphology, also causing significant difference in voltage drop values at each electrode. Measurements of the arc stagnation pressure were conducted using different distances between the electrodes. The results showed that the double electrode method presents much lower arc pressure than the conventional process, for the same total average current. Furthermore, arc pressure measurements were performed showing the influence of the truncated sharpening geometry of the electrode, and the use of 5% hydrogen in the argon on the shielding gas. Bead on plate test were carried out showing that the double electrode GTAW has lower susceptibility to the humping defects formation in high speed welding. The process was also tested welding mild-steel plates in lap joint, reaching welding velocity up to 1.2 m/min using argon at shielding gas, which means 50% increasing at the speed, comparing with conventional GTAW