Publicação: Desenvolvimento e avaliação de calorimetros via nitrogênio líquido e fluxo continuo (água) para processos de soldagem
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
A correta medição do aporte térmico em processos de soldagem tem sido constantemente
referenciada como uma necessidade para o correto entendimento dos fenômenos físicos
envolvidos nestes processos. Entre as técnicas disponíveis, se encontra os métodos
experimentais que contemplam uma diversa gama de calorímetros que dependem do
princípio de funcionamento, como os calorímetros a base de água (estáticos e fluxo
constante), Seebeck, caixa isolada e nitrogênio líquido apresentando uma ampla dispersão
dos resultados obtidos para o rendimento térmico. Desta forma, a proposta deste trabalho é
apresentar o projeto, construção e avaliação de um calorímetro de nitrogênio líquido e fluxo
contínuo (água) para a medição do aporte térmico e rendimento térmico de processos
GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) e GMAW (Gas Metal Arc Welding) com diversos
parâmetros de soldagem, comparados com resultados encontrados na literatura e entre os
dois calorímetros propostos. Para a avaliação do funcionamento e comportamento do
calorímetro de nitrogênio líquido (N2L) e fluxo contínuo (água) foi realizada com o processo
GTAW com Ar puro sobre chapas de aço ao carbono ASTM A36 e variando os parâmetros
de soldagem como corrente, comprimento do arco, velocidade de soldagem e comprimento
do cordão de solda. Foram também realizadas soldagens sobre chapa com o processo
GMAW em transferência por curto-circuito e goticular (spray), onde o arame utilizado foi
AWS ER70S-6 (1,2 mm de diâmetro)e gás de proteção Ar+25%CO2 (curto-circuito) e
Ar+5%O2 (goticular). Para os processos derivativos (STT Surface Tension Transfer, RMD
Regulated Metal Deposition, CMT Cold Metal Transfer, GMAW-P - Pulsado e GMAW-PV
Polaridade Variável) foram tomados como base parâmetro de soldagem encontrados por
outros autores no Laprosolda. De modo geral, o calorímetro de nitrogênio líquido apresentou
boa repetibilidade com diferença máxima de 3%. Também foi observado que durante os
testes realizados no calorímetro de nitrogênio liquido apresentaram resultados coerentes
para as diferentes condições de soldagem e reportando valores de rendimento térmico
global de 70,3% para processo GTAW, 78,6% para GMAW curto-circuito convencional,
73,6% para GMAW goticular e 76,1% para os processos GMAW curto circuito-controlado.
Os resultados obtidos com o calorímetro de fluxo contínuo (água) acompanharam a
tendência do calorímetro de N2L, mas com resultados médios 12% abaixo.
Abstract
The correct measurement of heat input in welding processes has constantly been referred as
a need for the correct understanding of physical phenomena involved in such processes.
Among the different techniques available, there are experimental ones that employ different
calorimeters, which can be based on water flow measurement (static and dynamic),
Seebeck, isolated box and liquid nitrogen evaporated mass. These techniques present large
dispersion of results for thermal efficiency of welding processes. Therefore, this work aims to
present the project, construction and assessment of a liquid nitrogen calorimeter and other
one based on constant flow (water) measurement. Both calorimeters were evaluated for
measuring heat input and thermal efficiency of GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) and
GMAW (Gas Metal Arc Welding) processes. Different parameters were varied and the
obtained results were compared to technical literature and between both calorimeters. For
GTAW process, bead on plate welding was carried out with Ar as shielding gas over ASTM
A36 plate, varying current, arc length, travel speed and bead length. For GMAW processes,
both short-circuit and spray transfers were used with AWS ER70S-6 wire with 1,2 mm of
diameter and Ar+25%CO2 (short-circuit) and Ar+5%O2 (spray) as shielding gases. For
derivative processes (STT Surface Tension Transfer, RMD Regulated Metal Deposition,
CMT Cold Metal Transfer, GMAW-P Pulsed and GMAW-PV Variable Polarity), the
welding parameters were adopted from other researchers from Laprosolda. It can be
concluded that the liquid nitrogen calorimeter presents good repeatability, with maximum
difference of 3%. Also, the obtained results are coherent for different welding conditions
applied through the work with global thermal efficiencies of 70,3% for GTAW, 78,6% for
GMAW conventional short-circuit, 73,6% for GMAW with spray transfer and 76,1% for
GMAW derivative processes. The results measured by the continuous flow (water)
calorimeter followed the trend of the liquid nitrogen one, but with average results 12% lower.
Palavras-chave
Aporte térmico, Rendimento térmico, Calorimetria, Nitrogênio líquido, Fluxo contínuo, Processos derivativos, Thermal efficiency, Calorimetry, Liquid Nitrogen, Continuous Flow, Derivative Processes, Calorimetria, Soldagem
Citação
ARÉVALO, Hernán Dario Hernández. Development and assessment of experimental rig for calorimetry via liquid nitrogen and continuous flow (water) in welding processes. 2011. 157 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2011.83