Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14989
metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Soldagem MIG/MAG com alternância de polaridade sincronizada com tecimento transversal (MIG/MAG APSTT) visando automação da soldagem do passe de raiz em tubulações
Other Titles: MIG/MAG welding with alternating polarity synchronized with transversal weaving (GMAW APSTW) aiming automation of root pass welding in pipelines
metadata.dc.creator: Kovalenko, Oksana
metadata.dc.contributor.advisor1: Scotti, Américo
metadata.dc.contributor.referee1: Reis, Ruham Pablo
metadata.dc.contributor.referee2: Ponomarov, Volodymyr
metadata.dc.contributor.referee3: Rodrigues, Carlos Eduardo Aguiar Lima
metadata.dc.description.resumo: A soldagem automatizada de passes de raiz de tubulações carrega a dificuldade de superar os desalinhamentos (aberturas variadas) de raiz e os desnivelamentos das superfícies internas do tubo (os chamados high-lows). O soldador supera esses problemas com sua habilidade de controlar e distribuir manualmente o calor dentro da junta, de forma a aumentar ou reduzir o volume do metal fundido onde necessário. Em operações automáticas, a forma mais adotada para superar essas dificuldades é o uso de cobrejuntas, mas que em tubulações requer equipamentos sofisticados e de difícil operacionalidade. O objetivo deste trabalho foi propor e avaliar um sistema inovativo (equipamento e processo) para soldagem automática de passes de raiz em tubulações sem o uso de cobrejuntas. A abordagem foi procurar uma distribuição otimizada de calor e pressão do arco sobre a poça de fusão, de tal forma que mais calor/pressão seja imposto nas laterais da junta e o oposto na região do centro, fazendo com que se alcance alta fusão do nariz da junta (mesmo com desnivelamentos), mas resfriando a poça quando o arco estiver no centro, para impedir o colapso do grande volume de poça mesmo com desalinhamentos (aberturas variadas). A técnica proposta, denominada de MIG/MAG com Alternância de Polaridade Sincronizada com Tecimento Transversal (APSTT), constitui-se de um tecimento transversal do arco, de forma sincronizado com a alternância de modos operacionais do processo MIG/MAG, sendo Pulsado com maior energia, nas laterais do chanfro e Polaridade Negativa (CC-) com menor energia, na transição do tecimento entre as duas laterais do chanfro. Uma fonte de soldagem especial e um sensor de posicionamento da tocha foram usados. Procurou-se inicialmente condições paramétricas para a soldagem pulsada e em CC-, de tal forma a se obter dois níveis de corrente, um para cada modo operacional. Projetou-se e avaliou-se um sistema de tecimento com o uso de sensores para indicar se a tocha estaria na lateral do chanfro ou no centro. Avaliou-se o efeito da frequência e amplitude de tecimento e dos tempos de paradas laterais sobre a estabilidade da poça de fusão para diferentes desalinhamentos (aberturas variadas). Também foi avaliado o efeito do gás de proteção, pela substituição de uma baixa concentração de O2 por de CO2, sobre a capacidade de fusão das laterais da junta para evitar falta de fusão. A avaliação da viabilidade desse sistema foi feita usando-se chapas de aço carbono com chanfro em V, na posição plana, com variação de folgas e de desnivelamento. Ao final, foi feita uma comparação com a técnica MIG/MAG com curto-circuito controlado (CCC), usando-se um equipamento comercial. A técnica MIG/MAG APSTT mostrou ser capaz de aumentar o controle da poça de fusão na raiz, aumentando a tolerância para variação de folga e desnivelamentos, cumprindo, portanto, seu propósito. Mas mostrou-se também sensível ao tamanho da folga, que para cada faixa demanda diferentes parametrizações em relação à amplitude de tecimento. Foi proposta a utilização de sensores para medir a folga e apontar o parâmetro adequado de tecimento para cada uma. Portanto, a técnica mostrou-se com capacidade para ser usada em soldagens orbitais de tubulações com vantagens em concorrência com tecnologias comerciais já existentes.
Abstract: The root pass automated welding in pipelines is associated with difficulty of variable groove gaps and the pipes inner surfaces mismatches (high-lows). The welder overcomes these problems with his ability to control and distribute manually the heat inside of the joint, by increasing or reducing the molten metal volume where necessary. In automatic operation, the most common practice to overcome these difficulties is the use of backing strips, which, in the case of pipes, requires sophisticated and difficult to operate equipment. The objective of this study was to elaborate and evaluate an innovative system (equipment and process) for automatic welding of root passes on pipes without backing. The idea was to look for a optimized distribution of heat and arc pressure on the weld pool, so that more heat and pressure are imposed on the joint sides and less heat and pressure in the center area. This approaches makes possible to achieve high fusion of the joint root (even with a certain mismatch or high-low), but cooling the weld pool when the arc is in the center, to prevent the collapse of the large pool volume, even with a variable groove gap. The proposed technique, called MIG/MAG Welding with Alternating Polarity Synchronized with Transversal Weaving (APSTW), constitutes a transversal weaving of the arc synchronized with alternating GMAW operating modes, Pulsed with higher energy on the sides of the bevel and Negative Polarity (DC-) with lower energy in the weaving transition between the two sides of the bevel, including the central area. A special welding power source and a torch position sensor are required. Initially, parametric conditions for the pulsed and DC- welding were found, so that two different current levels, one for each operating mode, were obtained. A weaving system, which used sensors to indicate whether the torch would be on the groove side or in the groove center, was designed and evaluated. The weaving frequency, amplitude and lateral dwell time effects on the weld pool stability were assessed for different root gaps. The effect of the shielding gas on the melting capacity of the bevel sides was also evaluated to prevent lack of fusion, by replacing a low concentration of O2 by CO2. This system feasibility was assessed by using carbon steel plates with V grooves in the flat position, with varying root gaps and mismatches. At the end, the GMAW technique developed was compared with a controlled short circuit technique using commercial equipment (RMD). The GMAW APSTT technique was able to increase the control of the weld pool at the root, increasing the tolerance for gap variations and mismatches, thus fulfilling its purpose. But it proved to be too sensitive to gap sizes, demanding a different range of parameterization for each weaving amplitude. The use of sensors has been proposed to measure the root gap and indicate the appropriate weaving settings. Therefore, the technique proved to be capable of being used in orbital welding of pipelines with advantages in competition with existing commercial technologies.
Keywords: MIG/MAG
Passe de raiz
Tubulações
Corrente alternada
Tecimento
Poça de fusão
GMAW root pass
Pipelines
Alternating current
Weaving
Weld pool
Soldagem
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: KOVALENKO, Oksana. MIG/MAG welding with alternating polarity synchronized with transversal weaving (GMAW APSTW) aiming automation of root pass welding in pipelines. 2014. 164 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14989
Issue Date: 28-Mar-2014
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
SoldagemMigMagAlternancia.pdf11.38 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.