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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5824-2860
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Concepção e avaliação de uma técnica de pulsação da alimentação de arame baseada em um "pulmão ativo" para soldagem MIG/MAG
Alternate title (s): Conception and evaluation of a wire feed pulsation technique based on an "active lung" for GMA welding
Author: Jorge, Vinicius Lemes
First Advisor: Scotti, Américo
First coorientator: Reis, Ruham Pablo
First member of the Committee: Fiochi, Arthur Alves
Second member of the Committee: Pires, Joaquim Norberto
Third member of the Committee: Diaz, Victor Vergara
Fourth member of the Committee: Gonçalvez, Rogério Sales
Summary: A forma com que se faz adição de material em soldagem a arco tem sido alvo de inovações nos últimos anos. Apesar da ideia de pulsar a alimentação do arame não ser nova, a eficácia dessa técnica possui suporte científico limitado. Além disso, mecanismos para pulsar o arame estão atrelados aos alimentadores em seu interior ou a tochas especiais, o que dificulta, na maioria das vezes, sua aceitação industrial. Desta forma, este trabalho tem como objetivo aplicar e avaliar a pulsação da alimentação de arame em soldagem MIG/MAG, a partir da concepção de um “pulmão ativo” (uma tecnologia nacional) que possa ser utilizado com alimentadores e tochas convencionais e atuar na transferência metálica e formação do cordão. Na primeira fase do trabalho foi explorada, avaliada e implementada a abordagem de um pulmão ativo para desenvolver um equipamento para pulsar a alimentação de arame de forma controlada e que pudesse ser acoplado a qualquer alimentador convencional. Na segunda fase, a pulsação promovida por este equipamento foi aplicada para atuar na transferência metálica no processo MIG/MAG, tanto no arame-eletrodo quanto em alimentação de arame-frio. Foi explorado o potencial da técnica em promover mudanças no desempenho do processo sob diferentes modos de transferência metálica por meio da variação de amplitude, frequência e forma de pulsação (trapezoidal e triangular). Para a análise foi utilizada filmagem em alta velocidade, oscilogramas de corrente e tensão, filmagem termográfica e verificação dos aspectos geométricos dos cordões de solda por ensaio metalográfico. A pulsação trapezoidal da alimentação de arame-eletrodo permitiu controlar a frequência e, consequentemente, o volume com que as gotas são transferidas para a poça seguindo duas abordagens: a primeira por impulso mecânico e a segunda por tensão superficial. No primeiro caso, um modelo físico simplificado incluiu outra força atuante para o destacamento das gotas, influenciando a massa convectiva e o comportamento de transferência de calor da poça de fusão (fluxo de Marangoni) e, consequentemente, os fatores que governam a formação do cordão de solda. No segundo caso, foi possível soldar com alta tensão no modo curto-circuito. Quando a pulsação triangular da alimentação foi aplicada ao arame frio, embora ela tenha afetado o comportamento do arco, dos sinais elétricos e da transferência metálica, nenhuma influência sensível foi observada em relação às geometrias do cordão de solda. Ainda assim, a aplicação de arame-frio pulsado interferiu no perfil de temperatura externamente à poça de fusão. Para a maior frequência de pulsação explorada, independentemente do ângulo de alimentação, menos calor foi transferido para a chapa de teste. Ainda, a menor entrada de calor nesse caso limitou o crescimento de grão, reduzindo a zona termicamente afetada de grãos grosseiros e resultando em uma microestrutura refinada. Assim, demonstrou-se ser possível aplicar a pulsação da alimentação de arame no processo de soldagem MIG/MAG por meio da concepção de um “pulmão ativo”.
Abstract: The way that material is added in arc welding has been the subject of innovations in recent years. Despite the idea of pulsing the wire feed is not new, the efficacy of this technique has limited scientific support. Besides, mechanisms for wire pulsation are linked to internal feeders or special torches, which makes difficult, in most cases, its industrial acceptance. Thus, this work aims to apply and evaluate the wire feed pulsation in GMA welding based on the conception of an “active lung” (a national technology) that can be used with conventional feeders and torches and act in both the metallic transfer and weld bead formation. In the first phase of the work, an “active lung” approach was explored, evaluated, and implemented to develop an equipment to pulsate the wire feed in a controlled manner and that could be coupled with any conventional feeder. In the second phase, the pulsation promoted by this equipment was applied to act on the metallic transfer in the GMAW process, both in the electrode-wire and in cold-wire feeding. The potential of this technique to promote changes in the process performance under different modes of metallic transfer was explored through the variation of amplitude, frequency, and pulsation form. High-speed filming, current and voltage oscillograms, thermographic filming, and geometric aspects of the weld beads after macrographic exam were used for the analysis. The electrode-wire feed pulsation allows to control the frequency and, consequently, the volume by which the droplets are transferred to the weld pool by following two approaches: the first one by mechanical impulse and the second one by surface tension. In the first case, a simplified physical model included another force acting to detach the droplets, influencing the convective mass and the heat transfer behavior of the molten pool (Marangoni flow) and, therefore, the factors that govern the weld bead formation. In the second case, it was possible to weld with high voltage in short-circuit mode. When the feed pulsation was applied to the cold-wire, no sensitive influence was observed regarding the weld bead geometries, although it affected the behavior of the arc, the electrical signals, and the metallic transfer. Even so, the pulsed cold-wire interfered in the temperature profile outside the molten pool. For the highest pulsation frequency explored, regardless of the feed angle, less heat was transferred to the test plate. Further, lower heat input in this case limited grain growth, reducing the coarse grained heat affected zone HAZ and resulting in a refined microstructure. Hence, the wire feed pulsation was successfully demonstrated as being applicable to the GMAW process through the conception of an “active lung”.
Keywords: Pulsação da alimentação de arame
Pulmão ativo
MIG/MAG
Arame-frio
Arame-eletrodo
Wire feed pulsation
Active lung
Cold-Wire
Energized-Wire
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
Subject: Soldagem
Arame
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: JORGE, Vinicius Lemes. Concepção e avaliação de uma técnica de pulsação da alimentação de arame baseada em um "pulmão ativo" para soldagem MIG/MAG. 2020. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.663
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.663
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30298
Date of defense: 27-Oct-2020
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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