Resumo
A proteção gasosa tem grande importância nos processos de soldagem a arco voltaico. A natureza e as propriedades dos gases, sejam de proteção ou da atmosfera, tem efeitos significativos no resultado da soldagem. A técnica Schlieren pode ser utilizada como um método para analisar o fluxo gasoso e as possíveis causas dos problemas na soldagem em decorrência da proteção gasosa. O objetivo deste trabalho é demonstrar os detalhes da configuração dos equipamentos, a influência dos parâmetros da técnica no resultado da imagem obtida e a montagem do sistema voltado para aplicações em processos de soldagem. Para isso, foi desenvolvida uma bancada com estrutura do tipo Toepler em “Z”. A estrutura da bancada foi projetada de forma que pudesse atender a uma diversidade de aplicações relacionadas aos diversos processos de soldagem. Dessa forma, buscou-se uma maior flexibilidade nos ajustes e posicionamento tanto dos elementos básicos do sistema Schlieren quanto da própria estrutura da bancada. Isso permite que a mesma seja utilizada em diferentes configurações espaciais de acordo com as condições dos locais de aplicação. Com isso, foram testados dois formatos de aresta de corte, aberturas circulares com diâmetro variados e aresta retangular disposta nas posições vertical e horizontal. Para obtenção das imagens foi utilizada uma câmera de alta velocidade com lente macro de 180 mm. Além disso, foi investigada a influência do tipo da iluminação, comparando-se as imagens obtidas por meio de um sistema de iluminação LED pulsado e de um sistema com LASER pulsado. Os experimentos foram conduzidos na bancada desenvolvida utilizando o processo GTAW com argônio puro. Os resultados demonstraram que a forma construtiva e o posicionamento da aresta de corte, a intensidade, o tipo de iluminação e o correto posicionamento dos componentes afetam significativamente a sensibilidade do sistema, proporcionando diferentes níveis de nitidez, brilho e contraste. Nos ensaios, foram obtidos resultados satisfatórios com o uso das diferentes arestas de corte, entretanto, para isso, também foi necessário aumentar os tempos exposição da câmera para compensar a diminuição da intensidade luminosa provocada pela redução da área de passagem da luz. Exceção a isso foi a aresta circular com 0,5 mm de diâmetro, para a qual não foi possível a obtenção de imagens satisfatórias. Com isso, constatou-se que além do formato da aresta, a intensidade e o tipo da iluminação são variáveis com parcelas relevantes para a obtenção de imagens adequadas que permitam a análise dos fluxos gasosos envolvidos nos processos de soldagem.
Palavras-chave: Gás de proteção, Filmagem em alta velocidade, LED, LASER.
Abstract: The shielding gas has major relevance in arc welding processes. The nature and properties of gases (shielding and atmospheric gases) have meaningful influence in the welding results. Schlieren technique can be used as a method to assess the gaseous flux and the possible causes of welding problems resulting from inefficient shielding. The aim of this work is to demonstrate the configuration details of equipment used in Schlieren technique, the parameters influence on resulting images and the setting of the system oriented to welding processes application. In order to achieve these objectives, a bench with “Z” Toepler structure was developed. The bench structure was designed in a way to serve to assess a diversity of applications related to welding processes. Thereby, a greater flexibility was aimed in the Schlieren system adjusts and emplacements as well as basic elements and the bench structure. This characteristic enables the bench to be used in diverse spatial configurations, according to the application´s place conditions. With this, two formats of knife-edges (circular cut-offs with assorted diameters and vertical/horizontal knife-edges) were tested. A high-speed camera with 180 mm macro lens was used to film the experiments. Furthermore, the influence of the illumination was checked out, comparing the images obtained with pulsed LED and LASER illuminations. The experiments were carried out in the developed bench using pure argon GTAW welding process. The results demonstrate that the knife-edge’s design and location, the intensity and the type of illumination and the correct emplacement of the components meaningfully affects the system sensibility, providing different levels of clearness, brightness and contrast. Satisfactory results were obtained using different knife-edges, however, the exposure time was increased to compensate the decrease of lighting intensity due to the decrease in the light crossing area. Exception to this was the 0.5 mm circular cut-off diameter, whose use did not produce satisfactory images. With this, was proved that beside the knife-edge format, the illumination intensity and type are important variables to the adequate image acquisition, making possible an adequate gaseous flux analysis.
Key-words: Shielding gas, High-speed film, LED, LASER.
Referência:
OKUYAMA, M. P.; SKOWRONSKI, M. O.; SCHWEDERSKY, M. B.; SILVA, R. H. G.. Técnica Schlieren como Ferramenta de Análise da Proteção Gasosa nos Processos de Soldagem: Desenvolvimento de Infraestrutura. XLIII CONSOLDA – Congresso Nacional de Soldagem, Novembro de 2017, Joinville-SC, Brasil.