Instituto de Soldagem e Mecatrônica

Ensino, pesquisa e desenvolvimento em Tecnologia de Soldagem:
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Soldagem MIG com Corrente Alternada MIG CA

Escrito por Túlio Fernandes dos Santos

Orientador: Prof. Jair Carlos Dutra, Dr. Eng.
Coorientador: Raul Gohr Junior, Dr. Eng.


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RESUMO

Com o objetivo de desenvolver a tecnologia de soldagem MIG CA, foram envidados esforços para criar soluções tecnológicas que assegurassem a operacionalidade do processo para o alumínio e para o aço. Os estudos resultaram no desenvolvimento do processo, dos equipamentos e sistemas de controle. A fonte de soldagem foi aprimorada para assegurar a reignição do arco durante a mudança de polaridade, um novo cabeçote de alimentação de arame foi concebido para permitir aplicação de uma nova técnica de abertura de arco, e programas computacionais foram desenvolvidos para a implementação dos controles propostos. A estabilidade do comprimento do arco foi considerada como fator fundamental para o processo e visando obtê-la, foi avaliado o uso da leitura da tensão como indicador do comprimento de arco. Foi proposto e avaliado um sistema de controle do comprimento do arco baseado na variação da corrente de base como forma de alterar a taxa de fusão do arame, e assim possibilitar o controle do comprimento do arco. O sistema proposto foi capaz de manter a estabilidade do comprimento do arco, entretanto, promoveu significativas variações na corrente média. Visando aperfeiçoar o sistema de controle, a relação entre a tensão e o comprimento do arco foi reavaliada, considerando a influência da variação da corrente, causada pelo próprio sistema de controle. Foi desenvolvida uma nova técnica de abertura do arco, usando o retorno controlado do arame, que resultou em abertura suave, com baixa energia e adequado comprimento do arco após a fase abertura. Foi identificada a oportunidade inovadora de utilização do MIG CA no aço, para a recuperação de dutos de petróleo em operação. Foram estabelecidas condições operacionais para o aço, proposta e avaliada uma metodologia para determinação da taxa de fusão do arame. Os resultados indicam que a taxa de fusão do arame pode ser estimada com base na corrente e tempo em cada polaridade. Foi observado o fenômeno de escalada do arco no arame-eletrodo durante a fase com polaridade negativa, e verificado que o gás de proteção e a amplitude de corrente exercem influencia na escalada do arco. Foram realizados experimentos para determinação da relação entre o percentual de tempo em polaridade negativa, a penetração e a temperatura, considerados aspectos críticos para a soldagem de dutos em operação. Os resultados indicam que o aumento do tempo em polaridade negativa resulta em redução da penetração. As temperaturas verificadas não indicaram risco de perfuração para esta aplicação. Os resultados sugerem que o processo MIG CA pode ser usado para a recuperação de dutos em operação com espessura remanescente acima de 2 mm. Os resultados indicam que variações de comprimento de arco podem exercer influência expressiva na penetração, sendo recomendável o uso de um sistema eficaz de controle de comprimento do arco para o processo MIG CA.

ABSTRACT

In order to developing the VP-GMAW process, were created technological solutions to assure the process operability with aluminum and steel. The studies resulted in the process, equipments and control systems development. The welding source has been improved to assure the arc reignition in polarity changes. A new wire feeder has been designed to enable the application of a new technique of arc opening. The arc length stability was considered critical to the process, and in order get it, the arc voltage was evaluated as an indicator of the arc length. It was proposed and evaluated a system to control the arc length using the base current level modulation to change the wire melting rate, and thus control the arc length. The proposed system has been able to maintain the arc length stability, however promoted greats variations in mean current. Aiming to improve the control system, the relationship between the voltage and arc length was reviewed, considering the influence of the current level variations caused by the control system used. A new opening arc technique using the wire return control was created. It results in soft arc opening with low energy and appropriate arc length after the arc opening phase. It identified the opportunity for innovative VP-GMAW use on in-service oil pipelines repairs. Operating conditions were established for steel, and a methodology for determinate the wire melting rate was proposed. The results indicate that the wire melting rate can be estimated based on the current level and its duration in each polarity. The arc jumping on the wire electrode during the negative phase was observed. The results indicate that gas shield composition and the current level, influence the arc ascent. Experiments were performed to determine the relationship between the negative phase time, the penetration and the temperature, considered critical aspects to in-service welding pipelines. The results indicate that increased in negative phase time reduces penetration and the temperatures recorded indicated no risk of burnthrough for this application. The results suggest that the VP-GMAW can be used to in-service repair pipeline with thickness remaining above 2 mm. However variations in arc length can take great influence on the penetration, so is recommended the use of an effective arc length control system to VPGMAW.

REFERÊNCIA:

SANTOS, T. F. Soldagem MIG com Corrente Alternada MIG CA. 2008. 101 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008.

 

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