Instituto de Soldagem e Mecatrônica

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Estudo e Desenvolvimento do Processo TIG Duplo Eletrodo

Escrito por Mateus Barancelli Schwedersky

Orientador: Prof. Dr. Jair Carlos Dutra
Coorientador: Prof. Dr. Uwe Reisgen


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RESUMO

O presente trabalho trata da pesquisa e desenvolvimento do processo TIG Duplo Eletrodo, modalidade investigada pela primeira vez em um trabalho acadêmico realizado em território nacional, e que mesmo internacionalmente é restrita a poucos grupos de pesquisa. O objetivo geral do trabalho realizado estava inserido no contexto do desenvolvimento de tecnologias de soldagem de alta produtividade usando o processo TIG, o qual possui grande potencial para redução de custos e diminuição do impacto ambiental se for usado em substituição ao MIG/MAG em diferentes aplicações. O resultado mais impactante foi o desenvolvimento de um primeiro sistema de soldagem nacional (tochas e fonte de soldagem) com adequada capacidade de operar com o processo duplo eletrodo, permitindo inclusive a utilização de intensidade de corrente total de até 900 A, e a prospecção de aplicações de elevada produtividade. Os equipamentos desenvolvidos proporcionaram a flexibilidade necessária para viabilizar o estudo dos principais aspectos do processo, usando combinações distintas de posicionamento entre os eletrodos para caracterizar a morfologia do arco em diferentes condições. Um dos principais aspectos abordados foi o desvio do arco causado pela interação dos campos magnéticos formados em cada eletrodo e que varia de intensidade conforme é modificado o afastamento entre os eletrodos. Em determinadas condições, esse desvio resulta em um fluxo de plasma em direção contrária à peça causando efeitos prejudiciais como forte instabilidade e aquecimento excessivo da tocha. Esses problemas podem ser evitados usando a técnica de pulsação sincronizada fora de fase ou utilizando pequenas distâncias entre as pontas dos eletrodos. Foi constatada uma considerável influência da velocidade de soldagem na morfologia do arco, causando ainda grande diferença nos valores de queda de tensão em cada eletrodo. Foram realizados ensaios de medição da pressão de estagnação do arco com diferentes distâncias entre os eletrodos, mostrando que o processo duplo eletrodo resulta em pressão do arco muito menor do que o processo convencional para a mesma corrente média total. Adicionalmente, foram executadas medições mostrando a influência da geometria de afiação do eletrodo em tronco de cone e a variação na pressão do arco utilizando 5% de hidrogênio misturado ao argônio. Os ensaios tipo cordão sobre chapa realizados mostraram que o processo TIG duplo eletrodo apresenta menor susceptibilidade à formação de defeitos tipo humping na soldagem de elevada velocidade. O processo foi testado em soldagem de chapas em junta sobreposta, obtendo velocidade de até 1,2 m/min, que significa o aumento da velocidade em 50% em comparação com o processo TIG convencional utilizando argônio puro.

Palavras-chave: TIG duplo eletrodo, soldagem de elevada velocidade, pressão de estagnação do arco.

 

ABSTRACT

This thesis deals with the research and development of the double electrode GTAW process, modality investigated for the first time in an academic work in Brazil, and even internationally is until yet restricted to a few research groups. The main objective of this work was inserted in a project of high productivity welding technologies development using the TIG process, which has great potential for cost savings and reduced environmental impact if used to replace the MIG / MAG in different applications. The most significant result was the development of a complete welding system (torches and welding power source) that allowed operating with the double electrode process adequately. It has enabled the use of total current intensity of up to 900 A, that is important for prospecting high productivity applications. The developed equipment provided the necessary flexibility to enable the study of the most relevant aspects of the process, using different combinations of positioning between the electrodes in order to characterize the arc morphology in different conditions. One of the main issues addressed was the arc deviation caused by the interaction of the magnetic fields from the arc of each electrode. This deviation assumes different intensities depending on the distance and positioning between the electrodes. In some situations, this deviation results in an unwanted plasma flux toward the welding torch that produces harmful effects as strong instability and torch overheating. These problems can be avoided by using the synchronized out of phase pulse technique or using small distances between the electrodes. It was noticed a considerable influence on the welding speed at the arc morphology, also causing significant difference in voltage drop values at each electrode. Measurements of the arc stagnation pressure were conducted using different distances between the electrodes. The results showed that the double electrode method presents much lower arc pressure than the conventional process, for the same total average current. Furthermore, arc pressure measurements were performed showing the influence of the truncated sharpening geometry of the electrode, and the use of 5% hydrogen in the argon on the shielding gas. Bead on plate test were carried out showing that the double electrode GTAW has lower susceptibility to the humping defects formation in high speed welding. The process was also tested welding mild-steel plates in lap joint, reaching welding velocity up to 1.2 m/min using argon at shielding gas, which means 50% increasing at the speed, comparing with conventional GTAW.

Keywords: Double electrode GTAW, high-speed welding, arc stagnation pressure.

 

REFERÊNCIA:

SCHWEDERSKY, Mateus Barancelli. Estudo e Desenvolvimento do Processo TIG Duplo Eletrodo. 2015. 192 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2015.

 

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