Dissertação
Uma contribuição ao conhecimento da física do arco aplicada em soldagem
A contribution to the knowledge of arc s physics applied in welding
Registro en:
ROSSI, Marcelo Lemos. A contribution to the knowledge of arc s physics applied in
welding. 2011. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
Autor
Rossi, Marcelo Lemos
Institución
Resumen
With knowledge of the manufacturing process it is possible to improve their
development in a faster and more efficient way. This is also applicable to welding. However,
the physics that are involved in welding processes are not well known, because of the
difficulty to study them experimentally and by the complexity and interdependence with
different factors. Thus, the objective of this work is to investigate some physical phenomena
relevant to the welding arc, in order to improve the understanding of fundamentals in this
area and to provide conditions for improvement and development of welding processes.
Specifically, the effects of the arc heat exchange with the environment, the interaction
between hybrid concentric arcs and arc-anode coupling were studied. The observations of
these effects in the arc were performed by visual analysis and by its voltage, using the
current as the input to the system. In the studies of the effects of the arc heat exchange with
the environment was used a pulsed TIG arc in a quasi-adiabatic container and its voltage
were compare the voltage a pulsed TIG arc in an open environment, with it was possible to
verify that an open arc needs more energy. For the studies of the hybrids arc were used a
special torch containing concentric electrodes, with it was possible to create an arc within
another and each arc with independent setup, verified that in concentric arcs, although
visually could be seen two arcs, them voltage behaves as they were a single one because by
changing the energy of one arc leads to a transient interference on both arcs energy before
reaching a steady state. In the studies of the arc-anode coupling, was compared a TIG
welding conditions on refractory anode (graphite) and non-refractory anode (copper and
steel) with both refrigerated. The result shows that metal vapors from non-refractory anode
modify the arc-anode coupling and in the non-refractory anode appear several metal vapor
generators for arc-anode coupling instead of single area as happens in the refractory anode. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Mestre em Engenharia Mecânica Conhecendo os fundamentos físicos que governam os processos de manufatura, é
possível incrementar o desenvolvimento dos mesmos de uma forma mais rápida e eficiente.
Isto se aplica também para soldagem. Porém, os fenômenos físicos que são envolvidos nos
processos de soldagem não são tão esclarecidos, principalmente pela dificuldade em
estudá-los de forma experimental e pela complexidade e interdependências dos mesmos.
Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar fenômenos físicos pertinentes à soldagem a arco
elétrico, visando criar condições para melhora e desenvolvimento dos processos de
soldagem. Especificamente, foram estudados o efeito da troca de calor do arco com o meioambiente
sobre a queda de tensão do arco, a interação entre arcos híbridos concêntricos e
o acoplamento arco-ânodo. A observação desses fenômenos em estudo foi realizada
através de análise visual do comportamento do arco e dos sinais de tensão do arco,
utilizando o valor da corrente como entrada do sistema. Para verificar a troca de calor do
arco com o meio, procurou-se adequar a região de um arco TIG pulsado a um meio quase
adiabático e comparou-se o comportamento da tensão deste arco com a condição de arco
aberto à atmosfera. Verificou-se uma maior demanda de energia para o arco aberto ao
ambiente. Nos estudos com arcos híbridos, utilizou-se uma tocha especial contendo
eletrodos concêntricos, permitindo a criação de um arco dentro de outro, com regulagens
independentes de parâmetros. Verificou-se que em arcos concêntricos, apesar de
visualmente se caracterizarem como dois arcos, a tensão em cada um comporta-se como a
de um arco único, pois a alteração energética imposta a um deles leva a uma interferência
transitória no outro, até uma acomodação de ambos. Já em relação ao estudo do
acoplamento arco-ânodo, compararam-se condições de um arco TIG sobre ânodos
refratário (grafite) e não-refratário (cobre), ambos refrigerados. Os resultados mostraram
como os vapores metálicos oriundos somente de ânodos não refratários modificam a forma
de acoplamento do arco, que passa a ser por vários pontos geradores de vapores ao invés
de uma área única.