Dissertação
Avaliação das potencialidades da soldagem TIG com alta corrente aplicada em união de chapas sobrepostas
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Autor
Jorge, Vinicius Lemes
Institución
Resumen
The necessity of enhancing productivity safely, ensuring quality, lower environmental
impacts and costs creates the need towards new studies to be conducted and contributes to
improving processes of welding. The crescent lack of qualified labor is an important factor to
justify the development of automation. The TIG welding of high current without additional
materials is presented as a technique of high potential to meet these requirements. However,
it hasn't been totally spread over the industrial sector. Therefore, the aim of this research is
to evaluate potentials and limitations of this technique in order to join overlapping plates. To
that extent, it was initially carried out a study to evaluate the capacity of enhancing
penetration of TIG process by the usage of high current considering the effect of the current
level, welding speed, pulsating current usage, and the presence of hydrogen as a shielding
gas. In this stage, a methodology was also used to separate the active and non-active
energy forms on the determination of welding potentials for different parametric combinations
when using current pulsed, as well as analyzing the weight of plots in the melted area.
Secondly, it was studied the effect of electrode refrigeration on TIG arc constriction through
the manufacture of an especial torch. Lastly, it was conducted a parameterization study of
TIG welding under high current on horizontal fillet welding of thin overlapping plates. It was
noticed an increase of penetration capacity with the application of the current pulse. Although
a relation was found between pulse and the decrease of active power rating attributed to
impedance, it was not possible to evidence the effect of this factor over the transference of
heat to a plate. The usage of more forced refrigeration on the electrode showed to be able to
concentrate the arc and increase penetration although it was not in a significant form. It was
possible to raise the operational band of welding speed at a rate of 70% when working with
mixtures of air and H2 instead of the pure air protection, maintaining the same union
geometry and torch positioning. The proposal of a particular torch positioning in
consideration of fillet welding has shown to be effective and, at the same time, tolerable to
some variation of the torch angle. Hence, it was accomplished welding speed up to 60
cm/min for (2+2 mm) and (3+3 mm) overlapped joints welding. Dissertação (Mestrado) A necessidade de se aumentar a produção, com segurança, garantindo qualidade,
menores impactos socioambientais e menores custos, cria demanda para novos estudos
serem conduzidos, contribuindo para a melhoria dos processos de soldagem. A crescente
falta de mão de obra qualificada é um fator importante para justificar o caminho pela
automação. A soldagem TIG de alta corrente sem material de adição se apresenta como
uma técnica em potencial para atender estes requisitos. Entretanto, ela ainda não se
popularizou no meio industrial. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar as
potencialidades e dificuldades dessa técnica para ser aplicada em uniões de chapas
sobrepostas. Para tal, inicialmente foi feito um estudo da capacidade de se aumentar a
penetração do processo TIG pelo uso de altas correntes, abordando o efeito do nível de
corrente e velocidade de soldagem, o uso de pulsação de corrente e a presença do
hidrogênio no gás de proteção. Nesta etapa, também se aplicou uma metodologia para
separar a energia ativa e não ativa na determinação das potências de soldagem em
diferentes combinações paramétricas, quando do uso da corrente pulsada, assim como
analisar o peso dessas parcelas na área fundida. Numa segunda etapa, foi estudado o efeito
da refrigeração do eletrodo sobre a constrição no arco TIG através da fabricação de uma
tocha especial. Finalmente, foi realizado um estudo de parametrização da soldagem TIG em
alta corrente em soldagem de filete horizontal de chapas finas sobrepostas. Foi notório o
aumento da capacidade de penetração com a aplicação da pulsação de corrente. Apesar de
se achar uma relação entre pulsação e decrescimento da potência ativa, devido à
impedância, não se conseguiu evidenciar o efeito deste fator sobre a transferência de calor
para chapa. O uso de resfriamento mais forçado do eletrodo mostrou ser capaz de
concentrar o arco e aumentar a penetração, embora não de forma significante. Por outro
lado, foi possível se aumentar a faixa operacional de velocidade de soldagem em cerca 70%
ao se trabalhar com misturas Ar com H2 no lugar da proteção com Ar puro, mantendo-se a
mesma geometria da união e posicionamento da tocha. A proposta de um posicionamento
particular da tocha para soldagem de filete mostrou-se efetiva e ao mesmo tempo tolerável a
alguma variação no ângulo da tocha. Por fim, foram conseguidas velocidades de soldagem
de até 60 cm/min, para soldagem de juntas sobrepostas de (2+2 mm) e (3+3 mm).