Faculdade de Tecnologia de São Paulo

Tecnologia em Processos de soldagem e Corte 3

Prática

Relatórios 1 e 2

Processo GMAW mecanizado:

Faixa Operacional da Fonte

Curva Característica das Fontes GMAW

Cleber

Danilo Barbosa

Danilo Camargo Kawanaka

Denison

Ramon de Souza Dias

Thiago Fernando dos Santos

São Paulo

2015

Cleber

Danilo Barbosa - 13109789

Danilo Camargo Kawanaka - 12209215

Denison

Ramon de Souza Dias - 13109760

Thiago Fernando dos Santos - 14210690

Relatórios 1 e 2

Processo GMAW mecanizado:

Faixa Operacional da Fonte

Curva Característica das Fontes GMAW

Relatório técnico apresentado como requisito parcial para aprovação da disciplina de Tecnologia em Processos de Soldagem e Corte 3 (Prática) do curso de Tecnologia da Soldagem da Faculdade de Tecnologia de São Paulo.

Professor: Marcos TremontiAuxiliar docente: Sergio Pamboukian

São Paulo

2015

Resumo

Neste trabalho, objetivou-se analisar a influência dos parâmetros de soldagem

do processo MIG/MAG em relação a qualidade do cordão de solda. Foram

realizados experimentos no laboratório de soldagem, com o objetivo de coletar e

analisar os dados através das mudanças dos parâmetros do processo MIG/MAG. A

referência bibliográfica foi organizada para atender às questões dos experimentos e

incluiu autores e pesquisadores com conhecimento sobre o processo de soldagem

MIG. Os dados coletados foram estruturados em tabelas e gráficos para se obter

uma melhor compreensão e auxiliar na comparação com a referência bibliográfica.

4

SumárioIntrodução Faixa Operacional da Fonte..................................................................................................5

Experimento...........................................................................................................................................6

Procedimento Experimental:..................................................................................................................7

Tabela e Gráfico:....................................................................................................................................8

Conclusão...............................................................................................................................................9

Introdução: Curva Característica das Fontes GMAW...........................................................................10

Características Dinâmicas.....................................................................................................................11

Ciclo de Trabalho..................................................................................................................................12

Experimento.........................................................................................................................................13

Procedimento Experimental:................................................................................................................14

Tabela e Gráfico:..................................................................................................................................15

Conclusão:............................................................................................................................................16

Bibliografia...........................................................................................................................................17

5

Introdução Faixa Operacional da Fonte

Soldagem por arco elétrico com gás de proteção, sigla em inglês GMAW (Gas

Metal Arc Welding), mais conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert

Gas) e (MAG – Metal Active Gas), trata-se de um processo de soldagem por arco

elétrico entre a peça e o consumível em forma de arame, eletrodo não revestido,

fornecido por um alimentador contínuo, realizando uma união de materiais metálicos

pelo aquecimento e fusão. O arco elétrico funde de forma contínua o arame à

medida que é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da

atmosfera por um fluxo de gás, ou mistura de gases, inerte (MIG) ou ativo (MAG).

Neste processo de soldagem é utilizada a corrente contínua (CC) e geralmente o

arame é utilizado no polo positivo (polaridade reversa). A polaridade direta é

raramente utilizada, pois, embora proporcione uma maior taxa de fusão do eletrodo,

proporciona um arco muito instável. A faixa de corrente mais comumente empregada

varia de 50A até cerca de 600A, com tensões de soldagem de 15V até 32V. Um arco

elétrico autocorrigido e estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante

e com um alimentador de arame de velocidade constante. Segundo José Saturnino

Poepcke, (Soldagem área metalúrgica 2013, pág. 265) A qualidade do cordão de

solda conseguido pelos processos MIG/MAG e influenciada por alguns parâmetros,

como intensidade de corrente, tensão e comprimento do arco, velocidade de

soldagem, stick-out, gases de proteção, diâmetro do eletrodo e posição da tocha,

seus tipos de vazão. É preciso, portanto, conhecer estas variáveis para selecionar o

procedimento adequado a cada demanda de soldagem.

6

Experimento

Materiais e Equipamentos:

Fonte de soldagem Lincoln Ideal arc Pulse Power 500 DC arc welding power

source com cabeçote LN-9 GMA (Figura 1);

Torno convencional(Figura 1);

Arame: AWS SFA-5.18 ER 70S-6 Ø 1,2 mm;

Metal Base: SAE 1020 espessura 3/8”;

Fluxômetro manual.

Variáveis:

1-) Vazão do gás: 15L/min

2-) Gás: AWS A5.32 SG-AC-25

3-) Arame: AWS SFA-5.18 ER 70S-6

4-) Ângulo de arraste: 90° (Perpendicular à chapa)

5-) Distância bocal peça: 15mm

6-) Polaridade: CC+ (inversa)

Figura 1- Torno mecânico convencional e Conjunto fonte e cabeçote de soldagem

7

Procedimento Experimental:

Verificar antes de iniciar o experimento se todas as variáveis estão

compatíveis;

Selecionar tensão, velocidade de alimentação e velocidade de

soldagem;

Iniciar o cordão de solda, e durante o processo aumentar

gradativamente a velocidade de alimentação;

Anotar a variação da corrente;

Montar tabela e gráfico.

8

Tabela e Gráfico:

Vel1. Arame (m/min)

Vel2. Arame (m/min)

Tensão (V)

Corrente 1

(A)Corrente 2

(A)

4,1 16,9 20 156 396

5 18 25 204 398

6 19 27 224 399

7 19,7 29 258 418

Tabela 1- Dados coletados do experimento;

Gráfico 1. O ponto central marca a condição ideal para um arco estável, de acordo com as variáveis pré selecionadas do experimento.

9

Conclusão

O experimento 1 nós permitiu conhecer os valores máximos e mínimos dos

principais parâmetros que são responsáveis pela estabilidade do arco, através da

construção do gráfico identificamos que o ponto central do paralelogramo é a

condição ideal para um arco estável, porém, todos os resultados dentro desse

paralelogramo podem ser utilizados para se obter um arco estável. Segundo

DUTRA, J. C.; BAIXO, C. E. I.; OLLÉ, L. F.; GOHR JÚNIOR, R. Instrumentação para

Estudo da Transferência Metálica em Soldagem MIG/MAG por Curto-Circuito 1995.

p. 867-888. a estabilidade deste modo de operação pode ser traduzida como a

regularidade na formação e na separação das gotas metálicas, podendo ser

avaliada com base na repetibilidade temporal dos valores instantâneos de tensão e

corrente.

10

Introdução: Curva Característica das Fontes GMAW

A soldagem a arco exige um equipamento (fonte de energia ou máquina de

soldagem) especialmente projetado para esta aplicação e capaz de fornecer tensões

e corrente cujos valores se situam, em geral, entre 10 e 40V e entre 10 e 1200A,

respectivamente. Desde as últimas décadas do século passado, tem ocorrido um

vigoroso desenvolvimento (ou mesmo uma revolução) no projeto e construção de

fontes para soldagem associados com a introdução de sistemas eletrônicos para o

controle nestes equipamentos. Atualmente, pode-se separar as fontes em duas

classes básicas: (a) máquinas convencionais, cuja tecnologia básica vem das

décadas de 1950 e 60 (ou antes), e (b) máquinas "eletrônicas", ou modernas, de

desenvolvimento mais recente (décadas de 1970, 80, 90 e 2000). No Brasil, ainda a

grande maioria das fontes fabricadas são convencionais. Em países do primeiro

mundo, a situação é bastante diferente. No Japão por exemplo, desde o século

passado, as fontes fabricadas para os processos GTAW e GMAW são, na grande

maioria, eletrônicas. Nos Estados Unidos, mais da metade das fontes

comercializadas para o processo GMAW são eletrônicas. Segundo, Paulo V.

Marques, (Soldagem fundamentos e tecnologia 2009, pág. 66) fontes de tensão

constante fornecem a mesma tensão em toda a sua faixa de operação. A inclinação

deste tipo de fonte situa-se entre cerca de 0,01 e 0,04 V/A. Estas fontes permitem

grandes variações de corrente durante a soldagem quando o comprimento do arco

varia ou ocorre um curto-circuito. Fontes CV permitem grandes variações de corrente

em resposta a mudanças do comprimento do arco durante a soldagem (figura 2).

Este comportamento permite o controle do comprimento do arco por variações da

corrente de soldagem (e, portanto, da taxa de fusão do arame) em processos de

soldagem nos quais o arame é alimentado com uma velocidade constante, por

exemplo, nos processos GMAW e SAW. Adicionalmente, a grande elevação de

corrente durante um curto-circuito do eletrodo com o metal de base, facilita a fusão e

a transferência do metal fundido do eletrodo para a poça de fusão na soldagem com

transferência por curto-circuito.

11

Figura 2 – Efeito da variação do comprimento do arco na corrente de soldagem com fontes de

tensão constante.

Características Dinâmicas

Características dinâmicas de uma fonte envolvem as variações transientes

de corrente e tensão associadas com as diversas mudanças que ocorrer durante o

processo de soldagem. Estas variações podem envolver intervalos de tempo muito

curtos, por exemplo da ordem de 10-3 s, sendo, portanto, de caracterização mais

difícil do que as características estáticas. As características dinâmicas são

importantes, em particular, na abertura do arco, durante mudanças rápidas de

comprimento do arco, durante a transferência de metal através do arco e, no caso

de soldagem com corrente alternada, durante a extinção e reabertura do arco a cada

meio ciclo de corrente. As características dinâmicas das fontes são, em geral,

afetadas por dispositivos para armazenamento temporário de energia como bancos

de capacitores ou bobinas de indutância, controles retroalimentados em sistemas

regulados automaticamente e mudanças dinâmicas no formato e na frequência de

saída da fonte. As duas últimas formas de controle das características dinâmicas

não são usadas em fontes convencionais, sendo típicas de fontes com controle

eletrônico. Um controle relacionado com as características dinâmicas do processo e

importante em fontes para a soldagem GMAW é o da indutância da fonte Na

soldagem com transferência por curto-circuito, este controle permite ajustar as

velocidades de subida da corrente elétrica durante o curto circuito e de sua redução

12

ao término deste. Estas velocidades afetam de forma importante as condições de

transferência e a estabilidade do processo.

Ciclo de Trabalho

Os componentes internos de uma fonte se aquecem pela passagem da

corrente elétrica durante a soldagem enquanto o arco estiver acesso. Por outro lado,

quando o arco não estiver operando, por exemplo, durante a troca de eletrodos, a

remoção de escória ou durante a movimentação do cabeçote de um ponto de

soldagem para outro, o equipamento pode se resfriar, particularmente quando este

tiver ventiladores internos. Se a temperatura interna da fonte se tornar muito elevada

por um certo período de tempo, esta poderá ser danificada pela queima de algum

componente ou pela ruptura do isolamento do transformador ou poderá ter sua vida

útil grandemente reduzida. O ciclo de trabalho (ou fator de trabalho) é definido como

a relação entre o tempo de operação permitido durante um intervalo de teste

específico (em geral, relativamente curto como, por exemplo, 10 minutos).

Assim, uma fonte com Ct = 60% pode operar por até 6 minutos em cada

intervalo de 10 minutos (observação: o tempo de teste é padronizado, podendo

variar de acordo com a norma considerada). Para uma dada fonte, o valor do ciclo

de trabalho vem geralmente especificado para um ou mais níveis de corrente de

trabalho. É importante não utilizar uma fonte acima de seu de trabalho de forma a

evitar o aquecimento de seus transformador e outros componentes a temperaturas

que podem levar à sua falha. O ciclo de trabalho deve ser selecionado de acordo

com o tipo de serviço para o qual se pretende utilizar a fonte. Unidades para uso na

indústria para soldagem manual são, em geral, especificadas com Ct de 60% na

corrente de trabalho. Para processos semi-automáticos ou mecanizados, um Ct de

100% é mais adequado.

13

Experimento

Materiais e Equipamentos:

Fonte de soldagem Lincoln Ideal arc Pulse Power 500 DC arc welding power

source com cabeçote LN-9 GMA;

Torno convencional;

Arame: AWS SFA-5.18 ER 70S-6 Ø 1,2 mm;

Metal Base: SAE 1020 espessura de 3/8”;

Fluxômetro manual.

Variáveis:

1-) Vazão do gás: 15L/min

2-) Gás: AWS A5.32 SG-AC-25

3-) Arame: AWS SFA-5.18 ER 70S-6

4-) Ângulo de arraste: 90° (Perpendicular à chapa)

5-) Distância bocal peça:15,20 e 25 mm

6-) Polaridade: CC+ (inversa)

14

Procedimento Experimental:

Verificar antes de iniciar o experimento se todas as variáveis estão

compatíveis;

Selecionar 3 tensões, velocidade de alimentação e velocidade de

soldagem constantes;

Soldar três cordões com uma tensão constante, cada cordão será

soldado com uma distância bocal peça diferente;

Anotar a variação da tensão e da corrente;

Montar tabela e gráfico.

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Tabela e Gráfico:

Curva característica da fonte de soldagem (Processo GMAW)

Gráfico 2. Curva característica de tensão constante, mesmo com grande variação de corrente, a tensão permanece quase inalterada.

Tensão 1

(V)Corrente 1

(A)Tensão 2

(V)Corrente 2

(A)Tensão 3

(V)Corrente 3

(A)

19,2 120 19,3 160 19,4 180

22 150 22,3 170 22,3 190

25,4 190 25,5 210 25,6 240

Tabela 2- Dados coletados do experimento;

16

Conclusão:

Assim como no referencial teórico, a tensão da fonte constante teve pouca

variação, e a corrente uma grande variação isto ocorreu devido a auto regulagem do

arco. Quando há alteração da distância do bico a peça, geralmente seria necessário

mexer na velocidade de alimentação, porém, nesse experimento optou–se por

utilizar uma velocidade constante com isso foi a corrente tende a diminuir quando

aumenta-se a distância bico peça. Na publicação de Scotti e Ponomarev Soldagem

MIG/MAG: Melhor entendimento, melhor desempenho. 1. ed. São Paulo: Artliber

Editora Ltda, páginas 112-118) corroboram a hipótese acima, mostrando que o

aumento da DBCP diminui o valor da corrente de soldagem, quando todos os

parâmetros são mantidos fixos e utilizando uma fonte eletrônica regulada para

operar em tensão constante. Diante disto, toma-se como verdadeira a hipótese de

aumento do comprimento do arco como consequência do aumento da distância bico

peça.

17

Bibliografia

SCOTTI, A.; PONOMAREV, V. Soldagem MIG/MAG: Melhor entendimento,

melhor desempenho. 1. ed. São Paulo: Artliber Editora Ltda, 2008, 284p.

VILLANI MARQUES, P.; JOSÉ MODONESI, P.; QUEIROZ BRACARENSE, A.

Soldagem: Fundamento e Tecnologia. 3. ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2011,

362p.

CARLOS ALMENDRA, A.; SATURNINO POEPCKE, J.; ANTONIO

TREMONTI, M. Soldagem: Área metalúrgica. 1. ed. São Paulo: SENAI Editora,

2013, 720p.