Download - Variáveis de soldagem
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.
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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)
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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;
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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.
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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.