Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2008. / Submitted by Natália Cristina Ramos dos Santos (nataliaguilera3@hotmail.com) on 2009-09-09T15:46:33Z No. of bitstreams: 1 2008_EberHuancaCayo.pdf: 4474997 bytes, checksum: 7357b95a5c56a9798edcad92612f037f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2009-10-05T15:22:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_EberHuancaCayo.pdf: 4474997 bytes, checksum: 7357b95a5c56a9798edcad92612f037f (MD5) / Made available in DSpace on 2009-10-05T15:22:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_EberHuancaCayo.pdf: 4474997 bytes, checksum: 7357b95a5c56a9798edcad92612f037f (MD5) Previous issue date: 2008-09 / Este trabalho apresenta um sistema de monitoramento, detecção e localização de defeitos na solda a partir do sensoriamento da acústica do arco elétrico do processo GMAW-S. O desenvolvimento implicou na abordagem de diferentes tecnologias, tais como: processo GMAW; avaliação de qualidade da solda; isolamento e direcionamento acústico; aquisição de sinais de tensão do arco, corrente de soldagem e pressão acústica do arco elétrico do processo; pré-processamento; filtragem convencional e estocástica de sinais; análise da estabilidade do processo; estabelecimento de parâmetros elétricos e acústicos de estabilidade do processo e algoritmos de detecção e localização de defeitos. Também foram desenvolvidos equipamentos, como sistemas de deslocamento de corpos de prova, direcionador e concentrador de sinais acústicos, dispositivo para a aquisição de sinais do processo, programa para a análise dos sinais do processo (tensão, corrente e som). A metodologia deste trabalho consistiu em obter um conjunto ótimo de parâmetros de soldagem visando gerar a maior estabilidade do processo. Foram feitas soldas repetitivas ajustando a fonte de energia com o conjunto de parâmetros obtidos. Na execução das soldas se adquiriu sinais elétricos e acústicos do arco elétrico. Avaliou-se a qualidade da solda baseada na continuidade da estabilidade dos parâmetros estatísticos dos sinais elétricos e acústicos. Seguido isso, foram feitas soldas simulando três tipos de defeitos: variação do stand off, presença de graxa na trajetória da solda e ausência de gás de proteção. Nessas soldas determinaram-se e quantificaram-se as variações dos parâmetros estatísticos acústicos de estabilidade e que finalmente foram montadas no algoritmo de detecção e localização de defeitos. Para a validação da metodologia, foram feitas soldas sem defeitos e soldas simulando os três defeitos apresentados. Nessas soldas adquiriu-se apenas o sinal de pressão acústica do arco elétrico. Demonstra-se que a partir da pressão acústica gerada pelo arco elétrico do processo de soldagem é possível monitorar, detectar e localizar defeitos sobre a solda. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a monitoring, detection and localization system of welding defects by acoustic sensing of the electric arc of GMAW-S process. The development implicated on the approach of different technologies such as: GMAW process; weld quality evaluation; isolation and acoustic orientation; electrical arc data acquisition, such as voltage, current and acoustic pressure; pre-processing; signal filtering, stability analysis of the GMAW process; establishment of electric and acoustic parameters to welding process stability and algorithms for detection and localization of defects. Equipments were also developed, such as a plate displacement system, a concentrator of acoustic signs, data acquisition hardware, software for the process signals analysis (voltage, current and sound). The methodology of this work consisted on obtaining an optimal amount of weld parameters to guarantee process stability. Some experiments were done in order to adjust the weld source with the optimal parameters. During the experiments, the acoustic and electrical signals of the electrical arc were acquired. The weld quality was evaluated based on the electric and acoustic statistical parameters stability. Then, some defects were simulated: the stand off variation, grease insertion and shielding gas flow extinction. In those experiments the variations of the acoustic statistical parameters stability were determined and quantified and finally were analyzed by the weld defects detection and localization algorithm. To validate the methodology, were made welds with and without defects for later comparison. In these experiments the only signal acquired was the acoustic pressure of the electric arc. It is demonstrated that by the acoustic pressure generated by the electric arc it is possible to monitor, detect and localize weld defects.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-01-29T11:48:48Z No. of bitstreams: 1 2013_LissyYojanaHurtadoMeneses.pdf: 4186055 bytes, checksum: 15a188905f0b7aed4b12cf678924755d (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-05T12:35:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_LissyYojanaHurtadoMeneses.pdf: 4186055 bytes, checksum: 15a188905f0b7aed4b12cf678924755d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-05T12:35:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_LissyYojanaHurtadoMeneses.pdf: 4186055 bytes, checksum: 15a188905f0b7aed4b12cf678924755d (MD5) / A procura por processos de soldagem versáteis e de alta produtividade é uma necessidade contínua, em especial na união de dutos que representam o cerne no escoamento dos mais diferentes fluidos na área de petróleo e gás. A soldagem orbital refere-se ao processo de união de dutos e tubulações. A soldagem fora da posição plana e a própria geometria da peça de trabalho tornam o processo complicado, devido à variação contínua da posição de soldagem, o que constitui uma constante mudança no comportamento das forças que atuam sobre a gota de metal fundido e altera a dinâmica da transferência de metal. Este evento faz com que a solda apresente problemas de qualidade, pelo escoamento da poça de fusão e a instabilidade na transferência metálica. O presente trabalho propõe o desenvolvimento e implementação de um modelo híbrido que representa o processo GMAW na soldagem orbital, construído sob a aplicação de um tratamento físico e matemático específico para a modelagem dos períodos de formação, crescimento e transferência da gota, que compõem o modo de transferência por curto circuito, a fim de compreender os fenômenos físicos e dinâmicos envolvidos no processo. As respostas obtidas pelo modelo foram complementadas com o estudo da estabilidade da transferência de metal em experimentos reais, para ter uma visão global que combine o conhecimento obtido pela análise de experiências reais conduzidas, com os resultados gerados por ferramentas computacionais. Após a análise das respostas obtidas, os procedimentos desenvolvidos nesta pesquisa foram expostos a uma regra de regulação de parâmetros, para mitigar os efeitos da variação da posição de soldagem e melhorar a estabilidade da transferência metálica. Os resultados apresentados foram satisfatórios e se refletem na melhoria da aparência e qualidade do cordão de solda. Destaca-se que o modelo pode ser utilizado para o estudo do controle da transferência de metal, bem como para o estudo da escolha de parâmetros adequados para soldagem, com o objetivo de alcançar um elevado nível de qualidade da junta soldada em diferentes condições. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Demand for welding versatile processes and high productivity is an ongoing need, particularly in the union of ducts that represent the core in the flow of the different fluids in in the field of oil and gas. The orbital welding refers to the process of union of ducts and pipes. The welding outside the plane position and the own geometry of the work piece make the process complicated, due to the continuously variation in the welding position, which is a constant change in the behavior of the forces acting on the molten metal droplet, and changes the dynamics of metal transfer. This event causes the solder present quality problems by runoff of the molten pool and the instability in metal transfer. This paper proposes the development and implementation of a hybrid model that represents the GMAW process in the orbital welding, built under the application of specific physical and mathematical treatment for the modeling of periods of formation, growth and transfer of the drop, which compose mode transfer by short circuit, in order to understand the physical and dynamical phenomena involved. The responses obtained by the model were complemented with the study of stability of metal transfer in real experiments, to have a global vision that combines the knowledge gained by analyzing real experiments with the results generated by computational tools. After the analysis of responses, the procedures developed in this study were exposed to a regulation rule of parameters, in order to mitigate the effects of the variation of welding position and improve the stability of metal transfer. The results were satisfactory and were reflected in the improvement of the appearance and quality of the weld. It is noteworthy that the model can be used to study the control of metal transfer, as well as to study the choice of appropriate parameters for welding, in order to achieve a high level of quality of the welded joint in different conditions.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-10-25T14:26:10Z No. of bitstreams: 1 2013_EberHuancaCayo.pdf: 11106092 bytes, checksum: 32db1b7db30838656b3f458b6c65e047 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-10-30T10:58:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_EberHuancaCayo.pdf: 11106092 bytes, checksum: 32db1b7db30838656b3f458b6c65e047 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-30T10:58:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_EberHuancaCayo.pdf: 11106092 bytes, checksum: 32db1b7db30838656b3f458b6c65e047 (MD5) / A soldagem orbital é um processo de fabricação que consiste da união de tubos metálicos e que tem diversas aplicações, tais como na indústria alimentar, farmacêutica, petroquímica e aeroespacial. Estas aplicações, em sua maioria, limitam-se à união de dutos de pequeno porte e de espessura fina, nos quais os efeitos gravitacionais sobre a transferência de calor e massa são ínfimos. Quando se pretende unir dutos de maior espessura, entretanto, é comum utilizar processos de soldagem com adição de material, o que incrementa as dimensões da poça de fusão. Em consequência, o efeito gravitacional altera a transferência de calor e massa, podendo acarretar escoamentos e deformações da solda se os parâmetros de soldagem são inadequados. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um regulador de parâmetros de soldagem em função da posição de soldagem, objetivando obter soldas uniformes através do processo GMAW-S. Estudos iniciais mostraram que as oscilações da poça de fusão têm relação direta na formação da solda. Estas oscilações estão governadas pelo balanço das forças, eletromagnética, tensão superficial e gravitacional sobre a massa da poça. Considerando que em soldagem orbital há uma constante mudança de posição, o escoamento da poça causado pelo efeito gravitacional é inevitável, portanto é preciso regular adequadamente os parâmetros de soldagem em função da posição de soldagem ?. Para isto, em primeiro lugar, desenvolveu-se o modelo de transferência de massa a fim de estimar a quantidade de massa e a força com que esta massa é transferida do eletrodo arame à poça segundo a posição ?. Em segundo lugar desenvolveu-se o modelo de oscilações da poça a fim de estimar o valor final da oscilação em função da posição ?, o que permitiu estimar a localização do escoamento da poça assim como a localização da deformação do cordão de solda. Finalmente foi desenvolvido o modelo de regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ?, considerando a uniformidade das forças sobre a massa transferida, bem como a uniformidade da resistência do circuito de soldagem, do aporte térmico e da taxa de deposição. A partir da simulação de este conjunto de modelo foi possível prever o conjunto de parâmetros visando à uniformidade do valor final das oscilações da poça, o que implica na redução do escoamento da poça e consequentemente a relativa uniformidade do cordão de solda. Por meio de experimentos conseguiu-se verificar a uniformidade relativa das soldas a partir da regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ? utilizando os modelos propostos. Concluiu-se que o escoamento da poça é inevitável, porém, é possível reduzir seus efeitos através do controle do valor final das oscilações através da regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ?. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Orbital welding is a manufacturing process that composes the union of metallic pipes which is largely applied in various industries such as food, pharmaceutical, petrochemical and aerospace industry. These applications are mostly limited to the union of small and thin ducts, on which the gravitational effects over heat and mass transference are minimal. When union of larger pipes is intended, however, welding processes with material addition are commonly applied, leading to an increased welding pool dimension. In consequence, gravitational effect alters heat and mass transference, what can cause outflows and deformations of the welding if welding parameters are inadequate. The aim of this work is to develop a regulator welding parameters according to the welding position, aiming to obtain uniform welds through the GMAW-S. Initial studies showed that the oscillations of the weld pool have a direct relation in the formation of the weld. These oscillations are governed by the balance of forces, electromagnetic, surface tension and gravity on the mass of the pool. Whereas that in orbital welding there is a constant change of position, the pool outflow caused by the gravitational effect is inevitable; therefore, it is necessary to regulate properly the welding parameters according to the welding position ?. For this, in first place it was developed the modeling of the mass transference to estimate the amount of mass and force with which this mass is transferred from the wire electrode to the welding pool according to position ?. In second place, it was developed the model of the welding pool oscillations in order to estimate the final value of the oscillation depending on the position ?, which allowed estimating the location of the pool outflow as well as the location of weld deformation. Finally the model of regulating of welding parameters according to the position ? was developed, considering the uniformity of forces on the mass transfer, as well as the uniformity of the welding loop resistance and the uniformity of the heat input and deposition rate. From the simulation of hese set of models, was possible to estimate the welding parameter set aiming to reach the uniformity of the final value of the pool oscillations, which implies the reduction of the pool outflow and consequently the relative uniformity of the weld bead. Through experimentation it was possible to verify the relative uniformity of welds from the adjustment of the welding parameters according to the position ? by using the proposed models. The obtained conclusion is that the outflow of the pool is unavoidable; however, their effects can be reduced by controlling the final value of the oscillations by regulating the welding parameters according to welding position ?.