O principal objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de “envelopes operacionais” para a soldagem pelo processo MAG robotizado, ou seja, foram detalhadamente investigados intervalos admissíveis, nos quais os parâmetros operacionais podem ser alterados sem que sejam produzidos defeitos no cordão de solda devidos ao procedimento, para as condições experimentais escolhidas. Desta forma, a soldagem MAG robotizada foi realizada sobre juntas de filete na posição plana, usando fonte de potência inversora com curva característica tensão constante, em corrente contínua eletrodo positivo (CCEP). O metal base foi um aço estrutural de alta resistência mecânica e o eletrodo classificado como AWS ER70S-6. Foram empregadas diversas combinações de parâmetros de soldagem (tensão, intensidade da corrente, velocidade de soldagem) e gases de proteção, i. e., dióxido de carbono (CO2) puro e argônio(Ar) com distintas proporções de oxigênio (O2) e/ou CO2. Os resultados indicaram que misturas dos gases argônio com relativamente pequenas proporções de O2 e CO2 possibilitam, para as mesmas condições, soldagens com menores energias. Entretanto, não foi detectado significativa variação da taxa de deposição. Com relação à geometria do cordão de solda (altura, largura e penetração), verificou-se que o tipo do gás de proteção altera a mesma e modifica a diluição. Além disto, misturas contendo CO2 e O2 produziram maior penetração. Para todas as condições avaliadas, as medições mostraram deformação nas direções longitudinal e transversal. Foi identificado que ocorre maior distorção angular no sentido perpendicular ao eixo da solda e que este fato é principalmente afetado pela restrição da junta, energia de soldagem e área da seção transversal do cordão de solda. Os resultados mostram que os modelos desenvolvidos são capazes de predizer parâmetros de soldagens para uma dada geometria do cordão, diluição e distorção com razoável precisão. / The main aim of this work, was to establish “operational envelops” to welding through robotized GMAW, i. e., there were thoroughly investigated allowable ranges in which the operating parameters can be changed without being produced defects in the weld bead due to procedure, for the chosen experimental conditions. Therefore, welds were made by robotized GMAW on fillet joints in the flat position, using an inverter power source with constant voltage characteristic curve, direct current electrode positive (DCEP). The base metal was a high strength structural steel plate, and the electrode classified as AWS ER70S-6. There were used many combinations of welding parameters (voltage, current intensity, welding speed) and shielding gases, i. e., pure carbon dioxide (CO2) and argon with different proportions of oxygen (O2) and / or CO2. The results have shown that gas mixtures of argon with relatively low percentages of O2 and CO2 allow, for the same effect, weldings with lower heat inputs. However, it was not noticed significant deposition rate variation. Related to weld bead geometry (height, width and penetration), it was found that the shielding gas type alters it and modifies dilution. Besides, mixtures containing CO2 and O2 produced greater penetration. For all conditions evaluated, the measurements have shown distortion in the longitudinal and transverse directions. It was noticed that more angular distortion occurs at the perpendicular direction to the weld axis, and that this fact is mainly affected by joint restriction, heat input and weld bead cross-sectional area. The results have shown that the developed models are able to predict welding parameters for a given weld bead geometry, dilution and distortion with a reasonable accuracy.

O principal objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de “envelopes operacionais” para a soldagem pelo processo MAG robotizado, ou seja, foram detalhadamente investigados intervalos admissíveis, nos quais os parâmetros operacionais podem ser alterados sem que sejam produzidos defeitos no cordão de solda devidos ao procedimento, para as condições experimentais escolhidas. Desta forma, a soldagem MAG robotizada foi realizada sobre juntas de filete na posição plana, usando fonte de potência inversora com curva característica tensão constante, em corrente contínua eletrodo positivo (CCEP). O metal base foi um aço estrutural de alta resistência mecânica e o eletrodo classificado como AWS ER70S-6. Foram empregadas diversas combinações de parâmetros de soldagem (tensão, intensidade da corrente, velocidade de soldagem) e gases de proteção, i. e., dióxido de carbono (CO2) puro e argônio(Ar) com distintas proporções de oxigênio (O2) e/ou CO2. Os resultados indicaram que misturas dos gases argônio com relativamente pequenas proporções de O2 e CO2 possibilitam, para as mesmas condições, soldagens com menores energias. Entretanto, não foi detectado significativa variação da taxa de deposição. Com relação à geometria do cordão de solda (altura, largura e penetração), verificou-se que o tipo do gás de proteção altera a mesma e modifica a diluição. Além disto, misturas contendo CO2 e O2 produziram maior penetração. Para todas as condições avaliadas, as medições mostraram deformação nas direções longitudinal e transversal. Foi identificado que ocorre maior distorção angular no sentido perpendicular ao eixo da solda e que este fato é principalmente afetado pela restrição da junta, energia de soldagem e área da seção transversal do cordão de solda. Os resultados mostram que os modelos desenvolvidos são capazes de predizer parâmetros de soldagens para uma dada geometria do cordão, diluição e distorção com razoável precisão. / The main aim of this work, was to establish “operational envelops” to welding through robotized GMAW, i. e., there were thoroughly investigated allowable ranges in which the operating parameters can be changed without being produced defects in the weld bead due to procedure, for the chosen experimental conditions. Therefore, welds were made by robotized GMAW on fillet joints in the flat position, using an inverter power source with constant voltage characteristic curve, direct current electrode positive (DCEP). The base metal was a high strength structural steel plate, and the electrode classified as AWS ER70S-6. There were used many combinations of welding parameters (voltage, current intensity, welding speed) and shielding gases, i. e., pure carbon dioxide (CO2) and argon with different proportions of oxygen (O2) and / or CO2. The results have shown that gas mixtures of argon with relatively low percentages of O2 and CO2 allow, for the same effect, weldings with lower heat inputs. However, it was not noticed significant deposition rate variation. Related to weld bead geometry (height, width and penetration), it was found that the shielding gas type alters it and modifies dilution. Besides, mixtures containing CO2 and O2 produced greater penetration. For all conditions evaluated, the measurements have shown distortion in the longitudinal and transverse directions. It was noticed that more angular distortion occurs at the perpendicular direction to the weld axis, and that this fact is mainly affected by joint restriction, heat input and weld bead cross-sectional area. The results have shown that the developed models are able to predict welding parameters for a given weld bead geometry, dilution and distortion with a reasonable accuracy.

O principal objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de “envelopes operacionais” para a soldagem pelo processo MAG robotizado, ou seja, foram detalhadamente investigados intervalos admissíveis, nos quais os parâmetros operacionais podem ser alterados sem que sejam produzidos defeitos no cordão de solda devidos ao procedimento, para as condições experimentais escolhidas. Desta forma, a soldagem MAG robotizada foi realizada sobre juntas de filete na posição plana, usando fonte de potência inversora com curva característica tensão constante, em corrente contínua eletrodo positivo (CCEP). O metal base foi um aço estrutural de alta resistência mecânica e o eletrodo classificado como AWS ER70S-6. Foram empregadas diversas combinações de parâmetros de soldagem (tensão, intensidade da corrente, velocidade de soldagem) e gases de proteção, i. e., dióxido de carbono (CO2) puro e argônio(Ar) com distintas proporções de oxigênio (O2) e/ou CO2. Os resultados indicaram que misturas dos gases argônio com relativamente pequenas proporções de O2 e CO2 possibilitam, para as mesmas condições, soldagens com menores energias. Entretanto, não foi detectado significativa variação da taxa de deposição. Com relação à geometria do cordão de solda (altura, largura e penetração), verificou-se que o tipo do gás de proteção altera a mesma e modifica a diluição. Além disto, misturas contendo CO2 e O2 produziram maior penetração. Para todas as condições avaliadas, as medições mostraram deformação nas direções longitudinal e transversal. Foi identificado que ocorre maior distorção angular no sentido perpendicular ao eixo da solda e que este fato é principalmente afetado pela restrição da junta, energia de soldagem e área da seção transversal do cordão de solda. Os resultados mostram que os modelos desenvolvidos são capazes de predizer parâmetros de soldagens para uma dada geometria do cordão, diluição e distorção com razoável precisão. / The main aim of this work, was to establish “operational envelops” to welding through robotized GMAW, i. e., there were thoroughly investigated allowable ranges in which the operating parameters can be changed without being produced defects in the weld bead due to procedure, for the chosen experimental conditions. Therefore, welds were made by robotized GMAW on fillet joints in the flat position, using an inverter power source with constant voltage characteristic curve, direct current electrode positive (DCEP). The base metal was a high strength structural steel plate, and the electrode classified as AWS ER70S-6. There were used many combinations of welding parameters (voltage, current intensity, welding speed) and shielding gases, i. e., pure carbon dioxide (CO2) and argon with different proportions of oxygen (O2) and / or CO2. The results have shown that gas mixtures of argon with relatively low percentages of O2 and CO2 allow, for the same effect, weldings with lower heat inputs. However, it was not noticed significant deposition rate variation. Related to weld bead geometry (height, width and penetration), it was found that the shielding gas type alters it and modifies dilution. Besides, mixtures containing CO2 and O2 produced greater penetration. For all conditions evaluated, the measurements have shown distortion in the longitudinal and transverse directions. It was noticed that more angular distortion occurs at the perpendicular direction to the weld axis, and that this fact is mainly affected by joint restriction, heat input and weld bead cross-sectional area. The results have shown that the developed models are able to predict welding parameters for a given weld bead geometry, dilution and distortion with a reasonable accuracy.

Em geral, um problema importante em um sistema de soldagem robotizado, ou com manipuladores automáticos, é a necessidade de uma trajetória ser reprogramada quando a forma ou a posição das peças mudam. Como solução a esse problema é proposto um método que utiliza técnicas de visão computacional, para assim detectar a trajetória de soldagem em juntas de topo. O método deve ser dinâmico permitindo a identificação de juntas de topo com cantos não próximos, linhas não retas e tamanhos diferentes entre as peças, assim como apresentar robustez contra variáveis desfavoráveis do ambiente industrial como riscos nas peças ou no fundo e mudanças de luminosidade. A trajetória é detectada baseando-se na linha de bordas da imagem global e adicionalmente trabalha-se sobre duas características da linha de solda: distância quase constante entre linhas paralelas e pixels de linha de solda com menor intensidade de luminosidade que as bordas. Uma etapa é proposta para robustez do método sobre linha de bordas descontinuas e possíveis erros em ponto inicial e final de solda. O trabalho proposto é validado com distintas configurações de junta de topo, como com cantos de peças não coincidentes, linha de solda não reta e diferentes orientações de peças. Os pontos da trajetória de solda obtidos são comparados com uma linha de solda considerada ideal, resultando em uma média e desvio padrão geral inferiores à um valor de 0,5 mm. Uma validação experimental é realizada com uma solda executada por um robô industrial seguindo os pontos de solda detectados, com os resultados demostrando que o método efetivamente pode definir uma trajetória de solda para aplicações industriais robotizadas. / In general, one of the most important problems in a robotic welding system, or in automatic manipulations, is the requirement of a path trajectory to be reprogramed when the shape or the position of the welding pieces are changed. In order to detect the welding seam in butt joints, a method that makes use of computational vision techniques is proposed. The method needs to be dynamic against variation in the configuration of the pieces, so as curved or not straight seam lines, not coincident corners; beside of that, it must to present robustness against unfavorable variables of the industrial environment, so as scratches in the pieces or illumination changes. Two features of the welding line are taken into account to develop the method: almost constant distance between parallel seam lines and darker pixels in the center of the seam than in the borders. Moreover a robustness step is proposed over two weaknesses of the method: discontinuities in the edges of the welding line and possible errors in the location of the start and end welding points. The validation step of the method involves different configuration of butt joints, as pieces without corner being coincident, not straight welding line and different orientations. The points of the welding seam detected by the method, are compared against a set of welding points considered as an ideal set of points, getting as results a mean and standard deviation lower than ± 0.5 mm. An experimental test is carried out by an industrial robot that welds two pieces following the welding line points, with the results showing that the method can effectively define a welding trajectory for industrial robotics applications.

Em geral, um problema importante em um sistema de soldagem robotizado, ou com manipuladores automáticos, é a necessidade de uma trajetória ser reprogramada quando a forma ou a posição das peças mudam. Como solução a esse problema é proposto um método que utiliza técnicas de visão computacional, para assim detectar a trajetória de soldagem em juntas de topo. O método deve ser dinâmico permitindo a identificação de juntas de topo com cantos não próximos, linhas não retas e tamanhos diferentes entre as peças, assim como apresentar robustez contra variáveis desfavoráveis do ambiente industrial como riscos nas peças ou no fundo e mudanças de luminosidade. A trajetória é detectada baseando-se na linha de bordas da imagem global e adicionalmente trabalha-se sobre duas características da linha de solda: distância quase constante entre linhas paralelas e pixels de linha de solda com menor intensidade de luminosidade que as bordas. Uma etapa é proposta para robustez do método sobre linha de bordas descontinuas e possíveis erros em ponto inicial e final de solda. O trabalho proposto é validado com distintas configurações de junta de topo, como com cantos de peças não coincidentes, linha de solda não reta e diferentes orientações de peças. Os pontos da trajetória de solda obtidos são comparados com uma linha de solda considerada ideal, resultando em uma média e desvio padrão geral inferiores à um valor de 0,5 mm. Uma validação experimental é realizada com uma solda executada por um robô industrial seguindo os pontos de solda detectados, com os resultados demostrando que o método efetivamente pode definir uma trajetória de solda para aplicações industriais robotizadas. / In general, one of the most important problems in a robotic welding system, or in automatic manipulations, is the requirement of a path trajectory to be reprogramed when the shape or the position of the welding pieces are changed. In order to detect the welding seam in butt joints, a method that makes use of computational vision techniques is proposed. The method needs to be dynamic against variation in the configuration of the pieces, so as curved or not straight seam lines, not coincident corners; beside of that, it must to present robustness against unfavorable variables of the industrial environment, so as scratches in the pieces or illumination changes. Two features of the welding line are taken into account to develop the method: almost constant distance between parallel seam lines and darker pixels in the center of the seam than in the borders. Moreover a robustness step is proposed over two weaknesses of the method: discontinuities in the edges of the welding line and possible errors in the location of the start and end welding points. The validation step of the method involves different configuration of butt joints, as pieces without corner being coincident, not straight welding line and different orientations. The points of the welding seam detected by the method, are compared against a set of welding points considered as an ideal set of points, getting as results a mean and standard deviation lower than ± 0.5 mm. An experimental test is carried out by an industrial robot that welds two pieces following the welding line points, with the results showing that the method can effectively define a welding trajectory for industrial robotics applications.

Em geral, um problema importante em um sistema de soldagem robotizado, ou com manipuladores automáticos, é a necessidade de uma trajetória ser reprogramada quando a forma ou a posição das peças mudam. Como solução a esse problema é proposto um método que utiliza técnicas de visão computacional, para assim detectar a trajetória de soldagem em juntas de topo. O método deve ser dinâmico permitindo a identificação de juntas de topo com cantos não próximos, linhas não retas e tamanhos diferentes entre as peças, assim como apresentar robustez contra variáveis desfavoráveis do ambiente industrial como riscos nas peças ou no fundo e mudanças de luminosidade. A trajetória é detectada baseando-se na linha de bordas da imagem global e adicionalmente trabalha-se sobre duas características da linha de solda: distância quase constante entre linhas paralelas e pixels de linha de solda com menor intensidade de luminosidade que as bordas. Uma etapa é proposta para robustez do método sobre linha de bordas descontinuas e possíveis erros em ponto inicial e final de solda. O trabalho proposto é validado com distintas configurações de junta de topo, como com cantos de peças não coincidentes, linha de solda não reta e diferentes orientações de peças. Os pontos da trajetória de solda obtidos são comparados com uma linha de solda considerada ideal, resultando em uma média e desvio padrão geral inferiores à um valor de 0,5 mm. Uma validação experimental é realizada com uma solda executada por um robô industrial seguindo os pontos de solda detectados, com os resultados demostrando que o método efetivamente pode definir uma trajetória de solda para aplicações industriais robotizadas. / In general, one of the most important problems in a robotic welding system, or in automatic manipulations, is the requirement of a path trajectory to be reprogramed when the shape or the position of the welding pieces are changed. In order to detect the welding seam in butt joints, a method that makes use of computational vision techniques is proposed. The method needs to be dynamic against variation in the configuration of the pieces, so as curved or not straight seam lines, not coincident corners; beside of that, it must to present robustness against unfavorable variables of the industrial environment, so as scratches in the pieces or illumination changes. Two features of the welding line are taken into account to develop the method: almost constant distance between parallel seam lines and darker pixels in the center of the seam than in the borders. Moreover a robustness step is proposed over two weaknesses of the method: discontinuities in the edges of the welding line and possible errors in the location of the start and end welding points. The validation step of the method involves different configuration of butt joints, as pieces without corner being coincident, not straight welding line and different orientations. The points of the welding seam detected by the method, are compared against a set of welding points considered as an ideal set of points, getting as results a mean and standard deviation lower than ± 0.5 mm. An experimental test is carried out by an industrial robot that welds two pieces following the welding line points, with the results showing that the method can effectively define a welding trajectory for industrial robotics applications.