Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-10T12:38:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoViabilidadeOperacional.pdf: 3736724 bytes, checksum: a35ebe82f6137262328d3fe76f0595b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-08-29T15:00:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoViabilidadeOperacional.pdf: 3736724 bytes, checksum: a35ebe82f6137262328d3fe76f0595b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-29T15:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoViabilidadeOperacional.pdf: 3736724 bytes, checksum: a35ebe82f6137262328d3fe76f0595b0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Este trabalho apresenta um estudo experimental da viabilidade operacional, econômica, geométrica e da qualidade da solda com o uso do processo intitulado MAG-CW (Metal Active Gas–Cold Wire); entendido como: processo de soldagem MAG com adição de arame frio ou não energizado. Neste contexto, para o desenvolvimento deste trabalho utilizou-se os processos de soldagem MAG e o MAG-CW, sendo utilizados arames consumíveis sólidos de 1,2 mm de diâmetro, da classe AWS E-70S6 e o dióxido de carbono puro, CO2, como gás de proteção com vazão de 17 l/min, para os dois processos empregados. A soldagem automatizada foi realizada com o auxílio de uma fonte eletrônica ajustada em CC+, no modo tensão constante e interfaceada a um microcomputador. Para ambos os processos, os cordões de solda foram depositados sobre corpos de prova de aço carbono SAE 1020 medindo 76x155x12,7 mm, com passes em simples deposição, na posição plana puxando e empurrando o arco voltaico. Para o processo MAG-CW adicionouse o arame frio, na região do arco elétrico, por um sistema de alimentação auxiliar de arame de forma seqüencial Tandem e Twin, também, na posição plana. As variáveis de influência foram a Velocidade de Alimentação do Arame-Eletrodo, VAE, que variou em três níveis: 6, 7,5 e 9 m/min, respectivamente, a Velocidade de Alimentação de Arame Frio, VAF, que também variou em três níveis, sendo: 3, 4 e 5 m/min combinadas com VAE. As variáveis de resposta para a avaliação experimental foram a estabilidade do arco elétrico, as características econômicas, as características geométricas e a qualidade superficial do cordão de solda. Os resultados mostraram satisfatória estabilidade do arco, bem como, elevada produção em relação ao processo MAG e bom aspecto superficial das soldas. Neste sentido, o processo MAG-CW, quando comparado ao processo MAG, foi superior na taxa de fusão (TF) em 57% para a VAE igual a 6 m/min, 59 % para VAE igual a 7,5 m/min e de 53 % para a VAE igual a 9 m/min. Observou-se, ainda, que o mesmo ocorreu para a taxa de deposição (TD) aumentando em todos os níveis de velocidade: 62% para a VAE na condição igual a 6 m/min e 7,5 m/min e de 57 % para a VAE na condição igual a 9 m/min. A boa performance no aumento das taxas obtidas pelo processo MAG-CW demonstra vantagem, com maior evidência no desempenho destas características, em função da adição de arame frio ao arco. / The present study shows experimental research of the weld concerning operational, economic and geometric viability as well as its superficial quality when using MAGCW (Metal Active Gas – Cold Wire), understood as: MAG welding process with nonenergized wire or cold wire. For the development of this research, welding MAG and MAG-CW processes have been used together with 1,2 mm of diameter consumable solid wires, class AWS E-70S6 and carbon dioxide pure, CO2, as protection gas with 17 l/min release for both processes. Automated welding was performed with electronic source adjusted in CC+, in constant tension mode, interfaced by a microcomputer. In both processes the welds were put on steel carbon samples SAE 1020, 76x155x12,7 mm size, with simple disposition passes, pulling and pushing the voltage arc. The MAG-CW process added cold wire on the electric arc region, fed by the Tandem and Twin sequential wire shape auxiliary system on plane position. The variables of influence were: Velocidade de Alimentação do Arame-Eletrodo, VAE, which varied in three levels: 6; 7,5 and 9 m/min, respectively, Velocidade de Alimentação do Arame-Fio, VAF, which also varied in three levels: 3; 4 and 5 m/min combined with VAE. Response variables for experimental evaluation were electric arc stability, economic features, geometric features and weld superficial quality. The results demonstrated satisfactory arc stability as well as high production concerning MAG process and also good superficial aspect of welds. Rising rates obtained by MAG-CW process demonstrates the superiority due to non-energized wire addition to the arc. Thus, the MAG-CW process, in comparison with MAG process, demonstrated superiority concerning the 57% in rate of fusion (RF) for the VAE of 6 m/min, 59 % for the VAE of 7,5 m/min and 53 % for the VAE in 9 m/min. it has also been observed that the same occurred with the rate of deposition (RD) increasing in all speed levels: 62% for the VAE in both conditions of 6 m/min and 7,5 m/min and in 57 % for the VAE in 9 m/min. The good performance in the increase of the taxes obtained by the process MAG-CW demonstrates advantage, with larger evidence in the acting of these characteristics, in function of the addition of cold wire to the arch.

The MIG/MAG process is nowadays the most important welding process. This is due to its high production capacity, characteristic searched by industries to improve their manufacturing processes. Thus, due to this process relevance, development of tools that helps to understanding how it works comes out as necessary, especially in relation to proper welding setting up. One tool for this task is the transfer mode map, which predicts the type of metal transfer according to the welding setting up. However, these maps, normally, are more scientific oriented rather that for practical purposes. In this context, the objective of this work was to map the transfer modes in such a way that welders, supervisors and engineers could be helped in the choice of the best setting up needed. For this purpose, a methodology was developed to provide more information than transfer modes according to the parameter setting up. The proposed mapping had the intention of obtaining transfer regions with proper operating characteristics (stable transfer resulting of appropriate welding conditions) and also information about weld bead conditions, production, thermal cycle and arc radiation. For each transfer mode looked for working at typical welding conditions, which mean that the contact tip-to-work distance was different for the two main transfer modes (short-circuit and spray). A large number of experiments was performed to map the transfers, with the objective to determine a stable operating regions of short-circuit and spray transfer mode using the ER70S-6 welding wire with three different shielding gases. After mapping, single-welded butt joint were carried-out using specific points of the maps instead of bead-on-plate. The proposed methodology was efficient in exterminating regions of operational stability, according to the experiments. It was also possible to have better welding geometries, in general, for setting ups within the map region of operational stability, but the results also depend on the shielding gas and the transfer mode. For setting ups outside the map region of operational stability the bead finish gets worse, except for spray transfer mode when working below the region of operational stability. The deposition efficiency is lower for setting ups outside the region and with gases containing higher levels of CO2, except for short-circuit transfer. The arc radiation intensity is lower in regions below the operational stability and higher above this position, but it is highly dependent of the arc length. Changes in the contact tip-to-work distance and/or in the power source inductance have no influence on the region of operational stability, except for short-circuit transfer, in which the contact tip-to-work distance is able to reduce the set voltage for this region. / O processo de soldagem MIG/MAG é dos mais importantes processos de união de metais na atualidade. Isto se deve à sua alta capacidade de produção, característica constantemente cobiçada pelas indústrias em seus processos de fabricação. Assim, devido à relevância desse processo, torna-se necessária a construção de ferramentas que auxiliem no entendimento do funcionamento do mesmo, principalmente no que se refere à correta regulagem dos parâmetros de soldagem. Uma ferramenta utilizada para isto são os mapas de transferência metálica, que a partir dos parâmetros de regulagem, prevêem como resposta o tipo de transferência metálica. Porém, estes mapas, da forma que são normalmente confeccionados, são de caráter mais científico do que prático. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a confecção de mapas de transferência práticos que venham auxiliar os usuários de soldagem (soldadores, supervisores e engenheiros) na escolha da melhor regulagem em função de suas necessidades. Para isto, foi desenvolvida uma metodologia que proporcionasse mais do que a informação sobre o tipo de transferência a partir da regulagem dos parâmetros. Nestes mapas propostos, objetivou-se obter uma região de transferência com característica operacional (transferência estável com condições de soldagem apropriadas) e também informações sobre o acabamento e perfil do cordão, rendimento de deposição, ciclo térmico e radiação emitida pelo arco. E para cada modo de transferência se procurou trabalhar apenas em condições típicas, o que fez com que a DBCP fosse diferenciada para dois modos principais de transferência (curto-circuito e goticular). Uma grande quantidade de experimentos foi realizada para mapear as transferências, com objetivo de delimitar uma região de estabilidade operacional de transferências por curto-circuito e outra goticular, utilizando o arame ER70S-6 e três gases de proteção para cada tipo de transferência. Após o levantamento, foram realizadas soldagens em pontos específicos dos mapas utilizando juntas ao invés de soldagem de cordão sobre chapa. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta foi eficiente na determinação das regiões de estabilidade operacional. Mostraram também que o acabamento e a geometria do cordão, em geral, ficam melhores para regulagens dentro da região de estabilidade operacional, mas com resultados também dependentes do gás de proteção e tipo de transferência utilizada. Para regulagens fora da região de estabilidade operacional o acabamento piora, exceto para transferência goticular em regulagens abaixo da região. O rendimento de deposição é menor fora da região e com gases de proteção com maior teor de CO2, exceto para transferência por curto-circuito, onde, regulagens acima desta região não causam prejuízo. A intensidade de radiação emitida pelo arco é menor abaixo da região e maior acima desta, sendo dependente principalmente do comprimento de arco. A mudança da DBCP e da indutância da fonte não mostraram influência sobre a região de estabilidade operacional, exceto para transferência por curto-circuito, onde a DBCP promove a diminuição da regulagem das tensões desta região. / Mestre em Engenharia Mecânica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The process of welding with solid wire (GMAW) and cored wire (FCAW) processes that compete in quality, productivity and operational, need reliable information of its main features and applications for a given welding condition. Thus, the goal is to compare the capability of each process in the horizontal welding carbon steel ABNT 1020, varying the type of shielding gas on the same level of welding current and voltage to maintain a constant deposition rate per unit length. For this study we used the wire E71T-1 and ER 70S-6 under the shielding 100% CO2 gas and Ar +25% CO2 in two bands of four current and voltage ranges. We evaluated the stability of metal transfer mode and short-circuit capacity through income and presence of deposit discontinuity. In general, the process using a tubular wire had a higher deposition rate compared to solid wire, but with lower performance deposit. It was noted that, the same current range and with increasing voltage range, there was a change in transfer characteristics for both processes. With regard to straining of the weld beads, the solid wire bends showed better with lower voltage ranges. Cored wire for the values of runoff was similar, with a condition better than solid wire for higher values of welding voltage (region of predominance of metal transfer carried by the flow without short circuit). The shielding gas 100% CO2, for both processes, which was provided better performance and higher deposit with transfer voltage ranges with a predominance of short-circuit. / Os processos de soldagem com arame maciço (GMAW) e arame tubular (FCAW), processos que competem entre si em termos de qualidade, produtividade e operacionalidade, necessitam de informações seguras de suas principais características e aplicações para uma determinada condição de soldagem. Desta forma, o objetivo deste trabalho é comparar a potencialidade de cada processo na soldagem horizontal de aço carbono ABNT 1020, variando o tipo de gás de proteção sob um mesmo nível de corrente e tensão de soldagem, mantendo constante a taxa de deposição por unidade de comprimento. Para a realização deste estudo foram utilizados os arames E71T-1 e ER 70S-6 sob as proteções gasosas 100%CO2 e Ar+25%CO2 em duas faixas de corrente e quatro faixas de tensão. As características avaliadas foram a regularidade de transferência metálica no modo curto-circuito e a capacidade produtiva através do rendimento de depósito e presença descontinuidades. De maneira geral, o processo utilizando arame tubular apresentou maior taxa de deposição em relação ao arame maciço, porém com menor rendimento de depósito. Também se observou que, na mesma faixa de corrente e com a elevação da faixa de tensão, houve uma mudança nas características de transferências para os dois processos. Em relação ao escorrimento dos cordões de solda, o arame maciço apresentou melhores cordões com menores faixas de tensão. Para o arame tubular os valores dos escorrimentos foram próximos, tendo uma condição melhor que o arame maciço para maiores valores de tensão de soldagem (região de predominância de transferência metálica conduzida pelo fluxo sem curto-circuito). O gás de proteção 100%CO2, para ambos os processos, foi o que proporcionou melhor rendimento de depósito e maiores faixas de tensão com transferência com predominância de curto-circuito. / Mestre em Engenharia Mecânica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The goal of this work is to improve the knowledge of the metal transfer in MIG/MAG welding and supply data to improve the elaboration of its models. In this intention, experiments were accomplished with steel (inverse polarity; Ar+5%O2 shield gas) and aluminum (inverse polarity, Ar shield gas) electrodes, with steel electrode and several shield gases (inverse polarity, Ar+5%O2+ of 0 to 25%He shield gases) and experiments with steel electrode in direct polarity (Ar+5%O2 shield gas). The flat position welds were filmed by a high-speed video camera using the shadowgraph technique. Kinematics and dynamics characteristics of metal transfers in those experiments were obtained experimentally (droplets arrival speed in the weld pool, in flight droplets average acceleration, effective quantity of movement), and the weld geometry, and compared whenever possible with experimental and numeric results available in literature. The results showed that the weld current influences the kinematics and dynamics characteristics of the drops in all of studied conditions, that the arc length influences the cinematic characteristics and dynamics in the welds with steel and aluminum electrodes, and in the steel welds with different shield gasses; that the shield gas doesn't exercise significant influence in the appraised characteristics, and that the current polarity only affects the cinematic characteristics and dynamics in globular transfer mode. Additionally, the welding current affects the weld penetration despite the use of approximately the same heat input, the arc length affect the steel and aluminum weld penetration and with different shield gasses, the shield gas didn't exercise influences in the values of the penetration but it altered the form of the weld and the current polarity didn't exercise influences the weld penetration, but just in width and reinforcement, being more slender the weld bead in direct polarity. / Com o intuito de aprofundar o conhecimento da transferência metálica em MIG/MAG goticular e fornecer dados para aprimorar a elaboração de modelos da mesma, foram realizados experimentos com eletrodos de aço (polaridade inversa, gás de proteção Ar+5%O2) e alumínio (polaridade inversa, gás de proteção Ar), experimentos com eletrodo de aço e vários gases de proteção (polaridade inversa, gases de proteção Ar+5%O2+de 0 a 25%He), e experimentos com eletrodo de aço em polaridade direta (gás de proteção Ar+5%O2). As soldas, em posição plana, foram filmadas em alta velocidade através da técnica da perfilografia. Determinou-se experimentalmente características da transferência metálica (diâmetro das gotas e sua freqüência de destacamento e o comprimento do arco elétrico), bem como as características cinemáticas e dinâmicas das transferências metálicas obtidas nesses experimentos (velocidade de chegada das gotas à poça de fusão; aceleração média das gotas durante a trajetória; quantidade de movimento efetiva das gotas) e a geometria dos cordões de solda, comparados sempre que possível a resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Os resultados mostraram que a corrente e o comprimento do arco influenciam as características cinemáticas e dinâmicas das gotas em todas as condições estudadas, que o gás de proteção não exerce influência significativa nas características avaliadas, que a polaridade do eletrodo só afeta as características cinemáticas e dinâmicas no modo de transferência globular e que a quantidade de movimento efetiva das gotas influencia claramente a penetração do cordão de solda apenas quando associada à mudança no modo de transferência de globular para goticular. Adicionalmente, a corrente de soldagem afetou a penetração das soldas, mesmo utilizando-se aproximadamente o mesmo calor imposto, o comprimento do arco afetou a penetração das soldas de aço e alumínio e com diferentes gases de proteção, o gás de proteção não exerceu influência nos valores da penetração, mas alterou a forma do cordão e a polaridade não exerceu influência na penetração da solda, mas apenas na sua largura e reforço, sendo mais esbelto o cordão de solda em polaridade direta. / Doutor em Engenharia Mecânica