Os processos de soldagem evoluíram muito nas últimas décadas. Com novas demandas para a indústria, surgimento de materiais mais avançados e com a criticidade dos processos manuais convencionais, o estudo volta-se para os processos de soldagem utilizando o método de fricção. No Brasil a soldagem por fricção ainda é pouco estudada. Os equipamentos existentes praticamente são em sua maioria importados e servem para uma demanda específica na indústria. A construção de uma máquina para estudos e pesquisa nesta área da soldagem é de grande importância para a evolução dos processos, na descoberta de novos métodos de união de materiais e principalmente gerando tecnologia independente de fontes externas. Nas instalações do Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) foi construída uma máquina com grande capacidade de força para soldagem por fricção, principalmente com pino consumível, onde é possível controlar as principais variáveis envolvidas no processo, contribuindo com a pesquisa neste setor. O objetivo deste trabalho é a validação da máquina de soldagem para estudos de soldagem por fricção, comprovando a sua eficiência através de repetitividade e possibilidade de reprodução dos parâmetros das soldas realizadas. Para isso, foi criado um programa para a realização da soldagem. Em uma segunda etapa foram efetuadas as modificações necessárias, variáveis de controle e parâmetros da soldagem, analisando os resultados das propriedades mecânicas e metalúrgicas dos materiais processados. Foram utilizados pinos consumíveis em chapas espessas utilizando variação na força de soldagem para verificação do efeito de preenchimento da solda, análises de consumo de material, verificação de dureza, metalografias, aquisição de temperatura e testes de dobramento. Para realizar aquisição da temperatura de soldagem foram utilizados dois métodos. No primeiro foram produzidas amostras nas quais foram medidas suas temperaturas durante a soldagem através de termopares inseridos na base. O segundo método foi com a aquisição da temperatura da rebarba através de termopares e com pirômetro ótico. Os resultados dos testes com a temperatura, metalografia, dobramento e a dureza encontrada na interface de soldagem foram correlacionados com os parâmetros utilizados. Além dos testes com pinos processados em chapas, foram realizadas soldagens em outras geometrias, de modo a testar a capacidade da máquina e prever modificações nas quais serão possíveis estudos de novas técnicas. / The welding processes have evolved greatly over the last decades. With new needs of modern industry, the arise of advanced materials and the criticality of the conventional manual processes, the research turns to welding using friction methods. In Brazil, friction welding is still not properly explored. Essentially all existing equipment are mostly imported and used for a specific demand in the industry. The construction of a machine for research in this welding area is of great importance for the evolution of the process, the development of new methods of joining materials and mainly to generate national technology independent of external sources. A high load capacity machine was built at the Physical Metallurgy Laboratory (LAMEF) of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). The main variables involved in the process can be controlled, contributing to researches in this field. The objective of this work is the validation of the welding machine by evaluating its repeatability. A program was developed to grant the possibility of reproducing the parameters of each welding process. In a second stage, the influence of the control variables and welding parameter were taken into account by analyzing the mechanical and metallurgical properties of the processed material. Consumable pins were processed against thick metal sheets varying the welding force to evaluate the effect on filling, deposition rate, hardness, metallography, temperatures cycle and bending tests. Two methods were used to register the welding temperatures. In the first one, the base specimens were instrumented with thermocouples. In the second one, thermocouples and an optic pyrometer were used to register the temperature at the flash. The results of the temperature tests, metallography, bending tests and bondingline hardness data were correlated with the welding parameters. Besides the pin-sheet base combination, other geometries were welded, in a way to test the equipment capacity and look forward modifications that will provide new joining techniques.

Nesse trabalho, foram pesquisados os efeitos do nível de porosidade do cordão de solda e o ângulo da aplicação da carga, sobre as propriedades mecânicas da junta soldada. As soldas foram realizadas utilizando o processo a arco com proteção por gás e eletrodo consumível, continuamente alimentado -por simplicidade doravante denominado MIG ("Metal Inert Gas") e juntas tipo "V" simples em chapas de alumínio tipo 5083-0 com 8 mm de espessura, usando como metal de adição um arame de 1,2 mm de diâmetro tipo 5183, argônio como gás de proteção e energia de soldagem constante. As juntas apresentavam quatro ângulos distintos em relação à direção perpendicular à aplicação da carga, isto é: 0, 15, 30 e 45 graus. Para cada ângulo, quatro diferentes misturas gasosas (resultando quatro níveis de porosidade) foram utilizadas. A partir dos ensaios realizados, as seguintes conclusões podem ser obtidas para os diferentes níveis de porosidade e ângulos de carregamento empregados: (a) A resistência à tração e ductilidade foram significativamente afetadas pelos níveis de porosidade, enquanto o limite de escoamento não sofreu alteração sensível. (b) Não se obteve uma boa correlação entre os valores reais (medidos) de nível de porosidade e aqueles resultantes da análise radiográfica. (c) Quando o nível de porosidade no metal de solda aumenta, para um mesmo ângulo de aplicação da carga, a ductilidade e a resistência à tração diminuem. Em relação ao projeto de juntas soldadas, a conclusão mais importante obtida é a seguinte: para um mesmo nível de porosidade, a ductilidade e a resistência à tração aumentam com o ângulo do cordão em relação à aplicação da carga, isto é, estas propriedades mecânicas atingem seu valor máximo quando este ângulo é de 45° (no intervalo entre 0º e 45º). / Research has been performed to study both the effects of porosity and loading angle, on the tensile strength of aluminium joints. Metal Inert Gas (MIG) V-groove butt welds were made on 8mm thick aluminium alloy 5083-0, using a 1.2mm diameter 5183 fill e r metal, argon as shielding gas, and a constant heat input. Those joints were welded at four distinct angles, i. e., 0°, 15°, 30°, and 45º, between their axis, and the right direction to the tensile test applied load. Furthermore, a set of four weld metal porosity levels were produced for each angle. From the test results, and for the porosity levels and loading angles ranges analyzed in this work, the following main conclusions can be draft: (a) Weld metals ultimate tensile strength and ductility were markedly affected by porosity level, while yield strength was only slightly affected. ( b) There is not a good correlation between the actual (measured) weld metal porosity level, and that taken from radiography. (c) As weld metal porosity level increases, for the same loading angle, ductility and ultimate tensile strength decrease. Concerning weldment design, perhaps the most important conclusion is: for the same porosity level, weld metal ductilíty and ultimate tensile strength increase with the loading angle, i.e., those mechanical properties have a maximum when this angle is 45° (in the 0°-45° range).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:09:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338531.pdf: 2644998 bytes, checksum: 14a7d555e683413733b515d993965216 (MD5) Previous issue date: 2015 / A produção industrial está em contínua exigência por processos cada vez mais produtivos. No caso da soldagem este aumento de produtividade, não necessariamente é alcançado por meio de novos processos, mas frequentemente pela implementação de técnicas especiais nos processos considerados tradicionais. Estas técnicas, não só consideram atuação na forma de controle da energia de soldagem e atuação na tecnologia das tochas de soldagem, mas também se baseiam muito na atuação na trajetória de soldagem. Este trabalho atua neste último flanco, buscando condições de infraestrutura para estudar o efeito de um tipo de trajetória denominada de movimento de switch back. Esta consiste em oscilar a tocha na direção longitudinal do cordão de solda, via os movimentos de avanço e de retrocesso. Como o Laboratório de Soldagem da UFSC (LABSOLDA) não possuía equipamentos que realizassem tal movimento, uma vez que os robôs industriais presentes no laboratório também não possuem esta capacitação, o presente trabalho se propõe a criar esta infraestrura de desenvolvimento. No caso em questão, foi realizado o retrofitting de um antigo robô antropomórfico industrial, RV-15 fabricado em 1987 pela Reis Robotics, o readequando eletronicamente e desenvolvendo um novo controlador de movimento "open source", que permite a geração simplificada de trajetórias de oscilação diferenciadas, sincronizadas com sinais para a fonte de soldagem. O trabalho realizado no robô demonstrou ser eficaz e permitiu um estudo confiável do processo TIG autógeno com o movimento de switch back. Os ensaios revelaram que tal oscilação mostra-se como uma alternativa para a diminuição de defeitos de descontinuidade. <br> / Abstract : Industrial production is in continuous demand for more productive processes. When it comes to welding this increase in productivity is not necessarily achieved through new processes, but often by implementation of special techniques in traditional processes. These techniques not only consider to act in the form of welding power control and in the welding torches technology, but also rely heavily on acting in the welding path. This work focuses on building infrastructure conditions to study the effect of a path type, known as switch back motion. This consists in oscillating the torch in the longitudinal direction of the weld bead, via forward and backward movements. As the UFSC Welding Laboratory (LABSOLDA) did not have an equipment to perform such movement, since available industrial robots are not also able to, this paper proposes to create this development infrastructure. In this case, a retrofitting of an old industrial anthropomorphic robot RV-15 manufactured in 1987 by Reis Robotics was performed, adapting it electronically and developing a new "open source" motion controller, which enables simplified generation of differentiated oscillation trajectories synchronized with signals to the welding source. The work on the robot has proved to be effective and allowed a reliable study of autogenous TIG process with the switch back movement. The tests revealed that this oscillation is shown as an alternative for reducing discontinuity defects.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:13:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222245.pdf: 2791906 bytes, checksum: 00a414cf1cf9cda24e5308b1d158dccf (MD5) / Neste trabalho foi estudada a aplicação do processo TIG com alimentação de arame para o reparo em operação de tubulações com pequena espessura remanescente. Foram revisados critérios existentes na literatura sobre a ocorrência da perfuração. Em primeira instância, foram realizados experimentos com aquecimento com tocha TIG em chapas e tubos contendo argônio a pressões entre 1, 20 e 40 bar. Os ensaios em chapa demonstraram que, diferentemente do que ocorre no processo eletrodo revestido, no processo TIG antes de atingir um tamanho da poça que leve à perfuração, há um significativo escorrimento na raiz da solda. Isso está relacionado com a menor pressão do plasma associada ao processo TIG. Nos ensaios em tubos, foi observado que a perfuração ocorria nas mesmas condições de soldagem, independentemente da pressão interna. Isto reforça as conclusões dos estudos do Instituto Battelle, e contradiz critérios formulados mais recentemente por outros autores. Para a aplicação do processo TIG alimentado, foram estudados, a seguir, as faixas de velocidade de arame para diversos níveis de potência do arco, considerando como critérios de aceitabilidade o comportamento dinâmico da tensão do arco e a convexidade do cordão, representada pela relação entre o reforço e a largura. Pode ser observado que as faixas de velocidade utilizáveis são bastante amplas, o que significa que os resultados do processo TIG alimentado não são prejudicados por variações que ocorram fortuitamente durante sua aplicação. Ensaios com TIG alimentado sobre chapa permitiram verificar que não ocorre perfuração ao soldar chapas de 3,2 mm com energias de até 7,0 kJ/cm. Ao realizar soldas de filete em juntas constituídas de chapas sobrepostas, para simular a união de uma calha com tubo, foi verificado mediante a medição da temperatura com termopares da superfície oposta ao arco, que as temperaturas atingidas são muito menores que as que ocorrem na deposição de cordão sobre chapa, de modo que os níveis de energia utilizáveis na soldagem em operação se tornam bem maiores. Por último, pode-se concluir que o processo TIG alimentado representa uma alternativa vantajosa para a soldagem de pequenas espessuras, em substituição ao processo eletrodo revestido, que é o corriqueiramente utilizado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-07-16T21:02:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317566.pdf: 3104424 bytes, checksum: 3cddbaa910b3d2bc96d380c26c51d36c (MD5) / Como processo de fabricação, a soldagem tem um papel de destaque dentro dos setores naval e petrolífero. Nesses setores, a utilização de ligas de alumínio como material para a fabricação de estruturas vem ocupando cada vez mais espaço. Inserido neste contexto, o LABSOLDA vem desenvolvendo conhecimento e tecnologias abrangentes e com uma missão específica de execução da soldagem de um veleiro em alumínio para pesquisas oceanográficas em que a presente dissertação de mestrado é parte integrante. Ela apresenta contribuições técnico-científicas no campo da tecnologia com transferência metálica sem curto-circuito por meio da pulsação da corrente e com a recente tecnologia de transferência metálica por curto-circuito denominada de CMT (Cold Metal Transfer). Em primeiro momento, os ensaios realizados tiveram o foco na obtenção de um procedimento automático de soldagem de raiz em chapas de ligas de alumínio com 6 mm de espessura. Para isso foram analisados os fundamentos de diferentes variantes do processo MIG/MAG, com destaque para a versão CMT. Em comparação com o MIG convencional, os resultados alcançados com o CMT revelaram um grande potencial de aplicação dessa tecnologia para a realização da soldagem de raiz em alumínio. Justamente por causa de uma maior potência do arco em relação ao MIG convencional é que esta tecnologia produz soldas de raiz com elevada performance. Isto é constatado em ensaios que avaliam a característica de fusão do arame ER5183. Assim, ficou demonstrado que o MIG CMT pode ser considerado como tendo uma transferência fria somente se comparado com o pulsado tradicional, mas não em relação ao MIG convencional. As características do CMT se revelaram como as melhores para a soldagem de raiz, incluindo as posições diferentes da plana. A cadência da corrente e da tensão revela uma grande semelhança com uma corrente pulsada de onda retangular, mas dentro da faixa de transferência por curto-circuito. A utilização da soldagem MIG pulsada é tratada em um segundo momento, onde os ensaios foram dirigidos para a avaliação de vários conjuntos de corrente de pulso e tempo de pulso, constituindo diferentes parâmetros de destacamento e também diferentes diâmetros de gota. É analisado o relacionamento entre as referidas variáveis, considerando o expoente da corrente de pulso igual a 2,3, segundo o pesquisador Amin, e o expoente 2,0, segundo a maioria das adoções da literatura. Foi encontrado, entretanto, o valor de 1,83 como o melhor expoente para o arame ER4043. Foi demonstrado também que a melhor condição de destacamento é quando esta ocorre logo depois da fase de pulso. Os resultados de parâmetros de pulso que ofereceram os melhores resultados já estão sendo aplicados em fontes de soldagem comerciais.<br> / Abstract : As manufacturing process, welding has a prominent role within the marine and oil industries. In these sectors, the use of aluminum alloys as material of structures fabrication is occupying more space. Within this context, the LABSOLDA has developed extensive knowledge and technologies with a specific mission of execute welding on a aluminum sailboat for oceanographic research on which this dissertation is an integral part. It presents scientific and technical contributions in the field of technology with metal transfer without short-circuiting through the current pulse and with the latest technology of metal transfer by short circuit called CMT (Cold Metal Transfer). At first moment, the focus of tests was obtaining an automatic procedure root welding on 6 mm aluminum plates. For this were analyzed the foundations of different variants of MIG / MAG, highlighting the version CMT. Compared with the conventional MIG, the results achieved with CMT have revealed great potential for application of this technology to perform the aluminum root welding. Justly because of a greater power of the arc in relation to the conventional MIG is that this technology produces root welding with high performance. This is demonstrated by tests which evaluate the melting characteristics of the wire ER5183. It was found that MIG CMT can be considered a cold transfer only if compared to traditional pulsed, but not when compared to conventional MIG. The characteristics of CMT proved as the best for welding of root, including in forced positions. The cadence of the current and voltage shows a great similarity with a pulsed current rectangular wave, but within the range of short circuit transfer. The use of pulsed MIG welding is treated in a second stage, where the tests were directed to evaluate several sets of pulse current and pulse time, representing different detachment parameters and also different drop diameters. It examines the relationship between those variables, considering the exponent of the current pulse equal to 2.3, according to the researcher Amin and the exponent 2.0, according to most adoptions literature. It was found, however the value 1.83 as the best exponent for the wire ER4043. It was also shown that the best condition of detachment is when this occurs shortly after the pulse phase. The results of pulse parameters that provided the best results are already being applied in commercial welding power supplies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-20T17:10:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210020.pdf: 9333576 bytes, checksum: 322f00978def023b81fb1ec8f4b3ce16 (MD5) / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema automático de soldagem MIG, designado como seguidor de junta, que utiliza as próprias variáveis elétricas do arco voltaico como sensor de posição (sensor de arco). Tais sistemas são capazes de perceber e corrigir eventuais erros de alinhamento do conjunto tocha-peça durante a soldagem de juntas chanfradas e de filete.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T22:30:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 198517.pdf: 4538783 bytes, checksum: 88196055c9b55622d62295b9522e374b (MD5) / Os processos de soldagem a arco elétrico, hoje conhecidos, já se

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T00:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T02:07:58Z : No. of bitstreams: 1 142276.pdf: 16898753 bytes, checksum: f04d762f8f2aec394acd03ecc7b9acec (MD5)

Na Soldagem em Operação dois grandes riscos são motivo de análise e discussão, o risco de perfuração da parede do tubo durante a execução da soldagem e o risco de ocorrência de trinca induzida por hidrogênio (TIH). Dos três fatores necessários para a ocorrência de TIH, hidrogênio difusível, microestrutura frágil e tensões trativas, a parcela de contribuição da microestrutura é agravada pelas elevadas taxas de resfriamento existentes na soldagem em operação. Uma maneira de diminuir o risco de TIH é através da utilização de um processo de soldagem que introduza baixíssimos níveis de hidrogênio difusível na junta soldada aliada às menores taxas de resfriamento possíveis de serem atingidas. O MIG/MAG com Curto- Circuito Controlado surge como alternativa ao Eletrodo Revestido, processo tradicionalmente utilizado, sendo capaz de oferecer menor nível de hidrogênio difusível e maior produtividade. Porém, é necessário comprovar a sua capacidade de produzir juntas soldadas sem ocorrência de falta de fusão, forte característica do processo MIG/MAG Convencional. Soldagens realizadas através do processo MIG/MAG com Curto-Circuito Controlado sob severas condições de remoção de calor, em diferentes níveis de energia de soldagem e também em diferentes posições de soldagem mostraram que, dentro do pacote operacional utilizado, a falta de fusão continua ocorrendo. O MIG/MAG Pulsado também foi avaliado e melhores resultados foram obtidos, sem ocorrência de falta de fusão e com elevadas penetrações. / In-Service Welding two main risks are reasons for analysis and discussion, the risk of burnthrough during the welding course and the risk of occurrence of hydrogen induced cracking (HIC). Of the three factors for the occurrence of HIC, diffusible hydrogen, brittle microstructure and traction tensions, the share of contribution of microstructure is exacerbated by high cooling rates presents In-Service Welding. One way to reduce the risk of HIC is by using a welding process that introduce low levels of diffusible hydrogen in the welded joint associated to the lower cooling rates that can be achieved. The GMAW with Controlled Short Circuit appears as an alternative to SMAW, process traditionally used, being able to offer lower diffusible hydrogen and higher productivity. However, it is necessary to demonstrate its ability to produce welded joints with no occurrence of lack of fusion, the strong characteristic of Conventional GMAW. Welds made through the GMAW with Controlled Short Circuit under severe conditions of heat removal, at different levels of heat input and different welding positions showed that, within the operational package used, the lack of fusion still happening. The Pulsed GMAW was also evaluated and best results were obtained, without occurrence of lack of fusion and high penetration.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-03-13T20:33:59Z No. of bitstreams: 1 2017_GuillermoAlvarezBestard.pdf: 9664678 bytes, checksum: 358024e196bf55e45bb81b4815254ad7 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-03-13T21:24:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GuillermoAlvarezBestard.pdf: 9664678 bytes, checksum: 358024e196bf55e45bb81b4815254ad7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T21:24:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GuillermoAlvarezBestard.pdf: 9664678 bytes, checksum: 358024e196bf55e45bb81b4815254ad7 (MD5) Previous issue date: 2018-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O processo GMAW é amplamente utilizado na indústria, mas seu controle automático está limitado pela dificuldade existente em medir as principais grandezas do processo e fechar a malha de controle. As condições ambientais adversas dificultam o uso dos sistemas de medição convencionais para obter informações da geometria do cordão de solda. Nestas condições o desenvolvimento do sistema de medição é complexo e o correto desempenho não é garantido. Neste trabalho desenvolvem-se sistemas e ferramentas para coletar os valores das variáveis e fornecer estímulos ao processo de soldagem GMAW convencional com fonte de soldagem de tensão constante, permitindo a estimação da geometria do cordão de solda em um sistema de controle em malha aberta. Os estimadores da penetração e a largura do cordão são implementados baseados na fusão dos dados termográficos, a intensidade da corrente e a tensão de soldagem em uma rede neural. Desenvolveu-se um algoritmo para extrair as caraterísticas da imagem infravermelha e para fornecer essas informações aos estimadores. Para validar os modelos dos estimadores foi implementado um perfilômetro a laser para obter as dimensões externas do cordão de solda e um algoritmo de processamento de imagem para medir a penetração fazendo um corte longitudinal no cordão. Os resultados obtidos são documentados e discutidos no texto. Este trabalho também inclui uma proposta de projeto para um emulador robótico de soldagem orbital e seu sistema de controle multivariável para controlar a geometria do cordão de solda utilizando os estimadores desenvolvidos. Os algoritmos são otimizados para dispositivos embarcados e processamento em tempo real. / The GMAW process is widely used in industry, but the automatic control is limited by the difficulty in the process for measuring the main magnitudes and for closing the control loop. Adverse environmental conditions in the process make it harder to use conventional measurement systems to obtain information about the weld bead geometry. Under these conditions, the control system design is complex and good performance is not guaranteed. In this research, systems and tools were developed to collect the values of the welding variables and send stimuli to the GMAW conventional process with constant voltage power source, which us allows to estimate the geometry of the weld bead in an open-loop control. The depth and width estimates of the weld bead are implemented based on the fusion of the thermographic data, the welding current and the welding voltage in a neural network. An algorithm was developed to extract the features of the infrared image and deliver this information to the estimators. To validate the estimator models, a laser profilometer was implemented to measure the external dimensions of the bead and an image processing algorithm to measure the depth by making a longitudinal cut in the weld bead. The results obtained are documented and discussed in the text. This work also includes a design proposal for a robotic orbital welding emulator and its multivariable control system to control the geometry of the weld bead using the developed estimators. The algorithms are optimized for embedded devices and real-time processing.