Soldagem TIG com Oscilação Magnética Sincronizada

Larquer, Thiago Resende; Souza, Darlan Machado de; Reis, Ruham Pablo

doi:10.1590/0104-9224/SI2103.11

Thiago Resende Larquer

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro – IFTM, Patos de Minas, MG, Brasil.

Darlan Machado de Souza

Universidade Federal de Uberlândia – UFU, Faculdade de Engenharia Mecânica, Uberlândia, MG, Brasil.

Ruham Pablo Reis

Universidade Federal de Uberlândia – UFU, Faculdade de Engenharia Mecânica, Uberlândia, MG, Brasil.

E-mails: thiagolarquer@gmail.com (TRL), darlanmachadodesouza@gmail.com (DMS), ruhamreis@ufu.br (RPR)

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Figura 1
Representação esquemática da ideia de sincronizar as posições de arco com os seus níveis de energia usando oscilação magnética.

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Figura 2
Vista esquemática em corte transversal da soldagem com o arco ao centro, à esquerda e à direita com diferentes níveis de energia em cada posição – oscilação magnética transversal sincronizada com os níveis de corrente.

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Figura 3
Esquema da bancada de ensaios (para a avaliação da soldagem propriamente dita, o bloco de cobre foi substituído por chapas de aço).

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Figura 4
Esquema do arco TIG submetido a deflexão por campo magnético externo.

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Figura 5
Relação entre a tensão aplicada ao eletroímã e densidade de campo magnético produzida para uma distância entre a face frontal do núcleo do eletroímã e o arco elétrico (linha de extensão abaixo do eletrodo) de 15 mm; Corrente aplicada ao eletroímã (mA) = 12,8 * Tensão do Eletroímã (V).

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Figura 6
Ilustração do método de medição da deflexão do arco (a cor das imagens foi invertida para facilitar a visualização do arco).

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Figura 7
(à esquerda) Resultados experimentais versus resultados teóricos para efeito do campo magnético e da corrente de soldagem na deflexão do arco; (à direita) Resultados experimentais versus resultados teóricos para efeito do campo magnético e do comprimento de arco na deflexão do arco.

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Figura 8
Detalhe do efeito do comprimento de arco na deflexão do mesmo.

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Figura 9
Sequência de imagens do arco para diferentes fases de tensão do eletroímã (campo magnético – nível de deflexão) e de corrente de soldagem, demonstrando o sincronismo entre posição do arco (oscilação magnética) e corrente de soldagem (a cor das imagens foi invertida para facilitar a visualização do arco).

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Figura 10
Fluxograma dos ensaios realizados com o processo TIG.

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Figura 11
Aspecto superficial dos cordões de solda obtidos com o processo TIG com linhas centrais correspondendo ao centro do arco sem deflexão (trajetória da extensão da ponta do eletrodo obtida por meio de marcações previamente realizadas nos corpos de prova) / Obs.: largura total = largura direita medida + largura esquerda medida (as larguras direita e esquerda foram baseadas em médias de medições efetuadas em regiões de início, meio e fim de cada cordão).

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Figura 12
(à esquerda) Largura do cordão de solda para diferentes configurações do processo TIG com corrente média de soldagem de 150 A (os valores de desvio padrão das larguras parciais aparecem precedidos do sinal ±); (à direita) Capacidade de fusão do arco representada pela energia (térmica) de soldagem em cada posição de parada do arco (energia térmica = tensão do arco × corrente de soldagem × tempo de parada) para diferentes configurações do processo TIG com corrente média de soldagem de 150 A.

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Figura 11
Aspecto superficial dos cordões de solda obtidos com o processo TIG com linhas centrais correspondendo ao centro do arco sem deflexão (trajetória da extensão da ponta do eletrodo obtida por meio de marcações previamente realizadas nos corpos de prova) / Obs.: largura total = largura direita medida + largura esquerda medida (as larguras direita e esquerda foram baseadas em médias de medições efetuadas em regiões de início, meio e fim de cada cordão).

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Figura 12
(à esquerda) Largura do cordão de solda para diferentes configurações do processo TIG com corrente média de soldagem de 150 A (os valores de desvio padrão das larguras parciais aparecem precedidos do sinal ±); (à direita) Capacidade de fusão do arco representada pela energia (térmica) de soldagem em cada posição de parada do arco (energia térmica = tensão do arco × corrente de soldagem × tempo de parada) para diferentes configurações do processo TIG com corrente média de soldagem de 150 A.

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Tabela 1
Parâmetros gerais do processo TIG utilizados.

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Tabela 2
Ensaios e resultados da avaliação experimental do efeito da corrente de soldagem na deflexão.

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Tabela 3
Ensaios e resultados da avaliação experimental do efeito do comprimento de arco na deflexão.

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Tabela 4
Parâmetros para demonstração do sincronismo entre oscilação magnética (posição-tempo do arco) e corrente de soldagem (comprimento de arco = 6,5 mm).

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Tabela 5
Tempos de parada nas posições do arco com frequência de oscilação magnética resultante e correntes de soldagem nas respectivas posições de parada para a corrente média utilizada.

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Tabela 6
Grandezas elétricas resultantes dos ensaios com processo TIG.

(1)

(2)

(3)

(4)

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(11)

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(15)

Distância eletrodo-peça - comprimento de arco^* * O comprimento do arco foi variado em três níveis para a “Caracterização da deflexão do arco” (item 3) e fixado em 6,5 mm para a “Oscilação magnética sincronizada com o processo TIG” (item 4). [mm]	3,5 / 6,5 / 10,0
Distância eletroímã-arco/eletrodo [mm]	15
Distância eletroímã-peça [mm]	3
Velocidade de soldagem^ Para a “Caracterização da deflexão do arco” (item 3) a velocidade de soldagem foi nula (arco estacionário). [mm/min]	200
Gás de proteção	Argônio
Vazão de gás de proteção [l/min]	14
Composição do eletrodo	EWTh-2
Diâmetro do eletrodo [mm]	4
Ângulo de ponta do eletrodo	60^o
Ângulo de inclinação do eletrodo/tocha	0^o

Ensaio	La [mm]	I [A]	B [Gauss]	L direito [mm]	L esquerdo [mm]	L médio [mm]
1^* * Nestes testes não foi possível medir de maneira adequada a deflexão do arco por incidência de instabilidades.	6,5	100	20,1	-	-	-
2^* * Nestes testes não foi possível medir de maneira adequada a deflexão do arco por incidência de instabilidades.	6,5	100	31,6	-	-	-
3^* * Nestes testes não foi possível medir de maneira adequada a deflexão do arco por incidência de instabilidades.	6,5	100	41,2	-	-	-
4^* * Nestes testes não foi possível medir de maneira adequada a deflexão do arco por incidência de instabilidades.	6,5	100	52,1	-	-	-
5^* * Nestes testes não foi possível medir de maneira adequada a deflexão do arco por incidência de instabilidades.	6,5	100	64,9	-	-	-
6	6,5	200	20,1	2,97	2,82	2,89
7	6,5	200	31,6	5,68	4,89	5,29
8	6,5	200	41,2	6,80	6,26	6,53
9	6,5	200	52,1	8,86	9,12	8,99
10	6,5	200	64,9	10,96	10,90	10,93
11	6,5	300	20,1	3,19	2,96	3,09
12	6,5	300	31,6	4,92	4,95	4,93
13	6,5	300	41,2	6,93	6,53	6,73
14	6,5	300	52,1	7,99	8,69	8,34
15	6,5	300	64,9	9,41	9,48	9,45

Ensaio	La [mm]	I [A]	B [Gauss]	L direito [mm]	L esquerdo [mm]	L médio [mm]
1	6,5	200	20,1	2,97	2,82	2,89
2	6,5	200	31,6	5,68	4,89	5,29
3	6,5	200	41,2	6,80	6,26	6,53
4	6,5	200	52,1	8,86	9,12	8,99
5	6,5	200	64,9	10,96	10,90	10,93
6	10	200	31,6	12,44	9,14	10,79
7	10	200	41,2	13,75	10,68	12,22
8^* * Neste teste não foi possível medir de maneira adequada a deflexão do arco por incidência de instabilidades.	10	200	52,1	11,40	10,37	10,89
9	3,5	200	31,6	2,61	0,96	1,79
10	3,5	200	41,2	3,69	1,58	2,63
11	3,5	200	52,1	4,22	2,80	3,51

Ensaio	Tensão do Eletroímã [V]	Tempo de Parada Esquerda [ms]	Tempo de Parada Central [ms]	Tempo de Parada Direita [ms]	Corrente de Soldagem Esquerda [A]	Corrente de Soldagem Central [A]	Corrente de Soldagem Direita [A]
1	20	250	500	750	100	200	300

Tempo de Parada Esquerda [ms]	Tempo de Parada Central [ms]	Tempo de Parada Direita [ms]	Frequência de Oscilação [Hz]
300	250	200	1
Corrente de Soldagem Esquerda [A]	Corrente de Soldagem Central [A]	Corrente de Soldagem Direita [A]	Corrente de Soldagem Média [A]
210	111	158	150

Ensaio	Tensão do Eletroímã				Tensão do Arco e Corrente de Soldagem
Ensaio	Tensão Esquerda Média [V]	Tensão Central Média [V]	Tensão Direita Média [V]	Frequência Resultante [Hz]	Tensão Média [V]	Corrente Média [A]	Frequência Resultante [Hz]
Configuração sem oscilação magnética
1	-	0,07	-	-	12,86	154,5	-
Configuração com oscilação magnética sem sincronização
2	–27,51	–0,24	27,72	1,00	12,86	154,4	-
Configuração com oscilação magnética com sincronização
3	–27,50	0,25	27,69	0,99	13,33	153,9	1,01

[1] E-mails: thiagolarquer@gmail.com (TRL), darlanmachadodesouza@gmail.com (DMS), ruhamreis@ufu.br (RPR)

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Soldagem TIG com Oscilação Magnética Sincronizada

GTA Welding with Synchronized Magnetic Oscillation

Resumo: