Análise de técnicas e efeitos físicos da alimentação dinâmica do arame no processo de soldagem MIG/MAG com vistas ao desenvolvimento de um sistema flexível nacional

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017.Tendo em vista sua aplicabilidade em quase todos os setores industriais, a soldagem assume papel de extrema importância dentro da cadeia produtiva. É com esta visão que países desenvolvidos fazem fortes investimentos de P&D no campo da soldagem, propiciando forte escalada desenvolvimentista neste setor. No Brasil a situação é bastante diferente. Grande parte das aplicações de soldagem são realizadas nos mesmos moldes tecnológicos que aconteciam há 40 anos. Quando uma indústria instala algo de modernidade é quase certo que se trata de uma ?caixa preta? importada, sem contribuição para o desenvolvimento de tecnologia nacional.Inserido neste contexto e seguindo a filosofia adotada pelo LABSOLDA ao longo de sua existência, o presente trabalho analisa as bases científicas de uma versão do processo MIG/MAG vinda ao mercado há cerca de dez anos, atingindo o ponto de criar um modelo próprio a fim de tornar possível uma total independência do equipamento importado para análises mais acuradas. A tecnologia analisada trata da estratégia de avanço e recuo do eletrodo que é utilizada na versão do MIG/MAG conhecida comercialmente como CMT. Essa estratégia de movimentação do arame é denominada neste trabalho de alimentação dinâmica. Apesar da disponibilidade comercial desse equipamento, a análise de efeitos físicos da transferência metálica e da sua consequência para com os resultados da solda acabam sendo limitadas pelas características do modelo comercial. Sendo assim, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema nacional com total flexibilidade para a configuração de parâmetros e definição de novas estratégias de controle. Inicialmente, as avaliações acerca da alimentação dinâmica de arame aconteceram em concordância com a análise de características construtivas e operativas do CMT, apresentando pontos que contribuíram para o entendimento do princípio de funcionamento desse sistema. Foram investigados os efeitos que as regulagens adimensionais exercem fisicamente sobre o processo. É apresentada uma avaliação das diferenças observadas em curvas sinérgicas, fundamentalmente as inerentes ao aço em comparação com o alumínio. As análises foram consubstanciadas com filmagens de alta velocidade, o que foi fundamental para os resultados alcançados.Um dos principais desafios para o desenvolvimento do sistema foi a seleção e análise das tecnologias de acionamento. Com um melhor desempenho obtido por servomotores CA, foram definidas as estratégiaspara implementação do software de controle do sistema, totalmente integrado à fonte de soldagem desenvolvida pela empresa IMC, spin-off do LABSOLDA. Os ensaios para a avaliação do sistema consistiram em depósitos realizados com arames de aço e alumínio, onde foi possível alcançar uma frequência de transferência de até 90 Hz. Os resultados obtidos mostraram a total capacidade de se realizar soldagens com o novo sistema, constituindo assim uma importante ferramenta para a continuidade da pesquisa e de novos desenvolvimentos correlatos.Abstract : Given its applicability in almost all metal-mechanics industrial sectors, welding plays an extremely important role in the production chain. It is with this vision that highly developed countries make strong investments in welding R & D, providing strong development in this sector. In Brazil, the situation is somewhat different. Most of the welding applications are carried out in the same technological fashion that have been going on for 40 years. When an industry installs something modern, almost certainly it is an imported "black box", with no contribution to national technology development.Inserted in this context and following the philosophy adopted by LABSOLDA throughout its existence, the present work analyzes the scientific bases of a MIG / MAG process version that came to the market about ten years ago, reaching the point of creating an own model, making possible the complete independence of imported equipment for more accurate analysis. The analyzed technology deals with the electrode advance and retreat strategy that is used in the MIG / MAG version commercially known as CMT and others. This wire movement strategy is denominated in this work as dynamic feeding. Despite the commercial availability of this equipment, the metal transfer?s physical effects analysis and its consequence over weld results are limited by the commercial model characteristics. Thus, the present work focus is on the development of a national system with complete flexibility for parameters configuration and new control strategies definition. Initially, the evaluations of the dynamic feeding happened in agreement with the analysis of the constructive and operative CMT characteristics, presenting points that contributed to the knowledge of this technology?s operation principle. The physical effects of the dimensionless parameters over the process were investigated. An evaluation of the observed differences in synergistic curves is presented, mainly those related to steel compared to aluminum. The analyses were carried out with high speed filming, which was fundamental for the results achieved.One of the main challenges for the system development was the drive technology selection and analysis. With better performance obtained by AC servomotors, the strategies for implementing the system control software were defined, regarding total integration with the welding power source developed by the company IMC, LABSOLDA?s first spin-off. The system evaluation tests consisted of deposits made with steel and aluminum wires, enabling transfer frequencies up to 90 Hz. The resultsobtained showed the total capability to perform welding with the new system, thus constituting an important tool for research continuity and new related developments