A contribution to the knowledge of arc s physics applied in welding

With knowledge of the manufacturing process it is possible to improve their development in a faster and more efficient way. This is also applicable to welding. However, the physics that are involved in welding processes are not well known, because of the difficulty to study them experimentally and by the complexity and interdependence with different factors. Thus, the objective of this work is to investigate some physical phenomena relevant to the welding arc, in order to improve the understanding of fundamentals in this area and to provide conditions for improvement and development of welding processes. Specifically, the effects of the arc heat exchange with the environment, the interaction between hybrid concentric arcs and arc-anode coupling were studied. The observations of these effects in the arc were performed by visual analysis and by its voltage, using the current as the input to the system. In the studies of the effects of the arc heat exchange with the environment was used a pulsed TIG arc in a quasi-adiabatic container and its voltage were compare the voltage a pulsed TIG arc in an open environment, with it was possible to verify that an open arc needs more energy. For the studies of the hybrids arc were used a special torch containing concentric electrodes, with it was possible to create an arc within another and each arc with independent setup, verified that in concentric arcs, although visually could be seen two arcs, them voltage behaves as they were a single one because by changing the energy of one arc leads to a transient interference on both arcs energy before reaching a steady state. In the studies of the arc-anode coupling, was compared a TIG welding conditions on refractory anode (graphite) and non-refractory anode (copper and steel) with both refrigerated. The result shows that metal vapors from non-refractory anode modify the arc-anode coupling and in the non-refractory anode appear several metal vapor generators for arc-anode coupling instead of single area as happens in the refractory anode.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em Engenharia MecânicaConhecendo os fundamentos físicos que governam os processos de manufatura, é possível incrementar o desenvolvimento dos mesmos de uma forma mais rápida e eficiente. Isto se aplica também para soldagem. Porém, os fenômenos físicos que são envolvidos nos processos de soldagem não são tão esclarecidos, principalmente pela dificuldade em estudá-los de forma experimental e pela complexidade e interdependências dos mesmos. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar fenômenos físicos pertinentes à soldagem a arco elétrico, visando criar condições para melhora e desenvolvimento dos processos de soldagem. Especificamente, foram estudados o efeito da troca de calor do arco com o meioambiente sobre a queda de tensão do arco, a interação entre arcos híbridos concêntricos e o acoplamento arco-ânodo. A observação desses fenômenos em estudo foi realizada através de análise visual do comportamento do arco e dos sinais de tensão do arco, utilizando o valor da corrente como entrada do sistema. Para verificar a troca de calor do arco com o meio, procurou-se adequar a região de um arco TIG pulsado a um meio quase adiabático e comparou-se o comportamento da tensão deste arco com a condição de arco aberto à atmosfera. Verificou-se uma maior demanda de energia para o arco aberto ao ambiente. Nos estudos com arcos híbridos, utilizou-se uma tocha especial contendo eletrodos concêntricos, permitindo a criação de um arco dentro de outro, com regulagens independentes de parâmetros. Verificou-se que em arcos concêntricos, apesar de visualmente se caracterizarem como dois arcos, a tensão em cada um comporta-se como a de um arco único, pois a alteração energética imposta a um deles leva a uma interferência transitória no outro, até uma acomodação de ambos. Já em relação ao estudo do acoplamento arco-ânodo, compararam-se condições de um arco TIG sobre ânodos refratário (grafite) e não-refratário (cobre), ambos refrigerados. Os resultados mostraram como os vapores metálicos oriundos somente de ânodos não refratários modificam a forma de acoplamento do arco, que passa a ser por vários pontos geradores de vapores ao invés de uma área única