Methodology for obtaining and validation of optimal parameters in pulsed GMAW welding

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014.Nos processos de soldagem é importante o estudo das variações dos parâmetros de saída, como, por exemplo, as variações na geometria do cordão de solda. Portanto, conhecer os parâmetros de entrada e sua relação com os de saída permite determinar o comportamento dos processos de soldagem e controlar as variáveis de saída para obter boas características na solda. Este trabalho apresenta uma metodologia para a busca de parâmetros de entrada no processo GMAW Pulsado que ajude a conseguir boas características geométricas da solda, eliminando os respingos, minimizando a instabilidade durante o processo de soldagem e diminuindo a quantidade de testes durante a procura das variáveis até obter uma geometria adequada do cordão e das camadas. Foi escolhido o método GMAW Pulsado por apresentar transferência metálica estável, pouco consumo de energia, baixo aporte calórico e sua facilidade para controlar os parâmetros de entrada como, por exemplo, as diferentes variações no fornecimento de corrente e frequência por ciclo, variando ao mesmo tempo a energia. Para ajudar na busca dos parâmetros, foram utilizados critérios de transferência metálica, estabilidade e energia, apoiados por análises estatísticas, técnicas de avaliação, como a análise de sinais com Transformada Rápida de Fourier e análises de imagens por perfilografia. A metodologia proposta faz uso de um modelo experimental onde se estuda a maioria das grandezas que interferem no processo de soldagem, mas tendo como foco os principais parâmetros de entrada e saída, como corrente média, tensão, velocidade de arame, reforço, largura e penetração. Os critérios de transferência metálica e estabilidade são usados no processo GMAW Convencional e junto com o mapeamento dos modos de transferência se determinam valores adequados no processo GMAW Pulsado. Com o critério de Burnoff, se determinam zonas paramétricas para a corrente de pico, corrente de base e o tempo do pulso ou ciclo. A análise de sinais de Fourier foi feita para reconhecer pequenas falhas na estabilidade do processo. A identificação dos parâmetros de saída, como quantidade de gotas por pulso, destacamento da gota e tipo de transferência metálica, são estudadas com a técnica perfilografia e por observação direta na solda. Também foram realizados cálculos de superposição dos cordões, determinando a melhor geometria, as diferentes formas de gerar uma camada e o estudo de preenchimento para um buraco retangular. Os estudos demostraram que o uso desta metodologia permitiu a obtenção de bons resultados, com valores que cumprem os objetivos propostos de conseguir uma boa geometria do cordão e das camadas, com uma alta estabilidade no processo de soldagem e com soldas de alta qualidade, diminuindo a energia no processo. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACTIn welding processes it is important to study the variations on of the output parameter, as, in example, variations in the weld bead geometry. Thus, knowing the input parameters and their relation with the output parameters allows to determinate the welding processes behavior and control the output variables, in order to obtain better welding characteristics. This work aims to present a methodology for searching input parameters for the Pulsed GMAW process that help to find better geometrical characteristics on the weld, eliminate splashes, and minimize instability during the welding process, thus reducing the quantity of tests during the search of the variables until is obtained an adequate geometry for the welding bead and its layers. Pulsed GMAW method was chosen due to its stable metallic transference level, its low energy consumption, its low caloric intake, and its easiness to control input parameters, such as different variations in the current supply and cycle frequency, varying energy at the same time. To help the search for parameters metallic transference, stability and energy criteria were used, bolstered by statistical analyses and evaluation techniques such as analysis of signals whit Fast Fourier Transform and analyses of images by shadowgrafy. The proposed methodology uses an experimental model in which most of the magnitudes that interfere in the welding process are studied, but taking focus on the main input and output parameters, such as average current, voltage, wire speed, reinforcement, width and penetration. Metallic transference and stability criteria are used in Conventional GMAW process, and along with transfer modes mapping, adequate values are determined for Pulsed GMAW. With Burnoff’s criteria, parametric zones for peak currents, base currents and time of pulse or cycle are determined. Fourier analysis was performed to recognize small process’ stability failures. Output parameters identification, such as drops per pulsation quantity, drop’s posting and metallic transfer type, are studied through shadowgrafy and by direct observation in welds. Beads superposition calculation were also performed in order to determinate their best geometry, the different forms to generate layers, and a study for the filling of a rectangular hole. These studies demonstrated that using this methodology are obtained good results, with values that accomplish the proposed goals of attaining good bead and layers geometry with high quality welds and decreasing the amount of energy used in the process