Desenvolvimento e avaliação de tecnologia para soldagem TIG com pulsação ultrassônica

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013.O processo de soldagem TIG é caracterizado pela sua excelente estabilidade do arco, o que confere soldas com elevado grau de qualidade. Esta característica faz deste processo a escolha ideal para aquelas aplicações cujo propósito é a realização de soldas de compromisso. Entretanto, sua relativa baixa capacidade de produção o torna muitas vezes insatisfatório nas aplicações industriais. Neste contexto, diversos métodos vêm sendo constantemente desenvolvidos com o objetivo de elevar os níveis de produtividade conseguidos associado à qualidade da junta soldada. Com o avanço na tecnologia dos transistores de potência, uma nova possibilidade tem sido alvo recentemente de estudos (os primeiros trabalhos publicados datam de 1999) que consiste na excitação ultrassônica do arco mediante a pulsação da corrente em frequências acima de 20 kHz. Os estudos mostram melhorias quanto à produtividade, à penetração da solda e às características metalúrgicas e propriedades mecânicas das soldas, dentre outras. Diante do potencial que se vislumbra a partir dos resultados desses estudos, foi projetada e, construída, uma fonte de soldagem dotada de características especiais capaz de realizar a pulsação da corrente com diversos formatos de onda (a saber, senoidal, retangular e triangular), em frequências que podem ser variadas entre 20 e 80 kHz. Também foi desenvolvido um sistema capaz de medir com elevada repetitividade a pressão do arco nos processos com eletrodos não consumíveis. Com a bancada assim constituída, foram realizados ensaios que permitiram determinar as seguintes alterações quando do uso da pulsação da corrente em frequências ultrassônicas: aumento substancial da pressão do arco, cujo valor depende da frequência utilizada; aumento da estabilidade do arco, ao ponto de permitir a manutenção do arco com baixíssimos valores de corrente; aumento do rendimento de fusão, mas sem uma variação significativa da relação entre a penetração e a largura do cordão; um aumento da dureza do metal de solda, que parece estar associado ao aumento da taxa de resfriamento e este, por sua vez, associado a um aumento da condução térmica; transição mais suave entre a dureza do metal de solda e zona afetada pelo calor, que tem benefícios potenciais quanto ao desempenho da junta soldada.