Concepção, caracterização e aplicação de tecnologia para oscilação longitudinal do arame no processo de soldagem TIG

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2021.Apesar de não ser substancial no processo de soldagem TIG, a adição de material pode ser de íntimo interesse em determinadas aplicações. Na soldagem de juntas em ?T? para que não ocorram descontinuidades do tipo mordedura, no preenchimento de chanfros e na soldagem em passe único de chapas com espessura superior a 3 mm, a adição de material torna-se indispensável. No caso da soldagem TIG mecanizada, segundo a literatura, a oscilação longitudinal do arame durante a adição de material apresenta vantagens em relação a alimentação convencional, como o aumento da janela operacional de processo e da produtividade. A literatura aponta que a aplicação da oscilação longitudinal do arame resulta em alterações morfológicas dos cordões de solda, mas pouco aborda sobre questões metalúrgicas. Ademais, uma série de estudos que abordam as alterações morfológicas e possuem conclusões díspares entre si são encontrados na literatura. Neste contexto, o TIP TIG é a tecnologia atualmente mais empregada para promover a oscilação longitudinal do arame no processo de soldagem TIG. O desenvolvimento de novas tecnologias para o mesmo fim tem sido alvo de diversos estudos nos últimos anos, sendo que muitos desses desenvolvimentos são fomentados por limitações percebidas do TIP TIG. Nesse contexto, o atual estudo propõe apresentar a concepção de um dispositivo, desenvolvido no LTS, para promover a oscilação longitudinal do arame no processo de soldagem TIG, além da sua caracterização e aplicação em ensaios de soldagem. A avaliação das características geométricas dos cordões de solda, bem como a avaliação metalúrgica também se apresentam como propostas deste estudo. Para tanto, a concepção do dispositivo foi realizada baseando-se em uma primeira versão de dispositivo desenvolvido pelo Laboratório de Tecnologia da Soldagem (LTS), cujo princípio de funcionamento já era consolidado. No que tange os ensaios de soldagem, 30 cordões de solda foram realizados, 10 em cada condição operacional adotada: transferência intermitente, ponte contínua e arame enterrado. Para cada condição operacional, um ensaio de referência na condição de alimentação contínua foi realizado, além de ensaios variando a amplitude (2, 5 e 8 mm) e frequência (2, 10 e 18 Hz) de oscilação do arame. Três amostras foram extraídas por cordão de solda e submetidas a macroscopia, sendo uma delas submetida a microscopia. Todos os ensaios de soldagem realizados no atual estudo apresentaram estabilidade, mediante análise da variação da tensão do arco. Ainda, este estudo revela que a condição operacional tem influência significativa na morfologia dos cordões de solda, sendo que a condição de transferência intermitente foi aquela que apresentou a maior penetração quando são comparadas as amostras de referência. Nessa condição operacional, quando a oscilação longitudinal do arame é empregada, observou-se a tendência de queda na penetração em comparação à amostra de referência (até 28%). Por outro lado, para a condição operacional de arame enterrado, a tendência é de aumento da penetração (até 80%). A condição operacional de ponte contínua também apresentou a tendência de aumento na penetração com a oscilação longitudinal do arame (até 86%). Além da penetração, que mostrou os efeitos mais evidentes, o reforço, largura e diluição dos cordões de solda também foram influenciados pela oscilação longitudinal do arame, sendo que a área fundida se mostrou como a única característica geométrica que não sofreu influência. A oscilação longitudinal do arame resultou em descontinuidades do tipo poros para as condições operacionais de arame enterrado e ponte contínua, não apresentando efeitos metalúrgicos para nenhuma das condições operacionais adotadas.Abstract: Although not substantial in the TIG welding process, the addition of material may be particularly interesting in certain applications. The weld of ?T? joints so that there are no undercutting discontinuities, the filling of chamfered joints and the weld in single-pass of sheets with thickness greater than 3 mm are examples of applications where the addition of material becomes indispensable. In the case of mechanized TIG welding, according to the literature, dynamic wire feeding as a technique to promote the addition of material has advantages over conventional feeding, such as increasing the process window and productivity. The literature points out that the application of dynamic wire feed results in morphological changes in the weld beads, but little is discussed about metallurgical or microstructural influences. In addition, a series of studies related to morphological changes that have different conclusions are found in the literature. TIP TIG is the technology currently most used to promote the dynamic feeding of the wire in the TIG welding process. The development of new technologies for the same purpose has been the subject of several studies in recent years, and many of these developments are encouraged by limitations of TIP TIG. In this context, the current study proposes the conception of a device to promote the dynamic wire feeding in the TIG welding process, in addition to its characterization and application in welding tests. The evaluation of the geometric characteristics of the weld beads, as well as metallurgical evaluations are also proposed in this study. For such a purpose, the device was conceived based on a first version of device developed by the Welding Technology Laboratory, whose operating principle was already consolidated. Regarding the welding tests, 30 weld beads were performed, 10 in each operational condition adopted: intermittent transfer, continuous bridge and buried wire. For each operational condition, a reference test (continuous feed condition) was carried out, in addition to tests varying the amplitude (2, 5 and 8 mm) and frequency (2, 10 and 18 Hz) of the wire oscillation. Three samples were extracted of each weld bead and subjected to macroscopy, one of which was submitted to microscopy. All welding tests performed in the current study showed stability, by analyzing the variation in arc voltage. Still, this study reveals that the operational condition has significant influence on the weld bead morphology, and the condition of intermittent transfer was the one that presented the highest penetration when compared to the reference sample. In such operational condition, when dynamic wire feeding is applied, a drop tendency in penetration was observed in comparison to the reference sample (up to 28%). On the other hand, for the operational condition of buried wire, the tendency is for an increase in penetration (up to 80%). The operational condition of continuous bridge also showed a tendency to increase penetration with dynamic wire feeding (up to 86%). In addition to penetration, which showed the most evident effects, the reinforcement, width and dilution of the weld beads were also influenced by the dynamic wire feed. The molten area was the only geometric characteristic not influenced. The dynamic feeding of the wire resulted in porosity discontinuities for the operational conditions of buried wire and continuous bridge, and no metallurgical effects for any of the operational conditions adopted