Estudo do processo TIG com estratégias inovadoras de inserção de arame para aplicação em soldagem orbital

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.A necessidade de maior competitividade em um mercado global exige que o setor brasileiro de energia melhore continuamente. No cenário de investimento em desenvolvimento tecnológico e dentro das linhas de pesquisa da engenharia estão inseridos diversos processos de fabricação, como o estudo da tecnologia da soldagem de tubulações de petróleo e gás, por exemplo. Umas das tecnologias do processo TIG que apresenta potencial para aumento de produtividade na soldagem orbital de dutos é a tecnologia TIG com alimentação tangencial, podendo ser encontrada com o nome comercial TopTIG. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo geral estudar de modo qualitativo o desempenho da versão do processo TIG com alimentação tangencial e sua aplicação em relação à soldagem mecanizada de união de dutos. Esta tecnologia, viabilizada por um bocal especial, é caracterizada principalmente por permitir a inserção de arame em uma região mais próxima ao eletrodo de tungstênio e de forma paralela ao ângulo de afiação. Desta forma, desenvolveu-se procedimentos de soldagem TIG orbital em tubos de aço inoxidável 304L, no que se refere à soldagem do passe de raiz e preenchimento de chanfros com diferentes equipamentos de soldagem com alimentação tangencial. Além disso, foram realizadas atividades de avaliação e adequações tecnológicas de um robô antropomórfico aplicado à soldagem orbital como, por exemplo, o controle do comprimento do arco, e também o desenvolvimento de um bocal especial com alimentação tangencial de arame. Os resultados que apresentam maior robustez e repetibilidade na soldagem TIG orbital estão relacionados à corrente pulsada no passe de raiz e corrente constante nos passes de preenchimento. Entretanto, a operação com o sistema TIG mecanizado demonstrou que, para se atingir resultados satisfatórios, é fundamental que a junta a ser soldada, de modo geral, apresente variações muito pequenas sobretudo em relação à abertura e espessura do nariz. O processo apresentou sensibilidade elevada à tais imperfeições. Além disso, embora tenham sido alcançados resultados satisfatórios, a operação do processo TIG orbital apresentou uma grande complexidade na sua parametrização e execução, principalmente quando o processo é operado com corrente e velocidades de soldagem elevadas. Apesar disso, no presente trabalho estabeleceu-se infraestrutura, integração de sistemas e equipamentos capazes de ampliar a gama de investigações e aplicações do processo TIG orbital com alimentação tangencial de arame.Abstract: The need for greater competitiveness in a global market requires the Brazilian energy sector to improve continuously. In the investment scenario in technological development and within the engineering research lines, several manufacturing processes are inserted, such as the study of oil and gas pipe welding technology, for example. One of the TIG process technologies that has the potential for increased productivity in orbital pipe welding is TIG technology with tangential feed and can be found under the trade name TopTIG. In this context, the present work has as general objective to study in a qualitative way the performance of the tangential feeding version of the TIG process and its application in relation to the mechanized welding of pipe joints. This technology, made possible by a special nozzle, is mainly characterized by allowing the insertion of wire in a region closer to the tungsten electrode and parallel to the sharpening angle. In this way, orbital TIG welding procedures were developed in 304L stainless steel tubes, with respect to root pass welding and chamfer filling with different tangentially fed welding equipment. In addition, evaluation and technological adaptation activities were performed for an anthropomorphic robot applied to orbital welding, such as arc length control, as well as the development of a special nozzle with tangential wire feed. The results which are more robust and repeatable in orbital TIG welding are related to the pulsed current in the root pass and constant current in the fill passes. However, operation with the mechanized TIG system has shown that, in order to achieve satisfactory results, it is extremely fundamental that the joint to be welded, in general, presents very small variations especially regarding the openings and thickness of the nose. The process showed high sensitivity to such imperfections. In addition, although satisfactory results were achieved, the operation of the orbital TIG process presented a great complexity in its parameterization and execution, especially when the process is operated with high current and high welding speeds. Nevertheless, the present work established infrastructure, systems and equipment integration capable of expanding the range of investigations and applications of the tangential wire feed orbital TIG process