Investigações em processo e automação como contribuição para a soldagem MIG/MAG orbital no LABSOLDA - UFSC

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.A presente dissertação é uma contribuição ao desenvolvimento da soldagem MIG/MAG mecanizada, que utiliza técnicas para a soldagem orbital de tubulações típicas para a indústria de petróleo e de gás. O trabalho tem um grau de abrangência relativamente amplo, pois considera requisitos inerentes aos equipamentos, sendo um deles de ampla difusão comercial, e outro um equipamento desenvolvido pelo LABSOLDA para experiências acadêmicas, mas que também é apto de ser utilizado em campo. Neste aspecto, o objetivo foi pesquisar pontos a serem melhorados no equipamento acadêmico, tendo em vista a robustez de toda a operação de soldagem orbital. Com o auxílio de um sensor resistivo, foram avaliadas as folgas no manipulador orbital e por meio de filmagem em alta velocidade sincronizada com sinais elétricos avaliou-se o travamento do eletrodo proveniente do efeito stick slip. Os ensaios revelaram a importância do sistema de tracionamento auxiliar e a sincronia entre os tracionadores auxiliar e principal. O segundo aspecto abordado pelo trabalho se constituiu na avaliação dos consumíveis (arame/gás) quanto à estabilidade, produtividade e propriedades mecânicas, temática muito discutida, há longo tempo, tanto no cenário acadêmico, como na indústria. Neste campo há muitas especulações que são permeadas também por interesses comerciais. As experiências aqui desenvolvidas envolveram desde a questão de operacionalidade até os resultados de ensaios de Charpy, já que a tenacidade obtida com os dois tipos de materiais de adição é motivo de polêmica até os dias atuais. Quanto à operacionalidade foi possível afirmar que o eletrodo maciço necessita de fontes com características dinâmicas especiais, mormente quando a mistura gasosa possui níveis elevados de CO2, enquanto que o eletrodo tubular não necessita. Referente as misturas gasosas, a presente dissertação analisou a utilização de 25% e 50% de CO2 no argônio e do CO2 puro. Constatou-se que o aumento do teor de CO2 torna a solda mais robusta do ponto de vista de defeitos macrográficos, mas possui uma influência negativa na tenacidade. Por isso, é sugerida a utilização de misturas na proximidade da faixa de 50%, pois, além de não comprometer a referida tenacidade, não requer tanto das características dinâmicas da fonte de soldagem. Na comparação dos valores de tenacidade entre os dois arames, o maciço apresentou maior resistência ao impacto quando comparado ao tubular, exceto quando foram utilizados com CO2 puro, neste cenário apresentaram resultados semelhantes.Abstract: This thesis is a contribution to the development of mechanized MIG / MAG welding using orbital welding techniques for typical oil and gas Industry pipe lines. The work was relatively broad in scope, considering the requirements inherent to the equipment. One of the equipment tested is widely diffused commercially, and another, developed for academic experiments, but that also has conditions to be used in the field. In this context, the aim was to search for points to be improved in the academic equipment, considering the robustness of the whole orbital welding operation. The clearances in the orbital manipulator were evaluated supported by a resistive sensor, and by means of high-speed filming synchronized with electrical signals, the electrode locking due the stick slip effect was analyzed. The tests revealed the importance of the auxiliary traction system and the perfect synchrony between the auxiliary and main tractor. The second aspect discussed in this thesis was the evaluation of the consumables (wire/gas) regarding productivity, weldability and mechanical properties, topics always on discussion both in academia and industry. In this field there are many speculations that are also permeated by commercial interests. The experiments developed involved the operability of the welding process as much as the Charpy tests results, since the tenacity obtained with the two types of filler materials, solid wire and tubular wire, is still controversial nowadays. Regarding the operability it was possible to state that the tubular electrode does not require welding sources with special properties, whereas the solid electrode needs sources with special dynamic characteristics, especially when the gas mixture has high levels of CO2. Concerning to this gas mixture the present thesis analyzed the use of 25% and 50% of CO2 with argon and the pure CO2. It was verified that the increase of the CO2 content makes the weld more robust regarding to macrographic defects, but it has a negative influence on the tenacity. Therefore, gas mixtures using around 50% of CO2 is suggested, since it does not compromise the tenacity, and also does not require so much of the dynamic characteristics of the welding source. In the comparison of the tenacity values between the two wires, the solid one showed higher impact resistance than the tubular one, except when they were used with pure CO2, in this case they had similar results