Análise da influência da rotação do eletrodo no processo MIG/MAG e estudo para aplicação em soldagem Narrow GAP

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019O presente trabalho aborda uma das variações do processo de soldagem MIG/MAG, caracterizada pela utilização da tocha Spinarc, que rotaciona automaticamente o arame-eletrodo. A tocha é destinada para realizar ope- rações de soldagem mediante técnicas Narrow Gap em chapa de elevada espessura, sendo este um processo ainda pouco difundido. O objetivo ge- ral deste estudo é investigar a influência da rotação do eletrodo na trans- ferência metálica e possíveis aplicações da tecnologia em chanfros Nar- row Gap. Já os objetivos secundários são o estudo do comportamento do gás de proteção mediante distintas frequências de rotação do eletrodo, para se obter uma melhor compreensão do fluxo gasoso; mapeamento de parâmetros por intermédio de ensaios práticos, que gerarão conhecimen- tos primordiais a respeito do comportamento do processo sob diversas condições, e um estudo e desenvolvimento de procedimentos de soldagem de chapas de aço carbono utilizando o processo a eletrodo rotativo. Para o desenvolvimento dos objetivos, foram realizados ensaios sobre a chapa com comando de tensão e comando de corrente, ensaios com técnica Schlieren, com câmera termográfica, com chanfros Narrow Gap em po- sição plana e em posição vertical descendente. Diversos foram os resulta- dos encontrados, podendo ser destacados a identificação de que a rotação do eletrodo modifica o tipo de transferência metálica, onde foi observada uma transferência por voo livre a partir da frequência de 3000 rpm com valor médio de corrente de 125 A, valor esse abaixo do da corrente de transição. Também foi identificado para os ensaios realizados com co- mando de corrente a influência da frequência de rotação na taxa de fusão do eletrodo, onde foi observado um aumento da taxa de fusão de 49,5% com o aumento da frequência de rotação do eletrodo. No que diz respeito aos ensaios realizados em chanfros Narrow Gap, foi necessário o desen- volvimento de um novo formato de onda pulsada com maior frequência de pulsação e maior velocidade de alimentação para evitar o ancoramento do arco nos flancos laterais. Também foi observada a necessidade de um manipulador robótico com tempos programáveis de parada do eletrodo nos flancos laterais. No tocante aos ensaios realizados com a técnica Schlieren, foi possível observar a influência da rotação do eletrodo na proteção gasosa, sendo constatado um regime mais turbulento com maio- res frequências de rotação.Abstract: This work addresses one of the variations of the MIG/MAG welding pro- cess in which uses the Spinarc torch, a torch that automatically rotates the wire electrode and that was designed to perform welding operations in high plate thickness using the Narrow Gap techniques. That process is a little known process yet, so, the main purpose of this study is to investi- gate the influence of electrode rotation in the metal transfer. The second- ary objectives are studying the behavior of the protection gas through dif- ferent frequencies of rotation of the electrode, with a purpose to obtain a better understanding of the gas flow; mapping welding parameters through practical tests, which will generate primordial knowledge about the behavior of the process under various conditions and also studying and developing welding procedures of carbon steel plates using the rotary electrode process. A set of tests were developed to fulfil the established objectives, such as tests on the plate with voltage control and current con- trol, tests with Schlieren technique, with thermographic camera, with Nar- row Gap welding techniques on flat position and vertical down. Several results were found and it is possible to highlight the fact that the electrode rotation modifies the type of metallic transfer, where a spray transfer with an average current value below the transition current value was observed starting the frequency of 3000 rpm with current value about 125A, It was also possible to identify the influence of the rotation frequency of the electrode on the fusion rate of the electrode, where an increase of the 49,5% on the melting rate was observed with the increase of the rotation frequency of the electrode. Concerning the Narrow Gap welding tech- niques test, it was necessary to develop a new pulsed wave form with a higher frequency of pulsation and a higher wire feed speed to avoid an- choring of the arch on the sidewall. It was also observed the need for a robotic manipulator with programmable electrode stop times on the side- wall. Concerning the Schlieren technique tests, it was possible to observe the influence of the rotation of the electrode on the protection gas and a turbulent regime with higher of rotation speed