Otimização da seleção de parâmetros através do método de taguchi para soldagem em aço DIN EN 10025-2 S275JR-AR pelo processo GMAW robotizado

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Sérgio Augusto Ferrazza da
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/29295
Resumo: Gas metal arc welding (GMAW) is one of the most used welding methods in the metalworking industry, due to its high productivity and the possibility of welding different thicknesses components. The increase in performance and reduction of waste has been a constant challenge for industries. Such challenge is directly related to welding parameters selection processes, which significantly affects welding consumables consumption, such as welding wire and shielding gas, in addition to being linked to a welded joint mechanical properties. In view of this, this work focus on optimize welding parameters selection through Taguchi’s method aiming at greater thermal efficiency in the Robotic GMAW process. DIN EN 10025-2 S275JR-AR steel, used as base metal, contains 0.12% of carbon with a microstructure formed by a ferritic matrix with dispersed pearlite grains. As variable parameters, shielding gases C10, C25 and F36 were used with flow rates of 15 and 20 liters per minute, stick-out of 15, 20 and 25 millimeters, welding speeds of 250, 300 and 350 millimeters per minute and feed of 7, 9 and 11 meters per minute. Taguchi’s method with L18 experimental matrix was used and 3 welds were performed for each combination. Aiming to attest with 95% reliability the hierarchy of influence on the result, analysis of variance (ANOVA) was performed, with experimental confirmation through the one-factor-at-a-time (OFAT) method. Following the statistical analysis, experimental proof was carried out using the one-factor-at-a-time (OFAT) method, where the greatest influence parameter was kept constant, while changing the others. OFAT method resulting combinations were submitted to deposited yield, dilution, hardness and microscopy analyses. The constituent phases and impacts on the heat-affected zone (HTA) hardness resulting from the heat input optimization were also evidenced. Results showed shielding gas composition as results greatest influence parameter, with 76% influence on the ANOVA. Taguchi's method optimized combination consisted of using C10 gas, 15 liters per minute flow rate, 20 millimeters stick-out and 350 millimeters per minute welding speed. Optimized combination provided a thermal efficiency of 62%, 36,7% dilution and 88,6% deposited yield, however a reduction in hardness was observed in the HAZ, in the order of 10.2 HV in relation to base metal hardness. Metallographic analyzes showed aligned second-phase ferrite and granular bainite in the HAZ-GG and grain refining with pearlite and ferrite phases in the HAZ-GR.
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In view of this, this work focus on optimize welding parameters selection through Taguchi’s method aiming at greater thermal efficiency in the Robotic GMAW process. DIN EN 10025-2 S275JR-AR steel, used as base metal, contains 0.12% of carbon with a microstructure formed by a ferritic matrix with dispersed pearlite grains. As variable parameters, shielding gases C10, C25 and F36 were used with flow rates of 15 and 20 liters per minute, stick-out of 15, 20 and 25 millimeters, welding speeds of 250, 300 and 350 millimeters per minute and feed of 7, 9 and 11 meters per minute. Taguchi’s method with L18 experimental matrix was used and 3 welds were performed for each combination. Aiming to attest with 95% reliability the hierarchy of influence on the result, analysis of variance (ANOVA) was performed, with experimental confirmation through the one-factor-at-a-time (OFAT) method. Following the statistical analysis, experimental proof was carried out using the one-factor-at-a-time (OFAT) method, where the greatest influence parameter was kept constant, while changing the others. OFAT method resulting combinations were submitted to deposited yield, dilution, hardness and microscopy analyses. The constituent phases and impacts on the heat-affected zone (HTA) hardness resulting from the heat input optimization were also evidenced. Results showed shielding gas composition as results greatest influence parameter, with 76% influence on the ANOVA. Taguchi's method optimized combination consisted of using C10 gas, 15 liters per minute flow rate, 20 millimeters stick-out and 350 millimeters per minute welding speed. Optimized combination provided a thermal efficiency of 62%, 36,7% dilution and 88,6% deposited yield, however a reduction in hardness was observed in the HAZ, in the order of 10.2 HV in relation to base metal hardness. Metallographic analyzes showed aligned second-phase ferrite and granular bainite in the HAZ-GG and grain refining with pearlite and ferrite phases in the HAZ-GR.A soldagem a arco elétrico com atmosfera gasosa de proteção (GMAW) é um dos meios de soldagem mais utilizado na indústria metalmecânica, visto sua grande produtividade e possibilidade de soldagem de componentes de diversas espessuras. O aumento da performance e redução de desperdícios tem sido um desafio constante para as indústrias do ramo. Tal desafio está diretamente relacionado à seleção dos parâmetros de soldagem, pois estes afetam significativamente no consumo de consumíveis de soldagem, tais como arame de solda e gás de proteção, além de estarem atrelados as propriedades mecânicas de uma junta soldada. Frente a isso, o objetivo deste trabalho é a otimização da seleção de parâmetros de soldagem através do método de Taguchi visando a maior eficiência térmica no processo GMAW Robotizado. O aço DIN EN 10025-2 S275JR-AR, utilizado como metal base, possui teor de carbono de 0,12% com microestrutura formada por uma matriz ferrítica com grãos de perlita dispersos. Como parâmetros variáveis foram utilizados os gases de proteção C10, C25 e F36 com vazões de 15 e 20 litros por minuto, stick-out de 15, 20 e 25 milímetros, velocidades de soldagem de 250, 300 e 350 milímetros por minuto e de alimentação de 7, 9 11 metros por minuto. O método de Taguchi foi utilizado com a matriz experimental L18 e realizadas 3 soldagens para cada combinação. Visando atestar com confiabilidade de 95% a hierarquia de influência sobre o resultado foi realizada a análise de variância (ANOVA), com comprovação experimental através do método one-factor-at-a-time (OFAT). As combinações resultantes do método OFAT foram submetidas às análises de rendimento depositado, diluição, dureza e microscopia. Também foram evidenciadas as fases constituintes e impactos sobre a dureza da zona termicamente afetada (ZTA) resultantes da otimização do aporte térmico. Os resultados evidenciaram a composição do gás de proteção como sendo o parâmetro de maior influência sobre os resultados com 76% de influência no ANOVA. A combinação otimizada definida pelo método de Taguchi consistiu na utilização do gás C10, com vazão de 15 litros por minuto, stick-out de 20 milímetros, velocidade de soldagem de 350 milímetros por minuto. A combinação otimizada proporcionou 62% de eficiência térmica, diluição de 36,7% e rendimento depositado de 88,6%, no entanto foi constatado redução de dureza na ZTA, na ordem de 10,2 HV em relação à dureza do metal base. As análises metalográficas evidenciaram ferrita de segunda fase alinhada e bainita granular na ZTA-GG e refino de grão com fases de perlita e ferrita na ZTA-GR.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia MecânicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaCentro de TecnologiaBuenos, Alexandre Aparecidohttp://lattes.cnpq.br/1982524539051118Almeida, Diego Tolotti deScheuer, Cristiano JoséHaupt, WilliamSilva, Sérgio Augusto Ferrazza da2023-06-02T17:33:46Z2023-06-02T17:33:46Z2022-08-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/29295porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-06-02T17:33:46Zoai:repositorio.ufsm.br:1/29295Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2023-06-02T17:33:46Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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