Desenvolvimento de metodologia experimental e modelagem matemática para a goivagem a plasma de aço estrutural naval
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38827 http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.7086 |
Resumo: | Plasma gouging is a thermal process that removes metal by fusion and it is widely used in welding repairs, when the objective is to remove weld beads, cracks, porosity, localized corrosion or when some discontinuity is detected. During the fabrication of structures, construction and maintenance, repair demands may occur as a result of fabrication or maintenance, especially involving welding techniques. These demands can directly impact on time and costs of construction, assembly, and maintenance. Thus, in this work we developed an experimental methodology of the plasma gouging process in search of a survey of parameters to determine a mathematical model, in which it is possible to determine the output parameters, namely width and depth of removal, from the input parameters, which are: current, gouging speed (VG), contact tip to workpiece distance (CTWD), compressed air pressure and torch angle of attack, necessary for a purposeful removal of material in regions of interest in a welded joint. From this, in the first stage of the work, gouging was performed without oscillation of the torch, varying the current in three levels (60, 80 and 100 A) and gouging speed (with several values, the minimum is 5,1 and maximum is 37,3 mm/s), keeping fixed the pressure of compressed air (55 psi), CTWD of 1,5 mm and angle of attack of 45°. However, the average results obtained for width (5,64 mm) and depth (3,87 mm), were relatively small. Due to the variation in width and depth of the welded joint profiles, a search for gouging parameters that meet these variations was necessary. Thus, to obtain larger widths, it was decided to apply torch oscillation during the process. For this second approach, a Central Face Central Composite Planning was adopted, raised through statistical software, totaling 46 tests in which the variables were considered in three levels: current (60, 80 and 100 A), CTWD (5, 10 and 15 mm), width (10, 20 and 30 mm), air pressure (50, 55 and 60 psi), angle of attack (20, 32,5 and 45°) and VG (3, 4,5 and 6 mm/s). After the gouging, the widths and depths of each removal were measured, as well as their respective macrographs. The analysis of the results obtained was performed using statistical software, making it possible to define a mathematical model for estimating the width and depth of the gouging as a function of the parameters considered significant. Finally, a software code was developed, in which the desired width and depth values are inserted in the program, so that it delivers a suggestion of values for the parameters inherent to the process (current, VG, CTWD, amplitude, attack angle and compressed air pressure). |
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Desenvolvimento de metodologia experimental e modelagem matemática para a goivagem a plasma de aço estrutural navalDevelopment of Experimental Methodology and Mathematical Modeling for Plasma GougingGoivagem a plasmaPlasma gougingParametrizaçãoParametrizationRemoçãoRemovalModelo matemáticoMathematical modelCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOEngenharia mecânicaPlasma de alta temperaturaModelos matemáticosFusão controladaPlasma gouging is a thermal process that removes metal by fusion and it is widely used in welding repairs, when the objective is to remove weld beads, cracks, porosity, localized corrosion or when some discontinuity is detected. During the fabrication of structures, construction and maintenance, repair demands may occur as a result of fabrication or maintenance, especially involving welding techniques. These demands can directly impact on time and costs of construction, assembly, and maintenance. Thus, in this work we developed an experimental methodology of the plasma gouging process in search of a survey of parameters to determine a mathematical model, in which it is possible to determine the output parameters, namely width and depth of removal, from the input parameters, which are: current, gouging speed (VG), contact tip to workpiece distance (CTWD), compressed air pressure and torch angle of attack, necessary for a purposeful removal of material in regions of interest in a welded joint. From this, in the first stage of the work, gouging was performed without oscillation of the torch, varying the current in three levels (60, 80 and 100 A) and gouging speed (with several values, the minimum is 5,1 and maximum is 37,3 mm/s), keeping fixed the pressure of compressed air (55 psi), CTWD of 1,5 mm and angle of attack of 45°. However, the average results obtained for width (5,64 mm) and depth (3,87 mm), were relatively small. Due to the variation in width and depth of the welded joint profiles, a search for gouging parameters that meet these variations was necessary. Thus, to obtain larger widths, it was decided to apply torch oscillation during the process. For this second approach, a Central Face Central Composite Planning was adopted, raised through statistical software, totaling 46 tests in which the variables were considered in three levels: current (60, 80 and 100 A), CTWD (5, 10 and 15 mm), width (10, 20 and 30 mm), air pressure (50, 55 and 60 psi), angle of attack (20, 32,5 and 45°) and VG (3, 4,5 and 6 mm/s). After the gouging, the widths and depths of each removal were measured, as well as their respective macrographs. The analysis of the results obtained was performed using statistical software, making it possible to define a mathematical model for estimating the width and depth of the gouging as a function of the parameters considered significant. Finally, a software code was developed, in which the desired width and depth values are inserted in the program, so that it delivers a suggestion of values for the parameters inherent to the process (current, VG, CTWD, amplitude, attack angle and compressed air pressure).CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDissertação (Mestrado)A goivagem a plasma é um processo térmico que remove metal por fusão, sendo bastante utilizada em reparos de soldagem, quando o objetivo é remover cordões de solda, trincas, porosidades, corrosões localizadas ou quando alguma descontinuidade é detectada. Durante a fabricação de estruturas, obras e manutenções, podem ocorrer demandas de reparos em decorrência da fabricação ou manutenção, em especial envolvendo técnicas de soldagem. Essas demandas podem impactar diretamente em prazo e custos de construção, montagem e manutenção. Dessa forma, este trabalho apresenta uma metodologia experimental do processo de goivagem a plasma na busca por um levantamento de parâmetros para se determinar um modelo matemático, no qual seja possível determinar os parâmetros de saída, a saber largura e profundidade de remoção, a partir dos parâmetros de entrada, que são: corrente, velocidade de goivagem (VG), distância do bico a peça (DBP), pressão do ar comprimido e ângulo de ataque da tocha, necessários para uma remoção proposital de material em regiões de interesse de uma junta soldada. A partir disso, na primeira etapa do trabalho, foram realizadas goivagens sem oscilação da tocha, variando a corrente em três níveis (60, 80 e 100 A) e velocidade de goivagem (com vários valores, sendo que o mínimo é 5,1 e máximo é 37,3 mm/s), mantendo fixos a pressão do ar comprimido (55 psi), DBP de 1,5 mm e ângulo de ataque de 45°. Todavia os resultados médios obtidos de largura (5,64 mm) e profundidade (3,87 mm), foram relativamente pequenos. Devido à variação de largura e profundidade dos perfis de juntas soldadas, foi necessária uma busca por parâmetros de goivagem que atendam essas variações. Assim, para obter maiores larguras, optou-se por aplicar oscilação da tocha durante o processo de goivagem. Para esta segunda abordagem, foi adotado um Planejamento Composto Central de Face Centrada, levantado por meio de um software estatístico, totalizando 46 testes em que foram consideradas as variáveis em três níveis: corrente (60, 80 e 100 A), DBP (5, 10 e 15 mm), amplitude (10, 20 e 30 mm), pressão do ar (50, 55 e 60 psi), ângulo de ataque (20, 32,5 e 45°) e VG (3, 4,5 e 6 mm/s). Após a realização das goivagens, foram medidos as larguras e profundidades de cada remoção, bem como suas respectivas macrografias. Foi realizada a análise dos resultados obtidos através de um software estatístico, possibilitando definir um modelo matemático para estimação da largura e profundidade de goivagem em função dos parâmetros considerados significativos. Por fim, desenvolveu-se um programa computacional, em que são inseridos no programa, os valores de largura e profundidade desejados, para que este entregue uma sugestão de valores dos parâmetros inerentes ao processo (corrente, VG, DBP, amplitude, ângulo de ataque e pressão do ar comprimido).Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaVilarinho, Louriel Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/8553716610264673Batalha, Gilmar Ferreirahttp://lattes.cnpq.br/6266559761245923Arias, Ariel Rodríguezhttp://lattes.cnpq.br/9828103629165196Silva, Rosemar Batista dahttp://lattes.cnpq.br/8157858526322556Alves, Victor Eduardo Silva2023-08-03T13:25:58Z2023-08-03T13:25:58Z2023-07-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfALVES, Victor Eduardo Silva. Desenvolvimento de metodologia experimental e modelagem matemática para a goivagem a plasma de aço estrutural naval. 2023. 97 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.7086https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38827http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.7086porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-07-18T18:28:04Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/38827Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-07-18T18:28:04Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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Plasma gouging is a thermal process that removes metal by fusion and it is widely used in welding repairs, when the objective is to remove weld beads, cracks, porosity, localized corrosion or when some discontinuity is detected. During the fabrication of structures, construction and maintenance, repair demands may occur as a result of fabrication or maintenance, especially involving welding techniques. These demands can directly impact on time and costs of construction, assembly, and maintenance. Thus, in this work we developed an experimental methodology of the plasma gouging process in search of a survey of parameters to determine a mathematical model, in which it is possible to determine the output parameters, namely width and depth of removal, from the input parameters, which are: current, gouging speed (VG), contact tip to workpiece distance (CTWD), compressed air pressure and torch angle of attack, necessary for a purposeful removal of material in regions of interest in a welded joint. From this, in the first stage of the work, gouging was performed without oscillation of the torch, varying the current in three levels (60, 80 and 100 A) and gouging speed (with several values, the minimum is 5,1 and maximum is 37,3 mm/s), keeping fixed the pressure of compressed air (55 psi), CTWD of 1,5 mm and angle of attack of 45°. However, the average results obtained for width (5,64 mm) and depth (3,87 mm), were relatively small. Due to the variation in width and depth of the welded joint profiles, a search for gouging parameters that meet these variations was necessary. Thus, to obtain larger widths, it was decided to apply torch oscillation during the process. For this second approach, a Central Face Central Composite Planning was adopted, raised through statistical software, totaling 46 tests in which the variables were considered in three levels: current (60, 80 and 100 A), CTWD (5, 10 and 15 mm), width (10, 20 and 30 mm), air pressure (50, 55 and 60 psi), angle of attack (20, 32,5 and 45°) and VG (3, 4,5 and 6 mm/s). After the gouging, the widths and depths of each removal were measured, as well as their respective macrographs. The analysis of the results obtained was performed using statistical software, making it possible to define a mathematical model for estimating the width and depth of the gouging as a function of the parameters considered significant. Finally, a software code was developed, in which the desired width and depth values are inserted in the program, so that it delivers a suggestion of values for the parameters inherent to the process (current, VG, CTWD, amplitude, attack angle and compressed air pressure). |
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