Concepção e avaliação de uma técnica de pulsação da alimentação de arame baseada em um "pulmão ativo" para soldagem MIG/MAG
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30298 http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.663 |
Resumo: | The way that material is added in arc welding has been the subject of innovations in recent years. Despite the idea of pulsing the wire feed is not new, the efficacy of this technique has limited scientific support. Besides, mechanisms for wire pulsation are linked to internal feeders or special torches, which makes difficult, in most cases, its industrial acceptance. Thus, this work aims to apply and evaluate the wire feed pulsation in GMA welding based on the conception of an “active lung” (a national technology) that can be used with conventional feeders and torches and act in both the metallic transfer and weld bead formation. In the first phase of the work, an “active lung” approach was explored, evaluated, and implemented to develop an equipment to pulsate the wire feed in a controlled manner and that could be coupled with any conventional feeder. In the second phase, the pulsation promoted by this equipment was applied to act on the metallic transfer in the GMAW process, both in the electrode-wire and in cold-wire feeding. The potential of this technique to promote changes in the process performance under different modes of metallic transfer was explored through the variation of amplitude, frequency, and pulsation form. High-speed filming, current and voltage oscillograms, thermographic filming, and geometric aspects of the weld beads after macrographic exam were used for the analysis. The electrode-wire feed pulsation allows to control the frequency and, consequently, the volume by which the droplets are transferred to the weld pool by following two approaches: the first one by mechanical impulse and the second one by surface tension. In the first case, a simplified physical model included another force acting to detach the droplets, influencing the convective mass and the heat transfer behavior of the molten pool (Marangoni flow) and, therefore, the factors that govern the weld bead formation. In the second case, it was possible to weld with high voltage in short-circuit mode. When the feed pulsation was applied to the cold-wire, no sensitive influence was observed regarding the weld bead geometries, although it affected the behavior of the arc, the electrical signals, and the metallic transfer. Even so, the pulsed cold-wire interfered in the temperature profile outside the molten pool. For the highest pulsation frequency explored, regardless of the feed angle, less heat was transferred to the test plate. Further, lower heat input in this case limited grain growth, reducing the coarse grained heat affected zone HAZ and resulting in a refined microstructure. Hence, the wire feed pulsation was successfully demonstrated as being applicable to the GMAW process through the conception of an “active lung”. |
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Concepção e avaliação de uma técnica de pulsação da alimentação de arame baseada em um "pulmão ativo" para soldagem MIG/MAGConception and evaluation of a wire feed pulsation technique based on an "active lung" for GMA weldingPulsação da alimentação de aramePulmão ativoMIG/MAGArame-frioArame-eletrodoWire feed pulsationActive lungCold-WireEnergized-WireCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICASoldagemArameThe way that material is added in arc welding has been the subject of innovations in recent years. Despite the idea of pulsing the wire feed is not new, the efficacy of this technique has limited scientific support. Besides, mechanisms for wire pulsation are linked to internal feeders or special torches, which makes difficult, in most cases, its industrial acceptance. Thus, this work aims to apply and evaluate the wire feed pulsation in GMA welding based on the conception of an “active lung” (a national technology) that can be used with conventional feeders and torches and act in both the metallic transfer and weld bead formation. In the first phase of the work, an “active lung” approach was explored, evaluated, and implemented to develop an equipment to pulsate the wire feed in a controlled manner and that could be coupled with any conventional feeder. In the second phase, the pulsation promoted by this equipment was applied to act on the metallic transfer in the GMAW process, both in the electrode-wire and in cold-wire feeding. The potential of this technique to promote changes in the process performance under different modes of metallic transfer was explored through the variation of amplitude, frequency, and pulsation form. High-speed filming, current and voltage oscillograms, thermographic filming, and geometric aspects of the weld beads after macrographic exam were used for the analysis. The electrode-wire feed pulsation allows to control the frequency and, consequently, the volume by which the droplets are transferred to the weld pool by following two approaches: the first one by mechanical impulse and the second one by surface tension. In the first case, a simplified physical model included another force acting to detach the droplets, influencing the convective mass and the heat transfer behavior of the molten pool (Marangoni flow) and, therefore, the factors that govern the weld bead formation. In the second case, it was possible to weld with high voltage in short-circuit mode. When the feed pulsation was applied to the cold-wire, no sensitive influence was observed regarding the weld bead geometries, although it affected the behavior of the arc, the electrical signals, and the metallic transfer. Even so, the pulsed cold-wire interfered in the temperature profile outside the molten pool. For the highest pulsation frequency explored, regardless of the feed angle, less heat was transferred to the test plate. Further, lower heat input in this case limited grain growth, reducing the coarse grained heat affected zone HAZ and resulting in a refined microstructure. Hence, the wire feed pulsation was successfully demonstrated as being applicable to the GMAW process through the conception of an “active lung”.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)A forma com que se faz adição de material em soldagem a arco tem sido alvo de inovações nos últimos anos. Apesar da ideia de pulsar a alimentação do arame não ser nova, a eficácia dessa técnica possui suporte científico limitado. Além disso, mecanismos para pulsar o arame estão atrelados aos alimentadores em seu interior ou a tochas especiais, o que dificulta, na maioria das vezes, sua aceitação industrial. Desta forma, este trabalho tem como objetivo aplicar e avaliar a pulsação da alimentação de arame em soldagem MIG/MAG, a partir da concepção de um “pulmão ativo” (uma tecnologia nacional) que possa ser utilizado com alimentadores e tochas convencionais e atuar na transferência metálica e formação do cordão. Na primeira fase do trabalho foi explorada, avaliada e implementada a abordagem de um pulmão ativo para desenvolver um equipamento para pulsar a alimentação de arame de forma controlada e que pudesse ser acoplado a qualquer alimentador convencional. Na segunda fase, a pulsação promovida por este equipamento foi aplicada para atuar na transferência metálica no processo MIG/MAG, tanto no arame-eletrodo quanto em alimentação de arame-frio. Foi explorado o potencial da técnica em promover mudanças no desempenho do processo sob diferentes modos de transferência metálica por meio da variação de amplitude, frequência e forma de pulsação (trapezoidal e triangular). Para a análise foi utilizada filmagem em alta velocidade, oscilogramas de corrente e tensão, filmagem termográfica e verificação dos aspectos geométricos dos cordões de solda por ensaio metalográfico. A pulsação trapezoidal da alimentação de arame-eletrodo permitiu controlar a frequência e, consequentemente, o volume com que as gotas são transferidas para a poça seguindo duas abordagens: a primeira por impulso mecânico e a segunda por tensão superficial. No primeiro caso, um modelo físico simplificado incluiu outra força atuante para o destacamento das gotas, influenciando a massa convectiva e o comportamento de transferência de calor da poça de fusão (fluxo de Marangoni) e, consequentemente, os fatores que governam a formação do cordão de solda. No segundo caso, foi possível soldar com alta tensão no modo curto-circuito. Quando a pulsação triangular da alimentação foi aplicada ao arame frio, embora ela tenha afetado o comportamento do arco, dos sinais elétricos e da transferência metálica, nenhuma influência sensível foi observada em relação às geometrias do cordão de solda. Ainda assim, a aplicação de arame-frio pulsado interferiu no perfil de temperatura externamente à poça de fusão. Para a maior frequência de pulsação explorada, independentemente do ângulo de alimentação, menos calor foi transferido para a chapa de teste. Ainda, a menor entrada de calor nesse caso limitou o crescimento de grão, reduzindo a zona termicamente afetada de grãos grosseiros e resultando em uma microestrutura refinada. Assim, demonstrou-se ser possível aplicar a pulsação da alimentação de arame no processo de soldagem MIG/MAG por meio da concepção de um “pulmão ativo”.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaReis, Ruham Pablohttp://lattes.cnpq.br/6871774879330255Scotti, Américohttp://lattes.cnpq.br/5719116057125057Fiochi, Arthur AlvesPires, Joaquim NorbertoDiaz, Victor VergaraGonçalvez, Rogério SalesJorge, Vinicius Lemes2020-11-05T16:55:37Z2020-11-05T16:55:37Z2020-10-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfJORGE, Vinicius Lemes. Concepção e avaliação de uma técnica de pulsação da alimentação de arame baseada em um "pulmão ativo" para soldagem MIG/MAG. 2020. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.663https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30298http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.663porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2020-11-06T06:19:51Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/30298Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2020-11-06T06:19:51Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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