Definição dos parâmetros da soldagem MIG/MAG Pulsado convencional com uma única gota por pulso no fim de cada pulso

Para definir os parâmetros de pulsação térmica (a ser posteriormente sincronizada com o tecimento), primeiramente foi necessário encontrar parâmetros ótimos de corrente pulsada, que dariam o destacamento de uma única gota por pulso (UGPP) no fim de cada pulso. Para verificar esta condição, foi utilizado o detector de transferência metálica denominada “P-GMAW Precise tuner” (MIRANDA; SCOTTI; FERRARESI, 2007) (ver Item 3.2.6 do Capítulo III). Esse detector identifica o tipo de transferência metálica pelo perfil do sinal de luminosidade do arco. A transferência do tipo “uma única gota no fim do pulso” é identificada quando o pico invertido do sinal luminoso aparece ao final do pulso. Outra condição é de que todas as soldagens devem ter comprimento do arco normalmente o mais curto possível, mas sem provocar curtocircuito, o que equivale a aproximadamente de 4 a 6 mm (LOSEV; YUKHIN, 2000, p.20). Esta condição se aplica para diferentes tempos de base (Equação 4.1) e níveis de corrente média (Equação 4.2). Scotti e Ponomarev (2008, p.210) dizem que a frequência de pulsos deve ficar acima de 30 Hz, a qual pode ser matematicamente calculada pela Equação 4.3.

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Onde:

Im– corrente média (A); Ip – corrente de pulso (A); Ib– corrente de base (A); tp – tempo de pulso (ms); tb– tempo de base (ms); fp – frequência de pulso (Hz).

Para estabelecer os pacotes operacionais da soldagem MIG/MAG Pulsado com pulsação térmica, foram selecionadas condições operacionais de corrente pulsada com baixa energia (baixa corrente média) para ser em utilizadas na base térmica e com maior energia (alta corrente média) para o pulso térmico. Estas duas condições paramétricas visam distribuir o calor durante a soldagem (posição da tocha em relação à junta) e não deixar que a poça de fusão entre em colapso.

Antes dos testes finais foram feitas soldagens preliminares de simples deposição sobre placas de teste (Figura 4.1) de aço carbono ABNT 1020 (espessura 6,3 mm, largura 50 mm e comprimento 200 mm), na posição plana.

Figura 4.1 – Dimensões da placa de teste

A soldagem MIG/MAG Pulsado é caracterizada por muitos parâmetros de regulagem, os quais podem ser subdivididos como parâmetros de formatação da onda e físicos:

a) Parâmetros de formatação da onda:  Corrente de pulso;

 Corrente de base;  Tempo de pulso;  Tempo de base.

b) Parâmetros físicos:

 Diâmetro de arame-eletrodo;  Velocidade de soldagem;

 Velocidade de alimentação de arame;  Distância bico de contato peça;  Ângulo de ataque da tocha.

A escolha de um conjunto de parâmetros adequados para uma determinada aplicação é uma tarefa bastante complicada, especialmente em relação aos parâmetros da pulsação. Por exemplo, o nível de corrente média tem que ser suficiente para formar e manter uma poça de fusão (determinado pela condutividade térmica, espessura e dimensões da peça a soldar). Para o presente caso, precisar-se-ia de achar uma corrente média que garantisse a fusão do metal de base quando a tocha estivesse sobre as paredes da junta. Por outro lado, precisaria de uma corrente média o mais baixa possível para o momento quando a tocha estivesse em transição de um lado para o outro da junta, evitando assim o aquecendo não desejado da poça. Assim, para este trabalho, foi decidido parametrizar diferentes correntes médias de 70 A, 100 A, 130 A e 160 A.

Como sabido da revisão bibliográfica, corrente de pulso, corrente de base e comprimento do arco são os principais parâmetros que influem na formação do cordão. De acordo com recomendações tiradas de fontes bibliográficas, a corrente de pulso foi escolhida como 250 A. Esta corrente é pouco acima da corrente de transição para a combinação arame-gás de proteção, conforme Scotti e Ponomarev (2008, p.198), pois se sabe que quanto maior a corrente de pulso para uma mesma corrente média, maior é a penetração. Por se tratar de passe de raiz, não se almejava penetração muito elevada. A corrente de base foi escolhida como 40 A, o seja mínimo possível, para se permitir alcançar baixas correntes médias. A distância bico de contato-peça foi regulada em 22 mm, (um pouco elevada) para permitir uma menor corrente média para uma dada taxa de deposição.

Na determinação da velocidade de soldagem, procurou-se encontrar uma geometria adequada do cordão de solda. Como em qualquer outro processo de soldagem, a soldagem MIG/MAG não pode ser realizada com velocidades altas demais, nem baixas demais, para evitar a presença de defeitos na solda. Pelos testes preliminares, foi escolhida a velocidade de soldagem de 5,0 mm/s, que apresentou os melhores resultados para a solda (conforme a aparência e a ausência dos defeitos internos). A velocidade de alimentação é selecionada e regulada dependendo do comprimento do arco desejado (4 a 6 mm) e da corrente média. Vale relembrar que todos os parâmetros de soldagem foram regulados para se obter uma gota por pulso destacada no fim de pulso.

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Assim, sumarizando, os seguintes parâmetros foram mantidos fixos para os experimentos preliminares:  Diâmetro do eletrodo – 1,2 mm;  DBCP – 22 mm;  Velocidade de soldagem – 5 mm/s;  Gás de proteção – Ar + 5% O2;  Vazão de gás – 15 l/min.

Na Tabela 4.1 são apresentados valores para correntes médias e tempos de pulsos do MIG/MAG Pulsado convencional, encontrados experimentalmente que asseguram a condição de uma gota por pulso no fim de pulso conforme os oscilogramas de corrente, tensão e sinal luminosidade indicados através das Figuras 4.2 a 4.5.

Tabela 4.1 – Os parâmetros de soldagem para diferentes correntes médias (70 A, 100 A, 130 A e 160 A, tempo de pulso de 7 ms a 11 ms, comprimento de arco de 5 mm

Ip (A) tp (ms) Ib (A) tb (ms) Im (A) Va (m/min) 250 7,0 40 20,4 70 1,9 8,0 48,0 9,0 54,0 10,0 60,0 250 7,0 40 17,5 100 2,5 8,0 20,0 9,0 22,5 10,0 25,0 11,0 27,5 250 8,0 40 10,7 130 3,5 9,0 12,0 10,0 13,3 250 7,0 40 5,3 160 4,2 8,0 6,0 9,0 6,8 10,0 7,5

Figura 4.2 – Oscilogramas para Im= 70 A e tp = 9 ms, onde: (a) – corrente; (b) – tensão; (c) – sinal de luminosidade mostrando testemunhando uma única gota por pulso no fim de pulso

Figura 4.3 – Oscilogramas para Im= 100 A e tp = 9 ms, onde: (a) – corrente; (b) – tensão; (c) – sinal de luminosidade mostrando testemunhando uma única gota por pulso no fim de pulso

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Figura 4.4 – Oscilogramas para Im= 130 A e tp = 9 ms, onde: (a) – corrente; (b) – tensão; (c) – sinal de luminosidade mostrando testemunhando uma única gota por pulso no fim de pulso

Figura 4.5 – Oscilogramas para Im= 160 A e tp = 9 ms, onde: (a) – corrente; (b) – tensão; (c) – sinal de luminosidade mostrando testemunhando uma única gota por pulso no fim de pulso

Na Figura 4.6 é mostrado o mapa operacional final indicando as regiões de uma única gota por pulso no fim de pulso.

Figura 4.6 – Mapa final de UGPP no fim de pulso para diferentes correntes médias e tempos de pulsos, para uma corrente de pulso de 250 A e tempos de base adequados para cada corrente média (ver em Tabela 4.1)

Assim foi confirmada a viabilidade de variar a corrente média do arco pulsado numa faixa larga o bastante sem perder a condição de UGPP no fim de pulso. Para os testes em sequencia foram usados MIG/MAG Pulsado com a corrente média 70 А para base térmica е MIG/MAG Pulsado com a corrente média 160 А para o pulso térmico.

4.2. Mecanismo da formação do cordão em MIG/MAG Pulsado com pulsação