Para a execução dos ensaios em ambiente hiperbárico foi montada uma bancada denominada de célula de soldagem hiperbárica. Na figura 5.1 é apresentada uma vista panorâmica do equipamento montado. Pela sua complexidade, as partes integrantes do equipamento foram divididas em sistemas e subsistemas.
5.1.1 - Sistema Vaso Hiperbárico
a - Montagem do Subsistema Casco
O equipamento base desta célula consiste de um vaso hiperbárico, composto por um casco de forma esférica, ao qual foi acoplado um segundo vaso (vaso de interligação) para acomodar os elementos para a comunicação entre o interior da câmara hiperbárica e o ambiente externo. Pelas suas especificações, fornecidas pelo fabricante, o equipamento pode operar à pressões até 50 bar.
b - Montagem do Subsistema de Rotação do Vaso Hiperbárico
Para permitir a condução de ensaios em diferentes posições de soldagem, o vaso foi dotado de um conjunto moto redutor para permitir uma rotação de 180º , em torno do eixo longitudinal, de todo o conjunto.
c - Montagem do Subsistema de Pressão
Para criar o ambiente hiperbárico na câmara foram instaladas 4 linhas de suprimento, conectando um conjunto de cilindros de gás ao vaso de ligação. Em cada uma destas linhas foram instaladas válvulas e manômetros para permitir o controle individual da vazão de entrada do gás. Foram incorporados ao painel de controle um manômento para permitir o controle da pressão no interior da câmara hiperbárica e uma válvula de alívio de pressão com o objetivo de proteger o sistema contra uma sobrecarga de pressão.
d - Montagem do Subsistema de Vácuo
Visando reduzir a quantidade de oxigênio residual no ambiente hiperbárico foi instalado um equipamento para reduzir a pressão no interior da câmara a aproximadamente 160 mm Hg antes da criação do ambiente hiperbárico. Dada a necessidade de uma grande vazão de sucção foi utilizada uma bomba com selo d’água, o que exigiu a instalação um reservatório de 1,5 m3 para permitir um suprimento contínuo de água em circuito fechado.
Para produzir o movimento relativo entre a pistola de soldagem e a peça foi montado um sistema de deslocamento com 4 graus de liberdade. O sistema foi configurado de tal forma que a pistola permanece estacionária na soldagem, sendo a movimentação feita pela peça-obra. Para efeito de montagem, este sistema foi dividido em dois subsistemas.
a - Subsistema Peça
O subsistema responsável pela movimentação da peça foi composto por uma mesa de coordenadas com dois graus de liberdade (mesa X-Y), com acionamento por fusos de esferas, aos quais foram acoplados motores de passo, permitindo uma velocidade de deslocamento até 60 cm/min. Cada eixo possui um curso total de 300 mm, protegidos com chaves de fim de curso (2 em paralelo) em cada extremidade. Para o controle do sentido e da velocidade de rotação dos motores foram utilizados circuitos eletrônicos especialmente projetados (drivers), sendo ambas as variáveis comandadas através de sinais elétricos enviados a este circuito.
b - Subsistema Pistola
Para permitir posicionamento da pistola de soldagem, em relação à peça, esta foi montada sobre um eixo acionado por um fuso simples, ao qual foi acoplado um motor de passo. As maiores diferenças deste eixo, denominado por Z, em relação aos eixos X e Y residem no curso de movimentação (100 mm) e na velocidade de máxima deslocamento (0 - 10 cm/ min).
Este conjunto responsável pelo movimento de deslocamento vertical foi montado sobre um conjunto de mancais de rolamento, de forma a permitir ao eixo Z executar um movimento de pêndulo. Por ser considerado um eixo adicional, o conjunto responsável por este movimento foi denominado como eixo Zo. Para o acionamento deste eixo foram instalados um motor de corrente contínua (0-24 V) acoplado a um conjunto redutor, sendo o controle de posição executado através de um potenciômetro acoplado no eixo de rotação. Assim como nos eixos X e Y, tanto no eixo Z, quanto no eixo Zo foram instaladas chaves de fim de curso para proteger os motores de sobrecargas.
Visando atender à necessidade da soldagem em um ambiente hiperbárico foi desenvolvido um cabeçote alimentador do arame especialmente para esta aplicação. Partindo do projeto de um equipamento projetado no LABSOLDA, a adaptação foi direcionada para a segmentação do cabeçote em dois módulos. O primeiro, instalado no interior da câmara, abrigou o módulo tracionador e o segundo, instalado fora do ambiente hipebárico, a unidade de controle do tracionador. Optou-se por esta configuração para evitar a exposição dos componentes eletrônicos às pressões elevadas do interior da câmara.
Para o suprimento de energia à operação de soldagem foi utilizada uma fonte de soldagem INVERSAL 300 [92] sem quaisquer modificações adicionais.
5.1.4 - Sistema de Aquisição de Sinais
Para a aquisição dos sinais de tensão e de corrente de soldagem foi instalado um instrumento de medição denominado por TC1 [92]. A velocidade de alimentação do arame {Va} foi monitorada com o auxílio do instrumento denominado de Medidor de Velocidade de Alimentação do Arame (MVA) [92], com transdutor instalado no interior do cabeçote de soldagem.
5.2 - Condições de Realização dos Ensaios
Para a realização dos ensaios em ambiente hiperbárico com transferência metálica por curto-circuito foram utilizadas, tanto a metodologia com controle baseado em três níveis de corrente, quanto aquela mais simples, empregando somente dois níveis. Além destes, foram conduzidos ensaios com transferência por projeção axial. Na tabela 5.1 são apresentadas as condições empregadas nos ensaios.
Para o registro dos sinais elétricos foram feitas aquisições dos sinais de tensão {U} e de corrente {I}, por 10 segundos, a uma taxa de aquisição de 5 kHz. Para tanto, foi utilizado o programa OSCILOS2 e, para o processamento das informações, foram utilizados os programas MIGMAG e DATSOLTE. Para minimizar a concentração de oxigênio no ambiente hiperbárico, a etapa de pressurização com argônio foi precedida por uma operação para reduzir a pressão no interior da
câmara para 160 mm de coluna de mercúrio, sendo este valor definido pela capacidade da bomba de vácuo disponível.
Tabela 5.1 - Parâmetros e variáveis de soldagem empregadas para a execução dos ensaios por deposição sobre chapa em ambiente hiperbárico.
Parâmetros e Variáveis [Símbolo: Unidade] Valores Ajustados Altura de Tomada de Corrente [hTC: mm] 15
Especificação do Metal de Adição ER70S-6
Diâmetro do Arame [DE: mm] 1, 2
Gás de Proteção Ar
Velocidade de Soldagem [Vs: cm/ min] 24
Espessura da Chapa [b: mm] 12,5
Pressão Ambiente [bar] 2,0, 4,1 e 6,4