Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/37698
Type: Tese
Title: Utilização da oscilação magnética do arco elétrico seguindo figuras de Lissajous na soldagem GMAW para passe de raiz
Other Titles: Utilization of magnetic oscillation of the electric arc following Lissajous figures in GMAW welding for root pass
Authors: Luciano Juliani
First Advisor: Alexandre Queiroz Bracarense
First Referee: Ariel Rodriguez Arias
Second Referee: Ezequiel Caires Pereira Pessoa
Third Referee: Louriel Oliveira Vilarinho
metadata.dc.contributor.referee4: Ivanilza Felizardo
Abstract: A proposta deste trabalho é estudar a utilização da oscilação magnética controlada do arco elétrico conforme padrões geométricos complexos aplicados ao processo GMAW para a soldagem do passe de raiz. Estes padrões foram aqui representados pelo que se conhece como Figuras de Lissajous. As Figuras de Lissajous são curvas paramétricas produzidas matematicamente que podem oferecer a versatilidade para a criação de movimentos de tecimento similares aos praticados por soldadores experientes. Estas curvas, basicamente, são produzidas aplicando-se e controlando equações do tipo senoidais para os eixos ortogonais “X” e “Y”. Um sistema gerador/controlador de tensão elétrica foi desenvolvido para este trabalho e seu software combina e controla as variáveis, frequência (Hz), amplitude (V), fase (rad) e offset (%) da equação senoidal de cada eixo. Este sistema foi construído para alimentar dois pares de eletroímãs geradores de campo magnético, cada par correspondente a seu respectivo eixo. Os eletroímãs, por sua vez, recebem do sistema a tensão elétrica adequada para produzirem campos magnéticos com valores específicos de densidade magnética (mT). Uma vez posicionados os eletroímãs em seus respectivos eixos ortogonais com referência à linha de centro vertical do arco elétrico, torna-se possível fazê-lo descrever os referidos movimentos de tecimento por meio do fluxo magnético que foi gerado e direcionado para arco. Com este equipamento atuou-se na soldagem de forma a defletir o arco elétrico seguindo formas de Figuras de Lissajous. Com a utilização deste recurso/equipamento no processo, além de se promover a deflexão controlada do arco elétrico (difíceis de serem conseguidos manual ou mecanicamente), foi possível depositar metal de adição em locais específicos, modificar as características da distribuição térmica localizada na região da soldagem, contribuir para a formação de uma poça de fusão menos concentrada na região da solda e produzir cordões com potencial para superar obstáculos como desalinhamentos e afastamentos desiguais típicos da etapa conhecida como passe de raiz. Anteriormente ao se realizar as soldagens em chanfro utilizando o processo GMAW pulsado, o sistema oscilador magnético que foi construído foi posto à prova em uma sequência de testes iniciais realizados com os processos GTAW autógeno e GMAW com transferência por curto circuito. Impondo-se movimentos de tecimento ao arco seguindo duas diferentes Figura de Lissajous, nas soldagens GTAW autógeno ficou claramente evidenciado a movimentação transversal e longitudinal da poça de fusão em função das características visuais e dimensionais dos cordões que foram produzidos. Nas soldagens GMAW por curto circuito tal movimentação não foi visualizada claramente. Contudo, por meio de registros termográficos obtidos na face oposta dos cordões de solda realizados sobre chapa, foi possível registrar diferenças térmicas com maior ou menor concentração de calor entre cordões produzidos sem e com padrões de tecimento. Fato este que sugere que a oscilação magnética imposta ao processo interferiu na distribuição térmica da solda. As soldagens no processo GMAW pulsado em peças chanfradas, foram produzidas aplicando-se tecimento seguindo quatro diferentes Figuras de Lissajous. As análises dos resultados se deram conforme características dimensionais dos respectivos cordões e sinais elétricos registrados em oscilogramas. Estes resultados mostraram que a aplicação da oscilação magnética controlada imposta ao arco foi capaz de produzir soldagens do passe de raiz em peças chanfradas posicionadas de topo e estas com afastamento médio de até 3,7 mm entre suas faces, sendo que, sem a aplicação da oscilação magnética a abertura média da raiz foi de 2,4 mm. Adicionalmente, nesta tese foi estabelecido um conceito básico denominado “Taxa de variação da tensão elétrica” a qual demonstrou ser consequência do campo magnético aplicado no arco.
Abstract: The purpose of this work is to study the use of controlled magnetic oscillation of the electric arc according to complex geometric patterns applied to the GMAW process for root pass welding. These patterns were represented here by what is known as Figures of Lissajous. These one are parametric curves mathematically produced that can offer versatility for the creation of wetting movements similar to those practiced by experienced welders. These curves are basically produced by applying and controlling sine equations for the orthogonal axes "X" and "Y". An electrical voltage generator/controller system was developed for this work and its software combines and controls the variables, frequency (Hz), amplitude (V), phase (rad) and offset (%) of the sine equation of each axis. This system was built to feed two pairs of electromagnets magnetic field generators, each pair corresponding to its respective axis. The electromagnets, in turn, receive from the system the appropriate electrical voltage to produce magnetic fields with specific magnetic density (mT) values. Once the electromagnets are positioned on their respective orthogonal axes with reference to the vertical center line of the electric arc, it becomes possible to make weave movements through the magnetic flux that was generated and directed to the arc. With this equipment, the welding was performed in order to deflect the electric arc following the forms of Figures of Lissajous. With this resource/equipment in the process, in addition to promoting controlled deflection of the electric arc (difficult to be achieved manually or mechanically), it was possible to deposit addition metal in specific locations, modify the characteristics of the thermal, distribution located in the welding region, contribute to the formation of a fusion pool less concentrated in the weld region and produce beads with potential to overcome obstacles such as misalignments and uneven clearances typical of the stage known as root pass. Prior to the groove joints welding using the pulsed GMAW process, the magnetic oscillator system that was built was put to the test in a sequence of initial trials performed with the autogenous GTAW and GMAW processes with short circuit transfer. Imposing weave movements to the arc following two different Lissajous Figure in the autogenous GTAW welds was clearly evidenced transverse and longitudinal movements of the molten pool as a visual and dimensional characteristics of the beads that were produced. In short-circuited GMAW welds such movement was not clearly visualized. However, through thermographic records obtained on the opposite side of weld beads made on plate, it was possible to record thermal differences with higher or lower heat concentration between beads produced without and with weaving patterns. This fact suggests that the magnetic oscillation imposed on the process interfered in the thermal distribution of the weld. The welds in the GMAW process pulsed in groove joints parts were produced by applying weave following four different Lissajous Figures. The results were analyzed according to dimensional characteristics of the respective beads and electrical signals recorded in oscillograms. These results showed that the application of the controlled magnetic oscillation imposed to the arc was able to produce root pass welds in flat positioned groove joints parts and these with an average clearance of the 3.7 mm between their faces, and without the application of the oscillation the average root opening was 2.4 mm. Additionally, this Thesis established a basic concept called "Rate of variation of electrical voltage" which proved to be a consequence of the magnetic field applied in the arc.
Subject: Engenharia mecânica
Oscilações
Soldagem elétrica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/37698
Issue Date: 12-Mar-2021
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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