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Fernando Pedrosa Oliveira RA: 18209591 Douglas Anselmo de Souza RA: 20115821 Experiência 6: Mig mecanizado - parametrização em chapa de 1,5 mm de e espessura com base na energia de processo. Conceito de chapa fina. O conceito de chapa fina está relacionado a um escoamento de calor bidimensional em uma junta. Isto significa que as isotermas ao longo da espessura da chapa são linhas retas paralelas e perpendiculares à superfície da chapa. Conceito de chapa grossa. Uma chapa é grossa quando envolve um escoamento de calor tridimensional em uma junta. As isotermas ao longo da espessura da chapa são círculos concêntricos com origem na fonte de calor. É interessante observar, nas chapas fina e grossa, o formato da fonte de calor e das isotermas ao longo da espessura da chapa. Também sâo ressaltadas as direções de escoamento de calor ao longo das chapas. Para saber com precisão se a espessura de uma chapa em questão é classificada como chapa fina ou grossa, basta utilizar o adimensional – desenvolvido por Adams, e aplicá-lo na fórmula. O adimensional dá um critério aproximado de classificação das chapas; para chapa fina o adimensionalt é igual ou menor que 0,75; para chapa grossa, é maior que 0,75. A classificação de chapa fina e chapa grossa está relacionada com os modos de transferência de calor bi e tridimensional. Isso significa que quanto mais caminhos houver para o calor escoar, maior será a velocidade de resfriamento da junta soldada. Assim, é importante saber se a chapa é fina ou grossa para calcular a velocidade de resfriamento. Pode-se desejar o resfriamento lento ou rápido da chapa em função da transformação da fase ocorrida da ZF e na ZAC do material. Escoamento de calor. Parte superior do formulário Parte inferior do formulário Os aços de alta resistência vêm sendo cada vez mais empregados na indústria metal mecânica, principalmente nos casos de redução de peso. Veículos e implementos rodoviários mais leves tem a capacidade de carga aumentada, promovem redução de consumo de combustível e com isso menor emissão de poluentes. Este estudo analisou a influência da energia de soldagem sobre o comportamento mecânico e microestrutural do aço de alta resistência e baixa liga S700 MC. O processo de soldagem utilizado foi o GMAW, este que transfere calor de forma concentrada sobre a peça, gerando alterações na microestrutura e consequentemente nas propriedades mecânicas do material. Prever o tamanho da zona afetada pelo calor, com o auxílio de simulação computacional, e conhecer os impactos metalúrgicos sobre o material facilitam na elaboração de projetos que envolvem soldagem deste material. Um sistema de simulação numérica abordado neste trabalho descreve a transferência de calor para a peça, durante o processo de soldagem. Análise microestrutural e das propriedades mecânicas do aço de alta resistência e baixa liga foi realizada, utilizando-se diferentes energias de soldagem, para comparar a influência dos parâmetros no processo. Os dados obtidos permitiram o conhecimento metalúrgico e das propriedades mecânicas do material após passar pelo processo de soldagem e a simulação numérica permitiu prever os pontos onde as alterações aconteceram. 2. Por que escolhemos o processo GMAW ( MIG-MAG)?. Processo de Soldagem: MIG/MAG (GMAW) HISTÓRICO DO PROCESSO O processo de soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding), ou Soldagem ao Arco Elétrico com Atmosfera de Proteção Gasosa, foi introduzido na década de 1920 e tornado comercialmente viável a partir de 1948. Consiste de um processo de alimentação constante de um arame consumível (polaridade +), que é direcionado a uma peça metálica (polaridade - ), sob uma atmosfera de proteção gasosa. INTRODUÇÃO AO PROCESSO GMAW Quando o arame consumível entra em contato com o metal de base, temos o fechamento do circuito e a circulação de corrente elétrica entre o pólo positivo e o negativo, os metais são aquecidos até a temperatura de fusão e o resultado é a chamada "poça de fusão" que efetua a coalescência dos metais ali presentes. Parte desta poça de fusão é composta pelo arame consumível ou metal de adição, e parte é composta pelo resultado da fusão entre o arame e o metal de base, o que é chamado de diluição. Após o resfriamento desta poça de fusão temos a união entre estes metais. Trata-se de um processo muito flexível que proporciona soldagens de qualidade com grande produtividade, principalmente quando comparado com processos manuais como eletrodos revestidos. O processo ficou caracterizado no mercado como MIG/MAG, ou seja, MIG (metal inert gas), quando o gás de proteção utilizado para proteção da poça de fusão é inerte, ou MAG (metal active gas), quando o gás de proteção da poça de fusão é ativo. GASES DE PROTEÇÃO UTILIZADOS NO PROCESSO Os gases de proteção têm como função primordial a proteção da poça de fusão, expulsando os gases atmosféricos da região da solda, principalmente Oxigênio, Nitrogênio e Hidrogênio, que são gases prejudiciais ao processo de soldagem. Além disso, os gases de proteção, ainda possuem funções relacionadas a soldabilidade, penetração e pequena participação na composição química da poça de fusão, quando gases ativos são empregados na soldagem. Os gases de proteção podem ser de origem atômica como o Argônio e o Hélio, ou moleculares como o Co2. Eles ainda se dividem quanto à composição, que pode ser simples contendo apenas um tipo de gás, ou podem ser compostos por misturas, possuindo dois ou mais tipos de gases em sua composição. Arame x Tipo de Gás Ar CO2 Ar-Co2 Ar-He Ar-O2 Aços ao carbono e de baixa liga -- 100% 8, 15, 20, 25 ou 50% de CO2 em Ar -- -- Ligas de aço inoxidável -- -- até 4% de Co2 em Ar -- 2 a 4% de O2 em Ar Alumínio e suas ligas 100% -- -- até 25% de He em Ar -- Cobre e suas ligas 100% -- -- até 75% de He em Ar -- Ligas de níquel 100% -- -- até 75% de He em Ar -- MEtais reativos 100% -- -- até 75% de He em Ar -- COMPOSIÇÃO BÁSICA de um sistema de soldagem semi-automática para aplicação MIG/MAG 1 - CABO DE SOLDA (NEGATIVO) 2 - REFRIGERAÇÃO DA TOCHA (ENTRADA ÁGUA) 3 - GÁS DE PROTEÇÃO 4 - GATILHO DA TOCHA 5 - REFRIGERAÇÃO DA TOCHA (RETORNO ÁGUA) 6 - CONDUÍTE DO ARAME 7 - GÁS DE PROTEÇÃO VINDO DO CILINDRO 8 - SAÍDA DE ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO 9 - ENTRADA DE ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO 10 - CABO DE COMANDO (ALIMENTADOR/FONTE) 11 - CABO DE SOLDA (POSITIVO) 12 - CONEXÃO PARA A FONTE PRIMÁRIA (220/380/440 VCa) SIMPLES ESCOLHA DOS EQUIPAMENTOS Uma das vantagens do processo GMAW é a facilidade de escolha dos equipamentos, sendo que um conjunto de soldagem, pode ser facilmente configurado, sendo composto por: Fonte de energia: Tem como função fornecer corrente de soldagem para o processo GMAW. Geralmente possui curva característica de saída de tensão constante, podendo ser fabricada com diversos tipos de tecnologia para controle da tensão, como chaves comutadoras, controle tiristorizado ou através de inversores. Este possui melhor desempenho principalmente por suas características, que possibilitam baixo consumo de energia, redução de peso e dimensões e capacidade de alterar a forma de onda de saída através da interpretação de sinais digitais. Alimentador de Arame Este tem como função alimentar o arame consumível através dos guias e conduítes, devendo fornecer uma velocidade de alimentação sempre constante a fim de evitar oscilações no processo. O alimentador de arame pode ser utilizado tanto para aplicações semi-automáticas, quanto para aplicações automáticas, existindo ainda alimentadores de arame específicos para soldagem robotizada. Tocha "pistola" de soldagem A tocha de soldagem direciona a alimentação de arame e os fluxos de corrente elétrica e gás de proteção para a poça de fusão. A tocha é composta de um cabo de cobre para a passagem da corrente elétrica, um conduíte e uma mangueira, respectivamente para direcionar o arame e o fluxo de gás. TÉCNICAS DE SOLDAGEM Para a soldagem nas posições plana e filete, duas técnicas são geralmenteaplicadas, a técnica puxando e a técnica empurrando. Nas duas técnicas, existem ângulos que devem ser observados, o ângulo de ataque, formado entre a tocha de soldagem e o sentido longitudinal da junta a ser soldada, e o ângulo de posicionamento, formado entre a tocha e o sentido transversal da junta. A técnica de soldagem empurrando proporciona um cordão de solda mais largo, e um reforço menor, com menor penetração de garganta. Enquanto a técnica de soldagem puxando, proporciona um cordão de solda mais estreito, e reforço do cordão de solda e penetração de garganta maiores. O que determina a técnica de soldagem puxando ou empurrando, são os resultados a serem alcançados, e o tipo de junta a ser soldada, conforme mostrado nas (Fig. 1 e Fig.2). 3. Soldaríamos duas chapas sobrepostas de 1.5mm de espessura cada uma delas Para a soldagem na posição vertical, progressão ascendente e descendente, o posicionamento da tocha é extremamente importante, e a soldagem deve ser realizada somente como ilustrado. Pequenas oscilações da tocha, principalmente na progressão ascendente, devem ser utilizadas a fim de garantir uma boa fusão lateral, em ambos os casos, o arco deve ser mantido na borda da poça de fusão para assegurar uma penetração completa da solda (Fig.5 e Fig.6) 3. Soldaríamos duas chapas sobrepostas de 1.5mm de espessura cada uma delas com qual valor de corrente e velocidade de soldagem? Sim, soldaríamos as chapas de acordo com essa respectiva fonte de pesquisa: Diâmetro do arame (mm) Faixa da corrente (A) Faixa de velocidade de alimentação do arame (m/min) 0,8 60 – 140 3,80 – 8,0 0,9 80 – 160 4,60 – 7,60 1,0 80 – 180 4,0 – 6,0 1,2 110 - 180 3,10 – 5,0 5- Que lhes parece soldar a chapa de 1,5 mm de espessura com uma corrente acima de 200 A ? Em cima dos dados que pesquisei, usando o valor de corrente superior a 200 A, comprometeria todo o processo de Soldagem na chapa de espessura de 1.5mm Alteraria todo o ditame da operação de soldagem. Essa corrente de 200 A, é empregada para a chapa de espessura superior a 1.5mm, Mas utilizando a ferramenta da qualidade para cálculo do aporte térmico , se percebeu que parece ser possível soldar está chapa, robotizando a operação e aumentando a velocidade de soldagem que é variável essencial e utilizando o recurso de arco pulsado na fonte de soldagem. E= 200 x 20 x 60 x 0,80 / 66 cm E = 2909 J/cm 7- Como se calcula a energia (HI) de um dado processo? Qual ferramenta da metalurgia se utiliza ( Fórmula Heat Input J/cm) ? Um parâmetro de grande importância metalúrgica é a ENERGIA DE SOLDAGEM pois, juntamente com as características geométricas da junta e com o nível de pré-aquecimento, é determinante nos ciclos térmicos impostos ao material e portanto nas possíveis transformações microestruturais e no comportamento da junta. Seguem alguns comentários sobre a energia de soldagem para quem se interessa por metalurgia. Processo Eficiência térmica % Laser, feixe de elétrons 5-20 TIG 30-60 Plasma 50-60 MIG 70-80 Eletrodo revestido 90 Arco submerso 90 A quantidade de calor adicionada a um material, por unidade de comprimento linear, é o que se chama energia de soldagem, ou aporte de calor, ou aporte térmico, ou mesmo “heat input”, geralmente representada pelas letras E ou H e cuja unidade usual é em kJ/mm, sendo também apresentada em kJ/cm ou J/mm. 8 – Calcular a energia do cordão item 6 acima semi automático aplicando a ferramenta da metalurgia ( fórmula )? E= 0,80× 15 x 121x 60 / 30cm.min E=2904 J/cm Foi adotado para calculo a tensão de 15V, conforme requerido no experimento já realizado e coeficiente de eficiência térmica de 80% do processo semi automático mig/mag conforme tabela. 9 – Já ouviu falar em otimizar o parâmetro de solda ? A qualidade do cordão de solda conseguido pelos processos MIG/MAG é influenciada por alguns parâmetros, tais como intensidade de corrente, tensão e comprimento do arco, velocidade de soldagem, “stick-out”, gases de proteção,diâmetro do eletrodo e posição da tocha, seus tipos e vazão. É preciso, portanto, conhecer estas variáveis para selecionar o procedimento adequado a cada demanda de soldagem. Os processos M1G/MAG utilizam fonte de corrente contínua e polaridade inversa com eletrodo positivo a fim de possibilitar melhor penetração e estabilidade do arco. Quando não é necessária grande penetração, é possível usar a polaridade direta, o que aumenta a velocidade de deposição. A corrente alternada é utilizada para alumínio e suas ligas. A escolha da corrente de soldagem é feita a partir da espessura das peças a serem soldadas, do diâmetro do eletrodo e das características do cordão. intensidade de corrente A transferência do metal e o controle da taxa de fusão do eletrodo são influenciados pela intensidade de corrente. O emprego de eletrodos de materiais resistivos como o aço não ligado, com baixas correntes, apresenta uma relação linear entre a intensidade de corrente e a velocidade de alimentação; entretanto, à medida que a intensidade de corrente aumenta, essa relação se modifica, tendendo para uma curva, especialmente no caso de arames com diâmetro menor. Isto acontece devido ao efeito Joule, responsável pelo calor na ponta do eletrodo, e que influencia de modo significativo a taxa de fusão. Aumentando-se a intensidade de corrente e mantendo-se constantes as outras variáveis, o cordão de solda apresenta aumento de penetração e de largura. 10 – Vamos otimizar o cordão item 6 para robotização . Processo atual Semi automático Hi1= 121 x 15 x 60 x 0,80 / 30cm.min Hi1= 2904 J/cm Processo Robotizado Hi 2. Hi2= 191 x 19 x 60 × 0,80 / 60cm.min Hi2= 2903 J/cm 11- Qual o parâmetro para soldarmos a chapa de espessura 1,5mm com 60cm/mim? O parâmetro para soldagem robotizada será com corrente de 164A e tensão de 16V. Arame 0,8mm ou 1mm por se tratar de uma chapa fina . O gás de proteção recomendado é a mistura argônio/CO², com pouca adição de dióxido de carbono por ser um gás ativo que gera um aquecimento excessivo na chapa causando empenamento e penetração excessiva nessa chapa de pequena espessura. 14 – Afinal , qual o conteúdo que este experimento, passou ou nos trouxe ? Percebemos que é possível dobrar a velocidade de soldagem quando se robotiza o processo , é um grande indicativo para a empresa que busca crescimento e aumento de sua demanda com qualidade , outra coisa que fica de aprendizado é o cálculo e controle do aporte térmico, que se faz necessário na soldagem ,principalmente nos aços inoxidáveis e duplex. Parte superior do formulário Parte inferior do formulário Parte superior do formulário Parte inferior do formulário Referências Bibliográficas: MARQUES, P. V., MODENESI, P. J. e BRACARENSE, A. Q. Soldagem - Fundamentos e Tecnologia. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2007. 2 ed. 263p. MARQUES, P.V. Tecnologia da Soldagem. ESAB, 2002, Belo Horizonte. WAINER, E. et al. Soldagem - Processos e Metalurgia. Edgar Blücher, 1992, São Paulo. TANIGUCHI, C. e OKUMURA T. Engenharia de Soldagem e Aplicações. LTC, 1982, Rio de Janeiro. MACHADO, I.G. Soldagem & Técnicas Conexas. Ed. do Autor, 1996, Porto Alegre. CARY, H.B. Welding Technology. 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