ATIVIDADE 1 TÉCNICAS CONEXAS DE SOLDAGEM

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ATIVIDADE 1 – TÉCNICAS CONEXAS DE SOLDAGEM
Leia o texto a seguir, no qual os autores destacam as vantagens do uso de robôs em operações de soldagem:
Manipuladores robóticos evoluíram muito desde seu surgimento. Atualmente, os manipuladores robóticos são máquinas interessantes em termos de flexibilidade, programabilidade e precisão. Sistemas modernos de manufatura dependem cada vez mais de equipamentos automáticos, inclusive robôs manipuladores. Esta é uma escolha econômica baseada nas seguintes razões:
1. Robôs manipuladores podem realizar tarefas industriais de forma similar a humanos, com qualidade pelo menos comparável, por períodos de tempo maiores.
2. Manipuladores robóticos apresentam a melhor relação entre “custos de produção” e “volume de produção” para volumes de produção pequenos e médios [...]. De fato, considerando as condições atuais do mercado (alta competitividade, produtos definidos, em parte, pelos clientes, produtos com ciclos de vida curtos, demanda crescente por melhor qualidade a preços menores, etc.), as empresas operam baseadas em pedidos e nunca arriscam produzir grandes estoques (além dos estoques de segurança necessários), o que mantém a produção em pequena ou média escala.
3. Manipuladores robóticos são máquinas flexíveis únicas (principalmente devido à programação) que podem ser adaptadas para realizar tarefas muito diferentes. Consequentemente, eles são adequados para serem usados com setups de fabricação que precisam de mudanças frequentes, o que é fundamental para responder às mudanças do mercado ou para introdução de novos produtos (PIRES; LOUREIRO; BÖLMSJO, 2006, p. 17).
 
Ao longo deste estudo, vimos como os processos de soldagem são classificados, as formas de energia necessárias para que a soldagem aconteça e algumas características do arco elétrico — uma das principais fontes de calor para soldagem por fusão.
Considere o texto acima e os conteúdos estudados neste material, especialmente no que diz respeito ao arco elétrico e a como as alterações em parâmetros de polaridade, tipo de corrente, tensão e corrente de soldagem afetam o resultado final da junta. Imagine, então, a seguinte situação hipotética.
Uma certa indústria produz rotores de bombas dragas (figura a seguir). No portfólio da empresa, existem cerca de 90 modelos diferentes desses rotores, e todos são produzidos, sob pedido, na mesma linha de produção.
#PraCegoVer: a figura mostra um rotor usado em bombas dragas. O rotor é composto por um disco circular de aço e quatro palhetas espessas em formato trapezoidal, também em aço. As palhetas são dispostas a cada 90°, com a base maior voltada para a face do disco, perpendicularmente a este. Há cordões de solda unindo o disco às palhetas.
Para o modelo de rotor dessa figura, as pás são de aço SAE 5160 (aço-liga), e o disco é de aço SAE 1045 (aço-carbono). A solda entre o disco e a palheta é feita por um robô, com um processo GMAW. O gás de proteção usado é o CO2. A operação é realizada em corrente contínua de 125 A com polaridade direta e tensão de 24 V, com a velocidade de deslocamento de 7 m/min. A peça fica posicionada sobre um suporte inclinado a 45°, com as palhetas alinhadas horizontalmente, e o bocal fica posicionado verticalmente sobre a junta. 
Ocorre que, na maioria das peças, não acontece uma boa penetração da solda, e as palhetas acabam se soltando durante a operação. 
Usando os conhecimentos adquiridos ao longo deste estudo, assim como o texto acima, proponha soluções para o problema de falta de penetração. Seria recomendável trocar a operação robotizada pela operação manual ou o tipo de processo de soldagem? Os parâmetros da operação (gás de proteção, tensão, corrente etc.) estão adequados? Justifique suas respostas.
BRAZMIX. Rotores soldados p/ bomba draga, [2022]. Disponível em: https://www.brazmix.com/rotores-soldados-p-bomba-draga-. Acesso em: 21 mar. 2022.
PIRES, J. N.; LOUREIRO, A.; BÖLMSJO, G. Welding robots: technology, system issues, and applications. Londres: Springer, 2006. p. 17
RESPOSTA:
Analisando todo o contexto do caso apresentado, não será necessária a substituição da operação robotizada por outro manual ou até mesmo por outro tipo de soldagem, desde que os parâmetros sejam corrigidos para que o processo de soldagem apresentado tenha sucesso e não ocorra o defeito da falta de penetração. 
Os parâmetros da operação não estão adequados, nem da relação tensão e corrente, assim como da posição de soldagem, que também é um fator a considerar. Para a posição apresentada, é preferível o valor próximo ao máximo da intensidade de corrente. A corrente de soldagem é o principal fator no controle do volume da poça fusão e da penetração no metal de base; deste modo, o volume e a largura da poça de fusão, bem como a penetração, tendem a aumentar quando o valor da corrente aumenta, portanto, uma solução ao problema, é o aumento da corrente e também aproximar a Gun do Robô mais próximo a peça a ser soldada.
Além da taxa de fornecimento de energia, a densidade de potência também influencia na penetração. A densidade de potência (DP) pode ser definida como a taxa de energia térmica fornecida à superfície da peça por unidade de área (W/mm²). Quanto maior a DP, maior a penetração conseguida. Isso pode ser explicado pelo fato de que, quanto maior a área na qual a energia está sendo aplicada, maior a área de resfriamento, e, portanto, o calor dissipa-se mais facilmente, tanto por condução como por convecção (GROOVER, 2016; WEMAN, 2012). 
A complicação em relação à densidade de potência está nos fatos de que o calor fornecido não é uniforme ao longo de toda a área aplicada, além de que, normalmente, a fonte de calor está em movimento. Em geral, os valores de DP variam entre 10 e 10 W/mm². Abaixo dessa faixa, a condução de calor acontece tão rapidamente quanto o fornecimento de energia, impossibilitando a fusão do material. Já acima, as temperaturas localizadas ocasionam a vaporização do metal (o que pode ser interessante em aplicações de corte) (GROOVER, 2016). Em relação à polaridade, é importante relembrar que a ionização ocorre através do choque entre as partículas (elétrons, íons positivos e átomos neutros) durante o transporte de corrente pelo plasma. A velocidade dos elétrons “disparados” do cátodo em direção ao ânodo é muito maior que a velocidade dos íons positivos que chegam ao cátodo. A velocidade das partículas (energia cinética) é convertida em calor ao atingirem a superfície da peça ou do eletrodo. Logo, a região anódica chega a temperaturas maiores.
Quando se está usando corrente contínua (CC), temos duas possibilidades: a polaridade direta (CC ), na qual o eletrodo é o cátodo (-) e a peça é o ânodo (+), ou a polaridade reversa (CC ), em que o eletrodo é o ânodo (+) e a peça é o cátodo (-) (KIMINAMI; CASTRO; OLIVEIRA, 2013). A primeira é bastante usada em processos de soldagem TIG e de soldagem a plasma, pois, como o eletrodo não é consumível, um maior aporte de calor na ponta do eletrodo seria muito ineficiente. Já a segunda é mais usada em processos com eletrodos consumíveis, como MIG, por exemplo. Nesses processos, usar a polaridade direta geralmente resulta em um arco mais instável, devido à ponta fundida do eletrodo (WEMAN, 2012). A Figura 1.3 exemplifica as diferenças entre as polaridades em relação à penetração.
Outra questão é o gás de proteção usado, o CO2, que possui baixa penetração, portanto, para solução do problema pode-se associar o CO2 com argônio (figura abaixo), para aumento da penetração.