6 Apresentação Laércio Edmar Cadete

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Apresentação
Processos Híbridos De Soldagem 
Professor Orientador : Waldyr Veg
Edmar Batista dos Santos RA: 14110247 
Laércio Aparecido Pinheiro RA: 18213500
Leonardo Cadete da Silva RA: 18214428
Tecnologia nos Processos de Soldagem e Corte IV
Processos Híbridos De Soldagem 
Introdução e Conceitos sobre
Soldagem Híbrida
	Híbrido se refere a algo que resulta da mistura de dois ou mais elementos diferentes
O que é Híbrido ?
	 A AWS definiu "soldagem híbrida" como a combinação de duas fontes distintas de energia de soldagem em um único processo de soldagem.
PAW – GMAW (PLASMA - MIG)
LBW – GMAW ( LASER - MIG)
GMAW – GTAW (MIG - TIG)
LBW – GTAW (LASER - TIG)
LBW – PAW (LASER - PLASMA)
Processos Híbridos de Soldagem.
Um processo de soldagem híbrido é caracterizado pela incidência dos processos sobre o mesmo ponto ou região, atuando simultaneamente. 
Processo híbrido
Soldagem de grande penetração, em um único passe;
Altas velocidades; 
Baixo aporte térmico;
Utilização de equipamento mecanizado ou robô. 
Característica do processo híbrido 
	A primeira patente do processo híbrido de soldagem foi para o processo Plasma-MIG no ano de 1958, mas o processo de soldagem híbrida apresentou um desenvolvimento na década de 70. A seguir, uma cronologia do processo de soldagem híbrida ao longo dos anos:
PLASMA-MIG, 1972
LASER-TIG, 1979
LASER - TIG ou MIG/MAG, 1988
LASER-MIG, 1991 - Modificado
PLASMA-LASER, 1998
Histórico do processo de soldagem híbrida 
Laser assistido por GMAW OU GTAW
	Pré-aquecer o material para aumentar a penetração. 
Processos não híbridos 
Processos Assistidos 
Tocha de Soldagem MIG/MAG Sistema TANDEM
 Tandem
Processo Arco Submerso Tanden Arc com seis arames
PROCESSO: PAW – GMAW 
HPAW
O processo de soldagem Plasma-MIG propriamente dito foi desenvolvido no ano de 1969 no laboratório de pesquisas da Philips em Eindhoven na Holanda (ESSERS et al., 1971 apud HARRIS, 1994a). 
Histórico 
Primeira tocha – arame eletrodo incindindo perpendicularmente ao arco.
Processo de soldagem a Plasma (PAW)
Modos de operação PAW
(PAW)
Processo de soldagem MIG/MAG
(GMAW)
Vista esquemática dos principais elementos da tocha Plasma-MIG. 
1 – Bico de contato MIG/MAG;
2 – Isolamento cerâmico; 
3 – Eletrodo Plasma;
4 – Bocal constritor Plasma; 
5 – Bocal Externo.
Características da Tocha Plasma-Mig
1 - Corpo da tocha; 
2 - Eletrodo MIG/MAG; 
3 - Eletrodo Plasma; 
4 - Bocal constritor;
5 - Bocal externo;
6 - Mangueiras de refrigeração por água e para passagem da proteção gasosa externa.
Vista esquemática do posicionamento dos principais elementos da tocha Plasma-MIG. 
DTP: Distância da Tocha a Peça;
 
RP: Recuo do eletrodo Plasma; 
RM: Recuo do bico de contato MIG/MAG; 
DBCP: Distância do Bico de Contato MIG/MAG à Peça.
Montagem da Tocha Plasma-MIG
O processo de soldagem híbrido Plasma-MIG, combinação dos processos Plasma e MIG/MAG em uma única tocha. 
Processo de soldagem PLASMA-MIG
Capacidade de preaquecimento sem a deposição de material;
 Inexistência de defeitos de soldagem;
Maior velocidades de soldagem; 
Maior penetração. 
Caracteristicas do Processo de Soldagem Plasma-
GMAW
Configuração do sistema de soldagem híbrida plasma-MIG
Composição do layout experimental PAW-GMAW
 1-Tocha Plasma-MIG;
 2-Fonte MIG/MAG;
 3-Fonte Plasma;
 4-Unidade de água gelada;
 5-Gases para o processo;
 6-Sistema de controle para o processo;
7-Sistema de aquisição de sinais elétricos;
8-Medidores de vazão para os gases Plasma e MIG/MAG;
9-Interface responsável pelo controle do cabeçote alimentador;
10-Cabeçote alimentador;
11-Robô.
Composição do layout experimental PAW-GMAW
Fontes de soldagem para o processo Plasma-Mig
 
Tipo de eletrodo para o processo 
Processo de Soldagem Plasma-MIG com eletrodo de tungstênio (Essers, 1972) 
Processo de Soldagem Plasma-MIG com eletrodo anular de cobre (Essers, 1982) 
Sistema de refrigeração
Fabricante Mecalor
Modelo: UMAG MAS-9-RI-220.
Esquema de montage da refrigeração com válvula de gaveta e engates rápidos para mangueiras de água.
Sistema de refrigeração na tocha 
Aspecto de um eletrodo Plasma danificado por deficiência na refrigeração.
	
	A ignição do arco pode ser realizada com auxilio de uma descarga elétrica de alta frequência, mas essa ignição possui alguns inconvenientes, como:
A descarga de alta frequência, pode não atingir partes vitais da tocha;
Alta frequência prejudica o funcionamento de computadores, e sinais de controle podem ser influenciados. 
Ignição do Arco Plasma- MIG
	No entanto, a abertura por curto circuito gera uma apreciável quantidade de respingos 
Outra opção é ignição primeiramente do arco MIG por curto circuito.
Fotografias de alta velocidade da ignição do arco no processo Plasma-MIG por Curto Circuito. 
(a) arame movendo-se em direção a peça; 
(b) Curto-Circuito;
 (c) Arame-se dobrando e inicio da fusão; 
(d) Ignição do arco MIG; 
(e) Ignição do arco Plasma. 
No inicio da década de 80 foi proposto por Essers, um novo método de ignição do arco, chamado “soft start”.
 
Ignição do arco com “soft start”
Nesta forma de ignição do arco, o arame-eletrodo é utilizado para gerar um arco de baixa intensidade, através do qual ocorre a formação do arco plasma. Tal procedimento ocorre basicamente em seis etapas.
	
Gases
O processo Plasma-MIG exige o fornecimento independente de três gases, o gás do MIG/MAG, do Plasma e de Proteção. 
Gás de proteção
	Para alumínio 
 
Os 3 gases são (Ar) puro 
 
	Para aço carbono
 
O gás do processo GMAW, mistura de (Ar) + 4% de CO2 e 10% para aços especiais 
Controle da vazão de gás 
A vazão dos gases são reguladas no console de comando e controlada por válvulas eletrônicas, localizada no interior da fonte de soldagem. Estas válvulas eletrônicas controlam a vazão mássica de gás, o que garante a manutenção de um fluxo regular de gás, a vazão dos gases é de 5,5 à 10 l/min.
Alumínio – sem respingos, elevadas velocidades e possibilidade de préaquecimento da junta pelo arco plasma, o que garante um inicio de cordão livre de defeitos.
Aços - mais controle da geometria da solda, em função da corrente IPL, sendo que quanto maior seu valor, maior a largura do cordão e maior ângulo de molhamento.
Brasagem - chapas de aço galvanizado em elevadas velocidades utilizando corrente pulsada. 
Aplicação Industrial
Soldagem de chapas de alumínio
Espessura: 2 mm.
Arame: AISI5 12 mm
Velocidade de soldagem: 2,7 m/min
Chapas de aço carbono de 2mm de espessura 
Velocidade de soldagem: 3 m/min
Arame: ER 70 S-6 de 12 mm
Velocidade do arame: 8 m/min
Corrente: 250 A
Gas de proteção: Ar+10% de CO2
Transfêrencia: Spray 
Peças com menos distorções, menor (ZAC);
Cordões de solda com maiores penetrações;
Utilização em robôs industriais de soldagem;
Velocidades em peças de geometria relativamente complexa;
Reduz o consumo de arame e a emissão de respingos;
Diminuição de custos – aumenta produção, redução de reparos e sucatas;
Qualidade – Maior penetração de soldagem;
Mantém altas velocidades de soldagem inclusive em condições de variação de gaps;
Aumenta a velocidade de solda com ou sem rampa de inicio de solda em até 3 vezes comparada com processo de Soldagem MIG;
 
Benefícios em relação ao Processo de Soldagem GMAW
 Robô
HIBRIDO LASER – GTAW
Processo GMAW-GTAW
PROCESSO DE SOLDAGEM - GTAW
Processo no qual a coalescência dos metais é obtida pelo aquecimento destes por um arco estabelecido entre um eletrodo não consumível de tungstênio e a peça. 
Características do processo GTAW
O processo híbrido de soldagem TIG-MIG/MAG ou GTAW-GMAW consiste na combinação dos processos TIG e MIG/MAG em um único processode soldagem. Sistema no qual, existem duas tochas integradas, uma sendo a tocha do processo GMAW e a outra sendo do processo GTAW.
Processo GMAW-GTAW
Sistema opera de maneira automática, possibilitando o uso de apenas uma tocha de cada processo por vez ou as duas simultaneamente.
Operação 
Diagrama esquemático da soldagem híbrida TIG-MIG / MAG.
Composição do layout experimental GTAW-GMAW
(1) Fonte de soldagem TIG;
(2) Gás argônio; 
(3) Dispositivo de acionamento das tochas; 
(4) Estrutura do dispositivo com fixadores de tochas;
(5) Tocha de soldagem TIG; 
(6) Tocha de soldagem MIG/MAG; 
(7) Gás Atal 21 (Argônio+CO2);
 (8) Fonte de soldagem MIG/MAG;
 (9) Gás CO2; 
(10) Fonte de energia; 
(11) Dispositivo de movimentação automática;
 (12) Suporte para as peças.
Composição do layout experimental GTAW-GMAW
Princípio de funcionamento 
O processo tem um principio de funcionamento simples. Uma tocha do processo GTAW percorre a peça a frente da tocha do GMAW. Assim essa tocha de GTAW origina na peça um KEYHOLE que deixa um sulco na peça que subsequentemente será preenchida com o metal de adição oriundo do processo GMAW. 
Existe também uma variação natural desse processo em que as posições das tochas são alteradas, A tocha do processo GTAW é alterada, ficando atrás da tocha do processo GMAW. 
Variações do processo
Características e geometria do cordão de solda
Aparência do cordão 
Corte transversal
Imagem da câmera de alta velocidade
Influência da corrente TIG na aparência do cordão e na forma de penetração
Influência da corrente TIG na profundidade de penetração
Comparação dos ângulos da tocha de TIG e MIG
Aumento na velocidade de soldagem;
Maior penetração;
Uma soldagem mais limpa; 
Menos respingos e melhor aspecto do cordão de solda;
Equipamento de baixo custo e fácil automação 
Baixa energia induzida 
Vantagens do processo
• Produção de grãos grosseiros na estrutura com solda hibrida;
• Maior reforço na solda convencional
• Acabamento da solda
Limitações do processo
LBW – GMAW
HYBRID LASER ARC WELDING (HLAW)
Soldagem LBW 
		Técnica “keyhole”
	Chamada também por soldagem por penetração profunda.
	Técnica por “condução”
	Na soldagem por condução o feixe de laser é focado sobre o material causando a fusão do mesmo sem que ocorra sublimação significativa do material.
O processo de soldagem a Laser é caracterizado pela fusão localizada da junta através de seu bombardeamento por feixe de luz concentrada.
Histórico do processo 
O LASER híbrido ao arco elétrico foi proposto por Steen, no final dos anos 70. O objetivo aumentar a penetração da soldagem LASER sem uso de um equipamento com maior potência. 
O que é o LASER híbrido?
	 ( LBW+GMAW = HLAW)
	O processo de HLAW combina velocidade e precisão do processo de soldagem a LBW com a grande capacidade de deposição de material que o processo GMAW possui.
	Benefícios em comparação com os processos de soldagem convencionais.
Soldagem de espessuras finas a velocidades de 3-5 vezes superior as GMAW.
10 vezes maiores do que SAW;
Entrada de calor reduzida em até 80-90%.
A soldagem a laser híbrida (HLAW)
Sinergia entre o feixe LASER e o arco elétrico
Figura 1 - Efeito da combinação do LASER com o arco elétrico no processo híbrido do experimento de Steen: (a) arco estável e (b) arco instável 
Arco estável 
Arco instável
O gás de proteção utilizado tanto no processo de soldagem HLAW como no processo de soldagem GMAW, e uma mistura binária de Argônio (Ar) com 20% de Dióxido de Carbono (CO2). 
Gás de Proteção 
  Espaçamento dos cabeçotes de soldagem
A distância média entre o feixe de LBW e o arame eletrodo do GMAW deve permanecer de 2mm à 10mm, visando a melhor interação dos mesmos no processo HLAW.
Macrografía de solda híbrida HLAW
Adaptação de imagem de macrografia de solda híbrida LASER-GMAW
Welding Journal - Junho de 2006 - NASSCO
Comparação entre o processo HLAW-GMAW 
HLAW não necessita de chanfro e pouco espaçamento entre o metal de base.
Sequência dos processos 
Sequência dos cordões no preenchimento da junta soldada com processo GMAW 
Junta soldada híbrida HLAW sem o cordão de acabamento
Junta soldada híbrida HLAW com o cordão de acabamento
Macrografia comparando a redução de material
Aspecto visual da raiz das juntas soldadas com os processos 
(a) HLAW
(b) GMAW 
Comparação entre o tempo de soldagem 
HLAW – Aplicações
Automotivo e Transporte
Fabricação Pesada
Painéis(estruturas de navios)
Permitir mais afastamento entre chapas e melhores tolerâncias dimensionais;
Velocidades de soldadura mais elevadas;
Elevada produtividade;
Possibilidade de soldar mais rapidamente chapas espessas numa só passagem;
As principais vantagens dos processos HLAW
Tochas de soldagem mais complexas;
A orientação da tocha de soldagem tem que ser mantida de modo a não alterar o perfil da soldagem;
Maior geração de fumos e respingos pode danificar as lentes.
Limitações do processo HLAW 
Em última análise, os custos totais que envolvem à soldagem híbrida dependerá do usuário. No entanto, os benefícios geralmente valem os custos. 
Hansen viu o retorno dos investimentos variando de quatro meses a três anos e meio. Além disso, o processo geralmente resulta em custos de produção menores.
Conclusão 
Referências Bibliográficas 
https://www.esabna.com/us/en/automation/process-solutions/hlaw/process.cfm
http://www.fronius.com/en/welding-technology/products/robotic-welding/migmag-high-performance/laserhybrid/laserhybrid
https://www.cloos.de/de-en/products/qineo/laser-hybrid-weld/laser-hybrid-mig-mag-head-7th-axis/laserhybridkopf-lhh-7-achse-f300/
https://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/1984-projeto-soldagem-hibrida-plasma-mig-ganha-premio-da-abs
http://www.infosolda.com.br/artigos/processos-de-soldagem/1185-processo-de-soldagem-laser-hibrido-gmaw.html
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14829
 
 
 Perguntas