PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. Soldagem MIG de alumínio aplicada ao passe de raiz

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA PROJETO DE DISSERTAÇÃO Soldagem MIG de alumínio aplicada ao passe de raiz Cleber Marques Orientador: Prof. Dr. Jair Carlos Dutra Co-orientador: Dr. Eng. Raul Gohr Júnior Florianópolis, SC Outubro de 2011

2 Sumário 1. RESUMO INTRODUÇÃO Objetivos e Justificativas ANTECEDENTES E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Dificuldades na soldagem do alumínio Variantes do processo MIG Instabilidade do comprimento do arco APARATO EXPERIMENTAL METODOLOGIA CRONOGRAMA DE ATIVIDADES PREVISÃO FINANCEIRA CONCLUSÕES REFERÊNCIAS... 20

3 2 1. RESUMO A utilização do alumínio como material para a fabricação de estruturas vem ocupando cada vez mais espaço nos setores naval e petrolífero. Nestas aplicações, a soldagem é o processo de fabricação mais largamente utilizado, determinando cronogramas e custos. Inserido neste contexto, o LABSOLDA vem desenvolvendo conhecimento e tecnologias, tendo com uma missão a execução da soldagem de um veleiro em alumínio para pesquisas oceanográficas. Por isso, o presente trabalho relata um plano de pesquisa e desenvolvimento para que sejam obtidos adequados procedimentos de soldagem para chapas de alumínio naval. Os procedimentos devem ter o máximo de robustez, pois a soldagem deve ser realizada de maneira automática e atender todos os requisitos tecnológicos, incluindo o passe de raiz. 2. INTRODUÇÃO Em sua atual situação, o setor de petróleo e gás aparece aquecido, com novas perspectivas socioeconômicas e ambientais em consequência das descobertas das jazidas na camada do pré-sal. Os dados apresentados por entidades e associações relacionadas ao setor mostram a demanda de fabricação e desenvolvimento que está sendo exigida. A Associação Brasileira das Empresas do setor Naval e Offshore (ABENAV) menciona que a Petrobras prevê, até 2020, a compra de mais de 100 plataformas de produção e sondas de perfuração, 500 barcos de apoio e 80 petroleiros [1]. Atraídas pelo anúncio de investimentos de R$ 224,7 bilhões da Petrobras até 2015, dos quais R$ 53,4 bilhões reservados para o pré-sal, muitas empresas vêm ampliando seus negócios, criando segmentos focados no setor de petróleo e gás. Além disso, a exigência do governo de que pelo menos 60% das encomendas sejam atendidas com conteúdo nacional estimula os investimentos no setor [2]. De acordo com o Sindicato Nacional da Indústria de Construção e reparação Naval e Offshore (SINAVAL), os desafios que prosseguem nesse

4 3 âmbito são a qualificação e formação de recursos humanos, o aumento da produtividade dos estaleiros e o aumento do conteúdo local [3]. Nessas áreas que envolvem a construção de grandes estruturas, a soldagem, um dos principais processos de fabricação, representa também um dos maiores gargalos. Como mais de 70% dessas construções utilizam soldas manuais, o tempo de execução acaba sendo ditado por esse processo. Por isso, as requisições do mercado por menor tempo de entrega, maior eficiência, produtividade e padronização das soldas, exigem o desenvolvimento de melhores soluções, tanto para os processos de soldagem quanto para sua automação. Devido às suas características, a utilização do alumínio vem ganhando espaço nesse setor. Por ser três vezes mais leve que o aço, é possível a fabricação de estruturas em alumínio que ofereçam a mesma resistência do aço com a redução de até 50% da massa final. A alta resistência à corrosão também aparece como fator contribuinte para essa tendência crescente de fabricação de embarcações, componentes de plataforma e navios em alumínio. A soldagem de componentes estruturais deve, sobretudo, garantir a integridade e segurança dos passageiros, tripulantes, trabalhadores, usuários, cargas e meio ambiente. No Brasil, o processo de soldagem que utiliza eletrodo revestido ainda é o mais utilizado nessas aplicações. Esse processo, além de produzir uma alta taxa de respingos, fumos e formação de escória, apresenta o problema de baixa produtividade. Todas as pesquisas desenvolvidas no setor devem contribuir para tornar o processo mais rápido e limpo, diminuindo a dependência de habilidades manuais cuja disponibilidade tende a escassez Objetivos e Justificativas O presente trabalho tem como objetivo principal a realização de soldagem MIG de alumínio naval aplicada na união de chapas espessas em diferentes posições de soldagem, com ênfase no passe de raiz. Para tanto, são elencados os seguintes objetivos específicos:

5 4 Analisar, comparar e caracterizar as tecnologias já desenvolvidas e em desenvolvimento no LABSOLDA, assim como sistemas comercialmente disponíveis; Encontrar os processos e procedimentos de soldagem que resultem em um melhor desempenho de qualidade e produtividade; Propor um procedimento que ofereça o máximo de robustez para que sua execução seja feita de forma automatizada; Executar a soldagem automatizada, do passe de raiz ao acabamento. A necessidade do desenvolvimento de pesquisa na soldagem de alumínio tem como justificativa, além da situação mercadológica já levantada, a construção de um veleiro em alumínio pelo departamento de Engenharia Mecânica, com o propósito de realizar pesquisas oceanográficas. Por requisitos do projeto, o material de base utilizado será o alumínio naval 5083, com material de adição o eletrodo ER5183. Nos ensaios exploratórios e ajustes iniciais de parâmetros, farse-á o uso de alumínio da série 1100, com adição de ER4043, por terem custo menor em comparativo ao naval. O LABSOLDA participa ativamente desse processo, tendo a incumbência da execução de todas as soldas, do casco até o estrutural interno. De modo geral, a soldagem feita em estaleiros nacionais que fabricam embarcações de alumínio é realizada manualmente pelos dois lados da chapa. O soldador aplica um passe de solda de um lado, em seguida, esmerilha o material no lado oposto para posterior deposição. Só depois desse procedimento são feitos os passes de enchimento ou acabamento. A operação de esmerilhamento, além de onerar tempo de mão-deobra, retira parte do material já depositado, causando desperdício e consequente aumento de custos. O trabalho irá propor um modo automático para a execução dessa soldagem, que será feita de maneira unilateral, focando na formação de raiz, com o uso de anteparos chamados cobre juntas ou backing.

6 5 3. ANTECEDENTES E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Ao longo de sua história, o LABSOLDA vem desenvolvendo conhecimento e tecnologia no setor de soldagem. Dentro do contexto do presente trabalho destacam-se as pesquisas da soldagem MIG de alumínio, o estudo sobre os mecanismos de formação de raiz e a automatização de procedimentos de soldagem. Santos, em seu trabalho de mestrado [4], realizou estudos sobre a abertura e a estabilidade do arco MIG na soldagem de alumínio, contribuindo para a proposição de um sistema de controle de altura do arco e a execução de soldagens MIG com corrente alternada (MIG CA) em seu doutorado [5]. Silva [6] realizou soldagens com a técnica MIG com Curto-Circuito Controlado (MIG CCC) apresentada por Gohr em seu trabalho [7], onde obteve bons resultados para o passe de raiz. Apesar de a aplicação ser somente voltada para o aço, o CCC serve como fonte de estudo para entendimento dos mecanismos de atuação e controle da fonte de soldagem. Dentre os equipamentos de automação da soldagem já desenvolvidos pelo LABSOLDA destaca-se o Tartílope V2F. Trata-se de um dispositivo de movimentação de tocha com dois graus de liberdade que utiliza um trilho flexível que se adapta a superfície de trabalho possibilitando a automatização de soldagens de chapas curvas como o casco de navios (Figura 01). O software de controle do sistema Tartílope vem sendo atualizado por Lucas conforme proposto em seu projeto de dissertação [8]. FIGURA 01 Manipulador Tartílope V2F com trilho flexível em bancada curva [8].

7 Dificuldades na soldagem do alumínio A soldagem MIG de alumínio é uma operação dificultosa devido as suas características físico-químicas. É natural do alumínio a formação de óxidos em sua superfície, a alumina (Al2O3). Essa fina camada de óxido, mesmo com espessuras muito pequenas (25-50 Å), confere ao metal uma maior resistência ao ataque de meios corrosivos [9]. Para a soldagem, a formação da alumina traz algumas peculiaridades. Por apresentar uma alta resistividade elétrica, a alumina dificulta a abertura do arco voltaico, exigindo mecanismos de atuação para facilitar essa abertura [4]. Além disso, o ponto de fusão do alumínio é em torno de 660ºC, enquanto a alumina se funde aos 2052ºC. Desse modo, para tornar possível a soldagem de alumínio é necessária à remoção dessa camada de óxido. Outros fatores como a alta condutividade térmica e elétrica e a alta expansividade térmica acarretam em problemas que devem ser tratados e estudados para o melhor desenvolvimento das técnicas de soldagem aplicadas. Os efeitos relacionados às características térmicas do alumínio trazem problemas como a formação de trincas e a variação da geometria do cordão ao longo da solda. Segundo Silva [10], por ter um coeficiente de expansão térmica cerca de duas vezes maior que o aço, o alumínio está sujeito a maiores níveis de deformação. Essa deformação exige um sistema de fixação mais rígido e com isso, o surgimento de tensões residuais pode causar trincas, prejudicando a continuidade do cordão. A alta condutividade térmica promove cordões com baixa molhabilidade e penetração em seu início, onde o calor do arco é rapidamente distribuído pelo material de base, dificultando a formação da poça metálica. À medida que a solda avança, o metal de base se mantendo aquecido proporciona o aumento da penetração e molhabilidade, até o nível extremo que exige a interrupção do processo. Essa variação do cordão pode inviabilizar a soldagem em muitas situações, e por esse motivo é necessário o ajuste sobre a quantidade de energia imposta à peça. O problema de porosidade é muito comumente encontrado nas soldagens MIG de ligas de alumínio. Na transição do estado sólido para o líquido, a

8 7 solubilidade de hidrogênio no alumínio aumenta quase vinte vezes. Durante a solidificação, bolhas de hidrogênio ficam presas no metal, formando o defeito de porosidade. Esse problema pode ser minimizado com a aplicação de corretas técnicas de limpeza e preparação do metal de base antes da soldagem. Segundo Tuttle [11], a presença de água e óleo sobre a peça funciona como uma fonte de hidrogênio. A limpeza inadequada da peça é o contribuinte mais expressivo no mecanismo de formação de porosidade. Outros motivos podem ser: contaminação por hidrogênio do metal de adição (tanto na superfície quanto na composição), presença de hidrogênio ou vapor de água no gás de proteção ou por perturbações na atmosfera gasosa protetora. A alimentação de arame de alumínio pode apresentar problemas devido à sua baixa resistência, podendo vir a dobrar ou enrolar dentro do conduíte da tocha ou no mecanismo de tração. Para comprimentos de mangueiras maiores, faz-se necessário o uso de tochas com sistema do tipo push-pull, onde além do alimentador empurrar o arame, um conjunto de motor com roletes anexado a tocha puxa o mesmo auxiliando na manutenção da taxa de alimentação. Na soldagem MIG de alumínio, a remoção dos óxidos da superfície é necessária, porém não chega a ser um problema quando aplicada a polaridade positiva da fonte sobre o eletrodo. Durante essa polaridade acontece o efeito de limpeza catódica, onde o próprio arco elétrico se encarrega da remoção dos óxidos. Várias são as teorias sobre o mecanismo de remoção de óxidos por ataque catódico. Dutra et al apud Silva [10] cita uma maior facilidade de emissão de elétrons dos óxidos em comparação com os metais puros. Durante essa emissão, a alta concentração do calor que é gerado elimina o óxido. Nesse momento surge um novo ponto catódico com o aparecimento de uma nova descarga elétrica. O gás de proteção evita uma nova oxidação, garantindo uma superfície limpa para a execução da soldagem. Outra característica do alumínio que acarreta em consequência marcantes na soldagem é a sua baixa resistividade. Em modalidades de soldagens em que a fonte impõe a corrente, observa-se que o arco elétrico varia aleatoriamente seu comprimento, dificultando ou até inviabilizando a solda.

9 8 A dificuldade inerente ao processo e aos procedimentos foi observada em alguns ensaios exploratórios para soldagem MIG de alumínio com foco na formação da raiz. O objetivo era união de chapas de alumínio com 6 mm de espessura, dispostos em junta de topo, na posição vertical. Os ensaios iniciaram sobre chapas de alumínio 1100 de 6 mm de espessura, com o arame de alumínio ER4043 de 1,2 mm de diâmetro e gás de proteção argônio em 13 l/min. Os corpos de prova foram montados com duas chapas cortadas nas dimensões de 250x80 mm. Os ensaios com chanfros em V com 60 de inclinação mostraram a necessidade de uma maior abertura do chanfro e por isso foi alterada a inclinação para 80. A abertura foi mantida em 1,5 mm com o uso de cobre-juntas ou backings cerâmicos. Os resultados apresentaram problemas como falta de penetração, fechamento da junta, formação de raiz negativa ou rechupe, excesso de calor e material, desalinhamento do cordão de solda, extinção do arco durante a passagem pela abertura entre chapas (gap). A Figura 02 mostra algumas das dificuldades verificadas. FIGURA 02 Problemas para formação de raiz na soldagem do alumínio; A efeito de rechupe e porosidade; B excesso de material e trincas; C falha de fusão, baixa penetração, fechamento do gap.

10 Variantes do processo MIG Os avanços tecnológicos alcançados pelo homem e o domínio sobre a eletrônica de potência aplicada nas fontes de soldagem possibilita aos fabricantes e pesquisadores atuar de uma maneira muito ampla sobre os parâmetros de soldagem. O controle que a fonte exerce sobre as formas de onda de corrente e ou tensão podem ser cruciais no resultado da soldagem. Esses avanços possibilitam a criação de métodos de controle para a obtenção de melhores resultados em cada necessidade especificamente aplicada. Dessa forma, o processo de soldagem MIG/MAG ganha cada vez mais variantes que possibilitam resultados antes não alcançados com os modos convencionais. Por outro lado, como uma mínima diferença na forma de controle pode fazer a diferença, os fabricantes lançam cada vez mais novos modos de operação com promessas de solucionar os problemas e dificuldades encontradas em situações específicas na soldagem. Muitas são as variantes que dizem produzir uma solda mais fria ou citam como uma aplicação o passe de raiz, como o CMT (Cold Metal Transfer), STT (Surface Tension Transfer), Cold Arc, Root Arc, Cold MIG, RMD (Regulated Metal Deposition), Fastroot, entre outros. O LABSOLDA também vem desenvolvendo novos modos de operação do MIG/MAG, como o caso do CCC (Curto-Circuito Controlado), Soft MIG, MIG/MAG AC pulsado, MIG adaptativo, Pulsado térmico. Algumas dessas variantes têm aplicação restrita ao aço, mas a análise da forma de atuação da fonte sobre os parâmetros de soldagem pode contribuir no desenvolvimento de novas tecnologias. Todas as variantes acima citadas têm como variáveis de atuação direta a tensão ou a corrente, exceto o CMT, que atua no também no retrocesso do arame. Esse último modo se baseia na deposição de material por curto circuito, porém com reduzidos níveis de energia nesse período. A fonte de soldagem impõe uma corrente necessária para a formação da gota metálica. No momento do curto circuito a tensão cai a zero e a corrente, que teria a tendência natural de crescer, é forçada a se manter em níveis baixos, proporcionando uma transferência metálica menos explosiva. Passado um tempo após o curto-circuito, a fonte atua no

11 10 retrocesso do arame facilitando a deposição do metal líquido por tensão superficial [12]. Essa medida se mostra eficaz na redução de respingos e deixa a transferência metálica muito estável e regular. O CMT, como o próprio nome sugere, é normalmente associado a um processo frio, o que em soldagem é de certa forma muito relativo. O que se percebe claramente nos oscilogramas de tensão e corrente (Figura 03) é o fato de que, no momento que acontece o curto, a tensão cai a zero e permanece nesse patamar até a reabertura do arco. Durante esse período, a potência elétrica fornecida ao sistema é muito baixa. No período de arco aberto, a fonte tem que fornecer energia suficiente para a formação da gota metálica. Dessa forma, o processo pode ser bem caracterizado como sendo intercalações de quente e frio [13]. FIGURA 03 Oscilogramas de tensão, corrente e potência para o modo CMT, soldagem de alumínio ER5183.

12 Instabilidade do comprimento do arco Na soldagem MIG de alumínio com transferência metálica por projeção axial, também chamada de spray, é notável a variação da altura do comprimento do arco quando a fonte de soldagem impõe a corrente. O arco se comporta de forma muito instável, variando desde o contato do arame com a peça até a iminência de queima do bico de contato. O trabalho de Kiyohara [14] trata sobre as características de fusão de eletrodos de alumínio na soldagem MIG, o que têm uma ligação direta com o comprimento de arco. A metodologia empregada em seus ensaios consistia na utilização de uma fonte de soldagem com comando em tensão, que era aumentada gradativamente para uma mesma velocidade de arame, fazendo a leitura dos níveis de corrente para cada ponto. Os resultados levantados geraram algumas curvas plotadas em escala de tensão por corrente, que traduzem a característica de fusão do eletrodo para cada velocidade de arame fixada. Tais curvas são denominadas de curvas de isoconsumo (Figura 04). Em seus experimentos, Kiyohara utilizou como metal de adição o alumínio ER5183 com diâmetro de 1,6 mm. Das regiões indicadas na figura, três em particular indicam o modo de transferência metálica: curto-circuito, meso-spray, e spray. Foi observado que na região denominada meso-spray, a taxa de fusão aumenta com a redução no comprimento do arco. Esse fenômeno é conhecido como auto-ajuste do comprimento do arco, onde cada valor de corrente está associado a somente um valor de tensão, auto ajustando a altura do arco. Porém, esse modo de transferência acontece de maneira muito errática, com formação de gotas grandes, eventuais curtos-circuitos e respingos. Na região de spray, a curva se apresenta de forma vertical, onde o aumento da tensão praticamente não altera o valor da corrente. A instabilidade da altura do arco está associada a esse comportamento. Tendo em vista a baixa resistividade do alumínio, o arco voltaico pode alcançar vários níveis de tensão para um mesmo valor de corrente. Se a fonte de soldagem está impondo a corrente, a tensão estaria livre para variar dentro da faixa vertical vista no gráfico, colocando o arco

13 12 em uma situação que poderia ser associada a um equilíbrio indiferente. Locatelli e Silva apud Santos [5] repetiram tais procedimentos, porém, o material de adição utilizado foi o arame ER4043 de 1,2 mm. Os resultados obtidos por eles também mostraram um comportamento similar ao obtido por Kiyohara em tensões superiores a 18 V. Figura 04 - Comportamento do arco MIG do alumínio (Material: A5183 com 1,6 mm de diâmetro, gás Argônio), conforme Kiyohara et al (1979). Para verificar a repetitividade desse comportamento para o arame ER5183 de 1,2 mm, ensaios exploratórios foram feitos, repetindo a metodologia utilizada por Kiyohara. Utilizou-se uma fonte de soldagem Digiplus, do fabricante IMC soldagem, no modo MIG Convencional e a fonte TPS3200 CMT, do fabricante Fronius, no modo MIG CMT. Foram feitos depósitos sobre chapa de alumínio 1100, com velocidade de arame fixada em 0,1 m/s (6,0 m/min), velocidade de soldagem de 6,67 mm/s (40 cm/min) e gás de proteção argônio ajustado em 13 l/min. A aquisição de dados foi feita com o Sistema de Aquisição Portátil (SAP-4), com taxa de aquisição de 5 khz. Os dados foram plotados num gráfico de tensão por corrente, disposto na Figura 05. Para o modo convencional, a curva apresentou a mesma tendência levantada nos experimentos de Kiyohara, onde na região do Spray se comporta de maneira vertical. Essa característica natural do alumínio vem a justificar a

14 13 necessidade do uso de sistemas realimentados que controlam a altura do arco. Santos [5] apresenta em seu trabalho um estudo sobre as diferentes formas de atuação no controle dessa variável. O sistema de controle proposto serviu como base para implementação do chamado MIG adaptativo que o fabricante IMC soldagem disponibiliza em sua fonte Digiplus. Figura 05 Curva de isoconsumo para o alumínio ER5183 com 1,2mm de diâmetro, gás Argônio e velocidade de alimentação de 6m/min. Para o modo CMT, a curva se limita a região de curto-circuito por essa ser uma característica básica da transferência metálica nesse modo. Pelo fato de o CMT ser associado a um processo frio, a sobreposição das curvas levantou a possibilidade de comparação com o modo Convencional, e é com base no valor da potência que são analisadas a quantidade de energia sobre a peça e a consequente influência metalúrgica. Em soldagem, a metodologia utilizada para o cálculo de potência pode levar a conclusões equivocadas sobre o processo. A literatura traz diferentes formas de calcular a potência, mas o método correto é aquele que calcula pela média aritmética dos produtos de tensão e corrente em cada ponto da aquisição. Como é citado por Nascimento et al [15] a potência é classicamente calculada pelo simples produto da tensão pela corrente, mas, em algumas análises comparativas, o erro

15 14 associado a esse método pode gerar divergências sobre a verdadeira condição que a peça foi imposta. Em seu trabalho, Corrêa [16] cita 04 possibilidades para o cálculo de potência elétrica no arco: a) P U méd I méd (3.1) b) P U eficaz I eficaz (3.2) c) ( I P pulso U pulso ) t t pulso pulso ( I t base base U base ) t base (3.3) d) P n i 1 U i n I i (3.4) Segundo Silva [17], as formas de onda de corrente e de tensão aplicadas conduzem às diferenças nos valores médios e eficazes, de onde surgem as primeiras diferenças nos cálculos das equações 3.1 e 3.2, que consideram os valores médios ou eficazes. A equação 3.3 seria aplicada em ondas de formato retangulares, assumindo introduzir um erro por efeito das inclinações das curvas nos momentos de transição. Desse modo, o cálculo que considera os valores ponto a ponto de tensão e corrente instantâneas, representado pela equação 3.4, é o único adequado. Todos os valores de potência devem ser calculados sobre essa equação. Feitas as devidas considerações sobre o cálculo da potência, em uma primeira observação do gráfico da Figura 05 é muito intuitivo atribuir uma menor potência para a curva do CMT, mas os cálculos mostram o contrário. A Tabela 01 traz os valores médios calculados para o ensaio. Os dados revelam que o CMT, até o limite superior de tensão em torno de 17,2 V (para a velocidade de arame imposta), apresentou valores de potência superiores aos computados para o MIG Convencional.

16 15 TABELA 01 Valores médios de Tensão, Corrente e Potência, obtidos na curva de isoconsumo para o Al5183. CMT FRONIUS Umed (V) Imed (A) P (W) 12, Convencional IMC 13, Umed (V) Imed (A) P (W) 13, , , , , , , , , , , , , , , A diferença acontece devido aos formatos de onda de tensão e corrente para cada caso. A fim de comprovar a ocorrência verificada, elaborou-se um oscilograma fictício de tensão e corrente com formatos de onda aproximados da condição real. Dessa forma é possível garantir a repetitividade da onda na tentativa de verificar a observação levantada. Os gráficos foram plotados com base em uma amostra de dados hipotética de 100 pontos. Foram simuladas duas situações. A primeira, mostrada na Figura 06 A, se aproximando das curvas do CMT e a segunda, Figura 06 B, do MIG convencional. A tabela 02 mostra os valores calculados para a amostra de dados hipotética. Mesmo com valores de tensão e corrente médias menores que os da situação 02, os dados do oscilograma 01 resultaram em uma potência 27,8% maior. Por fim, os ensaios mostraram a importância do correto cálculo da potência, principalmente para o uso em avaliações comparativas. TABELA 02 Dados calculados para as situações hipotéticas das Figuras 06 e 07 Oscilograma 01 Oscilograma 02 Iméd (A) 85,3 88,0 Uméd (V) 13,7 14,4 Potência (W) Uef (V) 17,0 16,2 Ief (V) 94,7 103,2

17 16 FIGURA 06 Oscilogramas hipotéticos de tensão e corrente; A MIG CMT; B - MIG Convencional. 4. APARATO EXPERIMENTAL Os ensaios dos diferentes processos e procedimentos de soldagem serão feitos aplicando a estrutura atualmente disponível no LABSOLDA. Dentre os principais equipamentos a serem utilizados, pode-se citar: 1) Dispositivos de deslocamento da tocha a) Robô antropomórfico Motoman HP20-6 graus de liberdade b) Tartílope V2F 2 graus de liberdade 2) Fonte de Soldagem a) Digiplus IMC soldagem disponibiliza basicamente os modos de soldagem: MIG Convencional, Pulsado térmico e não térmico, MIG AC, MIG adaptativo e Soft MIG. b) TPS3200 CMT Fronius disponibiliza os modos CMT, CMT pulse, Sinérgico, Pulsado sinérgico e Standard. c) Power Wave 455M/STT Lincoln Electric disponibiliza basicamente o modo STT como fonte de estudos, uma vez que o STT atualmente não é aplicado na soldagem de alumínio. 3) Sistema de Controle a) Sistema Avançado de Controle (SAC) - proporciona a simulação de diferentes formas de onda, possibilitando a aplicação de tais condições no controle dos parâmetros de soldagem.

18 17 4) Bancadas a) Bancada Vertical Estrutura em aço com base para fixação do manipular Tartílope V2F na posição vertical b) Posicionador Motopos / Motoman Possibilita a fixação do corpo de prova na posição desejada, para soldagem com o robô. 5) Ferramental de instrumentação a) Sistema de aquisição portátil (SAP-4) Realiza a aquisição de dados de tensão, corrente, velocidade de arame e vazão de gás, com taxa de aquisição de 5 khz. b) Câmera de alta velocidade IDT Y4 Realiza a filmagem em alta velocidade, com capacidade máxima de gravação de até 4500 quadros por segundo, possibilita, entre outras, a visualização da transferência metálica. c) Módulo de Aquisição de dados IDT permite realizar a aquisição de dados de tensão e corrente em sincronia com a imagem da câmera de alta velocidade. 5. METODOLOGIA Para atingir o objetivo do projeto, a metodologia proposta contempla as seguintes etapas: 1. Examinar a soldabilidade da liga de alumínio 5083 e os respectivos metais de adição; 2. Examinar a viabilidade de aplicação das diferentes variantes do processo MIG na soldagem de alumínio, pesquisando antecedentes, como fonte de fundamentação. 3. Realizar a soldagem de corpos de prova, avaliando: a. A utilização de backings ou cobre juntas (cobre ou cerâmico); b. As dimensões do chanfro de abertura da junta; c. O efeito da variação de distanciamento entre chapas (gap); d. A atuação do gás de proteção.

19 18 4. Empregar ferramentas de instrumentação para auxiliar na interpretação de dados e resultados; 5. Documentar todos os procedimentos e resultados obtidos nos ensaios realizados 6. Avaliar os resultados, seguindo os critérios: a. Aspecto visual do cordão; b. Medidas da geometria do cordão, com a realização de macrografias; c. Formação de porosidades; d. Ensaios de dobramento. 7. Redigir a dissertação 8. Defender a dissertação 6. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES Seguindo a metodologia proposta, o cronograma de atividades seguirá baseado nas etapas citadas, dentro da escala cronológica mostrada na Tabela 03 abaixo: TABELA 03 - Cronograma de atividades ETAPAS AGO/ 2011 SET/ 2011 OUT/ 2011 NOV/ 2011 DEZ/ 2011 JAN/ 2012 FEV/ 2012 MAR/ 2012 ABR/ 2012 MAI/ 2012 JUN/ 2012 JUL/

20 19 7. PREVISÃO FINANCEIRA O histórico de projetos desenvolvidos no LABSOLDA concede recursos para aquisição de materiais e consumíveis que serão utilizados nos ensaios, uma vez que todo o equipamento de maior valor, como manipuladores e fontes de soldagem já estão disponíveis no laboratório. Dessa forma, a previsão preliminar de custos para desenvolvimento desse projeto é tida conforme a Tabela 04. TABELA 04 Estimativa de custos para o desenvolvimento das atividades Produto Preço (R$) Material para confecção de corpo de prova ,00 Consumíveis de soldagem (arames, gases,...) 5.000,00 Serviços de usinagem 3.000,00 Suporte técnico 5.000,00 Total ,00 8. CONCLUSÕES Os procedimentos normalmente utilizados para as soldagens de alumínio aplicadas às grandes estruturas como em estaleiros de construção naval tornam o processo lento, com a necessidade da realização de muitos reparos. A soldagem de chapas espessas geralmente é feita com passes dos dois lados da chapa e com etapas de esmerilhamento entre cordões. A realização da soldagem unilateral, com formação da raiz, elimina a etapa de esmerilhamento, aumentando a produtividade, reduzindo custos do processo e eliminando a possibilidade de contaminação do alumínio com o abrasivo do esmeril. A proposição de um processo robusto que seja automatizado com um dispositivo manipulador diminui a dependência de mão-de-obra qualificada (soldadores) cada vez mais escassa no mercado. Dentro das diferentes variantes do processo MIG estudadas, o trabalho irá propor a mais adequada e o respectivo procedimento de soldagem.

21 20 Os processos de soldagem empregados na construção naval e em outros segmentos vêm sendo cada vez mais automatizados, favorecendo a produtividade, qualidade e o nível de controle sobre o processo. Assim, é de vital importância que os equipamentos empregados estejam em harmonia, de modo a potencializar o desenvolvimento e realização de procedimentos arrojados de fabricação e de manutenção que venham a suprir a crescente demanda industrial do país. A competitividade de empresas nacionais que atuam no setor naval e de petróleo e gás é ameaçada por países que detém de tecnologia de fabricação que possibilitam uma maior produção. O desenvolvimento das técnicas e tecnologias de soldagem nacionais é de extrema importância para esses setores. Os ensaios que resultaram no levantamento de curvas de isoconsumo mostram, além de justificarem o uso de um sistema realimentado para controle de altura do arco, a importância do correto cálculo de potência elétrica da soldagem, principalmente para fins comparativos entre modalidades. Verificou-se que a simples análise do produto de tensão média por corrente média e até mesmo o produto das eficazes não demonstra em sua totalidade a tendência entre as diferentes situações. Por fim, entender os princípios de atuação dos vários processos desenvolvidos no LABSOLDA e ainda os comercialmente disponíveis poderá até mesmo contribuir para a proposição de uma nova técnica, buscando mesclar o que cada técnica propõe de melhor para atingir o objetivo final da soldagem MIG de alumínio. 9. REFERÊNCIAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DAS EMPRESAS DO SETOR NAVAL E OFFSHORE. Dados do Setor. Disponivel em: < Acesso em: 04 outubro SOARES, P. Pré-sal faz empresa mudarem de foco. Power - Petróleo,

22 21 eletricidade e energias alternativas, 27 setembro Disponivel em: < Acesso em: 29 setembro SINDICATO NACIONAL DA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO E REPARAÇÃO NAVAL E OFFSHORE. Sumário Executivo - Agosto Disponivel em: < Acesso em: 25 setembro SANTOS, T. F. Estudo sobre a abertura e estabilidade do arco MIG na soldagem de alumínio. Universidade Federal de Santa Catarina, p Dissertação (Mestrado em Engenharia). 5. SANTOS, T. F. Soldagem MIG com Corrente Alternada MIG CA. Universidade Federal de Santa Catarina, p Tese (Doutorado em Engenharia). 6. SILVA, R. H. G. Soldagem MIG/MAG em transferência metálica por curtocircuito controlado aplicada ao passe de raiz. Universidade Federal de Santa Catarina, p Dissertação (Mestrado em Engenharia). 7. GOHR JR, R. Novos métodos de controle da soldagem MIG/MAG. Universidade Federal de Santa Catarina, p Tese (Doutorado em Engenharia). 8. LUCAS, R. P. Sistema de Geração das Trajetórias de Soldagem para Manipulador Cartesiano visando a Indústria Naval. Univesidade Federal de Santa Catarina, p. 19. outubro Projeto de dissertação de Mestrado (Engenharia Mecânica). 9. ALCAN ALUMÍNIO DO BRASIL S/A. Manual de Soldagem. São paulo SILVA, C. L. M. Avaliação da Técnica de pulsação Térmica na soldagem de Alumínio. Universidade Federal de Uberlândia, p Tese (Doutorado em Engenharia). 11. TUTTLE, W. Understanding Aluminum Welding. Welding Journal, Vol.70, n. 2, Fevereiro PICKIN, C. G.; YOUNG, K. Evaluation of cold metal transfer (CMT) process for

23 22 welding aluminium alloy. Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 11, n. 5, BRUCKNER, J. Cold Metal Transfer Has a Future Joining Steel to Aluminum. Welding Journal, Vol.84, n. 6, Junho KIYOHARA, M.; YAMAMOTO, H.; HARADA, S. Melting characteristics of a wire electrode in the MIG-weldng of aluminum. Arc Physics and Weld Pool Behaviour, p NASCIMENTO, A. S. et al. Avaliação dos Métodos de Cálculo de Potência Elétrica em Soldagem a Arco e as Consequências sobre as Previsões geométricas, térmicas e metalúrgicas da junta. Soldagem e Inspeção, São Paulo, v. Vol.12, n. 2, p , junho CORRÊA, M. A. Diretrizes de projeto e qualificação metrológica de sistemas de medição de grandezas elétricas em processos de soldagem a arco. Universidade Federal de Santa Catarina, p dissertação (Mestrado em Engenharia). 17. SILVA, R. H. G.; DUTRA, J. C. MIG/MAG - Transferência Metálica por Curto- Circuito sob Controle da Forma de Onda da Corrente - Sistemas CCC e STT - Fundamentos. Soldagem e Inspeção, São Paulo, v. Vol.13, n. 2, p , abril/junho 2008.