PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARA SELEÇÃO DE PARÂMETROS DE PULSO PARA SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR EM CORRENTE PULSADA.

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1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARA SELEÇÃO DE PARÂMETROS DE PULSO PARA SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR EM CORRENTE PULSADA. Alexandre Saldanha do Nascimento Mestrando UFPA/CT/DEM Pass: Bom Jardim, 06 Pedreira CEP: Belém-Pa. Fone/FAX: (91) Antonio Carlos Duarte Dias Prof. CEFETPA - Mestrando UFPA/CT/DEM Belém-Pa. acdias@ufa.br Benedito Barbosa Macias Filho Graduando UFPA/CT/DEM Belém Pa. macias@globo.com Carlos Alberto Mendes da Mota Prof. Dr. UFPa/CT/DEM Camus Universitário do Guamá Belém Pa. cmota@ufa.br Resumo. A soldagem como rocesso de fabricação amlamente utilizado nos vários segmentos da indústria, vem exerimentando constante desenvolvimento em busca de resultados cada vez mais otimizados. Um grande avanço foi constatado a artir do desenvolvimento da soldagem com corrente ulsada que acarreta em várias vantagens quando comarada com o rocesso convencional, devido o adequado controle na transferência metálica. Neste trabalho estudou-se um rocedimento exerimental ara o levantamento dos arâmetros de ulso e de base ara o arame tubular de classe AWS E71T-1 de 1,2 mm de diâmetro e roteção gasosa de CO2, como metal base utilizou-se aço SAC 50. As soldagens automatizadas em simles deosição foram realizadas com uma fonte de soldagem multirocessos Digitec 600, interfaceada a um microcomutador que ermitia a aquisição de dados de corrente e tensão simultaneamente com a execução da soldagem. A seleção dos arâmetros foi realizada com base no critério da fusão que relaciona a combinação de arâmetros de ulsação ossíveis com um valor de corrente média esecificada. Os acotes oeracionais resultantes forneceram cordões de solda com geometria totalmente regular, e satisfatória estabilidade de arco. O desenvolvimento de acotes oeracionais em corrente ulsada ara diferentes tios de metal de adição e em várias bitolas, contribui ara a formação de um banco de dados que conseqüentemente auxilia na extinção de uma das grandes limitações que este rocesso enfrenta que é a falta de oularidade devido à dificuldade oeracional. Palavras-chave: Pulsada, Parâmetros, FCAW. 1. INTRODUÇÃO O rocesso de soldagem a arame tubular, FCAW, convencional ajustado no modo de transferência sray não ermite deosição do metal de solda fora de osição e em chaas finas. Estas limitações levaram a investigação científica ao desenvolvimento de métodos de soldagem alternativos e mais eficientes ara o controle dos arâmetros de soldagem, é o que afirmam Braga, 1997 e Mota, Deste modo, desenvolveu-se o controle da transferência metálica utilizando a corrente ulsada, ossível a artir da conceção das fontes eletrônicas ara a soldagem a arco voltaico.

2 Uma das características deste rocesso alternativo de soldagem é o aumento no número das variáveis de soldagem em relação ao rocesso convencional. Desta forma, os arâmetros a serem ajustados antes da oeração e monitorados durante a soldagem são a corrente de ulso (I), temo de ulso (t ), corrente de base (I b ) e temo de base (t b ), além da velocidade de alimentação do arame. Para uma dada alicação, neste modo de transferência o valor da corrente média de soldagem é semre inferior ao valor da corrente de transição obtida na soldagem convencional. A corrente média (Im) ara a soldagem em corrente ulsada é dada ela Equação (1). I m I t + Ibtb = (1) t + t b Inúmeros estudos científicos investigam os fenômenos relacionados à física do arco voltaico em corrente ulsada. Os mecanismos de destacamento da gota metálica são rincialmente ativados devido à ráida elevação da corrente de base aos níveis da corrente de ulso, que intensificam a ação das forças eletromagnéticas causadoras da constrição do filamento metálico que sustenta a gota à extremidade livre do arame em rocesso de fusão sob a ação do calor do arco voltaico, (Subramaniam et al 1998). Esta gota se destaca com um diâmetro referencialmente róximo ao diâmetro do arame eletrodo, caracterizando, geralmente, um arco suave e estável. 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Os exerimentos foram realizados utilizando o rocesso arame tubular com roteção gasosa e como metal de adição o da classe AWS E71T-1 com diâmetro de 1,2 mm, o gás de roteção utilizado foi 100% CO2 com vazão de 15 l/min, além de distância bocal eça de 15 mm. As soldagens automáticas em simles deosição foram realizadas sobre chaas de aço SAC 50, com 4,8 mm de esessura, comrimento de 300 mm e 50 mm de largura. Para isso utilizou-se uma fonte eletrônica de soldagem multirocessos modelo DIGITEC 600 interfaceada a um microcomutador que fornece oscilogramas de tensão e corrente de soldagem simultaneamente com a execução das soldas. A determinação de um acote oeracional otimizado ara soldagem com corrente ulsada consiste na realização de cálculos de arâmetros a artir de resultados exerimentais e de equações disoníveis na literatura e que encontram-se descritas nos tóicos seguintes. Estas equações fornecem como resultado os arâmetros de destacamento. 2.1 Métodos Utilizados ara Determinar a Corrente de Transição Para determinar o valor da corrente de transição, inicialmente com a fonte de soldagem ajustada no modo tensão constante, devem ser selecionados arbitrariamente alguns valores de velocidade de alimentação de arame que ara o resente trabalho foram 5.5, 6.5, 7.5, 8.5, 9.5, e 10.5 m/min. A execução de cada exerimento será definida a artir de um valor mínimo da tensão de soldagem, nas condições estabelecidas, caaz de garantir a transferência da gota metálica no modo curto-circuito. A seguir, o valor da tensão assa a ser aumentado rogressivamente até atingir um valor que define claramente a assagem ara um novo modo de transferência da gota metálica, ou seja, o modo em sray. Os aumentos rogressivos da tensão de soldagem imlicam também, neste caso, em aumentos do comrimento do arco, haja vista que no modo tensão constante, a manutenção da velocidade de alimentação do arame no valor inicialmente ajustado combinada com a elevação do valor da tensão de soldagem acarretam na elevação da taxa de fusão do arame. A caracterização da transição do modo de transferência curto-circuito ara globular e deste ara o sray foi estabelecida or dois critérios. O rimeiro critério foi a artir de minuciosas observações sobre a evolução do comortamento dinâmico do arco e, o segundo, com o auxílio de software de aquisição e rocessamento de dados que fornece os oscilogramas dos valores instantâneos da tensão e da corrente de soldagem.

3 A metodologia exerimental estabelecia que no instante em que o modo de transferência metálica era alterado de globular ara sray, interromia-se o acréscimo da tensão de soldagem, ois ara este onto estava caracterizado o valor da corrente de transição. Desta forma, os gráficos gerados elo rograma Oscilos 4 devem ser gravados, ara osterior análise. A Figura 1 mostra um oscilograma tíico de Tensão x Temo onde o destacamento da gota é indicado elo ico de tensão Pico de tensão indicando destacamento da gota. Tensão (V) Temo (ms) Figura 1 - Oscilograma Tensão x Temo ara V a = 10,5m/min Para cada valor estabelecido na velocidade de alimentação de arame obtem-se a corrente de transição corresondente. Adotaram-se os valores médios da corrente de transição, Im., obtidos de uma série de exerimentos na mesma velocidade. Estes valores médios serão então correlacionados graficamente com as velocidades de alimentação de arame corresondentes, fornecendo uma relação linear que ossibilitou a determinação do fator de fusão m (Burnoff factor), utilizado no critério de fusão desenvolvido or Amim et al (1983). A Equação (2) reresenta a equação da reta que relaciona a corrente média com a velocidade de alimentação do arame. Im = mv a + K (2) Onde: Im é a corrente média (A); V a é a velocidade de alimentação do arame (m/min); m é o fator de fusão (A/m/mim), ou seja o coeficiente angular da reta; K é o interceto, (A), que aresenta o valor zero ara as características que assam ela origem. Esta relação entre a corrente média e a velocidade de alimentação deende do tio e do diâmetro do arame e do gás de roteção. A Figura 2 mostra o gráfico Im x V a com os resectivos valores de velocidade de alimentação de arame, da qual odemos obter a equação da curva e consequentemente o valor de m que é o fator de fusão.

4 Corrente (A) V a (m/min) Figura 2 Gráfico da taxa de fusão ou fator Burn off 2.2- Métodos Utilizados ara Determinação do Temo Modal A metodologia exerimental adotada ara aquisição dos dados instantâneos da tensão e da corrente de soldagem, através do rograma Oscilos 4, ossibilitou a verificação do intervalo de temo entre sucessivos destacamentos, os quais são reresentados elos icos de tensão. Embora o temo entre um destacamento e outro varie, o intervalo de destacamento médio é aroximadamente constante e ode ser estimado elo temo de destacamento modal (T m ) o qual ossui a maior freqüência de distribuição (Rajasekaran et al, 1998 e Nixon et al, 1988) como mostra a Figura 3. O rograma Oscilos 4 é uma ferramenta também auxiliar ara a confirmação da maior incidência de intervalos de temo entre destacamentos consecutivos da gota metálica Tm HISTOGRAMA 300 Ocorrência Temo modal (ms) Figura 3 Histograma de temo modal ara V a =10,5 m/min Métodos Utilizados ara Determinar o Volume Modal. O volume modal reresenta o volume assumido ela gota destacada. Quando este é relacionado com vários valores da corrente média, que varia com a velocidade de alimentação do arame ode-se observar graficamente a mudança do comortamento da transferência metálica em regime globular ara o sray, caracterizada ela alteração da inclinação da curva. O volume modal deve ser calculado ara cada valor de velocidade de alimentação de arame estiulado inicialmente, onde este cálculo deve ser realizado a artir dos valores do temo modal obtidos nos histogramas e utilizando-se a Equação (3).

5 2 d V a T v = π m 240 (3) Onde: ν = volume modal [mm 3 ]; Tm = temo modal [ms]; d = diâmetro do arame-eletrodo [mm]; V a = velocidade de alimentação do arame [m/min]; 2.4- Métodos ara Determinar o Parâmetro de Destacamento De osse dos valores do temo modal (T m ) e do volume modal (ν), assim como, da corrente média (Im) deve-se traçar gráficos Im x ν e Tm x ν, como os aresentados nas Figuras 4 e 5 resectivamente. O diâmetro do arame é então estabelecido como referência ara o volume inicial da gota, no entanto, no resente trabalho adotou-se o diâmetro da gota 20% inferior ao diâmetro do arame, ou seja, 0,96 mm que fornece o volume de 0,463 mm 3, em seguida determina-se os valores de corrente e do temo nos gráficos das Figuras 4 e 5. Os valores encontrados nos gráficos foram utilizados na Equação (4) ara determinarmos o arâmetro de destacamento. 2,3 t I D (4) = Onde: t é Temo de ulso; I é a corrente de ulso; D é o arâmetro de destacamento. 1, Volume modal (mm 3 ) 0,5 Temo modal (ms) Corrente (A) 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Volume modal (mm 3 ) Figura 4 Gráfico Corrente média x Volume modal. Figura 5 Gráfico Volume modal x Temo modal. Nesta equação, os valores estabelecidos ara a corrente e o temo de ulso foram os mesmos valores de T m e I m Métodos ara Determinar os Parâmetros de Pulsação Os referidos arâmetros de ulsação são: a corrente e temo de duração no ulso, corrente e temo de duração na base. A artir do arâmetro de destacamento D, mostrado acima, estabeleceu-se arbitrariamente um valor ara o temo de ulso e obteremos o valor ara a corrente de ulso, considerando uma determinada velocidade do arame. Os valores do eríodo de destacamento devem ser calculados ara cada velocidade de alimentação de arame, através da Equação (5).

6 T 240 v = 2 π d g V a (5) Onde: T é o eríodo de destacamento (ms); νg é o volume da gota (mm 3 ). Conhecidos o eríodo de destacamento (T) e o temo de ico (t ), torna-se ossível determinar o valor ara o temo de base através da Equação (6) abaixo: T = t + t b (6) Para determinarmos o valor de corrente de base foi utilizada a equação da corrente média que é dada ela equação (1), que aós tratamento matemático ara o isolamento do valor de I b, tornou-se: I b = Im ( I b + I t b ) I t (7) 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Do gráfico de corrente média versus velocidade de alimentação de arame (Figura 2), obteve-se o valor da taxa de fusão m que é o coeficiente angular da reta regida ela Equação (8). Im = 15,3 V a + 71,1 (8) Dos gráficos (Im x ν e T m x ν), Figuras 4 e 5 resectivamente, ode-se determinar o temo de ulso e a corrente de ulso, e com estes valores adquiridos determinamos o arâmetro de destacamento utilizando a Equação (4), então: D = 2,78 x 229 2,3 D = ,7 A 2,3 s A determinação do arâmetro de destacamento é essencial ara avaliar a limitação da corrente de ico(i ) e do temo de ico (T ) segundo as afirmações de Rajasekaran et al (1998). A artir do valor do arâmetro de destacamento, torna-se ossível calcular os arâmetros de ulso, ou seja, a corrente e o temo de ulso e a corrente e o temo de base, de acordo com a velocidade de alimentação de arame de referência, esta combinação de arâmetros, também chamada de acote oeracional está aresentada na Tabela 1 ara um volume de gota igual a 0,463 mm 3. Tabela 1. Parâmetros de ulso ara a soldagem com FCAW Pulsado. Va (m/min) Tico (ms) Iico (A) Tbase (ms) Ibase (A) 5,5 1, ,7 33 6,5 1, ,3 58 7,5 1, ,5 1, , ,5 1, , ,5 0, ,4 171

7 Eventualmente odem ocorrer instabilidades durante a execução da solda, isto acontece devido à necessidade de um adequado ajuste no comrimento do arco através de equenas alterações no valor da corrente de base. No resente trabalho foi estabelecido um comrimento de arco de 5 mm, ou seja um terço da distância bocal eça que era de 15 mm. A Figura 6 mostra um oscilograma tíico de tensão ara o rocesso arame tubular com roteção gasosa em corrente ulsada, no mesmo ode-se observar que ocorre com maior incidência o destacamento de uma gota or ulso caracterizado elos icos de tensão. A Figura 7 aresenta um oscilograma tíico de corrente ara o mesmo intervalo de temo do oscilograma de tensão Pico de tensão indicando destacamento de gota Tensão (V) 20 Corrente (A) Temo (ms) Temo (ms) Figura 6 Oscilograma de tensão ara Va=5,5m/min. Escala eixo X=10 ms/div. Figura 7 Oscilograma de corrente ara Va=5,5m/min. Escala eixo X=10 ms/div. No oscilograma de tensão aresentado na Figura 6, verifica-se que também ocorre o destacamento de duas gotas or ulso. No entanto, os eventuais dulos destacamentos não configuraram como rejudiciais à qualidade do asecto visual do cordão de solda que é mostrado na Figura 8, ois o mesmo aresentou geometria regular, além da inobservância de salicos. 4. CONCLUSÃO A soldagem com o rocesso Arame Tubular com roteção gasosa, aesar de utilizar CO 2 como gás de roteção, ermite alcançarmos a transferência metálica do tio sray, devido às características do fluxo que ermite tal benefício, o que não é observado, or exemlo, no rocesso MAG que utiliza o mesmo gás de roteção. A caracterização da transferência do tio sray é fundamental ara determinarmos os valores de corrente de ulso em níveis acima da corrente de transição, garantindo volumes de gota equenos e conseqüentemente satisfatória estabilidade de arco, mesmo em baixos valores de corrente média. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) ela concessão de bolsas de estudo e esquisa. 6. REFERÊNCIAS Amim, M., 1983, Pulse Current Parameters for Arc Stability and Controlled Metal Transfer in Arc Welding, Welding Journal, May,

8 Rajasekaran, S., Kulkarni, S. D., Mallya, U. D. and Chaturvedi, R. C., 1998, Drolet Detachment and Plate Fuion Characteristics in Pulsed Current Gas Metal Arc Welding, Welding Journal, June,. 254-s 269-s. French, I. E. and Bosworth, M. R., 1995, A Comarison of Pulsed and Conventional Welding with Basic Flux Cored and Metal Cored Welding Wires, Welding Journal, June,. 197-s 205-s. Braga, E. M., 1997, Soldagem a Arame Tubular Autorotegido em Corrente Pulsada, Dissertação de Mestrado, UFPA, Belém Pa. Mota, C. A. M., 1998, Níquel e Manganês como Controladores da Tenacidade na Soldagem com Arames Tubulares Autorotegidos, Tese de Doutorado, UFSC, Florianóolis SC. Subramaniam, S., White, D.R., Jones, J.E. & Lyons, D., 1998, Drolet Transfer in Pulsed Gas Metal Arc Welding of Aluminum, Welding Journal, November, Nixon, J.H. & Norrish, J., 1988, Determination of Pulsed MIG Process Parameters, Synergic MIG Sulement from Welding & Metal Fabrication, EXPERIMENTAL PROCEDURE FOR SELECTION OF PARAMETERS OF PULSE FOR WELDING WITH FCAW IN PULSED CURRENT. Alexandre Saldanha do Nascimento UFPA/CT/DEM salnas@bol.com.br Antonio Carlos Duarte Dias CEFETPA - UFPA/CT/DEM Belem-Pa- Brazil. acdias@ufa.br Benedito Barbosa Macias Filho UFPA/CT/DEM Belem Pa - Brazil. macias@globo.com Carlos Alberto Mendes da Mota UFPa/CT/DEM - Belem Pa - Brazil. cmota@ufa.br Abstract. In this work was studied a exerimental rocedure to determinate the arameters of base and ulse using a 1,2 mm diameter flux cored wire of the class AWS E71T-1 and CO 2 as shielding gas, how base metal, were used a SAC-50 Steel Plates. The automatized weldings by bead on late were carried out with a multirocess ower suly, lugged to a microcomuter which ermitted get simultaneously data of current and voltage during the welding. The arameters selection was made with base in the burnoff criterion which link the ulse arameters combination with one average current amount established. The oerational acks resulting rovide weld beads with a totally regular geometry, and satisfactory arc stability. The develoment of oerational acks on ulsed current to different kinds of filler metal and several diameters, contributed to create database which consequently helful to finish with one of great limitations that this rocess defy, which is the unoularity due to oerational difficulties. Keywords. Pulsed, Parameters, FCAW.