soldagem na posição inclinada

8/18/2019 Soldagem na posição inclinada

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PROJETO, CONSTRUÇÃO E AVALIAÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA A

SOLDAGEM AUTOMATIZADA NA POSIÇÃO HORIZONTAL

VALMIR PAULO DE MORAIS NETO

GOIÂNIA2013


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Trabalho de conclusão do curso Superior de

Tecnologia em Manutenção Eletromecânica

Industrial, apresentado ao Instituto Federal de

Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, sob

a orientação do professor Dr. Aldemi CoelhoLima, para a obtenção do título de Tecnólogo

em Manutenção Eletromecânica Industrial.

GOIÂNIA

2013


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Morais Neto, Valmir Paulo, 1990 -.

Projeto, Construção e Avaliação de um Dispositivo para a SoldagemAutomatizada na Posição Horizontal./ Valmir Paulo de Morais Neto – Goiânia: IFG, 2013. 62f. : il.: 29,7cm

Orientador: Dr. Aldemi Coelho LimaTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação) ao Instituto Federal deEducação, Ciência e Tecnologia de Goiás, curso Superior deTecnologia em Manutenção Eletromecânica Industrial, 2013.

1. Soldagem. 2. Posição. 3. Horizontal. I. Lima, Aldemi Coelho. II.Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, cursoSuperior de Tecnologia em Manutenção Eletromecânica Industrial.III. Título


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Trabalho de conclusão do curso Superior de

Tecnologia em Manutenção Eletromecânica

Industrial, apresentado ao Instituto Federal de

Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, sob a

orientação do professor Dr. Aldemi Coelho

Lima, para a obtenção do título de Tecnólogo

em Manutenção Eletromecânica Industrial.

Banca examinadora

__________________________________________________Orientador: Dr. Aldemi Coelho Lima - IFG

__________________________________________________

Prof. Dr. Ildeu Lúcio Siqueira – IFG

__________________________________________________

Prof. Dr. Eider Lúcio de Oliveira - IFG

Goiânia, ____ de ___________________de 2013


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“Faça as coisas o mais simples possível, mas não as mais simples!”

(Albert Einstein).


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A Deus

À minha mãe

À minha família


7/62

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por ter me dado força e disposição para conseguir terminar mais essa

etapa da minha vida.

Agradeço à minha mãe por sempre cuidar de mim e ser sempre meu braço direito nos

momentos alegres e tristes.

Agradeço à minha família que sempre me apoiou.

Agradeço ao meu orientador, Prof. Aldemi Coelho Lima, juntamente com todo o corpo

de professores do curso, pelo esmero no ensino, bem como, aos funcionários da coordenação

de Mecânica, em especial à Fátima, pela dedicação e prontidão no auxilio e orientação aos

alunos.Aos alunos de iniciação cientifica do curso de Engenharia Mecânica, Flávio Pinheiro,

Lara Inácio, Larissa Brito e Silane Neves pelo auxílio na realização dos testes.

Agradeço aos meus colegas de turma por perseverarem juntamente comigo até o fim.


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SUMÁRIO

RESUMO 9

ABSTRACT 10LISTA DE FIGURAS 11LISTA DE TABELAS 13LISTA DE SIGLAS 14CAPÍTULO I – Introdução 15CAPÍTULO II – Revisão Bibliográfica 17

2.1. Soldagem MIG/MAG 172.1.1. Parâmetros 17

2.1.1.1. Tensão do Arco 17

2.1.1.2.

Taxa de alimentação do arame 182.1.1.3. “ stick-out ” 182.1.1.4. Inclinação da tocha de soldagem 182.1.1.5. Velocidade da Soldagem 19

2.1.2. Tipos de transferência metálica 192.1.2.1. Transferência por curto-circuito 202.1.2.2. Transferência globular 202.1.2.3 Transferência por “ spray”, ou pulverização axial. 20

2.1.3. Equipamentos 212.1.4. Consumíveis 21

2.2. Soldagem por Arame Tubular 222.2.1. Parâmetros 232.2.2. Transferência metálica 232.2.3. Equipamentos 24

2.3. Posições de Soldagem 262.3.1. Posição plana 262.3.2. Posição vertical 262.3.3. Posição sobrecabeça 272.3.4. Posição horizontal 27

2.4. Energia de Soldagem 27CAPÍTULO III – Projeto do Dispositivo 283.1. Metodologia do projeto 283.2. Desenho 3D 293.3. Referências de dimensionamento 31

3.3.1. Base 313.3.1.1. Apoio da base 31

3.3.2. Coluna e Articulação 323.3.3. Chapa de fixação da peça a soldar 33

3.3.3.1. Fixador 34CAPÍTULO IV – Construção do Dispositivo 35

4.1. Ferramentas 35


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4.2. Materiais 364.3. Procedimentos 36

4.3.1. Base 364.3.1.1. Apoio da base 37

4.3.2. Coluna 384.3.3. Articulação 38

4.3.3.1. Usinagem da graduação 394.3.4. Chapa de fixação da peça a soldar 39

4.3.4.1. Fixador 414.3.5. Montagem 42

CAPÍTULO V – Avaliação do Dispositivo 445.1. Equipamentos 44

5.1.1. Fonte de soldagem 44

5.1.2. Tocha de soldagem 455.1.3. Bancada de Soldagem 455.1.4. Sistema de aquisição de sinais 45

5.2. Materiais 475.3. Consumíveis 47

5.3.1. Consumíveis para processo MIG/MAG 475.3.2. Consumíveis para processo Arame Tubular 47

5.4. Procedimentos experimentais 475.4.1. Ensaio com MIG/MAG 475.4.2. Ensaio com Arame Tubular

52CAPÍTULO VI – Conclusões 56CAPÍTULO VII – Propostas para trabalhos posteriores 58Referências 59


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RESUMO

A realização de soldagens fora da posição plana depende do posicionamento adequado da

tocha de soldagem, bem como das peças a serem soldadas. O objetivo deste trabalho é projetar, construir e avaliar a eficácia de um dispositivo capaz de dispor uma peça nas

posições plana e horizontal em plano inclinado, visando a soldagem nessas posições. O

trabalho é, portanto, a etapa inicial de uma linha de pesquisa que será desenvolvida visando à

aplicação de solda de revestimento duro em camisas de moendas de usinas de açúcar e álcool,

onde as soldas são aplicadas na posição horizontal em plano inclinado de 20°. O projeto foi

realizado utilizando softwares de desenhos 2D ( AutoCAD) e 3D (SolidWorks). O dispositivo

foi construído com chapas de aço carbono SAE 1010/1020, onde, na construção, aplicaram-sediversos processos de fabricação mecânica como soldagem, furação, fresagem, etc. Foram

realizados ensaios para avaliar a funcionalidade do dispositivo na soldagem com os processos

MIG/MAG, utilizando arame AWS ER70S-6 com diâmetro de 1,2mm, e Arame Tubular

utilizando arame AN 4601 com diâmetro de 1,6mm. Os ensaios foram efetuados variando-se a

tensão, a velocidade de alimentação, a velocidade de soldagem e o ângulo de inclinação da

tocha. Verificou-se que tanto a fixação do dispositivo na bancada, a precisão no controle do

ângulo de inclinação da peça, quanto à capacidade do dispositivo em manter a peça fixa sem permitir o deslizamento por gravidade foram satisfatórios, razão pela qual o mesmo pode ser

indicado para o seu uso em trabalhos posteriores.

Palavras-chaves: Soldagem. Posição Horizontal. Arame Tubular. MIG/MAG.


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ABSTRACT

The performance of welding position outside the plane depends on the correct positioning

of the welding torch and the parts to be welded. The objective of this work is to design,

construct and evaluate the effectiveness of a device capable of dispose a piece horizontally

with an inclination of 20°, in this position with a view to welding. The work is thus the initial

stage of a research line, which will be developed aiming at application soldering hard

coating in shirts milling about in mills sugar and alcohol, where welds are applied

horizontally on an inclined plane. The project was carried out using software 2D drawings

(AutoCAD) and 3D (SolidWorks). The device was constructed with carbon steel plates SAE

1010/1020, where, in the construction, were applied various mechanical manufacturing

processes such as welding, hole drilling, reaming, etc. Tests were performed in order to

evaluate the functionality of the device in the welding MIG/MAG, using wire AWS ER70S-6

with a diameter of 1,2mm, and Flux Cored Arc Welding, using wire AN 4601 with a diameter

of 1,6mm. The tests were conducted varying the voltage, the feeding speed of, the welding

speed and the angle of inclination of the torch. It was found that the attachment of the device

the workbench, the precise control of the angle of inclination of the part, and the ability of the

device to maintain the fixed part without allowing slippage by gravity were satisfactory, why

the device is indicated for use in later works.

Keywords: Welding. Horizontal Position. Tubular Wire. MIG/MAG.


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LISTA DE FIGURAS

N° da figura Descrição Página

Figura 2.1 Inclinação da tocha de soldagem 18

Figura 2.2 Modos de transferência metálica 19

Figura 2.3 Equipamento básico pra soldagem MIG/MAG 21

Figura 2.4 Representação esquemática das variantes do processo Arame Tubular:a) autoprotegido; b) com proteção gasosa.

23

Figura 2.5 Transferência metálica na soldagem com arame tubular. Arames: (a)

“metal cored”; ( b) Rutílico; (c) Básico e (d) Autoprotegido

24

Figura 2.6 Ângulos limites para cada posição de soldagem 25

Figura 3.1 Esquema ilustrando altura máxima (a) e mínima (b) de ajuste datocha.

29

Figura 3.2 Desenho 3D. (a) apoio da base; (b) base e colunas 29

Figura 3.3 Desenho 3D. Suporte de fixação da peça a ser soldada e articulação 30

Figura 3.4 Desenho 3D. Fixador. (a) base do fixador; (b) garra 30

Figura 3.4 Desenho 3D. Montagem do dispositivo 30

Figura 3.6 Medidas da base 31

Figura 3.7 Medidas do apoio da base 31

Figura 3.8 Dimensões das colunas de sustentação 32

Figura 3.9 Dimensões da articulação 32

Figura 3.10 Medidas da chapa de fixação da peça a ser soldada 33

Figura 3.11 Garra 34

Figura 3.12 Base do Fixador 34Figura 4.1 (a) Fonte de soldagem Picola 400; (b) Fresadora universal ROMI U-

30.35

Figura 4.2 (a) Serra Mecânica Alternativa; (b) Furadeira. 35

Figura 4.3 Identificação das peças utilizadas na construção do dispositivo 37

Figura 4.4 Apoio da base 38

Figura 4.5 Articulação com graduação usinada 39

Figura 4.6 Chapa de fixação da peça a soldar destacando o pino de referência 40


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Figura 4.7 Vista inferior do suporte de fixação da peça a soldar 40

Figura 4.8 Fixador. 1 – Garra; 2 – Guia da mola; 3 – Articulação; 4 – Base dofixador; 5 – Mola.

42

Figura 4.9 Dispositivo montado 43Figura 5.1 Fonte de soldagem 44

Figura 5.2 Equipamentos da bancada de soldagem 46

Figura 5.3 Componentes do sistema de aquisição 46

Figura 5.4 Testes realizados com tensão de 21V, Valim de 3,4 e 5m/min 48



Figura 5.7 Oscilograma de tensão e corrente MIG/MAG. Teste utilizando tensão (U) de25V, Valim de 5m/min e Vsold de 30 cm/min

50

Figura 5.8 Testes realizados com tensão de 25V, Valim 5m/min e Vsold 30, 40 e50cm/min

50

Figura 5.9 Variação do ângulo da tocha em relação à peça 51

Figura 5.10 Testes realizados com tensão de 25V, Valim 5m/min e Vsold 30 52

Figura 5.11 Cordões obtidos nos ensaios com arame tubular variando a velocidade desoldagem .

53

Figura 5.12 Aplicação de chapisco em moenda de cana de açúcar. a) soldagem; b)detalhe do resultado da soldagem

54

Figura 5.13 Oscilograma de tensão e corrente AT. Teste utilizando tensão (U) de 35V,Valim de 10m/min e Vsold de 60 cm/min (Teste 03)

55


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LISTA DE TABELAS

N° Descrição PáginaTabela 4.1 Materiais, dimensões e quantidades das peças utilizadas na construção do

dispositivo.36

Tabela 4.2 Materiais, dimensões e quantidades das peças que compõem o fixador. 41

Tabela 5.1 Testes variando velocidade do arame 48

Tabela 5.2 Testes variando a velocidade de soldagem 50

Tabela 5.3 Teste variando o ângulo da tocha de soldagem 51

Tabela 5.4 Testes com processo Arame Tubular variando a velocidade de soldagem 53

Tabela 5.5 Cálculo da energia de soldagem 55


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LISTA DE SIGLAS

A = Ampere

ASME = American Society of Mechanical Engineers

AT = Arame Tubular

AWS = American Welding Society

CC = Corrente contínua

CC+ = Corrente contínua eletrodo positivo

CC- = Corrente contínua eletrodo negativo

DBCP = Distância bico de contato-peça

DDAT = Dispositivo de deslocamento automático da tocha

ER = Eletrodo revestidoFCAW = Flux-Cored Arc Welding

fpp = fios por polegada

GMAW = Gas Metal Arc Welding

IFG = Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás

Im = Corrente média

MAG = Metal Active Gas

MIG = Metal Inert Gas

SAE = Society of Automotive Engineers

SAP = Sistema de Aquisição PortátilTIG = Tungsten Inert Gas

Um = Tensão média

V = Volt

Valim = Velocidade de alimentação do arame

Vsold = Velocidade de soldagem


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CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO

Segundo Wainer et al (2004), soldagem é o processo de união entre duas partes metálicas

usando uma fonte de calor, com ou sem aplicação de pressão, enquanto a solda é o resultado

desse processo. Apesar de o arco elétrico ter sido desenvolvido no século XIX, a soldagem

teve seu grande impulso durante a II Guerra Mundial, com a fabricação de navios e aviões

soldados.

A vantagem da soldagem, em relação aos demais processos de união, tais como a

colagem, parafusagem e rebitagem, está na sua simplicidade e economia, uma vez que a

execução das juntas soldadas requer quantidades relativamente pequenas de material

(PESSOA, 2007).

Os processos de soldagem têm um amplo campo de aplicação, incluindo, entre outros, a

construção naval, estruturas civis, vasos de pressão, tubulações, equipamentos diversos,

usinas hidrelétricas, ferrovias e componentes nucleares. A soldagem pode ser aplicada

também em serviços de reparo e manutenção, como o enchimento de falhas em fundidos,

reparos de trilhos, depósitos superficiais de alta dureza na recuperação de ferramentas, dentre

outras aplicações (HORMEU, 2008).

Dentre os diversos processos de soldagem existentes foram utilizados dois, o processo

Metal Inert Gas / Metal Active Gas (MIG/MAG), que é amplamente utilizado por apresentar

uma vantagem conjugada entre produtividade, flexibilidade e facilidade de automação,

mantendo a vanguarda na soldagem a arco (SILVA, 2005), e o processo de soldagem com

Arame Tubular (AT), o qual reúne as melhores características da soldagem com eletrodos

revestidos e a flexibilidade da soldagem MIG/MAG (AWS, 1991).A realização de soldagens fora da posição plana, tanto para a realização de atividades

acadêmicas e trabalhos de pesquisa, quanto para a aplicação industrial dos processos depende

do posicionamento adequado da tocha de soldagem, bem como das peças a serem soldadas.

Para o desenvolvimento de pesquisas em soldagem na posição horizontal, no laboratório de

soldagem do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás (IFG) – Campus

Goiânia, já é possível fixar e posicionar a tocha no sistema de deslocamento automático

presente na bancada de soldagem. Entretanto, o posicionamento da peça depende, ainda, da


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construção de um dispositivo que permita, tanto fixar a peça, quanto ajustar com precisão os

ângulos determinados para a soldagem na posição horizontal.

O objetivo deste trabalho é, portanto, construir um dispositivo de fixação da peça a ser

soldada onde seja possível também a variação de seu ângulo, e avaliar o funcionamento deste

dispositivo durante o funcionamento do processo de soldagem.

Este trabalho se refere à etapa inicial de uma pesquisa que será desenvolvida visando à

aplicação de soldas de revestimentos duros em camisas de moendas em usinas de açúcar e

álcool, quando as soldas são aplicadas na posição horizontal em plano inclinado de 20°,

procurando diminuir os desperdícios decorrentes desse processo, buscando parâmetros de

soldagem que ofereçam uma solda de melhor qualidade com maior rendimento e menos

perdas, obtendo assim uma melhor relação custo benefício.Este trabalho está dividido em oito capítulos, se tratando este, o primeiro da introdução.

O capítulo 2 apresenta uma breve revisão bibliográfica com os principais conceitos

necessários para o bom entendimento do trabalho. No capítulo 3 são mostrados os detalhes do

projeto e no capítulo 4 da construção do dispositivo, tais como, desenhos e fotos, dimensões

das chapas utilizadas na construção, máquinas e equipamentos utilizados na fabricação do

dispositivo. No capítulo 5 tem-se a metodologia utilizada nos ensaios realizados já com o

dispositivo construído, a fim de verificar sua eficácia, onde são apresentados os materiais,consumíveis e procedimentos utilizados. O capítulo 6 apresenta as conclusões obtidas a partir

dos testes realizados. O capítulo 7 mostra algumas propostas para trabalhos posteriores e por

fim a bibliografia utilizada na realização do trabalho.


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CAPÍTULO II

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A seguir tem-se uma revisão bibliográfica apresentando conceitos importantes para

melhor entendimento do trabalho, dentre os quais: soldagem MIG/MAG, soldagem Arame

Tubular, posições de soldagem e transferência metálica.

2.1. Soldagem MIG/MAG

A soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert Gas e MAG – Metal Active Gas), também

conhecida como soldagem por arco elétrico com gás de proteção (GMAW – Gas Metal Arc

Welding ), segundo Fortes (2004) ocorre com o estabelecimento de um arco elétrico entre a

peça e um consumível na forma de arame. O arco funde o arame à medida que este é

alimentado continuamente à poça de fusão. A proteção do metal de solda é feita pelo fluxo de

um gás (ou mistura de gases) inerte ou ativo.

O processo funciona com corrente contínua (CC), normalmente com o arame no pólo

positivo (CC+). Essa configuração é conhecida como polaridade reversa. A polaridade direta

(eletrodo negativo ou CC-) é raramente utilizada por causa da transferência deficiente dometal fundido do arame de solda para a peça. São comumente empregadas correntes de

soldagem de 50A até mais que 600A e tensões de soldagem de 15V até 32V. Um arco elétrico

autocorrigido e estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante e com um

alimentador de arame de velocidade constante (FORTES, 2005).

2.1.1. Parâmetros

A partir do arco elétrico gerado no processo MIG-MAG certas características sãoobservadas na transferência de metal do eletrodo para a poça de fusão, sendo os fatores que

mais influenciam os modos de transferência:

2.1.1.1. Tensão do Arco

Um aumento na tensão (a qual leva a um aumento no comprimento do arco), com as

outras variáveis mantidas constantes, proporcionará alargamento e achatamento do cordão de

solda, aumento da largura de fusão e aumento do aporte térmico que resultará em um aumento

do tamanho da zona termicamente afetada (ZTA). Uma tensão de soldagem muito alta poderá

causar porosidades, respingos e mordeduras, enquanto uma tensão muito baixa tenderia a


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18

estreitar o cordão de solda e aumentar a altura do reforço do cordão (GIMENES e

RAMALHO, 2012).

2.1.1.2.

Taxa de alimentação do arame

Se forem mantidas constantes todas as demais variáveis de soldagem, o aumento na

velocidade de alimentação do arame (que leva a um aumento da corrente) irá causar aumento

na profundidade e largura de penetração, aumento na taxa de deposição e aumento do cordão

de solda (UnB, 2012).

2.1.1.3. “ stick-out ”

Segundo Quites (2002), define-se como extensão livre do eletrodo, distância do bico decontato à peça (DBCP) ou “ stick-out ” a distância entre a extremidade do bico de contato e a

extremidade do arame em que começa o arco elétrico, trata-se do comprimento energizado do

arame. Com o aumento da DBCP e mantidos fixos todos os outros parâmetros há, conforme

Ferreira Filho e Ferraresi (2006), uma diminuição no valor da corrente de soldagem.

2.1.1.4. Inclinação da tocha de soldagem

A posição da tocha em relação à direção de avanço pode afetar consideravelmente ageometria do cordão, A posição de solda para frente (puxado) resulta em um cordão com

pouca penetração, mas bastante largo, a posição de solda para trás (empurrado) resulta em um

cordão bastante estreito e com maior penetração, já a posição de solda perpendicular à peça

proporciona um cordão com largura e penetração médias, como pode ser visto na Figura 2.1

(UnB, 2012).

FIGURA 2.1 – Inclinação da tocha de soldagem (QUITES, 2002).


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2.1.1.5. Velocidade da soldagem

A velocidade de soldagem é a relação entre o caminho percorrido pelo arco ao longo da

peça e o tempo gasto para percorrê-lo, sendo responsável por controlar o tamanho do cordão e

a penetração. É uma variável independente da intensidade da corrente. Em soldas de um único

passe, a corrente e a velocidade devem ser escolhidas para se obter o tamanho do cordão

desejado. A penetração aumenta e depois diminui com o aumento da velocidade de soldagem,

sendo máxima para velocidades intermediárias, isso se dá devido ao fato de que em

velocidades muito baixas, a quantidade de material de solda depositado aumenta, a poça de

fusão fica com dimensões elevadas e o calor do arco atua mais na poça e não no metal de

base, fazendo com que a penetração seja baixa. Entretanto quando a velocidade é muito alta, a

quantidade de calor transferida é reduzida fazendo com que haja uma diminuição na penetração (ASM, 1993).

Velocidades excessivamente elevadas diminuem a ação de “molhar” ou de caldear,

aumentando a tendência à mordedura e ao apagamento do arco, propiciando o surgimento de

porosidade e trinca. Uma baixa velocidade de soldagem tende a reduzir a porosidade, porque

o material gasoso pode flutuar e escapar da solda ainda no estado líquido (WAINER et al ,

2004).

2.1.2. Modos de transferência metálica

Dados esses fatores pode-se afirmar que de uma forma simplificada tem-se três modos de

transferência em soldagem MIG/MAG, transferência por curto-circuito, transferência globular

e transferência por “ spray” ou goticular (Figura 2.2):

FIGURA 2.2 – Modos de transferência metálica (BOXER, 2012).


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2.1.2.1. Transferência por curto-circuito

Conforme Wainer et al (2004), a transferência por curto circuito ocorre para eletrodos

nus e diâmetros pequenos (0,8mm a 1,2mm), para valores de correntes menores que na

transferência globular e para qualquer tipo de gás de proteção. A gota que toca a poça de

fusão forma um curto circuito, sendo puxada para a poça de fusão pela tensão superficial

dessa e, por isso, esse modo de transferência é adequado para a soldagem em todas as

posições. A quantidade de calor na peça é bem menor que em outros modos de transferência,

sendo assim recomendada na soldagem de chapas finas.

Segundo Marques et al (2005), esse modo de transferência é caracterizado por uma

grande instabilidade no arco, podendo apresentar intensa formação de respingos, a qual pode

ser limitada pela seleção adequada dos parâmetros de soldagem e pelo ajuste da indutância nafonte de energia de modo a obter-se curtos circuitos mais suaves.

2.1.2.2. Transferência globular

Em CC+ a transferência globular toma lugar com níveis baixos de corrente, independente

do tipo de gás de proteção. Utilizando proteção com gás CO2 esse tipo de transferência ocorre

com alta intensidade de corrente utilizável. Na transferência globular as gotas fundidas são

axialmente dirigidas à peça podendo ser obtida em uma atmosfera gasosa substancialmenteinerte (teores de CO2 menores que 5%). O comprimento do arco deve ser longo o bastante

para garantir o destacamento da gota antes que mesma atinja a poça de fusão e ocorra o curto-

circuito (GIMENES e RAMALHO, 2012).

O diâmetro médio das gotas transferidas varia com a corrente, tendendo a diminuir com o

aumento desta, mas, geralmente é maior que o diâmetro do eletrodo. O modo de transferência

globular se caracteriza também por um nível de respingos relativamente alto, sendo as gotas

de metal fundido transferidas principalmente pela ação da gravidade (MARQUES et al ,2005).

Neste tipo de transferência dependendo da regulagem dos parâmetros tensão e corrente e

do tipo de gás utilizado, pode não ter uma energia de arco e de gota suficientes para fundir o

metal de base podendo causar defeito conhecido como colagem ou falta de fusão. Com

transferência globular somente é possível soldar nas posições Plana e Horizontal

(BRACARENSE et al , 2005).


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2.1.2.3. Transferência por “ spray” ou goticular

A transferência por “ spray” ocorre quando se tem elevadas densidades de corrente e

quando se usa argônio ou mesmo misturas ricas em argônio como gás de proteção. A gota que

se forma na ponta do eletrodo nu tem o diâmetro menor que do próprio eletrodo e é

axialmente direcionada à peça (WAINER et al , 2004).

O valor da corrente onde a transferência metálica deixa de ser globular e passa a ser

goticular é chamado “corrente de transição”. Nessa transferência o arco é bastante estável,

praticamente não ocorrendo a presença de respingos e o cordão obtido é suave e regular

(MARQUES et al , 2005).

Em metais ferrosos, a transferência goticular é limitada à posição plana, devido à grande

quantidade de material transferido e à fluidez da poça de fusão. Também devido à grande penetração, nesses mesmos materiais não é o tipo de transferência adequada para a soldagem

de chapas finas. Em metais não ferrosos, pode ser utilizada com maior liberdade (GIMENES

e RAMALHO, 2012).

2.1.3. Equipamentos

O equipamento básico para a soldagem MIG/MAG é composto de uma fonte de energia,

um alimentador de arame, uma tocha de soldagem e uma fonte de gás protetor, além de cabose mangueiras como mostrado na Figura 2.3. Dispositivos auxiliares tais como posicionadores

e sistemas de movimentação da tocha podem ser usados na soldagem automática (MARQUES

et al , 2005).

FIGURA 2.3 – Equipamento básico para soldagem MIG/MAG (MARQUES et al , 2005).

2.1.4. Consumíveis

Para Marques et al (2005) os consumíveis mais utilizados na soldagem MIG/MAG são o

arame eletrodo, o gás de proteção e um líquido para proteção da tocha e regiões adjacentes à


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tocha, contra adesão de respingos, nos casos em que esse tipo de projeção de metal ocorre. Os

arames são constituídos de metais ou ligas metálicas que possuem composição química,

dureza, condições superficiais e dimensões bem controladas.

Segundo Wainer et al (2004), o tipo de gás de proteção influencia no modo de

transferência e nos formatos do arco e do cordão, podendo ser inerte (argônio, hélio ou suas

misturas) ou ativos (CO2 e Oxigênio).

Já o líquido anti-respingos é fornecido em pequenas embalagens do tipo aerossol e,

normalmente, é depositado em finas camadas sobre o bocal e o bico de contato da tocha de

soldagem, em alguns casos utiliza-se o anti-respingos também no metal de base,

principalmente em regiões próximas das juntas, a fim de facilitar a remoção de respingos de

solda (MARQUES et al , 2005).

2.2. Soldagem por Arame Tubular

Segundo Marques et al (2005), a soldagem a arco com Arame Tubular ( Flux-Cored Arc

Welding – FCAW) é um processo que produz a coalescência de metais pelo aquecimento

desses com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo tubular, contínuo, consumível e a

peça de trabalho. A proteção do arco e do cordão de solda é feita por um fluxo de soldagem

contido dentro do eletrodo, que pode ser complementada por um fluxo de gás fornecido poruma fonte externa. Além da proteção, os fluxos apresentam outras funções, semelhantes às

dos revestimentos de eletrodos, tais como, desoxidar e refinar o metal de solda, adicionar

elementos de liga à solda e estabilizar o arco, dentre outros.

A soldagem com arames tubulares é um processo que acumula as principais vantagens da

soldagem MIG/MAG (no que diz respeito à alta taxa de deposição, alto rendimento, e alta

produtividade), e as vantagens da soldagem com eletrodo revestido, como alta versatilidade,

possibilidade de ajustes na composição química do metal de solda e facilidade de operaçãoem campo (MARQUES et al , 2005).

Quites (2002) afirma que o arame tubular é suficientemente fino para ser bobinado, e

semelhante aos processos MIG/MAG e arco submerso, a soldagem pode ser automática ou

semi-automática. Assim obtém-se elevada produtividade, quando se trata de arame tubular,

primeiramente por que a densidade da corrente é bem elevada, e em segundo lugar, porque

são eliminadas as perdas de tempo e de material que ocorrem nas trocas de eletrodo, quando

se utiliza a soldagem com eletrodo revestido. Esse processo possui basicamente duas

variantes:


24/62

23

Arame tubular com proteção gasosa, onde a queima e vaporização do revestimento

proporciona a estabilização do arco elétrico, bem como a melhoria das características do

metal depositado. No entanto, sendo pouca a quantidade de revestimento, a sua queima não

permite obter o volume necessário de gases para proteção global do banho de fusão, sendo

necessário utilizar uma proteção adicional de gás, podendo ser inerte (argônio, hélio), ativo

(dióxido de carbono) ou mesmo a mistura desses (JOAQUIM, 2012).

Arame tubular autoprotegido, onde a proteção do metal fundido é feita pela

decomposição e vaporização do fluxo do eletrodo pelo calor do arco (AWS, 1991). A Figura

2.4 ilustra as duas variantes do processo.

FIGURA 2.4 – Representação esquemática das variantes do processo Arame Tubular: a)

autoprotegido; b) com proteção gasosa (SENAI, 1997).

2.2.1. Parâmetros

A soldagem com arame tubular utiliza as mesmas técnicas da soldagem MIG/MAG com

algumas variações. Os parâmetros e seus efeitos também são similares nos dois processos,

além de apresentarem faixas de corrente em relação ao diâmetro do eletrodo tambémsemelhante. O processo Arame Tubular pode ser otimizado, principalmente, em três

a)

b)


25/62

24

situações: alta produção, quando se utiliza um elevado “ stick-out ”; alta velocidade de

soldagem, situação que ocorre quando se necessita de deposição de soldas longas com secção

não muito grande (soldas de filete, por exemplo) e soldagem fora da posição plana onde se

necessita de um único conjunto de parâmetros operacionais para soldagem em diferentes

posições (MARQUES et al , 2005).

2.2.2. Transferência metálica

Conforme Modenesi (2005), como o fluxo nos arames tubulares fica localizado no

interior da parte metálica do arame e sendo esta a responsável pela condução da maior parte da

corrente elétrica até o arco, a qual ocorre externamente ao fluxo, as condições para a fusão são

menos favoráveis do que em outros processos, como na soldagem com Eletrodo Revestido eArco Submerso, onde a forma de transferência depende particularmente das características do

fluxo. Arames com o núcleo de pó metálico e que contêm muito poucas adições não metálicas

("metal cored") se comportam de forma similar aos arames não tubulares. A presença,

contudo, de adições capazes de estabilizar o arco (por exemplo, elementos de baixo potencial

de ionização) possibilita a operação com transferência não repulsiva com eletrodo negativo.

Arames rutílicos operam normalmente a altas correntes com uma transferência spray projetada

não axial. Arames básicos operam com transferência globular não axial a correntes elevadas ecurto circuito para menores correntes. Em arames auto-protegidos, as transferências por curto

circuito e globular repelida são típicas. A Figura 2.5 ilustra as formas típicas de transferência

em arames tubulares

FIGURA 2.5 - Transferência metálica na soldagem com arame tubular. Arames: a) “metal cored”; b)Rutílico; c) Básico e d) Autoprotegido (MODENESI, 2005).

2.2.3. Equipamentos

O equipamento básico utilizado para o processo Arame tubular é o mesmo utilizado no processo MIG/MAG (secção 2.1.3). Para arames com diâmetro de até 2,4mm, utilizam-se

b)a) d)c)


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25

fontes de tensão constante e alimentador de velocidade também constante, em contrapartida

para arames com diâmetro superiores a 2,4mm, utiliza-se fonte de corrente constante e

alimentador de velocidade variável. Uma tocha de soldagem mais simples pode ser usada

quando se utiliza arames autoprotegidos, já que não há necessidade de bocais de gás

(MARQUES et al , 2005).

2.3. Posições de Soldagem

Segundo Buzzoni (1998) existem quatro posições fundamentais de solda. Em relação à

face externa da solda, têm-se as seguintes posições: plana, horizontal, vertical e sobrecabeça.

A posição vertical, devido às diferentes dificuldades apresentadas em sua execução,

subdivide-se em duas: vertical de baixo para cima (ascendente) e vertical de cima para baixo(descendente). O quadro da Figura 2.6 mostra o limite de cada posição.

FIGURA 2.6 – Ângulos limites para cada posição de soldagem (ASME IV, 2010).


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26

Observações a respeito da Figura 2.6 (ASME IV, 2010).

O plano horizontal de referência é tomado de forma a estar sempre abaixo da solda em

consideração;

A inclinação do eixo é medida a partir do plano horizontal de referência em direção ao

plano vertical;

O ângulo de rotação de uma face é medido a partir de uma linha perpendicular ao eixo

da solda, e situado no mesmo plano vertical que contem esse eixo;

A posição de referência (0°) aponta, invariavelmente, à posição oposta àquela na qual

o ângulo do eixo aumenta;

O ângulo de rotação da face da solda é medido no sentido horário, a partir da posiçãode referência (0°), quando observado o ponto P.

2.3.1. Posição plana

A soldagem plana é a posição de soldagem mais utilizada. A soldagem que não é feita

nesta posição é dita como soldagem fora de posição. Por requerer uma menor habilidade por

parte do soldador, esta posição é a mais popular. Não há perigo de o metal fundido escorrer

para fora da poça de fusão (BRAGA, 2007).A solda à feição, como também é conhecida a solda plana, possui alguns limites máximos

de variação do ângulo de ataque: 15° para a direita, 15° para a esquerda, 30° para frente e 30°

em direção ao soldador (BUZZONI, 1988).

2.3.2. Posição vertical

Essa é a posição mais aplicada por meio de arco voltaico nas soldas de estruturas

metálicas, na construção de pontes e de tanques. Os limites da solda na posição vertical são:

10° para cima, 75° para baixo, e 15° para cada um dos lados, direito e esquerdo (BUZZONI,

1988).

Soldagem vertical tem duas variantes: vertical ascendente e vertical descendente. A

primeira permite que o calor penetre profundamente, resultando em penetrações profundas da

solda além de produzir soldas mais fortes, sendo, portanto, a preferida quando a maior

consideração é a resistência. A segunda é usada nas operações de selagem e soldagem de

chapas finas (BRAGA, 2007).

2.3.3. Posição sobrecabeça


28/62

27

A peça é colocada a uma altura superior à cabeça do soldador e recebe a solda por sua

parte inferior. Esta posição é o inverso da posição plana (MATURANA, 2009). A soldagem

sobrecabeça é a mais difícil de conseguir, tanto devido à poça de fusão estar na posição de

cabeça para baixo e o metal tender constantemente a cair, quanto por ser a mais perigosa para

o soldador devido ao centelhamento e aos respingos (BRAGA, 2007).

A soldagem na posição sobrecabeça é um pouco diferente de todas as outras na técnica de

operação, pois se deve manter um cuidadoso controle da cratera. Os seus limites de ângulo de

ataque são mais vastos, sento: 80° para a direita, 80° para a esquerda, 80° para frente e 170°

na direção do soldador (BUZZONI, 1988).

2.3.4.

Posição horizontalDepois da soldagem sobrecabeça, a soldagem na posição horizontal é a mais difícil. Com

isso é importante ter-se em mente os quatro principais fatores que influenciam na sua

execução, pois a qualidade do cordão depende do correto ajuste dos mesmos. Os fatores são o

ajuste da corrente, o ângulo do eletrodo, o comprimento do arco e a velocidade de soldagem.

Os limites de ângulo na solda horizontal são: 20° para a direita, 15° para a esquerda, 10° para

frente e 15° na direção do soldador (BUZZONI, 1988).

2.4. Energia de Soldagem

Para soldagem a arco elétrico utiliza-se a seguinte equação para cálculo da Energia de

Soldagem, segundo Botton (2004):

Onde:

η - eficiência térmica (função do processo selecionado)

V - tensão [V]

I - corrente [A]

Vsold - velocidade de soldagem [mm/s].

E = η V.I [J/mm]Vsold


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CAPÍTULO III

PROJETO DO DISPOSITIVO

Nesse capítulo serão apresentadas as etapas do projeto para a criação do dispositivo,

como as referências de dimensionamento, os desenhos em 3D e os desenhos em 2D com suas

respectivas dimensões.

3.1. Metodologia do projeto

Os desenhos foram realizados utilizando o software AutoCAD para os desenhos em 2D eSolidWorks para os desenhos em 3D. As dimensões foram definidas visando à adequação do

dispositivo à bancada automatizada existente no laboratório de soldagem do IFG, bem como,

a movimentação da tocha durante a soldagem.

Este trabalho se refere à etapa inicial de uma pesquisa que será desenvolvida visando à

aplicação de soldas de revestimentos duros em camisas de moendas em usinas de açúcar e

álcool, quando as soldas são aplicadas na posição horizontal, em plano inclinado de

aproximadamente 20°.O Sistema de deslocamento da tocha é posicionado com altura fixa sobre a bancada de

soldagem, mas permitindo um ajuste da altura e do ângulo da tocha. A tocha pode ser ajustada

para soldar com alturas de 0 a 300mm se posicionada para a soldagem na posição plana, como

demonstrado na Figura 3.1a. Entretanto para a soldagem na posição horizontal o limite

mínimo para a altura da tocha é de 100mm (Figura 3.1b). Dessa forma, a altura total do

dispositivo de posicionamento da peça deveria ter dimensões para atuação dentro desses

limites. Além disso, o dispositivo será avaliado na posição horizontal, com a peça inclinadaem 20o e com a tocha posicionada perpendicularmente à mesma ou com inclinação de 20o no

sentido horário e 20° no sentido anti-horário. Nessa configuração, a tocha estará apontada

para o centro da chapa de teste posicionada no centro do dispositivo.


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FIGURA 3.1 – Esquema ilustrando altura máxima (a) e mínima (b) de ajuste da tocha.

3.2. Desenhos 3D

Os desenhos em 3D foram essenciais, pois permitiram uma visualização muito próxima

ao resultado final antes da construção do dispositivo. Esses desenhos podem ser visualizados

a seguir, sendo que a Figura 3.2 apresenta o apoio da base, a base e as colunas de sustentaçãodo dispositivo, a Figura 3.3 mostra o apoio de fixação da peça bem como a articulação do

dispositivo, a Figura 3.4 ilustra detalhes das peças que compõem o fixador, e a Figura 3.5

apresenta o dispositivo já montado.

FIGURA 3.2 – Desenho 3D. a) apoio da base; b) base e colunas.b)a)

Tocha

Tocha

DDAT

DDAT

b)a)


31/62

30

FIGURA 3.3 – Desenho 3D. Suporte de fixação da peça a ser soldada e articulação

FIGURA 3.4 – Desenho 3D. Fixador. a) base do fixador; b) garra.

FIGURA 3.5 – Desenho 3D. Montagem do dispositivo

a) b)


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31

3.3. Referências de dimensionamento

3.3.1. Base

A base do dispositivo foi dimensionada para suportar todo o conjunto e, além disso,

permitir a fixação sobre a grelha da bancada de soldagem. O desenho da base do dispositivo é

apresentado na Figura 3.7 (dimensões em mm).

FIGURA 3.6 – Medidas da base

3.3.1.1. Apoio da Base

A Figura 3.8 apresenta as medidas do apoio da base.

FIGURA 3.7 – Medidas do apoio da base


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32

3.3.2. Coluna e articulação

As Figuras 3.9 e 3.10 mostram as medidas das peças de sustentação do dispositivo, a

saber: as colunas e a articulação.

FIGURA 3.8 – Dimensões das colunas de sustentação. a) Com furo passante; b) Com furo roscado

FIGURA 3.9 – Dimensões da articulação

3.3.3. Chapa de fixação da peça a soldar

A sustentação e fixação da peça a ser soldada foram projetadas com as dimensõesespecificadas na Figura 3.10

a) b)


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33

FIGURA 3.10 – Medidas da chapa de fixação da peça a ser soldada


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34

3.3.3.1. Fixador

A fim de fixar a peça na chapa foram construídas duas garras e duas bases, que compõem

o fixador, com suas dimensões especificadas nas Figuras 3.11 e 3.12.

FIGURA 3.11 – Garra

FIGURA 3.12 – Base do Fixador


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CAPÍTULO IV

CONSTRUÇÃO DO DISPOSITIVO

Este capítulo apresenta os detalhes da construção do dispositivo, as ferramentas, os

materiais utilizados, bem como, os procedimentos da fabricação de cada componente.

4.1. Ferramentas

Foram utilizadas diversas ferramentas e máquinas-ferramentas na construção do

dispositivo, dentre elas destacam-se a fonte de soldagem Picola 400 (transformador-

retificador), ilustrada pela Figura 4.1A, a fresadora universal ROMI U-30 (Figura 4.1B), a

Serra Mecânica alternativa (Figura 4.2A) e a furadeira de bancada (Figura 4.2B), além deferramentas de menor porte como serras manuais, esmerilhadoras, brocas helicoidais, limas e

chaves de aperto (fixas, fresadas, Allen, etc.).

FIGURA 4.1 – a) Fonte de soldagem Picola 400; b) Fresadora universal ROMI U-30.

FIGURA 4.2 – a) Serra Mecânica Alternativa; b) Furadeira a b

a) b)


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4.2. Materiais

Os materiais utilizados no processo de construção do dispositivo foram chapas de aço

SAE 1010/1020, parafusos, porcas, arruelas, molas, e eletrodos revestidos para as partes

unidas por soldagem. As dimensões, materiais e quantidades das peças podem ser

visualizados na Tabela 4.1.

TABELA 4.1 – Materiais, dimensões e quantidades das peças utilizadas na construção dodispositivo (Todas as chapas são de Aço SAE 1010/1020)

4.3. Procedimentos

4.3.1. Base

Na construção da base, foram utilizadas três chapas de aço SAE 1010/1020, cujas

dimensões estão especificadas na Tabela 4.1, as quais foram soldadas para a obtenção do

formato apresentado na Figura 4.3.

No processo de construção foram executadas as seguintes etapas:

Corte das chapas nas dimensões desejadas utilizando uma Serra Mecânica Alternativa;

Esmerilhamento das chapas a fim de retirar as rebarbas e arredondar os cantos;

Furação, utilizando uma furadeira de bancada e três brocas helicoidais de aço rápido

com dimensões de 6,5mm (para fazer o furo inicial), broca de 10,5mm (medida real do

furo) e uma broca de 15mm para escareamento;

PeçasQuantidade

(peças)Materiais e dimensões

Base 11 chapa 1/4" x 2 ½”x 205mm

2 chapas 1/4" x 2" x 101mm

Apoio da Base 24 chapas ½”x 1” x 63mm

2 chapa 3/16” x ½”x 1”

Colunas 2 2 chapas ½” x 2" x 120mmArticulação 2 2 chapas ½” x 2" x 2"Travamento do suporte 2 2 chapas 1/4" x ½” x 160mm

Fixador 2

2 chapas 3/16" x 1 1/2" x 75mm

2 chapas 3/16" x 3/4" x 71mm

2 chapas 3/16" x 2" x 40mm

4 chapas 3/16" x 3/4" x 19mmSuporte de fixação da peça a soldar 1 1 chapa ½” x 170mm x 350mmChapa a ser soldada 1 1 chapa 1/4" x 2" x 250mm


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Soldagem das chapas com eletrodo revestido E 6013 de 2,5mm, utilizando uma fonte

Picola 400 (transformador-retificador), ilustrada na Figura 4.1a, com corrente de

100A.

FIGURA 4.3 – Identificação das partes do dispositivo. 1 – Base; 2 – Colunas; 3 – Articulação; 4 – Travamento do suporte; 5 – Fixador; 6 – Suporte de fixação da peça a soldar; 7 – Chapa a ser soldada;

8 – Cabo de retorno.

4.3.1.1. Apoio da Base

A fim de fixar a base do dispositivo à bancada de soldagem foi construído um

componente de apoio (Figura 4.4). Para tal realizou-se as seguintes operações:

Corte e esmerilhamento das chapas, com as medidas especificadas (Figura 3.3).

União das chapas através do processo de soldagem com eletrodo revestido, utilizando

os mesmos materiais, consumíveis e parâmetros utilizados para soldar a base;

1

2

3

4

5

7

6

8


39/62

38

Realização de furo com o diâmetro interno da rosca, com uma broca de aço rápido de

8,5mm;

Abertura manual da rosca triangular métrica, com macho de roscar M10 x 1,5 (10mm

de diâmetro e 1,5mm de passo).

FIGURA 4.4 – Apoio da base

4.3.2. Coluna

Para a sustentação do dispositivo foram empregadas duas chapas cujas dimensões estão

especificadas na Tabela 4.1. Para construção foram realizadas as seguintes operações:

Corte das chapas nas dimensões especificadas utilizando a Serra Mecânica

Alternativa;

Esmerilhamento e limagem a fim de retirar as rebarbas; Traçagem do raio e fresamento da parte superior até próximo ao traço de referência. A

obtenção do perfil final, das dimensões e acabamento foi feita por esmiralhamento e

limagem;

Furação com broca helicoidal de haste cilíndrica, utilizando uma furadeira de bancada.

A Coluna 2 (Figura 4.3) foi pré-furada com broca de 8,5mm, finalizada com broca de

½" e escareada com broca de 15mm ; a Coluna 1 (Figura 4.3) foi pré-furada com

broca de 8,5mm e finalizada com broca de 10,5mm para, em seguida ser roscadamanualmente com macho de roscar de aço rápido W½"x 13fpp (diâmetro de ½" e 13

fios por polegada).

4.3.3. Articulação

Para a construção da articulação do dispositivo foram utilizadas duas chapas de aço SAE

1010/1020 (medidas especificadas na Tabela 4.1), suas dimensões e formato finais foram

obtidas a partir dos seguintes processos:

Corte das chapas nas dimensões especificadas utilizando a Serra Mecânica

Alternativa;


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39

Esmerilhamento e limagem a fim de retirar as rebarbas;

Traçagem do raio e fresamento da parte superior até próximo ao traço de referência. A

obtenção do perfil final, das dimensões e acabamento foi feita por esmiralhamento e

limagem;

Furação com broca helicoidal de haste cilíndrica, utilizando uma furadeira de bancada.

As peças foram foi pré-furada com broca de 8,5mm, finalizada com broca de ½" e

escareadas com broca de 15mm.

4.3.3.1. Usinagem da graduação

O dispositivo foi construído a fim de se obter precisão no posicionamento da peça a ser

soldada e permitir o deslocamento angular da mesma. Para possibilitar esse deslocamento

necessitou-se usinar uma graduação, variando de 5° em 5° (totalizando 90°) na Articulação 1.

A graduação foi feita em uma fresadora universal a partir do centro do raio convexo. O

resultado dessa usinagem é mostrado com mais detalhes na Figura 4.5.

FIGURA 4.5 – Articulação com a graduação usinada.

4.3.4. Suporte de fixação da peça a soldar

A Figura 4.6 apresenta a vista superior do suporte de fixação da peça a soldar. A sua

construção foi feita a partir de uma chapa cortada nas dimensões desejadas. Foram realizadas

apenas as modificações necessárias para adaptar a peça ao dispositivo, como descritas a

seguir:

Marcação e execução dos furos utilizados para fixar os pinos que servem de referência

para o alinhamento e centragem das chapas de testes (Figura 4.6). Os furos foram

realizados com uma broca de aço rápido de 6mm e 10mm de profundidade;

Graduação


41/62

40

Abertura de oito furos passantes com uma broca de aço rápido de 6.5mm e rosqueados

com um macho também de aço rápido M8 x 1,25mm de passo. Os furos são utilizados

para a fixação da posição no suporte e permitir efetuar a regulagem do fixador para

diferentes comprimentos de chapas;

Fixação dos pinos de aço SAE 1010/1020 (Ø6mm x 20mm);

FIGURA 4.6 – Suporte de fixação da peça a soldar destacando o pino de referência.

Soldagem de chapas de travamento (Aço SAE 1010/1020 com ¼" x ½" x160mm), na

parte inferior da chapa (eletrodo revestido E-6013 de 2,5mm), a fim de evitardeformações da chapa devido ao inevitável aquecimento durante as operações de

soldagem. A Figura 4.7 apresenta a vista inferior do suporte de fixação da peça

mostrando a localização das chapas de travamento e das articulações.

FIGURA 4.7 – Vista inferior do suporte de fixação da peça a soldar.

Pino de referência

ArticulaçãoChapa de

travamento


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41

4.3.4.1. Fixador

Para fixar a peça a ser soldada no dispositivo foi construído um sistema de fixação

(Figura 4.8) composto por 2 conjuntos fixados nas extremidades do suporte de fixação da

peça a soldar. A Tabela 4.2 apresenta a descrição, os materiais, as dimensões e as quantidades

de cada parte que compõe o fixador.

TABELA 4.2 – Materiais, dimensões e quantidades das peças que compõem o fixador(Todas as chapas bem como os rebites e a mola, são de aço SAE 1010/1020)

PeçasQuantidade

(peças)Materiais e dimensões

Garra 22 chapas 3/16" x 1 1/2" x 75mm

2 chapas 3/16" x 3/4" x 71mm

Base do fixador 2 2 chapas 3/16" x 2" x 40mm

Articulação do fixador 2 4 chapas 3/16" x 3/4" x 19mm

Guia da mola 2 4 rebites de Ø 5mm x 10mm

Mola 2 1 mola 2mm x 1" x 13 espiras

Corte das chapas de aço 20 com uma Serra Mecânica Alternativa;

União das chapas que formam a garra por soldagem com eletrodo revestido E-6013 de

2,5mm; Confecção do chanfro utilizando uma serra manual e limagem, a fim de se obter as

dimensões desejadas;

Conformação da garra por dobramento manual utilizando uma morsa e uma marreta a

fim de se obter a forma mostrada na figura 4.8;

Furação da articulação, com broca de aço rápido de 5mm;

Fixação da articulação com a base do fixador por soldagem utilizando eletrodo E-6013

de 2,5mm; Fixação da articulação com a garra, também por soldagem, utilizando os mesmos

eletrodos especificados anteriormente;

Fixação dos rebites que formam a guia da mola por soldagem, utilizando também o

mesmo eletrodo e máquina citados anteriormente;

União das duas chapas que formam a articulação por rebitagem.


43/62


44/62

43

por parafusagem (parafuso de cabeça sextavada W½" x 13fpp) . De um lado usou-se

um parafuso passante, uma porca e uma contraporca (parafuso de guia), do outro, um

parafuso de travamento, o qual é passante na articulação e rosqueado coluna. O

objetivo do travamento é fixar o suporte de fixação da peça na posição angular

ajustada;

Fixação do dispositivo na bancada de soldagem utilizando parafuso Allen M10 x

1,5mm de passo. A montagem completa do dispositivo pode ser visualizada na Figura

4.9.

FIGURA 4.9 – Dispositivo montado. a) desenho em SolidWorks b) dispositivo instalado na bancada

b)a)

Dispositivo dedeslocamento Tocha

Dispositivomontado


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CAPÍTULO V

AVALIAÇÃO DO DISPOSITIVO

Neste capítulo será dada ênfase aos ensaios realizados a fim de se avaliar a eficácia do

dispositivo, destacando-se os equipamentos, os materiais e consumíveis, bem como, os

procedimentos experimentais, parâmetros utilizados, as imagens e os oscilogramas obtidos.

5.1. Equipamentos

5.1.1. Fonte de soldagemOs testes foram realizados com uma fonte de soldagem multi-processo Digitec 600, capaz

de efetuar diversos processos de soldagem a arco elétrico, como: Eletrodos Revestidos,

MIG/MAG (convencional ou pulsado), Arame Tubular e TIG. A fonte, ilustrada pela Figura

4.1 apresenta as seguintes características: corrente contínua constante ou pulsada; ajuste no

modo tensão constante com corrente constante ou modo misto; ajuste de indutância; corrente

máxima de 600 A (nominal de 450 ampères para um fator de carga de 100%) e tensão em

vazio de 64 V.

FIGURA 5.1 – Fonte de soldagem


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45

Para a realização dos testes, tanto para o processo MIG/MAG quanto para o processo

Arame Tubular, a fonte foi ajustada para soldar com o processo MIG/MAG convencional no

modo de tensão constante. Segundo Marques et al (2005) o modo de tensão constante tende a

manter o comprimento do arco estável e é o sistema mais barato e simples apresentando bons

resultados com arames mais finos (até 3,2mm de diâmetro). Quando se usa modo de tensão

constante a velocidade de alimentação do arame se mantém constante durante a soldagem

(QUITES, 2002).

5.1.2. Tocha de soldagem

Foi utilizada uma tocha reta automática com dois metros de extensão e capacidade de até

400 A, refrigerada a água e equipada com conduite de aço.

5.1.3. Bancada de Soldagem

Os testes foram realizados na bancada de soldagem ilustrada pela Figura 4.2, a qual tem

as seguintes características: dimensões de 600mm de largura por 1000mm de comprimento e

2000mm de altura, sobre a qual foi adaptada uma coifa com um sistema de exaustão. A

câmara de soldagem com duas portas frontais, envolta com vidros transparentes e dotada de

filtros para proteção do operador contra a radiação do arco (LIMA, 2008). A mesma foiconstruída para o desenvolvimento do trabalho de Lima (2008)

Sobre a mesa de soldagem foi montado o dispositivo de fixação da peça, descrito no

capítulo anterior. A movimentação da tocha de soldagem foi realizada através do Dispositivo

de Deslocamento Automático da Tocha (DDAT) pertencente também à bancada, com ajuste

de deslocamento variando de 0 a 160cm/min, o qual permite a soldagem automatizada, com a

chapa a soldar permanecendo fixa, enquanto a tocha é deslocada com movimento constante,

eliminando a influência da habilidade do soldador na qualidade do cordão.5.1.4. Sistema de aquisição de sinais

O sistema de aquisição de sinais de soldagem utilizado no projeto foi o SAP (Sistema de

Aquisição Portátil) da IMC Soldagem. O mesmo é composto por uma maleta, com sensores

para medir os sinais de corrente, tensão, velocidade de arame e vazão de gás de proteção, por

um software de aquisição desses sinais. O mesmo foi projetado para ser conectado a um

computador (laptop ou desktop). Os componentes do sistema, bem como o painel de conexões

podem ser visualizados na Figura 5.3.


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46

FIGURA 5.2 – Equipamentos da bancada de soldagem: 1 – Bancada; 2 - Sistema de exaustão 3 -Dispositivo de Deslocamento Automático da Tocha (DDAT); 4 - Dispositivo de fixação da peça; 5 -Porta da bancada com filtro de proteção ; 6 - Controle do DDAT; 7 - Sistema de aquisição de sinais

FIGURA 5.3 – Componentes do sistema de aquisição de sinais (LABSOLDA, 2005).

7

2

6

14

3

5

Software

Maleta


48/62

47

5.2. Materiais

Os materiais de base utilizados nos ensaios foram chapas de aço SAE 1010/1020 com

dimensões de ¼" x 2" x 250mm.

5.3. Consumíveis

5.3.1. Consumível para processo MIG/MAG

Para os ensaios com o processo MIG/MAG, foi utilizado como consumível o arame de

solda AWS ER70S-6 com diâmetro de 1,2mm, o qual é recomendado para a soldagem de aço

carbono em geral e é aplicável a todas as posições de soldagem (BELGO, 2010).

5.3.2. Consumível para processo Arame Tubular

Para o processo Arame Tubular foi utilizado nos ensaios o arame AN 4601 com diâmetro

de 1,6mm, o qual deposita uma liga resistente ao desgaste de peças submetidas à abrasão,

pressão e choques moderados. As principais características do arame são: atinge dureza na

primeira camada; possui elevada taxa de deposição; é isento de escória; não necessita de gás

de proteção; o arco é de fácil controle; é excelente para grandes deposições; não tem perda de

pontas e proporciona soldas de baixa diluição (EUTECTIC & CASTOLIN, 2011)

5.4. Procedimentos experimentais

5.4.1. Ensaios com MIG/MAG

Nos ensaios com MIG/MAG foram realizados 15 testes em 5 chapas, sendo três testes por

chapa. Antes dos testes oficiais foram realizados testes preliminares a fim de se definir os

parâmetros que seriam utilizados. Os testes preliminares, realizados com Flávio Pinheiro,

demonstraram uma faixa aplicável de tensão e velocidade de alimentação com o arame citado.

Foram realizados ensaios sendo mantidas a tensão (U) e a velocidade de soldagem (Vsold)

constante e variando a velocidade de alimentação do arame (Valim), conforme apresentado na

Tabela 5.1. Os ensaios foram realizados na posição horizontal com ângulo da peça de 20° em

relação ao plano vertical.

Nesses ensaios a tocha foi mantida perpendicular à peça. Além disso, foi utilizada uma

DBCP (Distância do Bico de Contato à Peça) de 20mm, e como gás de proteção uma mistura

de argônio e 25% de CO2, parâmetros esses utilizados a fim de se obter uma transferência

metálica por curto circuito. Tendo em vista que o modo de transferência por curto circuito é


49/62

48

adequado para todas as posições de soldagem e ocorre para qualquer tipo de gás de proteção,

desde que sejam ajustados os parâmetros adequados (WAINER et al , 2004; MARQUES et al ,

2005). Segundo Bracarense et al (2005), o uso da mistura de argônio e 25% de CO2, é

recomendado para transferência em curto circuito em soldagens de aço carbono que exijam

alta velocidade, mínimo respingo e boa aparência do cordão.

TABELA 5.1 – Testes variando velocidade do arame.

N° dachapa

N° docordão

Tensão(V)

Valim(m/min)

Vsold (cm/min)

11

213

30

2 4

3 5

21

233

2 43 5

31

253

2 43 5

Onde: Valim = velocidade de alimentação; Vsold = velocidade de soldagem; V = volt.

As Figuras 5.4 a 5.6 apresentam os cordões de solda obtidos a partir dos ensaios

realizados nas chapas 1, 2 e 3, respectivamente, conforme os parâmetros apresentados na

Tabela 5.1. Vale ressaltar que nas imagens a soldagem iniciou-se no lado esquerdo e

finalizou-se no lado direito.

FIGURA 5.4 – Testes realizados com tensão de 21V, Valim de 3m/min,4m/min e 5m/min


3

2

1

3

21


50/62

49


Pela análise visual das Figuras pode-se observar que:

a) Chapa 1 (tensão de 21V): o cordão 1, executado com menor velocidade de

alimentação apresentou aspecto uniforme e poucos respingos, mas pequena largura.

Entretanto os cordões 2 e 3 apresentaram interrupções ou intermitências, além de umexcesso de respingos.

b) Chapa 2 (tensão de 23V): o cordão 2 apresentou as melhores características visuais, ou

seja, não apresentou respingos nem falhas, além de ter uma boa espessura em relação

ao cordão 1 da chapa 2. Entretanto o cordão 3 apresentou um excesso de respingos

além de falhas e intermitência. No cordão 1 não houve excesso de respingos entretanto

apresentou interrupções em alguns pontos

c)

Chapa 3: os testes da chapa 3 foram os que apresentaram as melhores característicasvisuais, não apresentaram excesso de respingos, e apresentou maior uniformidade,

além de terem boa aparência em relação às demais. Dos testes realizados na chapa 3 o

3° cordão foi o que apresentou as melhores características visuais, enquanto o cordão

1 apresentou as piores, onde apareceram algumas mordeduras.

d) Nas chapas 1, 2 e 3 foram analisadas as melhores condições para velocidade do arame

e para intensidade da tensão. Na chapa 3 (Figura 5.6) é possível observar os cordões

que apresentam melhor aparência, pouquíssimas falhas, e maior largura.

A Figura 5.7, apresenta os oscilogramas de tensão e corrente do terceiro teste da chapa

3, onde foram ajustados como parâmetros tensão (U) de 25V, Valim de 5m/min e Vsold de

30cm/min. Os valores reais obtidos foram uma corrente média (Im) de 166,4A e uma tensão

média (Um) de 24,4V. Os oscilogramas obtidos são característicos da transferência metálica

por curto circuito, onde os picos de corrente demonstram a ocorrência dos curtos-circuitos.

3

2

1


51/62

50

FIGURA 5.7 – Oscilograma de tensão e corrente MIG/MAG. Teste utilizando tensão (U) de 25V,Valim de 5m/min e Vsold de 30cm/min.

Os testes nas chapas de 1,2 e 3 foram realizados a fim de se identificar os parâmetros de

soldagem (tensão e velocidade de alimentação do arame) onde se obtinha melhor aspecto

geral dos cordões de solda. Identificadas essas condições no teste 3 da chapa 3 (25V e

5m/min) foram realizados novos testes sendo mantidos esses parâmetros e variando a

velocidade de soldagem. A Tabela 5.1 mostra os parâmetros ajustados para cada cordão da

chapa n° 4 e a Figura 5.8 apresenta os cordões obtidos.

TABELA 5.2 – Testes variando a velocidade de soldagem N° dachapa

N° docordão

Tensão(V)

Valim(m/min)

Vsold (cm/min)

4

1

25 5

30

2 403 50Onde: Valim = velocidade de alimentação; Vsold = velocidade de soldagem; V = volt.

FIGURA 5.8 – Testes realizados com tensão de 25V, Valim 5m/min e Vsold 30cm/min, 40cm/min e50cm/min

Im= 166,4A

Um= 24,4V

3

2

1


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51

O cordão 1 apresentou maior largura e melhor aspecto visual. Essa observação concorda

com a afirmação de Gimenes e Ramalho (2012), segundo os quais o aumento da velocidade

de soldagem, quando mantidas constantes outros parâmetros como velocidade de alimentação

e intensidade da tensão, proporciona uma diminuição na largura do cordão e na altura do

reforço, bem como uma menor penetração.

A partir desses ensaios foi possível concluir que o melhor parâmetro para V sold, utilizando

como Valim 5m/min e tensão de 25V, era de 30cm/min pois para velocidades maiores o cordão

apresentava uma pequena largura.

Os últimos ensaios realizados com o processo MIG/MAG foram realizados variando o

ângulo de inclinação da tocha. Os parâmetros ajustados nesses testes são apresentados na

Tabela 5.3 e a Figura 5.9 ilustra os ângulos de inclinação da tocha.

TABELA 5.3 – Teste variando o ângulo da tocha de soldagem com tensão de 25 V

N° dachapa

N° docordão

Tensão(V)

Valim(m/min)

Vsold(cm/min)

Ângulo da peça

Âng. Tocha

5

1

25 5 30 20°

110°

2 90°

3 70°

Onde: Valim = velocidade de alimentação; Vsold = velocidade de soldagem; V = volt.

FIGURA 5.9 - Variação do ângulo da tocha em relação à peça.

A variação angular foi de 110° no primeiro cordão, 90° no segundo e 70° no terceiro,

variação essa em relação à base. Para medir esses ângulos foi utilizado um goniômetro.

A Figura 5.10 mostra os cordões obtidos variando-se o ângulo de inclinação da tocha de

soldagem. É possível observar que a variação no ângulo da tocha provocou certo

escorregamento do material depositado no momento da soldagem, principalmente no cordão


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52

n° 1, isso devido à tocha estar levemente inclinada para baixo, facilitando ainda mais a ação

da gravidade no material depositado.

FIGURA 5.10 – Testes realizados com tensão de 25V, Valim 5m/min e Vsold 30.

O dispositivo comportou-se de forma eficiente quanto ao deslocamento angular da tochade soldagem, permitindo a variação do ângulo sem dificuldades.

Com a realização desses ensaios foi possível notar um excelente comportamento do

dispositivo referente à sua funcionalidade, tanto o fixador quanto as chapas de travamento

demonstraram-se bastante eficazes não permitindo que nem a chapa de fixação (no caso das

chapas de travamento), nem a peça a ser soldada (no caso do fixador), sofressem deformação

por flambagem devido ao do processo de soldagem. O pino de referência também demonstrou

eficácia auxiliando na centralização da peça e impedindo o seu deslizamento por gravidade.

5.4.2. Ensaios com Arame Tubular

Os testes com Arame Tubular (AT) foram feitos, tendo em vista que esse será o processo

utilizado na sequência do trabalho. Desejava-se avaliar o comportamento das soldas variando

a velocidade de soldagem até o limite máximo do sistema de deslocamento. Assim foram

realizados oito ensaios (Figura 5.11) onde foram mantidas constantes a tensão (U) e a

velocidade do arame (Valim), o ângulo da tocha (90° em relação à peça) e variada a velocidadede soldagem (Vsold), como se pode observar na Tabela 5.3.

Todos os testes foram realizados sem gás de proteção tendo em vista que o arame é

autoprotegido (ver item 2.2.), inclinação de 20° (para trás, em vista frontal) da peça a ser

soldada (Figura 5.9), velocidade de alimentação do arame de 10m/min e a distancia do bico de

contato à peça (DBCP) ou “ stick-out ” aplicada foi de 35mm, conforme parâmetros definidos

por Lima (2008), segundo o qual a soldagem na região de curto-circuito apresentou os

melhores resultados para a aplicação de revestimentos duros, especialmente com DBCP de

35mm e com menor velocidade de alimentação, sendo responsável por elevado rendimento de

1

2

3


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53

deposição, menor penetração e consequentemente, menor diluição do metal de solda e maior

relação reforço/largura.

Por tratar-se de uma etapa inicial de aplicação de solda de revestimento duro em camisas

de moenda, essa condição (“ stick-out ” de 35mm) mostrou-se apropriada para a realização dos

ensaios.

TABELA 5.4 – Testes com processo Arame Tubular variando a velocidade de soldagem. N° Teste Vsold (cm/min.)

1 20

2 40

3 60

4 80

5 1006 120

7 140

8 160Onde: Vsold = velocidade de soldagem.

FIGURA 5.11 – Cordões obtidos nos ensaios com arame tubular variando a velocidade de soldagem(Valim=10m/min, Tensão= 30V, Ângulo da tocha em relação à peça = 90°).

A análise visual dos cordões de solda permite verificar que ocorreu maior tendência de

escorregamento do cordão nas soldagens executadas com menor velocidade de soldagem. Isso

deve ter ocorrido porque, como os demais parâmetros foram mantidos constantes, a utilização


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de menor Vsold levou à maior adição de metal por comprimento de solda e, com a poça maior,

aumentou o risco de escorregamento do metal fundido.

Vale ressaltar também a ocorrência de escorrimentos do metal fundido para fora do eixo

do cordão. Isso ocorre devido à soldagem na posição horizontal sem chanfro para servir de

anteparo para o metal fundido. Nas condições de soldagem utilizadas a poça de fusão era

grande, assim quando ocorria acúmulo de material às vezes ocorria esse escorrimento

excessivo.

Os testes efetuados com Arame Tubular foram feitos de forma a avaliar o

comportamento da solda com esse tipo de arame na posição horizontal, preliminarmente a um

trabalho que estudará a aplicação de chapisco em moendas de cana de açúcar, conforme pode

ser observado na Figura 5.12a essa operação sendo executada manualmente. A Figura 5.12bdestaca o detalhe do chapisco.

FIGURA 5.12 – Aplicação de chapisco em moenda de cana de açúcar. A) soldagem; B) detalhedo resultado da soldagem.

Desejava-se verificar se com a condição de soldagem utilizada e a máxima velocidade do

DDAT se conseguiria obter superfícies como a apresentada na Figura 5.4.

A Figura 5.13 apresenta os oscilogramas de tensão e corrente obtidos através do teste 3com AT utilizando tensão (U) de 35V, Valim de 10m/min e Vsold de 60cm/min, obtendo como

corrente média (Im) 313,4A e uma tensão média (Um) de 28,8V.

A partir desses oscilogramas é possível notar a predominância do modo de transferência

metálica por curto circuito, onde os picos de corrente identificam o momento do curto

circuito, ou seja, o momento onde o metal toca a peça.

Observa-se que esse oscilograma é diferente do obtido com arame sólido (Figura 5.7). A

diferença é devido às características do próprio arame, onde o fluxo no interior do mesmo

muda o comportamento do eletrodo durante a soldagem.

b)a)


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55

FIGURA 5.13 – Oscilograma de tensão e corrente AT. Teste utilizando tensão (U) de 35V, Valim de10m/min e Vsold de 60cm/min (Teste 03).

É possível observar também que a intensidade de corrente e de tensão é maior no

processo AT. Como a energia de soldagem é diretamente proporcional tanto à intensidade de

corrente quanto a intensidade de tensão, a energia gerada nos testes com processo AT é maior

que a energia gerada nos testes do processo MIG/MAG, os cálculos a seguir (Tabela 5.5)

comprovam essa diferença.

TABELA 5.5 – Cálculo da energia de soldagem

Fórmula ProcessoUm(V)

Im(A)

Vsold(mm/s)

Energia(J)

E= Um*Im/ Vsold MIG/MAG 166,4 24,4 50 81,2

Arame Tubular 313,4 28,8 100 90,3Onde: E = energia de soldagem; Um = tensão média; Im = corrente média; ; V

sold= velocidade de

soldagem.

Maior intensidade de energia significa também maior geração de calor, portanto havia

uma preocupação ainda maior quanto à resistência do dispositivo à deformação por

flambagem, entretanto o dispositivo mais uma vez se comportou eficazmente com relação a

isso, tanto o fixador, no sentido de evitar a deformação da peça a ser soldada, quanto às

chapas de travamento, que evitam que a chapa de fixação sofra deformação. Vale ressaltar

que os oscilogramas no processo AT não sofreram alterações significativas quando se variou avelocidade, visto que se manteve a tensão (U) e a velocidade de alimentação do arame (Valim).

Im= 313,4A

Um= 28,8V


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CAPÍTULO VI

CONCLUSÕES

Ao fim desse trabalho foram obtidas as seguintes conclusões:

1. Quanto ao projeto:

Os softwares utilizados demonstraram fidelidade no quesito de simulação do projeto,

tanto o AutoCAD, utilizado para os desenhos em 2D, quanto o SolidWorks, utilizado

para os desenhos em 3D;

A elaboração do projeto facilitou a fabricação do dispositivo.

2. Quanto à construção:

Pode-se afirmar que o desenvolvimento do trabalho possibilitou a revisão e

aprofundamento nos conhecimentos referentes aos processos de fabricação mecânica

estudados no decorrer do curso, especialmente a soldagem e a usinagem (torneamento,

fresagem, furação, corte, limagem, etc.);

Possibilitou a vivência e resolução de diversas situações problema encontradas nodesenvolvimento de cada uma das etapas.

3. Quanto à avaliação de funcionalidade do dispositivo:

O apoio da base demonstrou excelente fixação, não permitindo a oscilação do

dispositivo durante os ensaios;

A graduação feita apresentou-se muito útil e com precisão satisfatória na marcação do

ângulo de inclinação da peça; A eficiência do fixador foi comprovada durante a operação, tanto facilitando a fixação

e retirada das chapas de testes, quanto evitando o escorregamento das mesmas durante

a soldagem;

Os pinos de apoio foram bastante úteis, auxiliando na centralização das chapas

utilizadas nos ensaios, bem como, impedindo que as mesmas deslizassem por ação da

gravidade.


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4. Quando às soldas:

O aumento da tensão e da velocidade de alimentação ocasionou uma maior largura do

cordão bem como a redução de falhas nos mesmos;

O aumento da velocidade de soldagem proporcionou cordões visivelmente mais finos;

Nos testes com Arame Tubular foi possível notar escorrimentos ponderais devido à

falta de chanfro para servir de anteparo ao metal fundido que tende a descer dado à

posição horizontal.

Não foi possível obter solda de chapisco com o processo Arame Tubular a partir dos

parâmetros utilizados.


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CAPÍTULO VII

PROPOSTAS PARA TRABALHOS POSTERIORES

A realização desse trabalho permite a elaboração de propostas para trabalhos posteriores,

a fim de se responder questões não resolvidas no mesmo, como:

Avaliar as características dimensionais do cordão, a ocorrência de porosidade e o

escorrimento do cordão em soldagem na posição horizontal variando-se o ângulo da

peça a ser soldada, com os processos MIG/MAG e Arame Tubular.

Estudar aplicação de solda de revestimento na posição horizontal em plano inclinado.

Estudar a influência do gás de proteção nas características dos cordões de solda na

posição plana e horizontal.

Sabendo que máquina de solda adaptada à bancada permite se trabalhar com vários

processos de soldagem, o dispositivo pode ser utilizado também para estudos

utilizando os processos Plasma, TIG, MIG Pulsado e Eletrodo Revestido, nas

posições plana e horizontal.

Definir parâmetros de soldagem que sejam viáveis à aplicação de chapisco com a

velocidade máxima do DDAT (160cm/min)

Construir um dispositivo com a capacidade de velocidade superior ao dispositivo

existente.


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REFERÊNCIAS

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