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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Atualmente a busca por melhorias de processos e técnicas de soldagem mecanizados/automatizados tem sido intensa devido à escassez de mão de obra qualificada. Nesta linha, a combinação de processos e mesmo de modos operacionais (polaridade e/ou modo de transferência metálica) dentro de um só processo, em adição à possibilidade de combinar níveis de corrente de soldagem, vem ganhando espaço. Por meio dos modos operacionais e/ou dos níveis de corrente, é possível variar a energia do arco (tanto térmica quanto cinética) entregue à peça de trabalho. Combinando este recurso com o movimento do arco, pode-se distribuir a energia do mesmo de forma otimizada para controlar a formação do cordão de solda. Uma forma relativamente simples de controlar o movimento do arco é por meio de oscilação magnética – deflexão do arco elétrico através de um eletroímã. Assim, este trabalho explora a sincronização da oscilação magnética com processos de soldagem a arco de modo a controlar a distribuição da energia do arco sobre a peça. Para tal, foi desenvolvido um sistema de oscilação sincronizada, incluindo hardware e software, para permitir controlar a oscilação magnética e a fonte de soldagem (multiprocesso) de forma sincronizada. Em seguida, foi feita uma caracterização da deflexão (em função da tensão do eletroímã, da corrente e do comprimento do arco de soldagem) baseada em filmagens de alta velocidade. Como forma de explorar a técnica de oscilação magnética sincronizada com diferentes processos de soldagem, foram realizadas duas abordagens, ambas com oscilação do arco transversal à direção de soldagem, e depois comparadas a condições de referência (soldagem sem oscilação e com oscilação não sincronizada). O processo TIG foi sincronizado à oscilação magnética variando o nível de corrente de soldagem de acordo com a posição do arco, tendo como base de análise o efeito sobre o controle da largura dos cordões de solda formados. Já o processo MIG/MAG foi sincronizado à oscilação magnética variando os modos operacionais de soldagem de acordo com a posição do arco, avaliando o efeito sobre o controle da geometria das áreas fundidas dos cordões resultantes. O sistema de oscilação magnética sincronizada demonstrou ser capaz de controlar a formação do cordão tanto na soldagem TIG quanto na MIG/MAG. No caso do TIG sincronizado, foi possível aumentar a largura do cordão do lado com maiores corrente e tempo de parada lateral e vice-versa. Já no caso do MIG/MAG sincronizado, foi possível controlar a geometria da zona fundida formada, podendo-se diminuir a diluição dos cordões resultantes, com pouca variação no reforço superior e ao mesmo tempo com aumento de largura dos cordões e com tendência de maior concentração da penetração nas laterais dos mesmos. Acredita-se que a técnica de oscilação magnética sincronizada com processos de soldagem possa ser explorada visando diversas aplicações, nas quais é importante otimizar a distribuição de energia do arco sobre a peça de trabalho. Currently the search for improvements in processes and mechanized/automated welding techniques has been intense due to the skilled labor shortage. In this line, the combination of processes and even operational modes (polarity and/or metal transfer mode) within a process, in addition to the possibility of combining welding current levels, has gained attention. Through operational modes and/or current levels, the arc energy (both thermal and kinetic) delivered to the workpiece can be changed. By combining this feature with the arc motion, the arc energy can be optimally distributed to control the formation of the weld bead. A relatively simple way to control the arc motion is by magnetic oscillation - deflection of the electric arc by an electromagnet. Thus, this work exploits the synchronization between the arc oscillation and the welding process to control the arc energy distribution on the workpiece. To this end, a synchronized oscillation system, including hardware and software, was devised to enable to control the magnetic oscillation and a multiprocess welding power source synchronously. Then, a characterization of the magnetic arc deflection was carried out (according to the electromagnet voltage, welding current and arc length) based on high-speed filming. In order to exploit the synchronized magnetic oscillation technique with different welding processes, two approaches were executed, both with arc oscillation transverse to the welding direction, and then compared to reference conditions (welding without oscillation and with unsynchronized oscillation). The TIG process was synchronized to the magnetic oscillation varying the level of welding current according to the arc position, being the effect on the control of the weld beads width the basis for analysis. The MIG/MAG process was synchronized to the magnetic oscillation with different welding operational modes according to the arc position, being the effect on the control of the molten zone geometry the basis for evaluation. The synchronized oscillation system was able to control the formation of the weld beads for the TIG as well as for the MIG/MAG welding. In the case of the synchronized TIG, it was possible to increase the weld bead width on the side with higher current and lateral stop time and vice versa. In the case of the synchronized MIG/MAG, it was possible to control the molten zone geometry, besides reduce the dilution of the resulting beads, with little variation in the top reinforcement and at the same time with increasing in the bead widths and with tendency for more side penetration. It is believed that the magnetic oscillation technique synchronized with the welding processes can be exploited in several applications, where it is important to optimize the arc energy distribution on the workpiece. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Diversos estudos, ao longo dos últimos anos, mostraram que os eletrodos revestidos aglomerados com PTFE (Politetrafluoretileno) em aplicações na soldagem ao ar e na subaquática molhada apresentaram boa estabilidade do arco elétrico e baixos teores de hidrogênio difusível e consideráveis frações volumétricas de ferrita acicular no metal de solda. Esses resultados, associados ao fato do processo de soldagem com arames tubulares apresentar grande potencial de uso na soldagem dentro d’água, sugerem que há boas perspectivas do uso do PTFE como ingrediente de fluxo para esta aplicação. Neste trabalho, arames tubulares auto protegidos do tipo rutílico-oxidante foram desenvolvidos usando PFTE como um dos ingredientes do fluxo em concentrações de até 21%. As soldas foram realizadas em posição plana a uma profundidade de 0,5m usando corrente contínua com eletrodo ligado ao polo negativo da máquina (CCEN) e ligado ao polo positivo da máquina (CCEP). Sinais elétricos de soldagem foram monitorados e processados com o objetivo de determinar as tensões características do processo e quantificar a ocorrência de curto-circuito e extinção arco, para determinar a estabilidade do processo. A influência da composição do fluxo na morfologia e geometria do cordão de solda, teores de hidrogênio e oxigênio e microestrutura também foram avaliadas. Os resultados indicaram que para ambas as polaridades, a corrente de soldagem aumentou com a adição de PTFE ao fluxo, provavelmente por causa do PTFE. As adições de PTFE também influenciaram no aumento da penetração e reforço do cordão e diminuição na largura do cordão. A quantidade de hidrogênio difusível e oxigênio no metal de solda também foram afetados reduzindo com a adição de PTFE, sendo mais pronunciados com CCEN. Para todas as formulações não foi observada formação de poros. Nas condições estudadas, não foram verificadas diferenças significativas na microestrutura do metal de solda com a variação do PTFE no fluxo. Além disso, o PTFE não influenciou diretamente na composição química do metal de solda. Em conclusão, arames tubulares com adições de PTFE ao fluxo e na condição de soldagem DCEN apresentaram melhores resultados operacionais e maiores reduções nos teores de hidrogênio difusível e oxigênio no metal de solda. Several studies over the past few years have shown that electrodes coated with agglomerated PTFE (Polytetrafluoroethylene) in air and wet underwater welding applications have good electric arc stability and low diffusible hydrogen contents and considerable volume fraction of acicular ferrite in the weld metal. These results, together with the fact that the tubular wire welding process has great potential for use in underwater welding, suggest that there are good prospects for the use of PTFE as a flux ingredient for this application. In this work, selfprotected cored wires of the rutile-oxidizing type were developed using PFTE as one of the flux ingredients in concentrations of up to 21%. Welds were carried out in a flat position at a depth of 0.5m using direct current with an electrode connected to the negative pole of the machine (CCEN) and connected to the positive pole of the machine (CCEP). Welding electrical signals were monitored and processed in order to determine the characteristic voltages of the process and quantify the occurrence of short circuit and arc extinction, to determine the stability of the process. The influence of flux composition on the morphology and geometry of the weld bead, hydrogen and oxygen contents and microstructure were also evaluated. The results indicated that for both polarities, the welding current increased with the addition of PTFE to the flux. The additions of PTFE also influenced the increase in penetration and bead reinforcement and decrease in bead width. The amount of diffusible hydrogen and oxygen in the weld metal was also affected by reducing with the addition of PTFE, being more pronounced with CCEN. For all formulations no pore formation was observed. Under the conditions studied, there were no significant differences in the microstructure and hardness of the weld metal with the variation of PTFE in the flux. Furthermore, PTFE did not directly influence the chemical composition of the weld metal. In conclusion, cored wires with additions of PTFE to the flux and in DCEN welding condition showed better operational results and greater reductions in the contents of diffusible hydrogen and oxygen in the weld metal.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico The manufacturing of subsurface channels can be a solution for heating or cooling of parts that need to be heated or cooled. The welding process, although known and used for many years, has never been used for this purpose. Therefore the aim of this work was to study the factors (type of arc - TIG, Plasma, A-TIG, type of current - continuous or pulsed, current pulse shape, pulse parameters, current and voltage values, electrode sharpening angle, working angles, the torch travel speed, physical characteristics of the base metal, etc.) that would provide improved process efficiency (greater depth and cross section of the channels and increased productivity), aiming to improve the robustness of the formation of subsurface cooling/heating channels in metal parts by the action of the arc. Simple deposition tests were done on carbon steel sheets and stainless steel, using TIG and Plasma welding processes and varying all the factors mentioned above. The idea was to enhance the defects called in the literature as "tunneling" (elongated cavities) and "convert" them in subsurface cooling/heating channels. The most appropriate welding techniques and the most favorable welding conditions were looked for to achieve this aim. The influence of the factors mentioned above on the bead geometry and on the channel formation was studied as well. It was concluded that the most promising process for the channel manufacturing is the Pulsed TIG welding with high amplitude current pulses. It was shown that continuous current is not appropriate for the channel formation. It was also shown that the channel formation phenomenon using an arc welding process is a rather complex process, sensitive to any small changes of the used welding process parameters. A confecção de canais subsuperficiais pode ser uma solução para aquecimento ou resfriamento de peças que precisem ser aquecidas ou resfriadas. Os processos de soldagem, apesar de serem conhecidos e usados há anos, nunca foram usados para esta finalidade. Por isso o objetivo deste trabalho foi estudar os fatores (tipo de arco TIG, Plasma, A-TIG, tipo de corrente contínua, pulsada, formato de pulso de corrente, parâmetros de pulsação, valores de corrente e tensão, formato da afiação da ponta de eletrodo, ângulos de trabalho, velocidade de deslocamento da tocha, características físicas do metal base, outros) que proporcionariam melhor eficiência do processo (maior profundidade e seção transversal dos canais e maior produtividade), visando dominar o controle seguro da formação dos canais subsuperficiais de resfriamento aquecimento nas peças metálicas pela ação do arco voltaico. Foram feitos testes de simples deposição sobre as chapas de aço carbono e aço inoxidável, usando soldagens TIG e Plasma, variando se os fatores mencionados acima e visando desenvolver os defeitos típicos para estes processos de soldagem chamados na literatura "tunneling" (cavidades alongadas) em canais de resfriamento/aquecimento. Buscaram-se as técnicas e as condições de processo mais favoráveis para confecção dos canais. Procurou-se estudar ainda a influência dos fatores mencionados acima na geometria do cordão e na geração das cavidades. Conclui-se que o processo mais promissor para a confecção dos canais é o processo TIG com a corrente pulsada com os pulsos de corrente de alta amplitude. Foi demonstrado que a corrente contínua não favorece à geração dos canais. Também certificou-se que a confecção dos canais por processos de soldagem a arco é bem complexa e sensível a pequenas mudanças dos parâmetros do processo usado. Doutor em Engenharia Mecânica

A proposta deste trabalho é estudar a utilização da oscilação magnética controlada do arco elétrico conforme padrões geométricos complexos aplicados ao processo GMAW para a soldagem do passe de raiz. Estes padrões foram aqui representados pelo que se conhece como Figuras de Lissajous. As Figuras de Lissajous são curvas paramétricas produzidas matematicamente que podem oferecer a versatilidade para a criação de movimentos de tecimento similares aos praticados por soldadores experientes. Estas curvas, basicamente, são produzidas aplicando-se e controlando equações do tipo senoidais para os eixos ortogonais “X” e “Y”. Um sistema gerador/controlador de tensão elétrica foi desenvolvido para este trabalho e seu software combina e controla as variáveis, frequência (Hz), amplitude (V), fase (rad) e offset (%) da equação senoidal de cada eixo. Este sistema foi construído para alimentar dois pares de eletroímãs geradores de campo magnético, cada par correspondente a seu respectivo eixo. Os eletroímãs, por sua vez, recebem do sistema a tensão elétrica adequada para produzirem campos magnéticos com valores específicos de densidade magnética (mT). Uma vez posicionados os eletroímãs em seus respectivos eixos ortogonais com referência à linha de centro vertical do arco elétrico, torna-se possível fazê-lo descrever os referidos movimentos de tecimento por meio do fluxo magnético que foi gerado e direcionado para arco. Com este equipamento atuou-se na soldagem de forma a defletir o arco elétrico seguindo formas de Figuras de Lissajous. Com a utilização deste recurso/equipamento no processo, além de se promover a deflexão controlada do arco elétrico (difíceis de serem conseguidos manual ou mecanicamente), foi possível depositar metal de adição em locais específicos, modificar as características da distribuição térmica localizada na região da soldagem, contribuir para a formação de uma poça de fusão menos concentrada na região da solda e produzir cordões com potencial para superar obstáculos como desalinhamentos e afastamentos desiguais típicos da etapa conhecida como passe de raiz. Anteriormente ao se realizar as soldagens em chanfro utilizando o processo GMAW pulsado, o sistema oscilador magnético que foi construído foi posto à prova em uma sequência de testes iniciais realizados com os processos GTAW autógeno e GMAW com transferência por curto circuito. Impondo-se movimentos de tecimento ao arco seguindo duas diferentes Figura de Lissajous, nas soldagens GTAW autógeno ficou claramente evidenciado a movimentação transversal e longitudinal da poça de fusão em função das características visuais e dimensionais dos cordões que foram produzidos. Nas soldagens GMAW por curto circuito tal movimentação não foi visualizada claramente. Contudo, por meio de registros termográficos obtidos na face oposta dos cordões de solda realizados sobre chapa, foi possível registrar diferenças térmicas com maior ou menor concentração de calor entre cordões produzidos sem e com padrões de tecimento. Fato este que sugere que a oscilação magnética imposta ao processo interferiu na distribuição térmica da solda. As soldagens no processo GMAW pulsado em peças chanfradas, foram produzidas aplicando-se tecimento seguindo quatro diferentes Figuras de Lissajous. As análises dos resultados se deram conforme características dimensionais dos respectivos cordões e sinais elétricos registrados em oscilogramas. Estes resultados mostraram que a aplicação da oscilação magnética controlada imposta ao arco foi capaz de produzir soldagens do passe de raiz em peças chanfradas posicionadas de topo e estas com afastamento médio de até 3,7 mm entre suas faces, sendo que, sem a aplicação da oscilação magnética a abertura média da raiz foi de 2,4 mm. Adicionalmente, nesta tese foi estabelecido um conceito básico denominado “Taxa de variação da tensão elétrica” a qual demonstrou ser consequência do campo magnético aplicado no arco. The purpose of this work is to study the use of controlled magnetic oscillation of the electric arc according to complex geometric patterns applied to the GMAW process for root pass welding. These patterns were represented here by what is known as Figures of Lissajous. These one are parametric curves mathematically produced that can offer versatility for the creation of wetting movements similar to those practiced by experienced welders. These curves are basically produced by applying and controlling sine equations for the orthogonal axes "X" and "Y". An electrical voltage generator/controller system was developed for this work and its software combines and controls the variables, frequency (Hz), amplitude (V), phase (rad) and offset (%) of the sine equation of each axis. This system was built to feed two pairs of electromagnets magnetic field generators, each pair corresponding to its respective axis. The electromagnets, in turn, receive from the system the appropriate electrical voltage to produce magnetic fields with specific magnetic density (mT) values. Once the electromagnets are positioned on their respective orthogonal axes with reference to the vertical center line of the electric arc, it becomes possible to make weave movements through the magnetic flux that was generated and directed to the arc. With this equipment, the welding was performed in order to deflect the electric arc following the forms of Figures of Lissajous. With this resource/equipment in the process, in addition to promoting controlled deflection of the electric arc (difficult to be achieved manually or mechanically), it was possible to deposit addition metal in specific locations, modify the characteristics of the thermal, distribution located in the welding region, contribute to the formation of a fusion pool less concentrated in the weld region and produce beads with potential to overcome obstacles such as misalignments and uneven clearances typical of the stage known as root pass. Prior to the groove joints welding using the pulsed GMAW process, the magnetic oscillator system that was built was put to the test in a sequence of initial trials performed with the autogenous GTAW and GMAW processes with short circuit transfer. Imposing weave movements to the arc following two different Lissajous Figure in the autogenous GTAW welds was clearly evidenced transverse and longitudinal movements of the molten pool as a visual and dimensional characteristics of the beads that were produced. In short-circuited GMAW welds such movement was not clearly visualized. However, through thermographic records obtained on the opposite side of weld beads made on plate, it was possible to record thermal differences with higher or lower heat concentration between beads produced without and with weaving patterns. This fact suggests that the magnetic oscillation imposed on the process interfered in the thermal distribution of the weld. The welds in the GMAW process pulsed in groove joints parts were produced by applying weave following four different Lissajous Figures. The results were analyzed according to dimensional characteristics of the respective beads and electrical signals recorded in oscillograms. These results showed that the application of the controlled magnetic oscillation imposed to the arc was able to produce root pass welds in flat positioned groove joints parts and these with an average clearance of the 3.7 mm between their faces, and without the application of the oscillation the average root opening was 2.4 mm. Additionally, this Thesis established a basic concept called "Rate of variation of electrical voltage" which proved to be a consequence of the magnetic field applied in the arc.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Diversas são as variáveis que caracterizam a formação de um cordão de solda feito por processos a arco. Mas, nos trabalhos encontrados na literatura acerca das variáveis responsáveis pela formação do cordão, pouco se discute e justifica-se o uso da representatividade das correntes (média e eficaz) na caracterização da formação de um cordão de solda. Com base nisso, persiste a dúvida sobre a melhor forma de expressar a corrente, se média ou eficaz, para representar seu efeito sobre a formação de um cordão de solda. Com o intuito de fomentar esta discussão, foram realizados ensaios de soldagem automatizada com o processo TIG em corrente constante e corrente pulsada, mantendo-se o mesmo valor de corrente média, mas com crescentes valores de corrente eficaz (conseguido pela parametrização do pulso e base em corrente pulsada). Analisou-se a relação entre as duas formas de representar a corrente e aspectos geométricos dos cordões resultantes, como penetração, largura, área fundida. Também se verificou a relação da forma de representar a corrente sobre o calor absorvido nas mesmas condições paramétricas, através de um ensaio calorimétrico criogênico. Todos os parâmetros geométricos e energia absorvida apresentaram aumento quando havia crescimento tanto dos níveis de corrente média, quanto dos valores de corrente eficaz. Estes resultados evidenciam que ambas as representações de corrente (média e eficaz) são necessárias para representar de forma mais consistente a influência da corrente sobre a formação do cordão em soldagem a arco. There are several variables that characterize arc welding bead formation. However, there is not consistent information discussed and justified in the current literature about the representation of the current (average and effective) for the characterization of the weld bead formation. Based on this fact, a question about the proper way to express current, either as average or as effective, to represent its effect on the formation of a weld bead still persists. In order to promote this discussion, automated welding trials were performed with the TIG process, by using constant and pulsed currents, keeping the same value of average current, yet with growing effective current values (achieved by pulse and base parametrization of the pulsed cycle). The relationship between the two forms of current representation and the geometrical aspect of the resultant beads, as penetration, width and molten area, were analyzed. In addition, the same relationship was searched for with the same parameters towards the absorbed heat measured by cryogenic calorimeter technique. All geometric parameters and the absorbed energies increased with the mean current levels expressed by both average and effective representation. These results showed that both representations of current (average and effective) are necessary to represent more consistently the influence of the current on the bead formation in arc welding. Dissertação (Mestrado)

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A técnica “SwitchBack” consiste em oscilar a tocha durante a soldagem na direção longitudinal do cordão. Um movimento de avanço e recuo da tocha se repete periodicamente ao longo da junta. Pesquisas apontam para um potencial da técnica em permitir o aumento da velocidade limite de soldagem e em controlar a solidificação da poça. Entretanto, pouco se conhece sobre os parâmetros que controlam a robustez do processo e sobre os aspectos metalúrgicos do metal de solda depositado. Assim, este trabalho teve como principal objetivo conhecer o efeito da técnica SwitchBack sobre a estrutura de solidificação do cordão produzido em soldagem MIG/MAG automatizada, avaliando o seu potencial para promover o controle da poça de fusão. Para atingir os objetivos propostos, inicialmente fez-se um estudo qualitativo do efeito do comprimento de reversão e do ângulo de ataque da tocha sobre a estrutura de solidificação do cordão. Uma câmera termográfica foi usada para verificar a temperatura sob o cordão, procurando fazer a correlação do fluxo de calor com os resultados. Em seguida, avaliou-se a robustez do processo no controle da poça de fusão, na posição plana e fora de posição. Também foi avaliado o potencial da técnica em aumentar a velocidade limite na soldagem. O efeito da técnica sobre as transformações metalúrgicas foi estudado, do ponto de vista da microscopia óptica, e pelas propriedades mecânicas. Todo o estudo foi feito de forma comparativa com o processo MIG/MAG Pulsado convencional. Os resultados mostraram que o ângulo de ataque e o comprimento da reversão afetam a estrutura de solidificação do cordão, favorecendo a recristalização de grãos no metal de solda próximos à linha de fusão. Quanto maior o comprimento de reversão maior o refino destes grãos. Durante as soldagens na posição plana, a melhor situação da técnica é aquela em que o avanço da tocha é realizado com menor velocidade que a reversão. Nas soldagens fora de posição, o emprego da técnica propicia uma maior robustez no controle da poça de fusão. O emprego da técnica permite ainda aumentar velocidade limite de soldagem sem prejuízos para a geometria do cordão. The "SwitchBack" technique is to weaving the torch during welding in the longitudinal direction of the bead. These movements repeated periodically along the joint. Research indicate a potential allow increased welding speed limit and control the solidification of the pool. However, little is known about the parameters that control the process robustness, as well as about the metallurgical aspects weld metal deposited with this technique. This study aimed to determine the effects of the Switch-Back technique on structure of weld solidification produced in MIG / MAG automated, evaluating its potential to promote control of the weld pool and change metallurgically the microstructure of the bead. To achieve the proposed objectives, initially made a qualitative study of the effect of the reversal of length and torch angle of attack on the cord solidification structure. A thermographic camera was used to check the temperature in the bead, trying to correlate the heat flux to the results. At a later stage, was evaluated the robustness of the process to control the weld pool as the penetration of the bead, both in the flat position and out of position. Also, was evaluated the potential of the technique to increase the speed limit in the welding. Finally, the effect of the technique on secondary metallurgical transformation was studied, from the point of view of optical microscope, such as the mechanical properties. All study was done on a comparative basis with the MIG / MAG conventional Pulsed process. The results showed that the attack angle and the length of the cord reversal affect the solidification structure, recrystallization grains favoring the metal near the weld fusion line. As for the length of reversal, its increase resulted in higher refining these grains. During the welding in the flat position, the better off technique was that in which the torch was carried forward at a lower speed than during the backward. In welding out of position, the technique of employment provided the most robust in the control of weld pool. The use of the technique allowed increase to increase the limit speed without bringing harm to the geometry of the bead. Tese (Doutorado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior No setor automotivo, moldes e matrizes para a conformação de chapas têm sido fabricados em ferro fundidos, substituindo economicamente o aço ferramenta, os quais apresentam maiores custos para usinagem. A alteração do design dessas matrizes, devido ao lançamento de novos produtos, implica na substituição prematura desses ferramentais. Além disso, a fabricação de uma matriz nova por fundição tem altos custos e longos prazos de entrega. Uma solução seria a fabricação de matrizes de ferro fundido de forma customizada, mas sem a necessidade de moldagem ou usinagem a partir de um bloco. A Manufatura Aditiva por Soldagem a Arco (MASA) com o processo GMAW (Gas Metal Arc Welding) é uma técnica promissora para este tipo de customização. A MASA consiste na fabricação de pré-formas metálicas a partir da deposição de multicamadas de cordões de solda sobre um substrato. Uns dos grandes desafios da MASA para a customização de moldes e matrizes de ferros fundido está relacionado com a formação de uma microestrutura de alta dureza na região da Zona Afetada pelo Calor (ZAC) e na Zona de Ligação (ZL) durante a soldagem. Estas regiões frágeis, aliadas às tensões de contração, podem levar à formação de trincas na aplicação da matriz. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo determinar os efeitos do ciclo térmico da MASA-GMAW sobre a dureza da ZAC e ZL de um substrato de ferro fundido nodular, oriundos da aplicação de camadas de amanteigamento. Para atingir tal objetivo, realizou-se 5 camadas de amanteigamento de forma escalonada e adquiriu-se os respectivos ciclos térmicos de soldagens através da inserção de um termopar no substrato. Nesta etapa foi analisado sistematicamente as transformações microestruturais e de microdureza que ocorreram na ZAC e ZL da 1ª Camada devido às subsequentes camadas (2ª, 3ª, 4ª e 5ª). Com os ciclos térmicos de soldagens reais foi possível realizar simulações físicas através de um simulador de ZAC. Concluiu-se através das soldagens reais e das simulações que as subsequentes camadas de solda causam o revenimento da ZAC do ferro fundido. Avaliou-se também, através da simulação, a possibilidade de se controlar a microdureza e tipo de microestrutura final da ZAC através da temperatura de pré-aquecimento, de interpasse e de pós-aquecimento. Por fim, a validação do estudo se deu através da construção de uma matriz de dobramento em dimensões reduzidas e pela submissão da mesma a trabalho. Os resultados mostraram que o uso da MASA-GMAW para a customização de uma matriz de ferro fundido nodular é adequado e promissor. In the automotive sector, molds and dies for sheet forming have been manufactured in cast iron, economically replacing tool steel, which present higher costs for machining. The change in the design of these matrices, due to the launch of new products, implies the premature replacement of these tools. However, the manufacturing of a new matrix by casting has high costs and long lead times. One solution would be to manufacture cast iron molds in a custom way, but without the need for molding or machining from a block. The Arc Welding Additive Manufacturing (MASA) with the GMAW (Gas Metal Arc Welding) process is a promising technique for this type of customization. The MASA consists of the manufacture of metal preforms from the deposition of multilayer of weld beads on a substrate. One of the great challenges of MASA for casting molds and die cast irons is related to the formation of a high hardness microstructure in the region of the Heat Affected Zone (HAZ) and in the Partially-Melted Zone (PMZ) during welding. These fragile regions, together with the contraction tensions, can lead to the formation of cracks in the matrix application. In this sense, the present work has as objective to determine the effects of the thermal cycle of the MASA-GMAW on the hardness of HAZ and PMZ of a nodular cast iron substrate, from the application of buttery layers. To achieve this goal, 5 layers of buttery were staggered and the respective thermal welding cycles were acquired by inserting a thermocouple into the substrate. In this step, the microstructural and microhardness transformations that occurred in the HAZ and PMZ of the 1st Layer were analyzed systematically due to the subsequent layers (2nd, 3rd, 4th and 5th). With the actual welding thermal cycles it was possible to perform physical simulations through a HAZ simulator. It was concluded through the actual welding and the simulations that the subsequent layers of weld cause the ZAC tempering of the cast iron. Through the simulation, it was also possible to control the microhardness and the final microstructure type of the HAZ through the preheating, intercalation and post-heating temperature. Finally, the validation of the study occurred through the construction of a folded matrix in reduced dimensions and the submission of the same to work. The results showed that the use of MASA-GMAW for the customization of a nodular cast iron matrix is adequate and promising. Dissertação (Mestrado)

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Os requisitos de monitoramento, controle e processamento de dados em tempo real nos processos de soldagem aponta para a necessidade de desenvolvimento e aperfeiçoamento técnico dos diversos processos de fabricação. Neste contexto, as técnicas de projeto em FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) podem contribuir para a melhoria do rendimento de controladores projetados para processos de soldagem. Com base na importância do desenvolvimento de plataformas integradas, flexíveis e eficientes para a criação rápida de protótipos de sistemas de controle dirigido a aplicativos industriais, o presente estudo desenvolveu um sistema integrado em uma FPGA para a aquisição de imagens, controle e a modelagem das características geométricas externas de cordão de solda no processo GMAW (Gas Metal Arc Welding). Desenvolve-se um desenho de hardware/software para lograr um sistema com alto grau de flexibilidade e modularidade, ajustando os parâmetros do processo, permitindo uma resposta em tempo real, em que os parâmetros de velocidade de soldagem, velocidade de alimentação do arame e a tensão foram preditos em função de largura e reforço desejados. Para realizar o controle em malha fechada do sistema desenhou-se um controlador com base em uma máquina de inferência, onde se tomou como referência a diferença pretendida entre a largura e o reforço, além dos valores reais obtidos do cordão de solda. Tal cordão foi medido através de um sistema de aquisição e processamento de imagens fazendo uso de um kit veek mt da Terasic. O sistema de comunicação integrado desenvolvido demonstrou ser um dispositivo adequado para a aplicação definida, uma vez que a modelagem prediz adequadamente os parâmetros do processo para uma largura e o reforço do cordão de solda. O controlador e o sistema de aquisição de imagens apresentaram resultados satisfatórios em sua aplicação experimental. The monitoring requirement, control, real time data processing, in welding processes, shows the need to develop and improve techniques in the various manufacturing processes. In this context, design techniques in FPGAs could contribute to improve the yield of controllers designed for welding processes. Considering the importance of the development of integrated, flexible and efficient platforms for fast creation of control system prototypes aimed at industrial applications, this work has developed an integrated system in an FPGA for image acquisition, control and modeling of external weld bead geometry in the GMAW process. A hardware/software design approach was developed in order to achieve a system with a high level of flexibility and modularity by adjustment of the process parameters, allowing a real-time response, where the welding speed, wire feed rate and tension are predicted due to a desired width and reinforcement. To perform the closed-loop control system designed tcontroller which is taken as reference the difference between width and reinforcement desires and actual values of the weld bead. The weld bead is measured by an acquisition system and image processing using the Terasic ALTERA VEEK-MT. The integrated system has been developed which has proven to be a suitable device for the specific application.

Orientadora: Profª. Drª. Ana Sofia Clímaco Monteiro D’Oliveira Coorientadora: Profª. Drª. Giovana Menegotto Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais – PIPE, Defesa : Curitiba, 06/08/2019 Inclui referências: p. 95-99 Resumo: Dependendo das condições de operação, pode ser necessária a proteção de equipamentos com revestimentos apresente resistência ao desgaste e à oxidação. O intermetálicos NiAl têm sido amplamente utilizados como revestimento para proteger componentes aeronáuticos, marítimos e de geração de energia, principalmente devido à boa estabilidade em alta temperatura, resistência à oxidação e baixa densidade que oferece. Este comportamento está associado à estrutura ordenada do NiAl e à capacidade de formar prontamente uma película protetora contínua e aderente de alumina. Por outro lado, o Carbeto de Tungstênio (WC) é considerado um dos materiais cerâmicos mais eficientes quando combinado com alguma matriz metálica devido à combinação de propriedades como alto módulo elástico, alto ponto de fusão, alta densidade, alta dureza e excelente resistência à corrosão e desgaste. Nesta pesquisa, os revestimentos intermetálicos NiAl in-situ foram processados por Plasma por Arco Transferido (PTA), reforçado com carbetos de tungstênio. Em particular, é investigado o efeito de carbetos nano e micro-dimensionados na síntese de aluminetos de níquel. Os pós de Ni, Al e micro WC-Co ou nano WC foram tratados, misturados e processados. Os revestimentos sem adição de partículas e com micropartículas desenvolveram as fases ?-NiAl e ?-NiFe conforme o esperado. Por outro lado, os revestimentos processados com nanopartículas de WC exibiram diferenças significativas nas fases (desenvolvimento de fases ricas em Ni), microestrutura e microdureza. É mostrado que o tamanho das partículas de reforço e os métodos de processamento têm uma enorme influência na síntese dos intermetálicos PTA Estes resultados podem ajudar a entender os diferentes mecanismos através dos quais micro e nanopartículas agem ao interagir com pós elementares, a fim de formar revestimentos intermetálicos. Palavras-chave: Intermetálicos. Nanopartículas. Plasma por Arco Transferido. NiAl. Carbeto de Tungstênio Abstract: Operating conditions determine the need for protective coatings exhibiting wear and oxidation resistance. NiAl intermetallic coatings have been extensively used to protect aeronautical, marine and power generation components, mainly because of the good stability in high temperature, resistance to oxidation, and low density that they offer. This behavior is associated with the ordered structure of the NiAl and the ability to readily form a continuous and adherent protective film of alumina. On the other hand, Tungsten Carbide (WC) is considered one of the most efficient ceramic materials when it is combined with some metal matrix due to the combination of properties such as high elastic modulus, high melting point, high density, high hardness and excellent resistance to corrosion and wear. In this research, in-situ NiAl intermetallic coatings were processed by Plasma Transferred Arc (PTA), reinforced with WC. In particular, it is investigated the effect of nano and micro-sized carbides on the synthesis of nickel aluminides. Ni, Al and carbides (WCCo micro and WC nano-size) powders were treated, mixed and processed. The coatings processed without reinforcing particles and with microparticles developed ?- NiAl and ?-NiFe phases as expected. Otherwise, the coatings processed with WC nanoparticles exhibited significant differences in phases (developing Ni rich phases), microstructure and micro hardness. It is shown that the size of the reinforcing particles and the processing parameters have an enormous influence on the synthesis and high temperature behavior of the intermetallics processed through PTA. These results could help to understand the different mechanism through which micro and nanoparticles act when interacting with elementary powders to form intermetallic coatings. Keywords: Intermetallics. Nanoparticles. Plasma Transferred Arc. NiAl. Tungsten Carbide

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). O aço inoxidável martensítico CA6NM é empregado em serviços que requerem boa resistência mecânica e à corrosão. Geralmente este material é utilizado em equipamento de plataformas offshore, mancais, rotores, componentes de turbinas hidráulicas, entre outros. Os tratamentos térmicos empregados neste aço são essenciais para obter as propriedades mecânicas desejadas e o controle dos ciclos dos tratamentos térmicos, para o fabrico ou reparação, influência em suas propriedades, como por exemplo a resistência à corrosão. Portanto, este estudo visa entender o processo corrosivo do aço inoxidável CA6NM após o reparo realizado por soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding) em múltiplos passes. Para analisar este comportamento, foram realizados 3 tipos de caracterização: microestrutural, físico-química e eletroquímica. Na caracterização microestrutural as amostras foram analisadas por microscopia confocal e eletrônica de varredura, para verificar as mudanças microestruturais provocada pelo processo de solda. Foi possível observar a presença de microestrutura martensítica em toda a extensão das amostras, com diferenças evidentes entre as regiões de base, interface e de adição do metal de solda. Este revelou ainda a presença de austenita retida e ferrita-δ, principalmente nas regiões de interface e adição. Os testes de dureza e microdureza vickers foram realizados para identificação de alterações mecânicas no perfil das amostras. Estes apresentaram maior dureza na região de interface e de adição, resultando um valor médio de 314 HV. A caracterização físico-química foi feita por espectrometria de fluorescência de raios-x por energia dispersiva utilizada para identificar e quantificar os elementos presentes em cada uma das regiões da amostra. Foi possível observar que algumas regiões apresentaram um percentual de cromo inferior ao recomendado para aços inoxidáveis, o que provocou corrosão uniforme nestas regiões, após ensaios de polarização. A caracterização eletroquímica foi feita por ensaios de polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica realizados em meio eletrólito de 3,5% de NaCl para análise do comportamento eletroquímico do material. Os ensaios de polarização demostraram os diferentes comportamentos eletroquímicos entre as regiões analisadas. Já os ensaios de impedância eletroquímica, demostraram que as amostras não apresentaram uma zona de passivação bem definida, proveniente da instabilidade do filme passivador. The martensitic stainless steel CA6NM is used in structures that require good mechanical strength and corrosion resistance. Generally, this material is used in equipment of offshore platforms, bearings, rotors, components of hydraulic turbines, among others. The heat treatments applied to this steel are essential to obtain the desired mechanical properties, and the control of cycles of heat treatment for manufacture or repair, influence on its properties, such as corrosion resistance. Therefore, this study aims to understanding the corrosion behavior of the stainless steel CA6NM after the repair performed by GMAW (Gas Metal Arc Welding) in multiple layers. To analyze this behavior three types of characterization were carried out: microstructural, physicochemical and electrochemical. In the microstructural characterization the samples were analyzed by confocal microscopy, and scanning electron microscopy to verify the microstructural changes caused by the welding process. It was possible to observe the presence of martensitic microstructure throughout the samples, with evident differences between the base, interface and addition regions of the weld metal. This also revealed the presence of retained austenite, and ferrite-δ mainly in the interface and addition regions. Vickers hardness, and microhardness tests were carried out to identify mechanical changes in the sample profile. These presented higher hardness in the interface and addition regions, resulting in an average value of 314 HV. The physicochemical characterization was performed by energy dispersive x-ray fluorescence spectrometry used to identify and quantify the elements present in each of the regions sample’s. It was possible to observe that some regions presented an inferior chromium percentage to the one recommended for stainless steels, which caused uniform corrosion in these regions, after polarization tests. The characterization of the corrosion was done by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy in 3.5% NaCl electrolyte to analyze the electrochemical behavior of the material. The polarization tests demonstrated the different electrochemical behavior in the analyzed regions. Electrochemical impedance test, demonstrated that the samples are not a well-defined passivation zone, proven from the instability of the passivating film.

Um dos processos de união de metais mais utilizados é a soldagem MIG/MAG, que é caracterizada por uma alta produtividade e facilidade de automação. Uma nova variante do processo MIG/MAG utiliza fluxos ativos na soldagem, neste trabalho denominada AMIG, e apresenta potencial para modificar as características operacionais da soldagem e o perfil do cordão de solda. Os recursos necessários para a soldagem A-MIG são os mesmos do processo MIG/MAG convencional, com uma única adaptação que é a aplicação de uma fina camada de fluxo sobre a região a ser soldada. Com o principal objetivo de verificar a influência do uso de diferentes fluxos nas características operacionais da soldagem A-MIG de um aço inoxidável austenítico, o presente trabalho realizou, inicialmente, testes com seis diferentes candidatos a fluxos com transferência metálica por curto-circuito. Destes testes foram selecionados dois fluxos que apresentaram maior capacidade de afetar as condições de soldagem e estes foram avaliados em transferência por queda livre com a fonte operando em corrente constante. Os resultados demonstram que a maioria dos fluxos utilizados apresentam comportamento ativo na soldagem provocando alterações nas características elétricas do processo e no cordão de solda. Alguns dos efeitos observados com o uso desses fluxos na soldagem A-MIG, em comparação ao processo sem fluxo, foram alterações na tensão e corrente do arco, na frequência da transferência metálica e aumento de luminosidade do arco elétrico. Entre os compostos testados, a sílica e o carbonato de cálcio foram os que apresentaram maior capacidade de alterar as condições de soldagem MIG/MAG welding is one of the most commonly used metal joining processes, being characterized by high productivity and ease of automation. A new variant of the MIG/MAG process that uses active fluxes, called A-MIG in a dissertation, presents potential to modify the operational characteristics of the weld and the profile of the weld bead. A-MIG welding basically requires the same resources used in conventional MIG/MAG process except for the application of a thin layer of flux over the region to be welded. In order to verify the influence of different fluxes on the operational characteristics of A-MIG welding of an austenitic stainless steel, initial welding trials with six different flux candidates were performed with short-circuit metal transfer. Two fluxes that presented stronger capacity to affect welding conditions were selected from these trials and evaluated in free flight metal transfer trials with constant current operation. The results show that most of the used fluxes can present active behavior in MIG welding of stainless steels, causing changes in process electrical characteristics and weld bead shape. Some of the effects caused by these fluxes were changes in arc voltage and current, the metal transfer frequency and higher arc luminosity. Among the tested flux candidates, silica and calcium carbonate were those that more strongly affected the welding conditions

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. A automação da soldagem consiste na difícil tarefa de diminuir a intervenção humana em procedimentos de soldagem. Especialmente na execução do passe de raiz da união de tubos, o papel do soldador é essencial na observação da junta, ajuste dos parâmetros de soldagem e movimentação adequada da tocha. Em procedimentos automatizados, esses ajustes são realizados a partir de medições da geometria da junta e a tocha é movimentada por robô dedicado à aplicação da soldagem. A correta movimentação e o ajuste dos parâmetros de soldagem em função das medições são realizados pelo controle adaptativo do processo. O sucesso deste controle é dependente da qualidade das medições da junta. Essas medições, realizadas durante a soldagem, são dificultadas pelos ruídos impostos pelo ambiente de soldagem, tais como: altas temperaturas, luminosidade do arco, respingos, vibrações, histerese, entre outros. A tecnologia mais aplicada na medição da geometria da junta de soldagem em sistemas automatizados com controle adaptativo é a triangulação laser, devido as suas características metrológicas e de robustez necessárias para a aplicação. Os sensores de triangulação laser para soldagem disponíveis no mercado não permitem muitos ajustes na medição, pois estas são restritas às funcionalidades realizadas pelos fabricantes. Estas características limitam o desenvolvimento de novos sistemas e estratégias de controle. Dentro deste contexto, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sensor de triangulação laser e das técnicas adequadas de processamento de imagem e sinais, com as características necessárias para aplicação no controle adaptativo da soldagem do passe de raiz da união de tubos. O software do sensor foi desenvolvido com flexibilidade para utilização de diferentes filtros e algoritmos de medição. Foram desenvolvidos os algoritmos da Segunda Derivada, Correlação de Padrões e Ajuste Linear. Os dois primeiros foram inspirados em trabalhos acadêmicos e o último é uma proposta deste trabalho. Para avaliar o sensor e os algoritmos desenvolvidos, o equipamento foi integrado a um sistema de soldagem e aplicado na soldagem do passe de raiz de juntas do tipo V , compostas por chapas soldadas na posição plana. Os algoritmos de medição foram avaliados quanto a incerteza de medição apresentada. O algoritmo de Ajuste Linear apresentou os melhores resultados de medição da junta e foi aplicado no controle da soldagem. O controle foi realizado com as técnicas de escaneamento prévio da junta (off-line) e correção durante a soldagem (online). O controle off-line utiliza medições realizadas antes da soldagem para definir os parâmetros do processo e trajetória de movimentação do robô. Esta técnica se beneficia de realizar medições sem a interferência do processo de soldagem. Entretanto, as variações da junta, ocorridas durante a soldagem não são percebidas. Para que estas variações sejam percebidas, o sensor deve ser utilizado no controle online da soldagem. Nesta técnica, as medições são realizadas durante o processo, o que implica na necessidade de maior robustez do sensor e imunidade a ruídos provenientes do processo de soldagem. Neste sentido, ao protótipo desenvolvido, foram incorporados mecanismos de resistência ao ambiente de soldagem, os quais produziram efeito eficaz ao funcionamento do sensor. Nas condições em que os ensaios foram realizados, as soldagens com as duas técnicas de controle propostas resultaram em soldas aprovadas. Estes resultados comprovam o funcionamento do sensor e dos algoritmos desenvolvidos. Abstract : The welding automation consists on the difficult task of reducing the human intervention on the welding procedures. Especially in the execution of the root pass in pipe welds, the role of the welder is essential in the observation of the joint, welding parameter adjustment and suitable torch movement. In automated procedures, these adjustments are realized based on the measurements of the joint geometry and the torch is moved by a robot dedicated to the welding employment. The correct movement and the adjust of the welding parameters using the measurements are realized by the adaptive control of the process. The success of such control is dependent on the quality of the joint measurements. Theses measurements, made along the welding process, are problematic because of the ambient noises added by the welding environment such as: high temperatures, arc luminosity, welding spatter, mechanical vibrations, hysteresis, and others. The most applied technology on the measurement of the joint geometry in automated welding systems with adaptive control is the laser triangulation, due its metrological characteristics and robustness necessary in this application. The available sensors for laser triangulation in welding in the market do not provide many options on the adjustment of the measurement, because they are restricted by the functionalities built by the manufacturer. These characteristics narrow the development of new systems and control strategies. Within this context, this work proposes the development of a laser triangulation sensor and the adequate signal and image processing techniques, with characteristics necessary by its application in the adaptive control of welding root pass for tube joints. The sensor s software was developed with the flexibility for the utilization of different filters and measurement algorithms. It was developed algorithms of the Second Derivative, Pattern Correlation and Linear Adjustment. The first two were inspired by previous academic works and the latest is a proposal of this work. To evaluate the sensor and the developed algorithms, the equipment were integrated in a welding system and applied to root pass welding of type V joints, composed by metal sheets welded in the plane position. The measurement algorithms have been evaluated with respect to their measurement error. The Linear Adjustment algorithms presented the best joint measurement results and, thus, was applied in the welding control. The control was realized using the techniques of the previous joint scanning (off-line) and correction during the welding (on-line). The off-line control uses measurements previous to the welding to define the process parameters and the robot movement trajectory. This technique benefits of taking the previous measurements without the interference of the welding process. On the other hand, the joint variations that occurred during the welding process are not noticed. To account for those variations, the sensor must be used in the online control of the welding. In this technique, the measurements are realized during the welding process, which implies in the need of robustness of the sensor and immunity with respect to the noises generated by the welding process. Therefore, it was added to the developed prototype mechanisms of enduring the welding environment, which allowed the effective operation of the sensor. In the conditions that the tests were realized, both welding control techniques resulted in approved welds. These results prove the correct operation of the sensor and developed algorithms.

No processo Eletrodo Tubular (Flux Cored Arc Welding – FCAW), a transferência do metal de adição (transferência metálica) para o material de base, de forma a obter o cordão de solda, determina a qualidade da solda e, portanto, estudos sobre este fenômeno são demandados. Assim, neste trabalho, a transferência metálica durante o processo FCAW é investigada filmando-se esse fenômeno com o auxílio de visualização por infravermelho próximo. Durante a revisão da literatura, não se encontrou outros trabalhos que utilizassem tal metodologia. Deve-se ressaltar que a radiação emitida pelo arco, fumos e partículas (respingos) durante o processo dificulta a visualização do processo. O monitoramento da transferência metálica do processo FCAW foi realizado dentro do envelope de trabalho de tensão e velocidade de alimentação do eletrodo E71T-1 (1,2 mm de diâmetro) e Ar+25%CO2, como gás de proteção. Foi utilizado um sistema de visualização por infravermelho próximo desenvolvido localmente a uma taxa de 300 quadros por segundo, de forma a contribuir para o entendimento do processo e avaliação das características da transferência metálica, diferentemente de outros processos, os quais utilizaram a técnica de perfilografia (shadowgrafia). Foi possível observar a formação e transferência da gota durante o processo e identificar os diferentes modos de transferência ao se variar os parâmetros de tensão e velocidade de alimentação nos mapas de transferência. Os resultados finais do trabalho são os mapas de transferência, os quais estabelecem condições adequadas e fundam as bases para o desenvolvimento de estratégias de controle do arco para o processo FCAW. In the Flux Cored Arc Welding (FCAW) process, the transfer of filler metal (metal transfer modes) to the base material to accomplish the weld bead determines the weld quality and therefore studies of such phenomena is demanded. Thus, in this work, the metal transfer through the FCAW process is investigated by filming the phenomena with the assist of near infrared visualization. During the literature survey, it was found that this technic has not been used so far for analyzing the FCAW process. It must be pointed out that the radiation emitted from the weld arc, fumes and particles (spattering) in this process represent a barrier for these studies based in the process visualization. The monitoring of metal transfer for FCAW process was carried out within the operational envelope of voltage and wire feed speed with the electrode E71T-1 (1.2 mm diameter) and Ar+25%CO2 as a shielding gas. A local developed near infrared filming with frame rate of 300 Hz was employed for metal transfer visualization in order to contribute to a better understanding of this process and evaluating characteristics of metal transfer, unlike previous studies, which used shadowgraph technique. It can clearly be seen how the droplet is created and transferred in this process and also identify the different modes of metal transfer by changing the parameters of voltage and wire feed speed in metal transfer maps. The final result of this study is the metal transfer mode maps, which establish suitable conditions and provide the basis for developing arc control strategies for the FCAW process. Dissertação (Mestrado)

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Os processos de soldagem a arco são amplamente utilizados no setor industrial metalomecânico em uma vasta gama de aplicações. Nestes processos são empregados altos de níveis de corrente que chegam a centenas de amperes e que geram campos magnéticos, cujos efeitos nocivos à saúde humana ainda não são devidamente comprovados. Ainda assim, órgãos ligados a saúde ocupacional formularam diretrizes que limitam a exposição do trabalhador a tais campos. Em adição, estudos mostram que, em função dos níveis de corrente e do modo como a soldagem é realizada, estes limites de referência podem ser ultrapassados em alguns casos. Diante deste fato, o objetivo deste trabalho consiste na realização de soldagens a arco utilizando-se os processos Eletrodo Revestido e TIG, por serem realizados majoritariamente de forma manual, para a avaliação da influência de variáveis como corrente de soldagem, altura de arco, proteção gasosa, material e revestimento nos valores de campo magnético gerado e compará-los com os limites estabelecidos pelas diretivas mais recentes do ICNIRP. Os resultados mostraram que o campo magnético é maior quanto maior for a corrente de soldagem e menor quanto maior for a altura do arco. O revestimento do eletrodo influencia no valor do campo magnético por estar relacionado com a estabilidade do arco. A proteção gasosa se mostra influente por modificar o formato do arco. Por fim, o campo magnético é influenciado pela permeabilidade magnética do material soldado. Welding arc processes are widely used in metal industry in a wide range of applications. These processes employ high current levels that reach hundreds of amperes and generate magnetic fields, whose harmful effects on human health are not yet fully proven. Even though, bureaus connected to occupational health formulated guidelines that limit exposure of the worker to such fields. Moreover, studies show that, depending on current levels and how the welding is performed, these reference levels may be exceeded in some cases. Therefore, the objective of this work is to carry out weldments by using the covered-electrode and TIG processes, since they are mostly performed manually, to evaluate the influence of variables such as welding current, arc length, shielding gas, material and coating on magnetic-field values and compare them to the threshold limits established by the latest directives of the ICNIRP. The results showed that the magnetic field is higher as the higher the welding current and the lower the greater the height of the arc. The electrode coating influences the value of the magnetic field to be associated with arc stability. The shielding gas influences the magnetic field by modifying the arc format. Finally, the magnetic field is influenced by the magnetic permeability of the base material. Dissertação (Mestrado)

Os métodos clássicos de inspeção utilizados para detectar e encontrar perturbações nos processos de soldagem são baseados comumente na medição direta de seus parâmetros como da tensão do arco, corrente de soldagem, velocidade de alimentação, etc. Usando esses métodos de inspeção implica inserção dos sensores em todo o processo de soldagem e sua presença poderia alterar o comportamento, por exemplo, da transferência metálica e, consequentemente, uma qualidade irregular da junta soldada, bem como provocaria o aumento do custo de produção. Para reduzir essas implicações é necessário usar um método de inspeção não intrusiva. Neste artigo mostrar-se métodos não intrusivos para a inspeção de qualidade de solda. Estes métodos baseiam-se na fusão de sensores, a extração da informação global vinda dos dados fornecidos por cada sensor, como por exemplo, a detecção de emissão de radiação de luz pela espectroscopia, o sensoreamento acústico do arco eléctrico ou as emissões de infravermelho, correlacionando o insumo de calor do processo. Finalmente, a fusão de dados será aplicada a um controlo estatístico para detectar e encontrar perturbações no processo de soldagem. Os resultados mostram que a fusão de sensores pode ser utilizada como uma ferramenta para medir indiretamente a qualidade nos processos de soldagem, especificamente no processo GMAW. The classical inspection methods used for detecting and finding disturbances in welding process are based on direct measurement of its parameters as arc voltage, welding current, wire feed speed, etc. Using these inspection methods implies sensors insertion around the welding process and its presence could alter the metallic transference behavior and consequently an uneven quality as well as it can increase the production cost. For reducing these implications is necessary using a non intrusive inspection method. In this paper we will show nonintrusive methods to the weld quality inspection. These methods are based on sensor fusion, the extraction of global information coming from the interrelation data given by each sensor that, for example, sensing the spectroscopy radiation emission, the acoustic sensing of the electrical arc, the infrared emissions indicating the heat content of the weld. Finally, the fusion data will be applied to a statistical control for detecting and finding welding disturbances. The results will show that sensor fusion could be used as a tool to measure indirectly the weld quality in the GMAW process.

The present study shows the relationship between welding quality and optical-acoustic emissions from electric arcs, during welding runs, in the GMAW-S process. Bead on plate welding tests was carried out with pre-set parameters chosen from manufacturing standards. During the welding runs interferences were induced on the welding path using paint, grease or gas faults. In each welding run arc voltage, welding current, infrared and acoustic emission values were acquired and parameters such as arc power, acoustic peaks rate and infrared radiation rate computed. Data fusion algorithms were developed by assessing known welding quality parameters from arc emissions. These algorithms have showed better responses when they are based on more than just one sensor. Finally, it was concluded that there is a close relation between arc emissions and quality in welding and it can be measured from arc emissions sensing and data fusion algorithms.

This paper presents an evaluation of an infrared sensor for monitoring the welding pool temperature in a Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) process. The purpose of the study is to develop a real time system control. It is known that the arc welding pool temperature is related to the weld penetration depth; therefore, by monitoring the temperature, the arc pool temperature and penetration depth are also monitored. Various experiments were performed; in some of them the current was varied and the temperature changes were registered, in others, defects were induced throughout the path of the weld bead for a fixed current. These simulated defects resulted in abrupt changes in the average temperature values, thus providing an indication of the presence of a defect. The data has been registered with an acquisition card. To identify defects in the samples under infrare demissions, the timing series were analyzed through graphics and statistic methods. The selection of this technique demonstrates the potential for infrared emission as a welding monitoring parameter sensor.

Most of the inspection methods used for detection and localization of welding disturbances are based on the evaluation of some direct measurements of welding parameters. This direct measurement requires an insertion of sensors during the welding process which could somehow alter the behavior of the metallic transference. An inspection method that evaluates the GMA welding process evolution using a non-intrusive process sensing would allow not only the identification of disturbances during welding runs and thus reduce inspection time, but would also reduce the interference on the process caused by the direct sensing. In this paper a non-intrusive method for weld disturbance detection and localization for weld quality evaluation is demonstrated. The system is based on the acoustic sensing of the welding electrical arc. During repetitive tests in welds without disturbances, the stability acoustic parameters were calculated and used as comparison references for the detection and location of disturbances during the weld runs.

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-19. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:20Z : No. of bitstreams: 1 000846966.pdf: 13367025 bytes, checksum: e59ba0e51ffa0493423b80aa0e707de3 (MD5) As matrizes poliméricas atualmente disponíveis para compósitos avançados têm evoluído progressivamente como alternativa para a indústria aeronáutica sendo que nos últimos anos diversas matrizes termoplásticas especiais e de alto desempenho mecânico vem sendo estudadas para utilização na fabricação de compósitos avançados. Dentre as matrizes termoplásticas mais utilizadas na área aeronáutica destaca-se a poli(éter-imida) (PEI) por apresentar baixo custo, boas propriedades mecânicas e ser de fácil manuseio. Por outro lado, um dos principais problemas da utilização de compósitos termoplásticos em aplicações estruturais consiste em sua união efetiva para a integração de componentes. Entre os diversos métodos disponíveis destinados à soldagem, a utilização do processo de soldagem por resistência elétrica vem sendo considerado como um dos mais promissores para união de compósitos. O presente trabalho tem como objetivo a otimização do processo de soldagem por resistência elétrica utilizando compósitos de matriz constituída do polímero termoplástico PEI reforçado por fibras contínuas de vidro, carbono e por um sistema híbrido constituído de fibras de carbono e de vidro, com foco em aplicações aeronáuticas. Para o desenvolvimento deste trabalho, foi utilizado um planejamento experimental para a determinação e otimização dos melhores parâmetros sendo aqui considerados tempo, corrente elétrica e pressão na soldagem de laminados em estudo. Além disso, foram avaliados 4 tipos de elementos resistivos (malhas metálicas de aço inox de 100, 200 e 300 mesh e fibra de carbono com bronze). Os melhores parâmetros de otimização foram determinados a partir de ensaios de Lap Shear. Baseando-se nos resultados encontrados quanto à otimização destes sistemas, foi concluído que para o compósito PEI/ fibra de vidro os melhores valores ...( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) Thermoplastic composites reinforced with continuous fibers are being studied in a wide range of applications, such as commercial use for their low cost and for engineering with higher associated value. Currently, available polymer matrices for advanced composites have been progressively developed as an alternative for the aeronautical industry and, in the latest years, several special and high performance thermoplastic matrices have been studied for their use in manufacturing advanced composites. Among the thermoplastic matrixes, the poly (ether imide) (PEI) should be highlighted due mainly to its low cost, good mechanical properties, and for being easy to be handled. Moreover, a major problem concerning the use of thermoplastic polymer composites for structural applications is their effectiveness in the integration of structural components. Among the methods available for welding these composites is the use of the electrical resistance welding process which has been considered as the most promising for joining composites. The present work aims to optimize the welding process using electrical resistance matrix composites, consisting of thermoplastic polymer PEI reinforced by glass fiber, carbon fiber and a hybrid system consisting of carbon fiber and glass fiber for aeronautical applications. For the development this work, an experimental design was carried out to determine optimal parameters of time, electrical current and pressure on the welding of the laminates used in this study. Also it was evaluate 4 types of resistive elements (metal mesh stainless steel 100, 200 and 300 mesh, and carbon fiber with bronze). The best optimization parameters were confirmed from the Lap Shear tests. From the main results of these optimization, it was concluded that, for PEI / glass fiber laminates, the best acquired experimental values of current, ... (Complete abstract click electronic access below)

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Bibliografia: f. 142-144 Resumo: Estudos na literatura abordam os efeitos da oscilação do arco elétrico na soldagem de diversas ligas. Em geral, é observado que para valores ótimos de frequência e amplitude de oscilação, o cordão de solda apresenta uma melhora em suas propriedades mecânicas, devido ao refino e formação de grãos equiaxiais. A oscilação do arco de soldagem também é capaz de minimizar a ocorrência da fissuração a quente em ligas propícias a esse fenômeno. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos da oscilação eletromagnética do arco elétrico na soldagem GMAW do aço inoxidável austenítico AISI 316L. Os aços inoxidáveis austeníticos são largamente utilizados devido às suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão e baixo custo. Eles são encontrados principalmente na indústria química, petroquímica, alimentícia, nuclear, farmacêutica e de cutelaria. Em diversas de suas aplicações é necessário o uso de operações de soldagem. A partir do desenvolvimento de um sistema eletromagnético de oscilação capaz de controlar a amplitude e a frequência de oscilação do arco elétrico durante o processo de soldagem GMAW, foi possível um estudo sistemático relacionando as propriedades da solda com as características dinâmicas do arco elétrico. A análise das propriedades mecânicas foi feita a partir de ensaios de tração e microdureza. Com o intuito de avaliar se a oscilação eletromagnética do arco elétrico era capaz de alterar a microestrutura das soldas realizadas, análises metalográficas foram feitas. E a partir de macrografias, foi avaliada a influência da oscilação do arco elétrico na geometria do cordão de solda. Para as condições experimentais adotadas, os resultados obtidos mostram que a oscilação eletromagnética do arco elétrico não influencia nas propriedades mecânicas e nem na microestrutura das soldas realizadas, entretanto há uma influencia significativa na geometria do cordão de solda. Palavras-chave: Oscilação eletromagnética, arco elétrico, GMAW, aço inoxidável austenítico, AISI 316L. Abstract: Studies in the literature broach the effects of electric arc oscillation in the welding of several alloys. In general, it is observed that for certain values of frequency and amplitude of oscillation, the weld bead presents an improvement in its mechanical properties due to the grain refining and formation of equiaxed grains. The welding arc oscillation is also able to minimize the occurrence of hot cracking in alloys prone to this phenomenon. In this study, the effects of electromagnetic arc oscillation in the GMAW welding of austenitic stainless steel AISI 316L were evaluated. The austenitic stainless steels are widely used due to its mechanical properties, corrosion resistance and low cost. They are found mainly in the chemical, petrochemical, food, nuclear, pharmaceutical and cutlery industries. In several of its applications the use of welding operations is required. As from the development of an electromagnetic oscillation system able to control the amplitude and the frequency of oscillation of the electric arc during the GMAW welding process, a systematic study linking the weld properties with the dynamic characteristics of the electric arc was possible. The analysis of the mechanical properties was made from tensile and hardness testing. In order to assess whether the electromagnetic arc oscillation was able to alter the microstructure of the welds made, metallographic analyses were performed. And as from macrographs, the influence of arc oscillation in the geometry of the weld bead was evaluated. For the experimental conditions, the results show that the electromagnetic arc oscillation does not influence in the mechanical properties, neither in the microstructure of the welds made, however there is a significant influence in the geometry of the weld bead. Keywords: Electromagnetic oscillation, electric arc, GMAW, austenitic stainless steel, AISI 316L.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. A produção industrial está em contínua exigência por processos cada vez mais produtivos. No caso da soldagem este aumento de produtividade, não necessariamente é alcançado por meio de novos processos, mas frequentemente pela implementação de técnicas especiais nos processos considerados tradicionais. Estas técnicas, não só consideram atuação na forma de controle da energia de soldagem e atuação na tecnologia das tochas de soldagem, mas também se baseiam muito na atuação na trajetória de soldagem. Este trabalho atua neste último flanco, buscando condições de infraestrutura para estudar o efeito de um tipo de trajetória denominada de movimento de switch back. Esta consiste em oscilar a tocha na direção longitudinal do cordão de solda, via os movimentos de avanço e de retrocesso. Como o Laboratório de Soldagem da UFSC (LABSOLDA) não possuía equipamentos que realizassem tal movimento, uma vez que os robôs industriais presentes no laboratório também não possuem esta capacitação, o presente trabalho se propõe a criar esta infraestrura de desenvolvimento. No caso em questão, foi realizado o retrofitting de um antigo robô antropomórfico industrial, RV-15 fabricado em 1987 pela Reis Robotics, o readequando eletronicamente e desenvolvendo um novo controlador de movimento "open source", que permite a geração simplificada de trajetórias de oscilação diferenciadas, sincronizadas com sinais para a fonte de soldagem. O trabalho realizado no robô demonstrou ser eficaz e permitiu um estudo confiável do processo TIG autógeno com o movimento de switch back. Os ensaios revelaram que tal oscilação mostra-se como uma alternativa para a diminuição de defeitos de descontinuidade. Abstract : Industrial production is in continuous demand for more productive processes. When it comes to welding this increase in productivity is not necessarily achieved through new processes, but often by implementation of special techniques in traditional processes. These techniques not only consider to act in the form of welding power control and in the welding torches technology, but also rely heavily on acting in the welding path. This work focuses on building infrastructure conditions to study the effect of a path type, known as switch back motion. This consists in oscillating the torch in the longitudinal direction of the weld bead, via forward and backward movements. As the UFSC Welding Laboratory (LABSOLDA) did not have an equipment to perform such movement, since available industrial robots are not also able to, this paper proposes to create this development infrastructure. In this case, a retrofitting of an old industrial anthropomorphic robot RV-15 manufactured in 1987 by Reis Robotics was performed, adapting it electronically and developing a new "open source" motion controller, which enables simplified generation of differentiated oscillation trajectories synchronized with signals to the welding source. The work on the robot has proved to be effective and allowed a reliable study of autogenous TIG process with the switch back movement. The tests revealed that this oscillation is shown as an alternative for reducing discontinuity defects.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais A more detailed and accurate study of the thermal phenomena involved in arc welding processes is of great importance for both simulation developers of metallurgical transformations and residual stresses generation and users in general, whom need to understand this phenomenology to take decisions. In terms of thermal phenomena, heat input and its derivatives (such as thermal efficiency and fusion efficiency are the most representative parameters in welding engineering. However, scientific and technical literatures are very divergent on heat input values. In addition, they do not discuss the actual heat flow inside the plate. Initial tests demonstrated that these inconsistencies are due to systematic and random errors that occur during heat input measurements. Thus, the major purpose of this work was to develop a methodological approach to determine the heat input due to a welding process, which would be more representative of the heat that actually diffuses inside the workpiece and free of the assessment method and parameter influence. Thus, this actual heat input could be generally used in calculations that require this welding parameter. As methodological base, a descriptive model of heat flow in the welding region was developed. Then, a methodology to determine a heat input value free of measurement errors (here called as net heat input) was proposed and applied to cryogenic calorimetry. This procedure was validated using several welding conditions. The results demonstrated the proper functioning of the proposed methodology, regardless the welding process and its variables. It is expected that, with the application of the net heat input values, the calculations and simulations involved in welding engineering turn into more robust, since the use of such imprecise parameter as thermal efficiency is dispensed. O conhecimento mais detalhado e preciso dos fenômenos térmicos envolvidos no processo de soldagem é de grande importância, tanto para os que desenvolvem simulações de transformações metalúrgicas e geração de tensões térmicas, como para os usuários de forma geral, que precisam entender essa fenomenologia para tomar decisões. Em termos de fenômenos térmicos, os parâmetros mais representativos na engenharia de soldagem são o calor imposto e seus derivados (tais como rendimento térmico e rendimento de fusão). No entanto, as literaturas científica e técnica são muito divergentes quanto aos valores de calor imposto. Também não discutem o real fluxo de calor dentro da chapa. Testes iniciais demonstraram que estas inconsistências existem devido aos erros sistemáticos e aleatórios que ocorrem durante as medições do calor imposto. Assim, o objetivo maior deste trabalho foi desenvolver uma abordagem metodológica para determinação do calor imposto por um processo de soldagem, que seja mais representativo do calor que realmente difunde pela peça e isento da influência dos métodos e parâmetros de ensaio, de tal forma que possa ser usado genericamente em cálculos de soldagem que necessitem deste parâmetro. Para este fim, como base metodológica, foi desenvolvido um modelo descritivo de fluxo de calor na região de soldagem. Em seguida, foi proposta uma metodologia para determinação de um calor imposto isento dos erros de medição (chamado aqui de calor imposto líquido) aplicado à calorimetria criogênica. Esse procedimento foi validado para várias condições de soldagem. Os resultados obtidos demonstraram um adequado funcionamento da metodologia proposta, independentemente do processo de soldagem e suas variáveis. Espera-se que, com a aplicação do calor imposto líquido, os cálculos e simulações envolvidos na engenharia de soldagem sejam mais robustos, uma vez que se dispensa o uso de um parâmetro impreciso, como o rendimento térmico. Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-07Bitstream added on 2015-03-03T12:06:19Z : No. of bitstreams: 1 000807057.pdf: 9421347 bytes, checksum: e563f643a679eff568524af829cabda2 (MD5) Na exploração e transporte de petróleo e gás em águas profundas, os dutos submarinos estão sujeitos a altas tensões e devem suportar elevadas cargas estáticas e dinâmicas oriundas da pressão externa e interna do fluido, do próprio peso e das correntes marítimas as quais podem levar a falhas catastróficas. O comportamento em fadiga dos tubos empregados em sistemas de dutos submarinos vem sendo estudado através de ensaios de propagação de trincas por fadiga, a fim de se obter dados experimentais para definição de inspeções mais seguras de manutenção periódica. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento da propagação de trinca por fadiga no metal base localizado a 90° e a 180° da junta soldada, bem como no metal de solda da junta soldada longitudinal formada pelo processo a arco submerso de dutos submarinos API 5L X70 destinados ao transporte de gás, petróleo e seus derivados. Os ensaios de propagação de trincas por fadiga foram realizados de acordo com a norma ASTM E-647 em corpos de prova do tipo tração compacto C(T). As curvas da taxa de propagação de trinca por fadiga (da/dN) em função de ?K e as respectivas constantes da lei de Paris foram obtidas a partir de carregamentos sob amplitude constante com razão de carga 0,1. Para cada região do metal base foram extraídos dois corpos de prova ao longo da espessura, sendo um nas proximidades do diâmetro externo e o outro nas proximidades do diâmetro interno. Analogamente em relação ao metal de solda, foi retirado um corpo de prova com entalhe na solda de raiz e outro na solda de reforço. A partir das curvas a vs. N pôde-se inferir que o metal base localizado a 90° da junta soldada tendeu a apresentar uma menor resistência ao crescimento da trinca quando comparado ao metal base localizado a 180°. De maneira geral, os resultados obtidos a partir das ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) In deep water offshore extraction and transport of oil and gas, the pipelines are undergo high stresses. It has to withstand high static and dynamic loads arising from external and internal fluid pressure, its own weight and sea currents that can lead to catastrophic failures. The fatigue behavior of the employed pipe in the offshore pipeline systems has been studied with aid of fatigue crack growth tests, in order to obtain experimental data for definition of safer periodic maintenance inspections. The objective of this work was to assess the fatigue crack propagation behavior in the base metal 90° and 180° from the welded joint of offshore pipeline API 5L X-70 grade steel commonly employed in the transport of oil and gas. In addition, the fatigue test was carried out in the weld metal of a longitudinal welded joint obtained by SAW (Submerged Arc Welding) process. The fatigue crack propagation tests were performed in accordance with ASTM E647 from compact tension specimens C(T). The crack growth rates curves (da/dN) as a function of ?K and the Paris law constants were obtained under constant load amplitude conditions at the stress ratio level of 0,1. For each specific region of base metal (90° and 180°) two specimens were taken across the thickness, one close to the outside diameter and other nearby to the inner diameter. Likewise, two samples were taken from weld metal, one specimen for a root weld and one for a reinforcement weld. From the a vs. N curves it could be inferred that the base metal specimens taken from location 90° tended to have lower fatigue crack growth resistance than the base metal taken from location 180°. Overall, the achieved outcomes from da/dN vs. ?K curves indicated that the fatigue crack growth rate for the base metal taken from location 90° was higher than base metal taken from location 180°... (Complete abstract click eletronic access below

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-25Bitstream added on 2014-12-02T11:21:16Z : No. of bitstreams: 1 000798568.pdf: 2713278 bytes, checksum: 54b323731ba9273bbe179d043c8c0cc5 (MD5) Este trabalho tem como objetivo avaliar e quantificar as possíveis perdas na resistência mecânica da junta soldada de aço MARAGING 300, após a realização de até três reparos no cordão da solda. O Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) projeta, desenvolve e fabrica foguetes de sondagem e veículos lançadores de satélites (VLS) utilizando propelente sólido e o envelope metálico é o responsável por suportar a pressão de trabalho durante a queima deste propelente. Atualmente o envelope motor é fabricado em aço 300M-ESR e, devido a uma série de vantagem nas propriedades mecânicas encontradas e no processo de confecção, o IAE estuda a substituição do aço 300M-ESR pelo aço MARAGING 300. O método de soldagem utilizado para a realização do trabalho foi o processo de soldagem a plasma (PLASMA ARC WELDING – PAW) em passe único, utilizando-se a técnica keyhole com metal de adição. Estas juntas soldadas são avaliadas por ensaios não destrutivos, adotando critérios de aceitação de acordo com a norma AWS D17.1. Neste trabalho, a confecção dos reparos foi feita de forma manual, utilizando o método TIG (TUNGSTEN INERT GAS). Foram realizadas as avaliações de resistência mecânica, perfil de dureza Vickers (HV) por microindentações, análises químicas, análises metalográficas e fractográficas da junta soldada nas diversas condições de soldagem. Os resultados mostram que após a solda e reparos, antes do tratamento térmico de envelhecimento, a região fundida e a região adjacente à solda apresentam uma dureza abaixo das outras regiões afetadas termicamente, isto se deve a segregação de solutos na região. Com o envelhecimento há uma elevação nos níveis de dureza de cerca de 200HV, porém a zona fundida e a zona próxima à solda permanece com uma dureza um pouco inferior ao restante do material. As anális... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) This study aims to evaluate and quantify the possible losses of mechanical resistance in the welded join of MARAGING 300 steel submitted within three after repairs in the cords of the welded. The Institute of Aeronautics and Space (IAE) designs, develops and manufactures sounding rockets and satellite launcher vehicles (VLS) using solid propellant and the motor case is responsible for supporting the pressure during the burning of this propellant. Currently, the motor case is made of 300M-ESR steel. Due to a number of advantages found in the mechanical properties and the manufacturing process, IAE is studying the replacement of 300M-ESR steel by MARAGING 300 steel. The welding method used for achievement of the work was the process of plasma arc welding (paw) in a single pass, using the keyhole technique with filler metal. The welded joints are evaluated by adopting non-destructive testing acceptance criteria according to AWS D17.1. In this work, the repairs were done, manually, using the tungsten inert gas method (TIG). Measures of mechanical strength, Vickers hardness (HV), chemical analysis, metallographic analysis and fractography of the welded joint were made at the various welding conditions. The results show that after welding and repair and before the aging heat treatment the adjacent region to the weld fusion zone have hardness lower than other regions affected thermally. It is due to segregation of solute in the region. After aging treatment there is an increase in levels of hardness of about 200HV, but the fusion zone and near the weld zone with hardness remain slightly lower than the rest of the material. The analyzes of the fractured surface showed that the rupture of the specimens occurred in the region of the heat affected zone near the weld , and has a appearance of mixed fractures with formation predominantly of microvoid (dimples) ... (Complete abstract click electronic access below)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. A procura por processos de soldagem versáteis e de alta produtividade é uma necessidade contínua, em especial na união de dutos que representam o cerne no escoamento dos mais diferentes fluidos na área de petróleo e gás. A soldagem orbital refere-se ao processo de união de dutos e tubulações. A soldagem fora da posição plana e a própria geometria da peça de trabalho tornam o processo complicado, devido à variação contínua da posição de soldagem, o que constitui uma constante mudança no comportamento das forças que atuam sobre a gota de metal fundido e altera a dinâmica da transferência de metal. Este evento faz com que a solda apresente problemas de qualidade, pelo escoamento da poça de fusão e a instabilidade na transferência metálica. O presente trabalho propõe o desenvolvimento e implementação de um modelo híbrido que representa o processo GMAW na soldagem orbital, construído sob a aplicação de um tratamento físico e matemático específico para a modelagem dos períodos de formação, crescimento e transferência da gota, que compõem o modo de transferência por curto circuito, a fim de compreender os fenômenos físicos e dinâmicos envolvidos no processo. As respostas obtidas pelo modelo foram complementadas com o estudo da estabilidade da transferência de metal em experimentos reais, para ter uma visão global que combine o conhecimento obtido pela análise de experiências reais conduzidas, com os resultados gerados por ferramentas computacionais. Após a análise das respostas obtidas, os procedimentos desenvolvidos nesta pesquisa foram expostos a uma regra de regulação de parâmetros, para mitigar os efeitos da variação da posição de soldagem e melhorar a estabilidade da transferência metálica. Os resultados apresentados foram satisfatórios e se refletem na melhoria da aparência e qualidade do cordão de solda. Destaca-se que o modelo pode ser utilizado para o estudo do controle da transferência de metal, bem como para o estudo da escolha de parâmetros adequados para soldagem, com o objetivo de alcançar um elevado nível de qualidade da junta soldada em diferentes condições. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT Demand for welding versatile processes and high productivity is an ongoing need, particularly in the union of ducts that represent the core in the flow of the different fluids in in the field of oil and gas. The orbital welding refers to the process of union of ducts and pipes. The welding outside the plane position and the own geometry of the work piece make the process complicated, due to the continuously variation in the welding position, which is a constant change in the behavior of the forces acting on the molten metal droplet, and changes the dynamics of metal transfer. This event causes the solder present quality problems by runoff of the molten pool and the instability in metal transfer. This paper proposes the development and implementation of a hybrid model that represents the GMAW process in the orbital welding, built under the application of specific physical and mathematical treatment for the modeling of periods of formation, growth and transfer of the drop, which compose mode transfer by short circuit, in order to understand the physical and dynamical phenomena involved. The responses obtained by the model were complemented with the study of stability of metal transfer in real experiments, to have a global vision that combines the knowledge gained by analyzing real experiments with the results generated by computational tools. After the analysis of responses, the procedures developed in this study were exposed to a regulation rule of parameters, in order to mitigate the effects of the variation of welding position and improve the stability of metal transfer. The results were satisfactory and were reflected in the improvement of the appearance and quality of the weld. It is noteworthy that the model can be used to study the control of metal transfer, as well as to study the choice of appropriate parameters for welding, in order to achieve a high level of quality of the welded joint in different conditions.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. Conceitos aplicados ao controle da soldagem estão produzindo pesquisas direcionadas ao desenvolvimento do monitoramento direto ou indireto da geometria do cordão de solda. A utilização de certos tipos de sensores proporcionou o desenvolvimento de sistemas capazes de medir diretamente a geometria do cordão. No desenvolvimento das pesquisas relacionadas ao monitoramento e controle em tempo real da soldagem, observa-se a utilização de várias abordagens que podem ser agrupadas conforme o parâmetro de monitoramento escolhido. Ao longo dos anos, a demanda de sistemas para o monitoramento e o controle nos processos de soldagem tem crescido. A necessidade de melhorar a produtividade e qualidade levou ao desenvolvimento e aperfeiçoamento de técnicas e sistemas para monitoramento e controle dos processos de soldagem. Este trabalho apresenta uma metodologia para realizar a modelagem, otimização e controle da largura do cordão de solda, permitindo ajustar os parâmetros do processo em tempo real. Desenvolveu-se um sistema integrado de aquisição de imagens, modelagem e controle do processo de soldagem, permitindo uma resposta em tempo real, através de redes neurais artificiais, onde os parâmetros de velocidade de soldagem, velocidade de alimentação do arame e a tensão são preditos em função de uma largura desejada. Para realizar o controle em malha fechada do sistema desenhou-se um controlador “fuzzy” onde se toma como referência a diferença entre a largura que se pretende obter e a largura real do cordão de solda. Este cordão é medido através de um sistema de aquisição e processamento de imagens usando-se uma câmera web de baixo custo. A ação de controle é exercida preferencialmente na velocidade de soldagem, parâmetro que apresenta a maior influência na largura do cordão. Obteve-se cordões de solda com largura pré-definida, além de boa aparência e qualidade. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT Welding Control concepts aim to developed researches to improve the monitoring and control of weld bead geometry. The use of certain types of sensors has allowed the development of systems that are able to directly measuring the weld bead geometry. Research developments reviews related to the real-time weld monitoring and control use several approaches that could be grouped according to what sort of parameter is selected for monitoring and over the recent years, the demand for more improved welding systems are growing up. The needs for improving productivity and quality have led to the development and improvement techniques and systems for monitoring and control of welding processes. This work presents a methodology to perform modelling, optimization and control of the weld bead width, enabling to adjust process parameters in real-time. It was developed an integrated system for image acquisition, modelling and control of the welding process allowing a real-time response, through artificial neural networks. Parameters as welding speed, wire feed velocity and voltage are predicted in function of a desired weld bead width. In order to get the closed-loop control system, it was designed a controller "fuzzy" in which is taken as reference the difference between the width to be achieved and the actual width of the bead. This weld bead is measured throughout an acquisition system and images processing using a low price webcam. The control action is carried out preferably in welding speed, a parameter that has the greatest influence on the weld bead width and it has not influence in the metal transfer behaviour. It was obtained weld beads with predefined width, good appearance and quality.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A crescente necessidade de aplicação do processo MIG/MAG em soldagem posicional tem motivado estudos que buscam melhor entendimento dos parâmetros e que demonstrem diretamente o bom desempenho em tais condições. Um índice relevante na comparação do desempenho entre diversos processos é a determinação do aporte térmico. Tal medição em soldagem é realizada com o uso de calorimetria, cuja técnica utilizando-se nitrogênio líquido tem sido aquela de melhor confiabilidade. Outras frentes de estudo abordam a análise dos sinais elétricos monitorados durante a realização do cordão de solda, o que também tem possibilitado a verificação do desempenho do processo de forma mais direta e simplificada. Embora isso seja fato, até então, poucos estudos têm conduzido a aplicação de tais técnicas nas demais posições de soldagem, além da posição plana. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo principal estabelecer uma correlação entre a regularidade da transferência metálica no modo curto-circuito, mensurada através do Critério Laprosolda para Regularidade (IVCC), com o rendimento de deposição, aporte térmico e rendimento térmico do processo MIG/MAG (operando tensão constante) nas posições de soldagem mais usuais. Soldagens foram realizadas em chanfros de 60º com preparação em V em aço comum ao carbono utilizando-se eletrodo de 1,2 mm de diâmetro ER70S-6, dois gases de proteção (Ar+25%CO2 e CO2 puro), três faixas de corrente (resultantes da velocidade de alimentação do arame) e três posições distintas de soldagem (plana, vertical descendente e sobrecabeça), viabilizadas por meio de um dispositivo de fixação da placa de teste adaptado à unidade robótica. Utilizando-se dos parâmetros mensurados e dos resultados obtidos para definição de envelopes operacionais práticos, observou-se que a posição, gás de proteção, corrente de soldagem e efeito indutivo influenciaram de forma específica as respostas mensuradas (IVCC, frequência de curto-circuito, rendimento de deposição, aporte térmico e rendimento térmico). Em adição, a partir dos resultados obtidos, foram desenvolvidos dois modelos de taxa de fusão (modelo simplificado e modelo expandido), derivados da equação do consumo original, de forma a se ter resultados práticos e utilizáveis industrialmente, sendo o modelo expandido o de melhor ajuste experimental e significância estatística. The growing need for application of MIG/MAG welding positional has motivated studies that crave a better understanding of the parameters that directly demonstrate the good performance under certain conditions. An index relevant in comparing the performance between multiple processes is the determination of the heat input. Such measurement is routinely carried out welding with the use of calorimetry, which technique using liquid nitrogen has been one of the best reliability. Other fronts study addresses the analysis of electrical signals monitored during the course of the weld, which also enable the verification of the performance of the process in a more direct and simplified way. While this is fact, so far few studies have led to the application of such techniques in other welding positions, beyond ordinary flat position. Therefore, the present work has as main objective to establish a correlation between the metal transfer short-circuit mode stability, measured by Laprosolda Criterion for Regularity, with the deposition efficiency, heat input and thermal contribution of the MIG / MAG (operating in constant voltage) the most common welding positions. Weldments were performed at 60 ° chamfer preparation with V groove in carbon mild steel using electrode of 1.2 mm diameter ER70S-6, two shielding gases (Ar +25% CO2 and pure CO2) three current ranges (arising from wire feed speed) and three different welding positions (flat, vertical downhill and overhead), enabled through a device for fixing the test plate adapted to a robotic unit. Enjoying the parameters measured and the results obtained for setting practical operating envelope, observed that the position, shielding gas, welding current and inductive effect influenced specifically measured responses (IVCC, short-circuit rate, deposition efficiency, heat input and thermal efficiency). In addition, from obtained results, burn-off rate models were developed (simplified and expanded model), derived from the original equation of consumption in order to have practical results and used for industrial purposes, being the expanded model the one with better experimental fitness and statistical significance. Dissertação (Mestrado)

Fundação Araucária Neste trabalho estudou-se a perda de massa de revestimento duro aplicado pelo processo de soldagem com arame tubular com a variação de energia de soldagem, gás de proteção e número de camadas do revestimento. Com arame tubular autoprotegido de liga Fe-Cr-C-Ti foram depositados cordões simples sobre chapas de aço ao Carbono AISI 1020 para a análise da morfologia, diluição e dureza. Para a análise da perda de massa foram depositados cordões sobreposto formando camadas de revestimento. Por meio de análise de imagem foram feitas medições do reforço, largura e penetração do cordão de solda e, por consequência, obtida a diluição. Foram realizadas medições de dureza na secção transversal dos cordões e na superfície dos corpos de prova de desgaste. Abrasômetro tipo roda de borracha foi usado para determinar a perda de massa dos revestimentos. Os revestimentos apresentaram microestrutura martensítica e austenita retida com carbonetos finamente dispersos na matriz. Os principais fatores que contribuíram para o aumento na perda de massa foram as trincas devido a maior taxa de resfriamento das amostras depositadas com baixa energia de soldagem, a diluição na primeira camada de todas as amostras também contribuíram para o aumento na perda de massa. As menores perdas de massa foram dos revestimentos de duas e quatro camadas depositados com alta energia de soldagem. A fração volumétrica de carbonetos de Titânio contribuíram para a diminuição do caminho livre médio entre as partículas de carbonetos aumentando a resistência ao desgaste dos revestimentos. In this work we have studied the mass loss of hardfacing applied by flux cored arc welding. Heat input, shielding gas and number of layers coating. Were changed to application of Fe-Cr-Ti-C self-shielded tubular wire. Single beads were deposited on plates of carbon steel AISI 1020 to analyze the morphology, hardness and dilution. For the analysis of mass loss were deposited beads forming overlapped layers coatings. By means of image analysis measurements were made of the reinforcement, width and penetration and, consequently, the dilution obtained. Hardness measurements were performed on cross-section of the beads and the surface of the specimens of wear. Rubber wheel abrasion tester was used to access the mass loss of coatings. The coatings had retained austenite and martensite microstructure with carbides finely dispersed in the matrix. The main factors that contributed to the increase in mass loss were the cracks due to higher cooling rate of the samples deposited with low heat input, the dilution in the first layer of all samples also contributed to the increase in mass loss. The smallest mass losses were those deposited coatings with high heat input the second and fourth layer, the samples AC2, AC4 and AS2. The volume fraction of titanium carbides contributed to the decrease in the mean free path between the particles of carbides increase the wear resistance of the coatings.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. A soldagem orbital é um processo de fabricação que consiste da união de tubos metálicos e que tem diversas aplicações, tais como na indústria alimentar, farmacêutica, petroquímica e aeroespacial. Estas aplicações, em sua maioria, limitam-se à união de dutos de pequeno porte e de espessura fina, nos quais os efeitos gravitacionais sobre a transferência de calor e massa são ínfimos. Quando se pretende unir dutos de maior espessura, entretanto, é comum utilizar processos de soldagem com adição de material, o que incrementa as dimensões da poça de fusão. Em consequência, o efeito gravitacional altera a transferência de calor e massa, podendo acarretar escoamentos e deformações da solda se os parâmetros de soldagem são inadequados. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um regulador de parâmetros de soldagem em função da posição de soldagem, objetivando obter soldas uniformes através do processo GMAW-S. Estudos iniciais mostraram que as oscilações da poça de fusão têm relação direta na formação da solda. Estas oscilações estão governadas pelo balanço das forças, eletromagnética, tensão superficial e gravitacional sobre a massa da poça. Considerando que em soldagem orbital há uma constante mudança de posição, o escoamento da poça causado pelo efeito gravitacional é inevitável, portanto é preciso regular adequadamente os parâmetros de soldagem em função da posição de soldagem ?. Para isto, em primeiro lugar, desenvolveu-se o modelo de transferência de massa a fim de estimar a quantidade de massa e a força com que esta massa é transferida do eletrodo arame à poça segundo a posição ?. Em segundo lugar desenvolveu-se o modelo de oscilações da poça a fim de estimar o valor final da oscilação em função da posição ?, o que permitiu estimar a localização do escoamento da poça assim como a localização da deformação do cordão de solda. Finalmente foi desenvolvido o modelo de regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ?, considerando a uniformidade das forças sobre a massa transferida, bem como a uniformidade da resistência do circuito de soldagem, do aporte térmico e da taxa de deposição. A partir da simulação de este conjunto de modelo foi possível prever o conjunto de parâmetros visando à uniformidade do valor final das oscilações da poça, o que implica na redução do escoamento da poça e consequentemente a relativa uniformidade do cordão de solda. Por meio de experimentos conseguiu-se verificar a uniformidade relativa das soldas a partir da regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ? utilizando os modelos propostos. Concluiu-se que o escoamento da poça é inevitável, porém, é possível reduzir seus efeitos através do controle do valor final das oscilações através da regulação dos parâmetros de soldagem em função da posição ?. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT Orbital welding is a manufacturing process that composes the union of metallic pipes which is largely applied in various industries such as food, pharmaceutical, petrochemical and aerospace industry. These applications are mostly limited to the union of small and thin ducts, on which the gravitational effects over heat and mass transference are minimal. When union of larger pipes is intended, however, welding processes with material addition are commonly applied, leading to an increased welding pool dimension. In consequence, gravitational effect alters heat and mass transference, what can cause outflows and deformations of the welding if welding parameters are inadequate. The aim of this work is to develop a regulator welding parameters according to the welding position, aiming to obtain uniform welds through the GMAW-S. Initial studies showed that the oscillations of the weld pool have a direct relation in the formation of the weld. These oscillations are governed by the balance of forces, electromagnetic, surface tension and gravity on the mass of the pool. Whereas that in orbital welding there is a constant change of position, the pool outflow caused by the gravitational effect is inevitable; therefore, it is necessary to regulate properly the welding parameters according to the welding position ?. For this, in first place it was developed the modeling of the mass transference to estimate the amount of mass and force with which this mass is transferred from the wire electrode to the welding pool according to position ?. In second place, it was developed the model of the welding pool oscillations in order to estimate the final value of the oscillation depending on the position ?, which allowed estimating the location of the pool outflow as well as the location of weld deformation. Finally the model of regulating of welding parameters according to the position ? was developed, considering the uniformity of forces on the mass transfer, as well as the uniformity of the welding loop resistance and the uniformity of the heat input and deposition rate. From the simulation of hese set of models, was possible to estimate the welding parameter set aiming to reach the uniformity of the final value of the pool oscillations, which implies the reduction of the pool outflow and consequently the relative uniformity of the weld bead. Through experimentation it was possible to verify the relative uniformity of welds from the adjustment of the welding parameters according to the position ? by using the proposed models. The obtained conclusion is that the outflow of the pool is unavoidable; however, their effects can be reduced by controlling the final value of the oscillations by regulating the welding parameters according to welding position ?.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013 A indústria naval brasileira opera em seu limite de capacidade, a fim de atender suas demandas atuais - como o caso da encomenda de 730 estruturas navais realizada pela PETROBRAS. Isto é devido, principalmente, à capacidade produtiva dos nossos estaleiros, que, mesmo com a atual expansão, ainda é muito baixa quando comparada à dos estaleiros asiáticos e europeus. A automatização dos processos de fabricação envolvidos na construção de embarcações é uma forma de aumentar a produtividade do setor naval brasileiro e torná-lo mais competitivo. Neste contexto, este trabalho aborda o desenvolvimento de uma técnica relacionada à automatização da soldagem de juntas pelo processo MIG/MAG convencional. Esta técnica é conhecida como seguimento de junta e tornou possível o controle da trajetória da tocha de maneira eficaz e eficiente utilizando-se o arco elétrico como sensor, em diferentes posições de soldagem. Para tanto, foram necessários os estabelecimentos de um algoritmo de seguimento de junta, de uma calibração e de uma funcionalidade de gravação e reprodução de trajetória média da tocha, para um sistema nacional de soldagem, TARTÍLOPE V2F. No início deste trabalho, são abordadas as principais influências sobre a corrente elétrica na soldagem de juntas. Neste caso, foi mostrado que a velocidade com que o arame chega à poça de fusão - algo desprezado pela literatura especializada - é, no caso de arame de aço de 1,2 mm de diâmetro, a principal influência sobre a corrente, e assim, deve ser considerada no automatismo de seguimento de junta. Além do mais, este trabalho descreve a utilização de uma solução de seguimento de junta da empresa MOTOMAN que se mostrou de complexa operacionalidade e, devido à escassez de informação presente em seu manual, tornou necessário o estabelecimento de procedimentos e estratégias para sua utilização de maneira eficiente Abstract: The Brazilian shipbuilding industry operates at its maximum capacity in order to meet their current demands - as the case of the 730 marine structures order held by PETROBRAS. This is mainly due to the Brazilian shipyards productive capacity, which even with the current expansion is still very low compared to the Asian and Europeanshipyards. The automation of the manufacturing processes involved in ship construction is a way to increase the Brazilian shipbuilding sector productivity and make it more competitive. In this context, this paper discusses the development of a technique related to joint welding automation using the GMAW process. This technique is known as joint tracking, and allowed the effective and efficient torch trajectory control using through-the-arc sensing, in different welding positions. To make this possible, was required the establishment of a joint tracking algorithm, a calibration and a functionality of recording and playback the torch medium trajectory, for a Brazilian welding system, TARTÍLOPE V2F. At the beginning of this work, was addresses the principal influences on the current in the welding joints. In this case, it was shown that the speed at which the wire reaches the weld pool - something ignored by the literature - is, in the case of steel wire with 1.2 mm diameter, the main influence on the current, and thus, should be considered in automatic joint tracking. Furthermore, this paper describes the use of a MOTOMAN joint tracking solution, that showed a complex operation and has necessitated the establishment of procedures and strategies to efficiently be used.

Este trabalho apresenta uma metodologia para modelar empiricamente o modo de transferência goticular projetada em processos de soldagem GMAW utilizando algoritmos de processamento de imagens digitais e a metodologia de superfície de resposta. Modelos correspondentes ao tamanho e à frequência de destacamento das gotas são obtidos em relação às entradas de tensão e velocidade de alimentação do arame. Os dados experimentais de tamanho e frequência de destacamento das gotas, com os quais foram desenvolvidos os modelos, foram calculados a partir de imagens de transferência metálica adquiridas com uma câmera de alta velocidade e a técnica de iluminação conhecida como perfilografia. As técnicas utilizadas na coleta dos dados e os modelos encontrados validaram a metodologia proposta por apresentar uma correta representação do modo de transferência. O empescoçamento produzido pelo efeito pinch se apresentou como um parâmetro adequado para rastrear a formação das gotas e calcular a sua frequência de destacamento. This paper presents a methodology to get empirical models of projected spray transfer mode in GMAW processes. Digital image processing algorithms were used together with the surface response methodology. Droplet size and transfer rate models were obtained in relation to voltage and wire feed rate. To develop the models, experimental data collection of droplet size and transfer rate were calculated from metal transfer images acquired with a high-speed camera and backlighting illumination. The techniques for data collecting and the models constructed validated the proposed methodology presenting a correct transfer mode representation. The "neck-shrink" produced by the pinch effect proved to be an appropriate parameter to track and for calculating the droplets transfer rate.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico The application of a magnetic field in welding can be beneficially carried out, improving the processes. One of the objectives of using magnetic field in welding is to oscillate the welding arcs, replacing mechanic devices used for this purpose. This paper has the goal of searching for improvements in the oscillation of the welding arc by studying the tip geometries of a electromagnet core (magnetic deflection system of the arc) that imposes magnetic fields on the arcs. Some designs of tips with different geometries were designed, concerning both shape and number of edges. First of all, 2D and 3D visualization techniques of the field lines were developed e applied, using filings as identifier agents of the field lines. The objective was to verify if a field line visualization approach could predict the arc behavior when deflected by a magnetic. Second of all, an assembly to measure by a teslameter the field in several regions among the tips was employed. It was raised response surfaces to each tip, showing how the field lines distribution behaves. The results indicate that both visualization methodologies are consistent with each other and that they are capable of showing typical behaviors such as the field concentration in some regions and how the field directs itself when leaves the tips edges. However the field measurement technique proved to be more informative due to quantification of the field in the space, in contrast with an only indicative and didactic character achieved with the visualization methodologies. Finally, the generated magnetic fields from different tips were applied in actual arcs, initially in a stationary arc over an aluminum flat plane and, then, on an arc in movement, as much as in a flat plane steel as in a sheet overlap joint. The results showed that there is a good interconnection amongst distribution and intensity of visualized fields and measured with deflection and displacement of the arc and between the deflection and displacement of the arc with the geometry of the formed string. They also showed that the study of tip geometry can increase the welding efficiency such as when you want to weld joints or deposit overlays. A aplicação de campos magnéticos em soldagem pode ser feita de forma benéfica, melhorando o desempenho dos processos. Um dos objetivos de se utilizar campo magnético na soldagem é oscilar os arcos de soldagem, substituindo dispositivos mecânicos utilizados para essa finalidade. Esse trabalho busca melhorias do sistema de oscilação do arco de soldagem pela aplicação de campo magnético por meio do estudo das extremidades do núcleo do eletroímã (sistema de deflexão magnético do arco). Foram idealizados alguns tipos de extremidades do núcleo do eletroímã com diferentes geometrias, tanto em forma como em número de arestas. Inicialmente, foram desenvolvida técnicas de visualização das linhas de campo, tanto num plano, como tridimensional, usando limalhas como agente identificador das linhas do campo. Aplicando-se os métodos de visualização em campos gerados com as diferentes extremidades do núcleo do eletroímã, procurou-se avaliar se estas técnicas seriam capazes de predizer o comportamento do arco quando defletido. Numa segunda etapa, foi feita uma montagem para medição do campo em diversas regiões entre as extremidades do núcleo do eletroímã com uso de um teslâmetro. Para cada extremidade do núcleo do eletroímã foi levantada uma superfície de resposta, mostrando como as linhas de campo se comportam. Os resultados mostraram que ambas as metodologias de visualização são coerentes uma com a outra e que são capazes de mostrar comportamentos típicos, como os da concentração do campo em algumas regiões e de como o campo se direciona ao sair das arestas das extremidades do núcleo do eletroímã. Porém, a técnica de medição do campo mostrou-se mais informativa, pois quantificava o campo no espaço, em contraste com um caráter apenas indicativo e didático conseguido com as metodologias de visualização. Finalmente, os campos magnéticos gerados pelas diferentes extremidades do núcleo do eletroímã foram aplicados em arcos reais, inicialmente em um arco estacionário sobre uma placa plana de alumínio e, em seguida, sobre um arco em movimento, tanto sobre a chapa plana de aço como em uma junta de chapas sobrepostas. Os resultados mostram que existe uma boa correlação entre a distribuição e intensidade dos campos visualizados e mensurados com a deflexão e deslocamento do arco e entre a deflexão e deslocamento do arco com a geometria do cordão formado. Também mostrou que o estudo da geometria da extremidade do núcleo do eletroímã pode aumentar a eficiência da soldagem, seja quando na soldagem para união quanto para revestimentos. Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-03-02Bitstream added on 2014-06-13T19:14:22Z : No. of bitstreams: 1 dian_gh_me_guara.pdf: 1321697 bytes, checksum: 8fb3e8a60fe110f8d10e0fd186569bbf (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O processo de soldagem por resistência elétrica de alta frequência (High Frequecy Electric Resistance Welding, HF-ERW) apresenta três tipos de fenômenos de soldagem. Quando os fenômenos tipo 1 ou tipo 3 são os predominantes no processo de soldagem, a retenção de óxidos na junta soldada é facilitada e a melhor qualidade da junta soldada é obtida quando o fenômeno tipo 2 é o predominante. Dentre os parâmetros de soldagem, o aporte de calor e a velocidade têm grande influência na determinação de qual fenômeno é predominante no processo e, consequentemente, na taxa de descontinuidades obtida. A fim de se avaliar como o aporte de calor e a velocidade de soldagem influenciam na tenacidade da junta soldada pelo processo HF-ERW, é proposto a realização de combinações entre esses parâmetros durante a produção de tubos de 13 3/8” de diâmetro externo, 0,380” de espessura da parede, norma de fabricação API 5L, grau do aço X56. Para avaliar os resultados, um estudo comparativo do ensaio de impacto Charpy com entalhe na linha de solda foi realizado. Para caracterizar o metal base e a junta soldada, foram realizadas análises de composição química, microestrutura, resistência mecânica, dureza e energia absorvida em ensaio de impacto Charpy. Das análises de caracterização, foi possível evidenciar o cumprimento de requisitos da norma de fabricação API 5L X56 e analisar aspectos principais da junta soldada. Por meio dos resultados de impacto Charpy na linha de solda, foi possível se avaliar a influência do aporte de calor e da velocidade de soldagem, sendo constatado que o aumento da velocidade é benéfico para a tenacidade da junta soldada. Com as análises realizadas também foi possível correlacionar os resultados obtidos com os fenômenos de soldagem At the high frequency electric resistance welding, HF-ERW, the three types of welding phenomenon define the way to obtain a welded joint without oxides after the squeeze out. When welding phenomenon type 1 or 3 are predominant at the welding process, the retention of oxides at the welded joint is facilitated and the best quality occurs when type 2 is obtained. Among the welding parameters, the heat-input and the welding speed have great influence in what type of welding phenomenon is obtained at the welding, and, therefore, at the discontinuity rate. With the objective of evaluate how the heat-input and the welding speed influence the HF-ERW process it is proposed to combine these parameters during the production of 13 3/8” outside diameter, 0,380” wall thickness, API 5L standard, X56 steel grade, pipes. In order to analyze the results, a comparative study of the Charpy V-notch test at the welding line was done. The characterization of the base metal and welding was performed through the analysis of the chemical composition, tensile properties, hardness test, Charpy test and microestrutural evaluation. With the characterization analysis it was possible to certificate the accordance of the pipe produced with the API 5L X56 requirements and analyze the main aspects of the welded joint. By means of the results of the Charpy impact test at the weld line, it was possible to analyze the influence of the heat-input and welding speed at the HF-ERW process, in which it was verified that the increase of the welding speed improve the weld joint toughness. Through the analysis, it was also possible to correlate the results with the welding phenomenon

Garantizar la calidad en soldadura no es una tarea trivial. Para ello diversas inspecciones de control de calidad son realizadas, en detrimento, los costos y tiempos de producción se elevan. Existen diversos sistemas automatizados de soldadura, éstos son auxiliados por sistemas de control basados en el monitoreo de parámetros de soldadura. Sin embargo son reducidos los sistemas automatizados de monitoreo de calidad que en su mayoría son diseñados para el proceso TIG. Durante la soldadura, el arco eléctrico produce emisiones acústicas y electromagnéticas que se manifiestan como sonido y luminosidad. El objetivo del presente trabajo es mostrar que estas emisiones del arco pueden ser utilizados para el monitoreo de la calidad de la soldadura para el proceso MAG-S. Se realizaron múltiples experimentos de soldadura en posición plana donde se indujeron perturbaciones consistentes presencia de grasa y ausencia de gas de protección. En cada experimento se adquirió simultáneamente señales de tensión y corriente así como señales de emisiones del arco eléctrico. A partir de las emisiones acústicas y electromagnéticas en la banda de ultravioleta, se midió la frecuencia de cortocircuitos. A partir de la emisión electromagnética en la banda infrarroja se midió la estabilidad del proceso de soldadura. Los resultados muestran que las emisiones del arco pueden ser utilizadas para el monitoreo y detección de perturbaciones en soldadura y con el entendimiento de las variaciones de cada emisión podría identificarse determinados tipos de perturbaciones. Ensuring quality in welding is not a trivial task. For this purpose several quality control checks are performed, at the expense, costs and production times are increased. There are several automated welding systems and they are assisted by control systems based on monitoring of welding parameters. However, automated quality monitoring systems are limited and they are mostly designed for the TIG welding processes. During welding, the arc produces acoustic and electromagnetic emissions that occur as sound and light. The aim of this paper is to show that the emissions of the welding arc can be used to monitoring the quality of welding in MAG-S process. Multiple welding experiments were performed in flat position; in each experiment were induced perturbations by grease on plate and shielding gas absence. Current and voltage signals and arc emission signals were acquired simultaneously. The short circuit frequency was measured from acoustic and electromagnetic emission in the ultraviolet band. The welding stability was measured from infrared emission. The results show that the emissions of welding arc can be used for monitoring and detecting of disturbances in welding and with the understanding of the variations of each disturbance could be possible to identify certain types of disturbances.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior With knowledge of the manufacturing process it is possible to improve their development in a faster and more efficient way. This is also applicable to welding. However, the physics that are involved in welding processes are not well known, because of the difficulty to study them experimentally and by the complexity and interdependence with different factors. Thus, the objective of this work is to investigate some physical phenomena relevant to the welding arc, in order to improve the understanding of fundamentals in this area and to provide conditions for improvement and development of welding processes. Specifically, the effects of the arc heat exchange with the environment, the interaction between hybrid concentric arcs and arc-anode coupling were studied. The observations of these effects in the arc were performed by visual analysis and by its voltage, using the current as the input to the system. In the studies of the effects of the arc heat exchange with the environment was used a pulsed TIG arc in a quasi-adiabatic container and its voltage were compare the voltage a pulsed TIG arc in an open environment, with it was possible to verify that an open arc needs more energy. For the studies of the hybrids arc were used a special torch containing concentric electrodes, with it was possible to create an arc within another and each arc with independent setup, verified that in concentric arcs, although visually could be seen two arcs, them voltage behaves as they were a single one because by changing the energy of one arc leads to a transient interference on both arcs energy before reaching a steady state. In the studies of the arc-anode coupling, was compared a TIG welding conditions on refractory anode (graphite) and non-refractory anode (copper and steel) with both refrigerated. The result shows that metal vapors from non-refractory anode modify the arc-anode coupling and in the non-refractory anode appear several metal vapor generators for arc-anode coupling instead of single area as happens in the refractory anode. Conhecendo os fundamentos físicos que governam os processos de manufatura, é possível incrementar o desenvolvimento dos mesmos de uma forma mais rápida e eficiente. Isto se aplica também para soldagem. Porém, os fenômenos físicos que são envolvidos nos processos de soldagem não são tão esclarecidos, principalmente pela dificuldade em estudá-los de forma experimental e pela complexidade e interdependências dos mesmos. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar fenômenos físicos pertinentes à soldagem a arco elétrico, visando criar condições para melhora e desenvolvimento dos processos de soldagem. Especificamente, foram estudados o efeito da troca de calor do arco com o meioambiente sobre a queda de tensão do arco, a interação entre arcos híbridos concêntricos e o acoplamento arco-ânodo. A observação desses fenômenos em estudo foi realizada através de análise visual do comportamento do arco e dos sinais de tensão do arco, utilizando o valor da corrente como entrada do sistema. Para verificar a troca de calor do arco com o meio, procurou-se adequar a região de um arco TIG pulsado a um meio quase adiabático e comparou-se o comportamento da tensão deste arco com a condição de arco aberto à atmosfera. Verificou-se uma maior demanda de energia para o arco aberto ao ambiente. Nos estudos com arcos híbridos, utilizou-se uma tocha especial contendo eletrodos concêntricos, permitindo a criação de um arco dentro de outro, com regulagens independentes de parâmetros. Verificou-se que em arcos concêntricos, apesar de visualmente se caracterizarem como dois arcos, a tensão em cada um comporta-se como a de um arco único, pois a alteração energética imposta a um deles leva a uma interferência transitória no outro, até uma acomodação de ambos. Já em relação ao estudo do acoplamento arco-ânodo, compararam-se condições de um arco TIG sobre ânodos refratário (grafite) e não-refratário (cobre), ambos refrigerados. Os resultados mostraram como os vapores metálicos oriundos somente de ânodos não refratários modificam a forma de acoplamento do arco, que passa a ser por vários pontos geradores de vapores ao invés de uma área única. Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Vision, the human being s favorite sense, and its great capacity to obtain, to process and to interpret great amount of visual nature data has been throughout the years a great inspiration for development of techniques and technological devices that reproduce it into a computational system. In welding processes, vision can supply information in inspection and welded joint s quality, in the parameters monitoring, in trajectory correction and even, finally, in the study of the phenomena involved in the process. However, the luminosity/radiation emitted from the weld arc represents a barrier for these studies based in the process visualization. One of the forms currently used to visualize the process, without the interference of the arc s light, consists of illuminating the process with the near infrared light and, using band pass (interference) filters, around this exactly wave length, during the acquisition of the images. A solution for the near infrared illumination, of increasing application, involves the use of laser diodes of high power, with low cost and less complex installation than conventional lasers. Therefore, the proposal of this work is the project, construction and assessment of a vision system for welding processes with low cost and high flexibility. It is based on characterization of the spectrum of the weld arc, definition of a drive topology for the laser diode within its limitations of use and maximizing the emitted luminous power, built of control circuits, selection of optics equipment and components and, finally, project and application of a prototype for visualization of different arc-welding processes. The electrical system was validated by computational simulations and experimental burnout and stress tests. The final assessment of the whole vision system was carried out during TIG and MIG/MAG welding. Although, during the welding, the system was not capable of overcome the arc radiation, it provides a homogenous illumination in synchronism with the camera, which represents the main limitation due to its large shutter. Eventually, it s suggested to employ the developed vision system for helping joint tracking. A visão, o sentido predileto do ser humano, e sua grande capacidade de captar, processar e interpretar grandes quantidades de dados de natureza visual tem sido, ao longo dos anos, um grande estímulo para o desenvolvimento de técnicas e de dispositivos tecnológicos que a reproduzam um sistema computacional. Nos processos de soldagem, a visão pode fornecer dados desde na inspeção e qualidade da junta soldada, no monitoramento de parâmetros, na correção de trajetórias até, por fim, no estudo dos fenômenos envolvidos no processo. Porém, a radiação luminosa emitida pelo arco representa uma barreira para tais estudos baseados na visualização do processo. Uma das formas utilizadas atualmente para se obter a visualização do processo, sem a interferência do arco, consiste em iluminar o processo com o infravermelho próximo e utilizar filtros de interferência (passa-faixa), em torno deste mesmo comprimento de onda, durante a aquisição das imagens. Uma solução para a iluminação infravermelha, de aplicação crescente, envolve o uso de diodos laser de alta potência, com baixo custo e menor complexidade de instalação do que os lasers convencionais. Desta forma, a proposta deste trabalho foi a criação de um sistema de visão dos processos de soldagem a arco, de baixo custo e alta flexibilidade, indo desde a caracterização dos espectros de emissão luminosa do arco, passando pela criação de uma topologia de acionamento para o diodo de alta potência no infravermelho próximo, respeitando suas limitações de uso e maximizando a potência luminosa emitida, criação dos circuitos de controle, escolha dos equipamentos e componentes ópticos e, por fim, projeto e aplicação de um protótipo em processos de soldagens. O sistema elétrico foi validado por simulações computacionais e testes experimentais de burnout e de stress, e as limitações do sistema de visão, como um todo, foram encontradas através e sua aplicação com soldagens TIG e MIG/MAG. Nestes ensaios, embora não tenha sido capaz de sobrepor a luz do arco, o sistema desenvolvido proporcionou uma iluminação homogênea e em sincronia com a câmera, onde a principal limitação foi o grande tempo de exposição da câmera disponível. Sugere-se, ao final, utilizar o sistema na forma de um seguidor de juntas. Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Due to the industrial importance of welding and since it is a special process (i.e., the process result cannot be completely assured only using inspection), its constant monitoring is necessary. ISO 3834 standard, which requires that the manufacturer adopts measures to assure the necessary quality, where monitoring can be used to guarantee corrective documentation of the process, auditions and staff revision. Thus, due to the importance of this monitoring, it is crucial to have a dedicated system for industrial use. Moreover, this system must contain the state of the art in communication technology. For technological use, this monitoring is standardized by the ISO 17662:2005, which requires the correct calibration of this system and the equipment and requires the verification (register for confirmation), through the provision of objective evidence that specific requirements had been fulfilled. To fulfill this need, it is possible to find systems that can satisfactorily accomplish such monitoring, but with the use of cable communication, which brings difficulty and plasters the system with of a specific computer with specific operational system. Therefore, an important step for the monitoring and continuous register of welds is the development of an embedded system, independent, capable of monitoring different signals from the welding process and communicating with robust and flexible manner with diverse computers, palms, smartphones, etc. This is possible thanks to the dissemination of computer networks in industrial environments, and the possibility to use the TCP/IP protocol. In addition, a monitoring system must also be of low cost and low consumption of energy to extend the applicability and independence/flexibility for field use, respectively. Therefore and having these premises in mind, this work deals with the project, construction and evaluation of a wireless embedded system for monitoring and analyzing signals during arc welding, called here as MoSo Wi-Fi (Monitor de Soldagem WiFi). At a first moment, three acquisition channels are available (voltage, current and wire feed speed) and from the welding tests using alternating-current TIG and GMAW (Short-circuit, Spray and MIG Pulsed), it is possible to conclude that the developed system demonstrates great applicability with a final hardware cost of US$ 550.00. Devido a grande importância industrial da união soldada e sendo a soldagem um processo especial de fabricação, que não pode ser completamente inspecionado contra defeitos apenas após sua finalização, o seu monitoramento constante se faz necessário. Pela ISO 3834, o fabricante deve adotar medidas para garantir a qualidade necessária, onde o monitoramento pode ser usado para garantir documentação do processo, auditorias, ações corretivas e revisão de pessoal. Assim, dada importância deste monitoramento, é fundamental ter à disposição da indústria um sistema de utilização direta, mas que contenha o estado da arte em tecnologia de comunicação. Tecnologicamente, o monitoramento é requerido pela ISO 17662:2005, que, além da correta calibração dos sistemas e dos equipamentos, esta norma requer a verificação, ou seja, o registro para confirmação através da provisão de evidência objetiva que as exigências específicas foram cumpridas. É possível encontrar sistemas que consigam realizar tal monitoramento de forma satisfatória, mas com uso de comunicação por cabos, que por muitas dificultam a utilização, e com a necessidade de um computador com sistema operacional específico e que fique solidário ao sistema de monitoramento. Desta forma, um sistema que seja embarcado, ou seja, independente, que consiga monitorar diferentes sinais do processo de soldagem e que se comunique de forma robusta e flexível com diversos computadores, palms, smatphones, etc é, sem dúvida, um passo importante para o monitoramento e registro contínuo das soldas. Isto é possível graças à disseminação de redes de computadores em ambientes fabris e a possibilidade do uso do protocolo TCP/IP. Mais do que estas características, o sistema deve ser de baixo custo e baixo consumo de energia para ampliar sua abrangência e independência/flexibilidade de uso em campo, respectivamente. Com base nestas premissas, foi projetado, construído e avaliado um sistema embarcado para monitoramento sem fio de sinais em soldagem a arco elétrico, denominado MoSo Wi-Fi (Monitor de Soldagem WiFI). Num primeiro momento, três canais de aquisição estão disponíveis (tensão, corrente e velocidade de alimentação), onde os ensaios executados com soldagens TIG corrente alternada e MAG (curto-circuito, goticular e pulsado) demonstram a grande aplicabilidade do mesmo, a um custo de hardware aproximado de US$ 550,00. Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. Nos processos de soldagem GMAW, o balanço entre os fatores que governam a formação das gotas na transferência metálica determinam a forma, o volume e a freqüência de destacamento das mesmas que são formadas na ponta do arame-eletrodo, que por sua vez caracterizam os modos de transferência metálica e influenciam a geometria, microestrutura e propriedades mecânicas da junta soldada. Este trabalho apresenta uma metodologia para modelar empiricamente o modo de transferência goticular projetada em processos de soldagem GMAW utilizando algoritmos de processamento de imagens digitais e a Metodologia de Superfície de Resposta. Foram adquiridas imagens de transferência metálica em soldagem GMAW com uma câmera de alta velocidade visando identificar o modo de transferência goticular. Nestas imagens, são calculados os parâmetros que caracterizam o modo de transferência, identificados como freqüência de destacamento e tamanho das gotas. Modelos correspondentes à frequência de destacamento e ao tamanho das gotas são obtidos em resposta a entradas de tensão e de velocidade de alimentação do arame. Os modelos são utilizados no desenvolvimento de um simulador de transferência metálica goticular que constitui a primeira etapa de um equipamento de soldagem virtual. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT The balance among the features that rule the drop formation in metal transfer GMAW welding processes define the shape, volume and rate transfer of the droplets, molded at the tip of the wire-electrode, which at the same time both characterize the metal transference modes and influence the geometry, microstructure and mechanical properties of the welded joint. This work presents a methodology to empirically model the projected spray transfer mode from GMAW welding processes by using digital image processing algorithms and response surface methodology. Metal transfer GMAW images are acquired with a high speed camera aiming to identify the spray transfer. The characteristic parameters of the transfer mode, which are the droplet transfer rate and the droplet size, are calculated in these images. Finally, models of these parameters were obtained related to voltage and wire-speed inputs. These models are used to develop a spray metal transfer simulator for performing the first step on a virtual welding equipment project.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação de um sistema embarcado, baseado em FPGA para o monitoramento on-line do arco voltaico no processo de soldagem GTAW, utilizando um algoritmo de detecção de mudança. Este monitoramento permitiu detectar a presença de descontinuidades durante o processo de soldagem, utilizando um sensor de radiação infravermelha. O algoritmo de detecção de mudança, descrito em hardware usando VHDL, possui um filtro Kalman e uma regra de parada com um teste estatístico por somas cumulativas (CUSUM). Todos os cálculos para a detecção de descontinuidades foram feitos em aritmética de ponto flutuante de 32 bit. As simulações das descrições hardware foram feitas no software ModelSIM. O dispositivo reconfigurável utilizado para embarcar o algoritmo de detecção de mudança e outros periféricos do sistema foi o FPGA Spartan-3E 1600E da Xilinx. Para o gerenciamento do algoritmo e os outros periféricos embarcados, utilizou-se o processador soft MicroBlaze. Inicialmente, para detectar descontinuidades foi necessário obter o padrão da solda desejada. Para isto foram realizados alguns teste de soldagem sem a presença aparente de descontinuidades, variando-se a distância do eletrodo à peça, bem como a corrente de soldagem. Posteriormente, foram realizados testes com a presença de descontinuidades. Os tipos de descontinuidades avaliadas no trabalho foram: presença de arame, furos e areia. Após a validação através das simulações, o sistema de detecção de descontinuidades foi testado em uma bancada de soldagem com o intuito de avaliar o sucesso na detecção on-line de descontinuidades. Durante o processo de soldagem o alarme do sistema foi ativado com cada descontinuidade encontrada. Os dados da detecção de descontinuidades (quantidade e distâncias) para cada teste podem ser armazenados no FPGA ou enviados para o computador. Os resultados permitiram verificar o uso de sistemas embarcados baseados em FPGAs na detecção on-line de descontinuidades na soldagem. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT This work presents the development and implementation of an FPGA-based embedded system to on-line arc welding monitoring in a GTAW process, using a change detection algorithm. The monitoring allowed the discontinuities detection during welding process using an infrared sensor. The change detection algorithm, described in hardware using VHDL, has a Kalman filter and a stopping rule with a statistical test by cumulative sums (CUSUM). All the calculations for discontinuities detection were done in 32 bit floating point arithmetic. The simulations of hardware descriptions were made using ModelSim software. Spartan-3E 1600E FPGA from Xilinx was used to embedded the algorithm and the other peripherals of the system. To perform the management of the algorithm and the others embedded devices, the processor soft MicroBlaze was used. At first, it is necessary to obtain a desired welding pattern in order to be able to detect discontinuities. Several tests without apparent presence of discontinuities were performed, changing the distance from the electrode to the work piece and the welding current. Then, tests were performed in presence of discontinuities. The different types of discontinuities used during welding were presence of wire, holes and sand. Once the system was validated through simulations, the discontinuities detection system was tested in the welding bench in order to evaluate the on-line discontinuities detection effectiveness. As a result, during the welding process the system alarm was activated with each discontinuity that was found. Discontinuity detection data (quantity and location) for each test can be storaged in the FPGA or sent to a PC. Obtained results had verified the use of FPGA-based embedded system to on-line discontinuities detection during welding processes. ___________________________________________________________________________________________ RESUMEN Este trabajo presenta el diseño e implementación de un sistema embarcado basado en FPGA para el monitoreo on-line del arco voltaico en el proceso de soldadura GTAW, usando un algoritmo de detección de cambios. Este monitoreo permitió detectar la presencia de discontinuidades durante el proceso de soldadura utilizando un sensor de radiación infrarroja. El algoritmo de detección de cambios, descrito en hardware usando VHDL, posee un filtro Kalman y una regla de parada con un test estadístico por sumas acumulativas (CUSUM). Todos los cálculos para la detección de discontinuidades fueron hechos en aritmética de punto flotante de 32 bit. Las simulaciones de las descripciones hardware fueron hechas en ModelSM. El dispositivo reconfigurable utilizado para embarcar el algoritmo de detección de cambios y los demas periféricos del sistema fue el FPGA Spartan 3E 1600 de Xilinx. Para el gerenciamiento del algoritmo y los otros periféricos embarcado, se utilizo el procesador soft MicroBlaze. Inicialmente, para detectar discontinuidades fue necesario obtener el patrón de soldadura deseada. Para esto se realizaron algunos test de soldadura sin presencia aparente de discontinuidades, variando la distancia del electrodo a la pieza y la corriente de soldadura. Posteriormente, fueron realizados test con la presencia de discontinuidades. Los tipos de discontinuidades validadas en este trabajo fueron: presencia de alambre, huecos y arena. Después de la validación a través de las simulaciones, el sistema de detección de discontinuidades fue probado en el montaje de soldadura con el propósito de validar el éxito en la detección on-line de discontinuidades. Durante el proceso de soldadura la alarma del sistema fue activada con cada discontinuidad encontrada. Los datos de la detección de discontinuidades (cantidad y posición) para cada test pueden ser almacenados en el FPGA o enviados a un computador. Los resultados permitieron verificar el uso de sistemas embarcados basados en FPGAs en la detección on-line de discontinuidades en soldadura.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais GMAW process has been widely used in the industry. The shilding atmosphere is one of the most important variables in this process since it can influence the arc formation, metal transfer, geometry and bead appearance. CO2 blended with Ar is the most common shielding gas used for short-circuit GMAW (the most popular transfer mode). However, there is still lack of more scientific data to explain the performance of the mixtures. This paper presents a systematic study of the influence that CO2 content in mixture with Argon has on the operational performance of the short-circuit GMAW. The objective of this study was to describe, to quantify and to explain the alterations in the metal transfer behavior, spatter generation, weld bead geometry and bead finish due to the different CO2 contents in the shielding gas. Carbon steel plates were welded in adequate parametric conditions for each CO2+Ar shielding gas composition (CO2 ranging from 2% to 100%). These conditions were found by applying a metal transfer regularity index over welds carried out at different setting voltages for each gas blend. A target of 130 A was applied as base for comparison. Laser shadowgrafy with high speed filming and current and voltage oscillograms were used as analysis tools. The results showed (and confirmed) that the increase of the CO2 content deteriorates metal transfer regularity, leading to excessive spatter generation and uneven bead appearance, but increases the penetration and the fusion area of the weld beads and improve bead convexity. In general, the CO2 content should neither be lower than 10% nor higher than 30%, unless for thin plates. O processo MIG/MAG tem sido considerado como o método de união de maior ascensão e utilização na indústria. A atmosfera protetora é uma das variáveis mais importantes desse processo, pois pode influenciar na formação do arco, nas gotas em transferência, na geometria e na aparência do cordão. A mistura mais usada para soldagem com transferência metálica por curto-circuito (modo de transferência mais utilizado no processo MIG/MAG) é Argônio com Dióxido de Carbono. Entretanto, a quantidade apropriada de CO2 nessa mistura ainda é um ponto discutível. Por exemplo, a percentagem de CO2 de uso mais popular é por volta de 20 a 25%, mas é difícil achar justificativas do porquê dessa faixa de valor. Ou de como exatamente a mudança do teor de CO2 influencia tão significantemente o desempenho da soldagem. Assim, este trabalho teve o objetivo de verificar a influência do teor de CO2 na mistura com Argônio sobre a regularidade da transferência metálica do processo MIG/MAG operando com curtoscircuitos e, conseqüentemente, procurar entender melhor seu efeito sobre a aparência e geometria de cordão, e geração de respingos. Misturas gasosas para proteção compostas de Ar com teores diferenciados de CO2 (de 2 a 100%) foram usadas para soldar chapas finas de aço carbono, utilizando-se um arame de mesma classe de composição química e mantendo um mesmo valor de corrente média. A avaliação da regularidade da transferência foi feita por um índice baseado em parâmetros estatísticos da variância dos tempos durante curtos-circuitos e arco aberto. A geração de respingos foi determinada pela rendimento de deposição. O efeito do teor de CO2 sobre a geometria do cordão foi obtido por imagens de seções transversais das peças soldadas, enquanto a avaliação do acabamento dos cordões resultantes foi feita subjetivamente por visualização. Filmagens em alta velocidade foram aplicadas para estudar o comportamento da gota em transferência e medir o comprimento do arco sob a ação do teor de CO2 nas condições consideradas como melhores para cada composição. Os resultados obtidos permitiram revelar que o aumento do teor do CO2 reduz a regularidade da transferência e aumenta proporcionalmente a geração de respingos, além de prejudicar a aparência do cordão. Porem, verifica-se também que quanto mais CO2, maior é a penetração e menor é o reforço do cordão. Mestre em Engenharia Mecânica

Improved product quality and production methods, and decreased production costs are important objectives of industries. Welding processes are part of this goal. There are many studies about monitoring and controlling welding process. This work presents a non-intrusive on-line monitoriment system and some algorithms capable of detecting GTAW weld defects. Some experiments were made to simulate weld defects by disturbing the electric arc. The data comes from a spectrometer which captures perturbations on the electric arc by the radiation emission of chosen lines. Algorithms based on change detection methods are used to indicate the presence and localization of those defects.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-24Bitstream added on 2014-06-13T18:52:41Z : No. of bitstreams: 1 godoy_wl_me_bauru.pdf: 10498563 bytes, checksum: a471999a6640d177cb8963731e9bafe8 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A identificação e a qualificação dos constituintes microestruturais de uma junta soldada são de grande importância pela relação que existe entre a microestrutura do cordão e as propriedades mecânicas, particularmente a tenacidade. Trabalhando com variações nos parâmetros de pulso, corrente de pico e tempo de pico, e também na temperatura de pré-aquecimento, foram quantificados os constituintes ferrita acicular e microfases presentes no metal de solda; sendo ambos considerados controladores da tenacidade. Os resultados deste trabalho demonstraram que aumentou a quantidade de ferrita acicular para os menores níveis dos parâmetros de pulso e da temperatura de pré-aquecimento. Quanto às microfases, ocorreu uma redução na quantidade à medida que se elevaram os níveis dos parâmetros de pulso e da temperatura de pré-aquecimento. Observou-se, também, qual foi a influência da velocidade de resfriamento na microestrutura final do metal de solda. Foi utilizado o processo de soldagem a arco elétrico com proteção gasosa, no modo pulsado e arame tubular. A soldagem foi realizada em chapa de aço estrutural de alta resistência e baixa liga (COS-AR 50), com chanfro em X e ângulo de 30º. Como metal de adição foi utilizado o arame tubular de fluxo metálico E70C-6M, com diâmetro de 1,2 mm. The identification and qualification of the microstructural constituents present in the welded joint are very important for the relationship between the microstructure of the weld beads with the mechanical properties, particularly toughness. Working with variations of pulse parameters, peak current and peak time, and also preheating temperature, had been quantified the constituents acicular ferrite and microphases present in weld metal; being both considered controllers of toughness. The results of this work demostrated that greater amounts of acicular ferrite had been occurred in the lowest levels of pulse parameters and preheating temperature. As for microphases, it has a reduction of the amount with the increase of pulse parameters and preheating temperature. It was observed, also, the influence of the cooling speed in the final microstructure of the weld metal. The samples were welded by the metal gas arc welding, using pulsed arc and tubular wire. As metal base was used HSLA structural steel plate (COS-AR 50), with X-groove and bevel angle 30º. The addition metal was the tubular metal-cored wire E70C-6M with diameter of 1.2 mm.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2008. Este trabalho apresenta, de forma exploratória, o uso das emissões infravermelhas do arco voltaico como parâmetro para a monitoração do processo TIG, detecção e localização de defeitos e ou descontinuidades. Para isso, usou-se um sensor infravermelho de ponto que focalizou parte do arco e a poça de fusão e transformou a intensidade da radiação infravermelha apresentada na vizinhança do ponto focal em um sinal de corrente entre 4 a 20 mA. Análises qualitativas foram feitas para avaliar as informações obtidas durante várias experiências, descrevendo as vantagens obtidas pelo monitoramento infravermelho da poça-arco, e as flutuações e o comportamento deste sinal ajudaram a entender as informações coletadas pelo sensor. Uma vez compreendido o tipo de informação dado pelo sensor, avaliou-se se este era capaz de detectar perturbações a partir da inserção de defeitos durante a solda. A metodologia empregada teve como objetivo observar a capacidade do sensor em detectar flutuações na região poça-arco. A partir das emissões infravermelhas, comprovou-se o uso efetivo do sinal para a localização de defeitos na solda. Através da inserção de defeitos durante o processo de soldagem, diversas técnicas de estimação de parâmetros e detecção de mudança do sinal infravermelho foram avaliadas. Conseguiu-se ajustar os algoritmos de detecção visando a monitoração e controle on-line. Foi simulado um algoritmo on-line que utiliza o filtro Kalman para a estimação de parâmetro do sinal infravermelho e a detecção da sua mudança através do teste estatístico por Somas Cumulativas (CUSUM), mostrando assim sua viabilidade para a implementação em arquiteturas reconfiguráveis. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT This work presents, in an exploratory form, the use of infrared emissions of the TIG arc as a parameter for process monitoring, detection and localization of defects or discontinuity during welding. A infrared sensor was used for focalizing part of the arc and weld pool and transformed the intensity of infrared radiation presented in the surrounding regions of the focal point in a current signal between 4 and 20 mA. Qualitative analyses were carried out to evaluate the information obtained during various experiments, describing the advantages obtained through the infrared monitoring of the both arc-pool. The signal behavior and its fluctuations helped to understand the information collected by the sensor. Once the information given by the sensor was understood, the capability of the sensor to detect perturbations through the triggering of defects in welding was evaluated. The objective of this methodology was to observe the capability of detecting alterations in the arc-pool region. Through the infrared emissions, the use of the signal for detection of defects in welding was showed feasible. Various techniques for the estimation of parameters and change detection on infrared signal were evaluated for the detection of the induced defects during the welding. It was possible to adjust the algorithms of detection expecting on-line monitoring and control. Finally, an on-line algorithm was simulated that uses the Kalman filter for the estimation of parameters and detection of alterations through Cumulative Sum (CUSUM), showing the viability for the implementation in reconfigurable architectures.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2008. Este trabalho apresenta um sistema de monitoramento, detecção e localização de defeitos na solda a partir do sensoriamento da acústica do arco elétrico do processo GMAW-S. O desenvolvimento implicou na abordagem de diferentes tecnologias, tais como: processo GMAW; avaliação de qualidade da solda; isolamento e direcionamento acústico; aquisição de sinais de tensão do arco, corrente de soldagem e pressão acústica do arco elétrico do processo; pré-processamento; filtragem convencional e estocástica de sinais; análise da estabilidade do processo; estabelecimento de parâmetros elétricos e acústicos de estabilidade do processo e algoritmos de detecção e localização de defeitos. Também foram desenvolvidos equipamentos, como sistemas de deslocamento de corpos de prova, direcionador e concentrador de sinais acústicos, dispositivo para a aquisição de sinais do processo, programa para a análise dos sinais do processo (tensão, corrente e som). A metodologia deste trabalho consistiu em obter um conjunto ótimo de parâmetros de soldagem visando gerar a maior estabilidade do processo. Foram feitas soldas repetitivas ajustando a fonte de energia com o conjunto de parâmetros obtidos. Na execução das soldas se adquiriu sinais elétricos e acústicos do arco elétrico. Avaliou-se a qualidade da solda baseada na continuidade da estabilidade dos parâmetros estatísticos dos sinais elétricos e acústicos. Seguido isso, foram feitas soldas simulando três tipos de defeitos: variação do stand off, presença de graxa na trajetória da solda e ausência de gás de proteção. Nessas soldas determinaram-se e quantificaram-se as variações dos parâmetros estatísticos acústicos de estabilidade e que finalmente foram montadas no algoritmo de detecção e localização de defeitos. Para a validação da metodologia, foram feitas soldas sem defeitos e soldas simulando os três defeitos apresentados. Nessas soldas adquiriu-se apenas o sinal de pressão acústica do arco elétrico. Demonstra-se que a partir da pressão acústica gerada pelo arco elétrico do processo de soldagem é possível monitorar, detectar e localizar defeitos sobre a solda. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT This work presents a monitoring, detection and localization system of welding defects by acoustic sensing of the electric arc of GMAW-S process. The development implicated on the approach of different technologies such as: GMAW process; weld quality evaluation; isolation and acoustic orientation; electrical arc data acquisition, such as voltage, current and acoustic pressure; pre-processing; signal filtering, stability analysis of the GMAW process; establishment of electric and acoustic parameters to welding process stability and algorithms for detection and localization of defects. Equipments were also developed, such as a plate displacement system, a concentrator of acoustic signs, data acquisition hardware, software for the process signals analysis (voltage, current and sound). The methodology of this work consisted on obtaining an optimal amount of weld parameters to guarantee process stability. Some experiments were done in order to adjust the weld source with the optimal parameters. During the experiments, the acoustic and electrical signals of the electrical arc were acquired. The weld quality was evaluated based on the electric and acoustic statistical parameters stability. Then, some defects were simulated: the stand off variation, grease insertion and shielding gas flow extinction. In those experiments the variations of the acoustic statistical parameters stability were determined and quantified and finally were analyzed by the weld defects detection and localization algorithm. To validate the methodology, were made welds with and without defects for later comparison. In these experiments the only signal acquired was the acoustic pressure of the electric arc. It is demonstrated that by the acoustic pressure generated by the electric arc it is possible to monitor, detect and localize weld defects.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2008. Há um esforço das indústrias em aumentar a qualidade dos produtos, aprimorar os métodos produtivos e reduzir o custo do processo. Dentre esses processos encontra-se a soldagem. Há vários estudos sobre controle da soldagem e utilização de sensores para monitorar a solda. Nesse sentido, este trabalho apresenta um sistema de monitoração on-line não intrusivo capaz de detectar defeitos na soldagem TIG. Desse modo, a etapa de inspeção terá seu tempo reduzido assim como os custos envolvidos. O sensor avaliado é o espectrômetro. Esse dispositivo capta perturbações no arco elétrico por meio da espectroscopia de emissão. A monitoração é feita por meio do cálculo da temperatura dos elétrons - pelo método da razão das intensidades relativas - ou pela intensidade de algumas linhas espectrais escolhidas. Alguns experimentos foram realizados para a simulação de defeitos. Foram utilizados algoritmos baseados em métodos estatísticos (estocásticos) para tratamento dos dados a fim de indicar a presença de defeitos e a sua localização. Por fim, é feita uma correlação entre a solda defeituosa, o sinal obtido e a indicação da posição dos defeitos. Demonstra-se que o sistema aplicado (sensor e algoritmos) é capaz de detectar os defeitos após a realização da solda e discute-se a possibilidade da detecção em tempo real. _______________________________________________________________ ABSTRACT There is an effort made by industries to improve product quality and production methods, and to decrease the production costs. Welding is one of these processes. There are several studies about controlling or monitoring the welding process. This work presents a on-line non-intrusive monitoring system capable of detecting TIG weld defects. In this way, inspection step will take less time and lower costs. The sensor applied was a spectrometer. It captures perturbations on the electrical arc. Monitoriment is made by the calculation of electronic temperature of relative intensity lines or the normalized absolute intensity of chosen lines. Experiments were made to simulate weld defects. Statistical (stochastic) algorithms were tested to indicate those defects presence and their localization. The work demonstrates that the applied system composed by sensor and algorithms is capable of detecting defects after the welding process and it is discussed the possibility of real-time detection.

Orientadora: Ana Sofia C.M.D'Oliveira Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 31/03/2008 Inclui bibliografia e anexo Área de concentraçao: Engenharia e ciencias de materiais

Este trabalho propõe um novo método para a detecção automática de cordões de solda em imagens radiográficas de juntas soldadas de tubulações. A metodologia proposta baseia-se na otimização de parâmetros que controlam e adaptam o posicionamento, tamanho e formato de uma janela de imagem, de modo a enquadrar a região da imagem que mais se assemelha à representação visual de um cordão de solda radiografado. A busca por parâmetros ótimos é conduzida por um algoritmo genético, que parte de soluções aleatoriamente geradas e as avalia com base em um conceito de similaridade entre imagens, oriundo de técnicas de casamento de protótipos. Além de se tratar de uma proposta inédita, a solução apresentada cobre uma diversidade de situações, incluindo problemas de detecção do cordão de solda para os quais ainda não havia sido encontrada uma solução automatizada que a literatura tenha referenciado. Os resultados dos testes realizados alcançaram um desempenho entre 93 e 100%, para um total de 478 imagens consideradas, que incluem exemplos de praticamente todas as técnicas de exposição radiográfica recomendadas pelo código ASME V, para inspeção de juntas soldadas de tubulações. Entrementes, uma técnica já existente de segmentação de imagens foi adaptada para desempenhar a detecção automática de defeitos de soldagem. Para tais testes, foram utilizados padrões radiográficos das principais classes de defeitos, provenientes do International Institute of Welding (IIW). Após modificações agregadas à técnica de segmentação utilizada, foi possível detectar exemplos de todas as classes de defeitos testadas. Tais resultados contribuem para a análise automática de radiografias industriais e visa melhorar a qualidade e eficiência na inspeção radiográfica de soldas. This work proposes a new method for the automatic detection of the weld seam in radiographic images of pipeline welded joints. The proposed methodology is based on the optimization of parameters that are used to control and modify the position, size and shape of an image window, in order to enclose the image region that best matches the radiographic representation of a reinforced weld seam. The search for the best matching is managed by a genetic algorithm and uses an image similarity concept that is commonly applied on template matching procedures. The proposed technique solved weld seam detection problems for which no other automatic detection method was successful. The test results achieved an accuracy between 93% and 100%, regarding different tests circumstances, for a total of 478 radiographic images. The images data set included radiograph samples that cover all the recommended radiographic exposure techniques that are recommended, in the ASME V code, for inspection of pipeline welded joints. Meanwhile, a known image segmentation technique was modified and applied to perform the automatic detection of welding defects. For that test series, radiographic patterns from the International Institute of Welding (IIW) were used, including samples of the most popular classes of welding defects. After the used segmentation technique has been properly modified, defect detection samples were achieved for all the tested defect classes. Such results contribute with advancements in the automatic analysis of industrial radiographs and, as a final goal, aim at aggregating quality and efficiency to the radiographic inspection of welded joints.

In the offshore industry, the utilization of conventional process of arc welding processes are frequently used to repair structure defects, such as cracks. These repairs are carried out under water to reduce risks of explosion. Under water welds are subjected to hydrogen embrittlement and severe porosity. An alternative is offered by the friction hydro pillar processing (FHPP), which may be regarded as a process in which a hole is drilled and filled with a consumable rod of the same material. Despite its wide applicability, this technique has not been widely investigated. Motivated by the potentialities of this method, an infrastructure for repairing engineering structures by drilling and filling holes was designed and constructed. The equipment was designed with an axial force capacity of 50 kN, and a tangential force limited to 10 kN. The rotational speed was limited to 8000 rpm. The FHPP parameters were completely automated, where by the user has only to give them. To validate the infrastructure repair tests were carried out in plain carbon steel plats. The obtained results showed that a metallic bond between the substrate and the rod was achieved. The system enables to perform experimental tests in order to optimize the friction hydro pillar process parameters. Na indústria de produção de petróleo, a utilização dos processos convencionais de reparo de trincas, como o processo de soldagem a arco elétrico, são realizadas excepcionalmente em ambiente submerso e normalmente em áreas classificadas. Como conseqüência disso, vários defeitos podem surgir na região de reparo tais como porosidades e fragilização pelo hidrogênio. Desta forma, o desenvolvimento de uma técnica de reparo de trincas, como a de reparo de trincas por atrito, torna-se um grande atrativo para a indústria do petróleo. O processo de reparo de trincas por atrito consiste em fazer, na região da trinca, um furo cilíndrico ou cônico o qual é posteriormente preenchido por um pino também cilíndrico ou cônico. Apesar da grande potencialidade da técnica de reparo de trincas por atrito, poucos estudos foram realizados a respeito do processo. Desta forma, o presente trabalho teve por objetivo, desenvolver, projetar, construir e validar um equipamento de reparo de trincas por atrito. O equipamento projetado possui capacidade de carga axial de 50 kN, capacidade de carga tangencial de 10 kN e pode atingir velocidade de rotação de até 8000 rpm. O controle do equipamento é realizado de forma automatizada, cabendo ao usuário entrar, no programa de controle, com os parâmetros de teste a serem utilizados. Para validação e levantamento dos limites operacionais do equipamento, foram realizados ensaios com amostras de aço carbono, cujos resultados mostraram, em alguns casos, a formação da ligação metálica entre o material do pino e o furo. Ao final do trabalho, obteve-se uma infra-estrutura que permitirá um maior estudo do processo, além de permitir a otimização dos parâmetros de testes para os mais diversos materiais. Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Roseana da Exaltação Trevisan Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Mestrado

Orientador: Roseana da Exaltação Trevisan Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Mestrado