Desenvolvimento e avaliação de método de aquecimento por indução do arame para o processo de soldagem tig "hot wire"

Abstract

Dentre as vantagens do processo TIG com adição de arame quente (hot wire) destaca-se as maiores taxas de deposição alcançadas, atingindo até o dobro da obtida com o arame frio (cold wire) para uma mesma corrente de soldagem. Na forma convencional, o aquecimento do arame é realizado mediante a passagem de corrente pelo arame de adição para gerar calor por efeito Joule. Entretanto, devido à interação dos campos magnéticos gerados no arame e no arco, ocorre a deflexão do arco (sopro magnético). Para mitigar este efeito, diversas técnicas têm sido propostas, sendo uma delas a operação com corrente pulsada no arame e no arco, em forma defasada. O presente trabalho tem como objetivos o projeto, construção e avaliação de um sistema de aquecimento do arame por indução eletromagnética, que é uma técnica que tem sido pouco explorada. Os experimentos foram divididos em duas etapas, sendo a primeira referente ao projeto da bobina e à caracterização do aquecimento do arame, a qual foi feita sem a presença de arco voltaico. Na sequência, o método de aquecimento por indução (IHW) foi aplicado ao processo TIG hot wire, com diferentes valores da corrente de soldagem, a saber, 100, 150 e 200 A e correntes na bobina entre 20 e 120 A. Para uma mesma condição operacional, foi possível obter um ganho de até 220% na taxa de deposição conseguida com a técnica IHW, quando comparada com o TIG cold wire, o que evidencia uma alta eficiência de aquecimento. Não foi observado sopro magnético ou qualquer instabilidade do arco decorrente do método de aquecimento por indução. Além disso, devido a poder operar sem necessidade do contato constante do arame com a poça fundida (pois não ocorre formação de arcos secundários, como com o método de aquecimento convencional), vislumbram-se outras aplicações, como o TIG com alimentação tangencial do arame, TIG com alimentação dinâmica, técnica hot wire em processos laser e MIG/MAG e método de aquecimento para a brasagem.

Abstract: Among the advantages of the TIG process with addition of hot wire is the higher deposition rates achieved, reaching up to twice that obtained with cold wire for the same welding current. In the conventional form, the heating of the wire is carried out by the passage of current through the addition wire, to generate heat by Joule effect. However, due to the interaction of the magnetic fields generated in the wire and in the arc, the deflection of the arc (magnetic blow) occurs. To mitigate this effect, several techniques have been proposed, one of which is the pulsed chain operation in the wire and in the arc, in a lagged form. In the present work the objectives were the design, construction and evaluation of a wire heating system by electromagnetic induction, which is a technique that has been little explored. The experiments were divided in two stages, the first one referring to the design of the coil and the characterization of the wire heating, which was done without the presence of an arc. Then, the induction heating method (IHW) was applied to the hot wire TIG process, with different welding current values, namely 100, 150 and 200 A and coil currents between 20 and 120 A. For the same, it was possible to obtain a gain of up to 220% in the deposition rate achieved with the IHW technique, when compared to the TIG cold wire, which shows a high heating efficiency. No magnetic striking or any instability of the arc due to the induction heating method was observed. In addition, due to the fact that it is possible to operate without the constant contact of the wire with the molten pool (since no secondary arcs are formed, as with the conventional heating method), other applications such as TIG with tangential feed of the wire, TIG with dynamic feeding, hot wire technique in laser and MIG/MAG processes and heating method for brazing.