Desenvolvimento de um sistema flexível de alimentação dinâmica aplicado em soldagem MIG/MAG

Abstract

O cenário tecnológico da indústria da soldagem brasileira tem se tornado cada vez mais dependente dos fabricantes multinacionais. No que tange ao processo MIG/MAG, as modernas versões dos equipamentos desses fabricantes permitem um alto nível de controle de diversas variáveis de processo. Dentre as inovações pode se destacar o controle direto da movimentação de arame dentro de um período de transferência metálica, com alterações, inclusive, do sentido do movimento. A esse tipo de alimentação dá-se o nome de alimentação dinâmica (AD). A sincronização de parâmetros elétricos do arco com a movimentação do arame, na mesma frequência do destacamento, proporcionou aos processos modernos um aumento de estabilidade e controlabilidade. Em consequência, houve uma melhora da qualidade, produtividade e repetibilidade dos resultados. De modo a amenizar a perspectiva defasada da indústria nacional, e promover a liberdade ao usuário final para exploração da tecnologia, foi desenvolvido um sistema de soldagem MIG/MAG com alimentação dinâmica (MIG/MAG AD) com flexibilidade de regulagem de parâmetros pelo usuário (indústria ou P&D). O desenvolvimento do sistema partiu da concepção de uma tocha de soldagem equipada com um servomotor de alta dinâmica. Integrou-se este mecanismo com as estratégias de controle embarcadas no microcontrolador da fonte de soldagem e, assim, foi possível submeter o sistema a diversos ensaios de modo a avaliar os algoritmos criados e a operacionalidade do sistema como um todo. Foram estudadas técnicas e tecnologias de controle de velocidade e de deslocamento de arame que forneceram dados para que fossem confirmados o seguimento de referências estabelecidas pelo usuário. Foram avaliadas estratégias criadas visando modificar o perfil de movimentação de arame em um dado período de transferência, tais como inversão rápida no sentido de alimentação de arame, atrasos e mergulho de arame, estendendo a faixa de aplicações do sistema. Foram propostas e abordadas duas aplicações potenciais para o MIG/MAG AD: operações de revestimento e manufatura aditiva. Com relação ao procedimento voltado a operações de revestimento foi proposta a alternância de modos de transferência entre pulsado e curto-circuito, de modo a controlar a potência fornecida pelo processo. Esse estudo mostrou que a relação entre potência e períodos de transferência em corrente pulsada não é estritamente linear devido à presença de etapas de transição entre modos de transferência. Diante desse fato, o uso do protótipo, nesta aplicação, não se mostrou pertinente no estado atual de desenvolvimento. Já o estudo visando uso do MIG/MAG AD como alternativa para manufatura aditiva, promovendo o mergulho intencional do arame na poça de fusão, se mostrou promissor para o controle térmico sobre o depósito, e consequente maior controlabilidade das características geométricas da estrutura a ser fabricada.

Abstract: The technological conjuncture concerning the Brazilian welding industry has become increasingly dependent on multinational manufacturers. Regarding the GMAW process, the modern versions of the equipment of these manufacturers allow a high level of control of several process variables. Among the innovations can be highlighted the direct control of the wire movement within the metallic transfer period, changing, even, the movement direction. This type movement is called dynamic wire feeding (DWF). The synchronization of arc?s electric parameters with the movement of the wire, at the same frequency as the droplet detachment, has given the modern processes an increase of stability and controllability. As a consequence, there was an improvement in the quality, productivity and repeatability of the results. In order to mitigate the outdated prospect of the domestic industry and to promote freedom to the end user to exploit the technology, a GMAW welding system with dynamic feeding (GMAW DWF), with user parameter adjustment flexibility (industry or R & D), was developed. The developments initiated on the design of a welding torch equipped with a highly dynamic servomotor. This mechanism was integrated with the control strategies embedded in the power source?s microcontroller and, thus, the system was submitted to several tests in order to evaluate the algorithms created and the operability of the system as a whole. Techniques and technologies of speed and wire displacement control were evaluated, which provided data to confirm the follow-up of references established by the user. Strategies were created to modify the wire movement profile in a given transfer period, such as fast inversion in the wire direction, delays and wire dipping, as means to extending the range of applications of the system. Two potential applications for the GMAW DWF were proposed and addressed: cladding operations and additive manufacturing. Regarding the procedure for cladding, it was proposed the alternation in the transfer modes between pulsed and short circuiting, in order to control the power supplied by the welding source. This study showed that the relationship between power and transfer periods in pulsed current is not strictly linear due to the presence of transition stages between transfer modes. Given this fact, the use of the prototype, in this application, was not relevant in the current state of development. However, the study aimed at the use of GMAW DWF as an alternative for additive manufacture, promoting the intentional dipping of the wire into the molten pool, was promising for the thermal control over the deposit, and consequent greater controllability of the geometric characteristics of the structure to be manufactured.