MIG/MAG CCC: avanços na tecnologia de controle da transferência metálica como solução para o passe de raiz

Abstract

Nas indústrias de petróleo e gás e de construção naval, a união entre componentes metálicos, caracterizada por grandes espessuras e soldagem multipasse, é, em sua maioria, executada de forma manual por soldadores previamente qualificados. Desta forma, a qualidade da solda está intimamente ligada à habilidade do soldador em adequar as condições do arco voltaico e da transferência metálica à junta que está sendo soldada. A obtenção de soldas com mínima formação de defeitos é principalmente agravada na soldagem do passe de raiz. Nesta situação é necessário um meticuloso controle da poça de fusão a fim de obter a penetração desejada, sem promover o escorrimento da poça, fenômeno conhecido como burn-through. Outro agravante está na preparação da junta a ser soldada, que nem sempre oferece dimensões repetitivas, apresentando irregularidades como gaps e ângulos variáveis, high-low, entre outras variações nas dimensões da junta. A influência destes defeitos sobre o passe de raiz é minimizada ao se garantir um maior controle da energia aportada à peça, proposição das tecnologias de controle da transferência por curto-circuito. Contudo, atualmente, a maioria do suprimento desta tecnologia advém de empresas de fontes de soldagem situadas no exterior. Além da escassez de informações sobre as várias soluções disponibilizadas por diferentes fabricantes, ainda, se está restrito a soluções para aplicações pré-definidas de fábrica. Dentro deste cenário é que se insere o presente trabalho. Ele aprimora uma tecnologia nacional, denominada de CCC (Curto-Circuito Controlado), com início de desenvolvimento em 1999. O objetivo é a criação de uma base sólida para o desenvolvimento e consolidação deste tipo de tecnologia em território nacional. Isto assegura melhor feedback com efetiva adaptação contínua. Por intermédio de implementações de software e hardware na fonte de soldagem, foi atingido um controle de alta dinâmica na forma de onda de corrente, na faixa dos microssegundos, além de melhorias nas rotinas de realimentação e controle das variáveis elétricas do processo. Cada fase da transferência metálica por curto-circuito foi avaliada em ensaios práticos de soldagem, resultando em maior precisão no controle da transferência das gotas e na dinâmica da poça de fusão. Foram desenvolvidos programas sinérgicos para os arames ER70S-6 de 1,0 e 1,2 mm de diâmetro, utilizando como gás de proteção uma composição de 75% de argônio e 25% de CO2. Procurando aumentar a facilidade de utilização do processo por parte do soldador, definiram-se apenas duas variáveis de regulagem para o processo CCC, a velocidade de alimentação de arame, entre 2 e 6 m/min, e o parâmetro ?a?, responsável por regulagens finas na potência. Os testes foram monitorados com auxílio de câmera de alta velocidade e sistemas de aquisições de dados. Com a utilização destas ferramentas de avaliação foi possível obter explicações concisas sobre a influência de cada fase da forma de onda de corrente na dinâmica da transferência metálica e da poça de fusão. Como resultado dos desenvolvimentos realizados neste trabalho, atualmente o processo de soldagem CCC apresenta alta regularidade na transferência metálica, baixa formação de respingos e adequado controle da poça de fusão, além de oferecer programas sinérgicos.<br>

Abstract : In the oil and gas and shipbuilding industries, the welds between metal components are characterized by large thicknesses and multipass welding. This job is mostly performed manually by previously trained welders. Thus, the weld quality is closely linked to the ability of the welder to adjust the conditions of the arc and the metal transfer mode to the joint. Achieving healthy welds is particularly aggravated in the root pass welding. In this situation is necessary a meticulous control of weld pool in order to obtain the desired penetration without causing burn-through. Another problem is in the joint preparation, it does not always provide exact dimensions, presenting irregularities such as inconstant gaps and angles, high-low and other dimensions variations. The technologies that propose the controlled short circuit technology minimize the influence of these defects on the root pass with greater control of heat input. However, currently, most of the supply of this technology is in the international power sources, and the high-tech products stay in these regions and local industry just uses this technology. To create a solid foundation and develop this technology in Brazil, providing greater feedback with effective continuous adaptation, evolution and a potential success in the application of the process to the local industry, was planned out the main objective of this work, that is the improvement of the welding process CCC (Controlled short circuit), seeking to optimize its current waveform and the formulation of a synergistic program. Through software and hardware implementations and improvements in routines and feedback control of electrical process variables, the welding source is working in a high dynamic control of the current waveform, at a microsecond range. In experimental welding tests each phase of short circuit transfer was evaluated, resulting in greater precision in controlling the transfer of droplets and weld pool dynamics. Based on these results, were developed synergistic programs to mild steel consumables 1.0 to 1.2 mm in diameter, using protective gas as a composition of 75% argon and 25% CO 2. Seeking facilitate the use of the process by the welder, were set up just two variables for adjusting the CCC process, the wire feed speed, between 2 and 6 m / min, and the  a parameter responsible for fine adjustments in output power. The tests were monitored with high-speed camera and data acquisition systems. The use of these assessment tools enabled to obtain concise explanations of the influence of each phase of the current waveform and of metal transfer and weld pool dynamics. As a result this work, currently, the CCC welding process has high regularity of metal transfer, low spatter and good weld pool control, and provides synergistic programs.