Estudo da física do arco TIG e suas implicações na morfologia do cordão de solda com a presença de campos magnéticos externos longitudinais

Abstract

Processos de soldagem a arco são amplamente utilizados no mercado industrial. Por ser um condutor elétrico no estado plasma, o arco voltaico, produz um campo magnético em seu entorno e, portanto, apto a interferências externas de campos magnéticos. Relativo a isto, a qualidade e propriedades mecânicas do cordão de solda estão relacionadas com a estabilidade do arco voltaico que é vulnerável a estas interferências. Por ser um processo autógeno, o processo TIG, admite a análise da física do arco na presença de um campo magnético externo longitudinal independente dos fenômenos de transferência metálica. Os efeitos da aplicação do campo magnético longitudinal são recentes e escassos, sendo abordados, em sua maioria, de forma teórica na literatura. A literatura aponta alterações provocadas nas características do arco voltaico, da poça de fusão e do cordão de solda com a aplicação de um campo magnético externo longitudinal. Em vista disso, neste trabalho foi realizada uma investigação quanto ao emprego da técnica de aplicação de um campo magnético externo longitudinal no processo TIG na fisica do arco voltaico e na sua aplicabilidade durante a soldagem, através de uma abordagem experimental. Para tanto, foram realizados ensaios empregando 50A e 100A de corrente de soldagem, além da variação da corrente adotada na bobina até o seu limite operacional de 11A. A partir da aquisição da tensão, imagens da geometria e pressão do arco voltaico, foram verificadas modificações nas características físicas do arco voltaico em decorrência da presença do campo magnético externo. Por fim foram realizados ensaios de soldagem com intuito de verificar os efeitos destas alterações nos aspectos morfológicos do cordão. Com os resultados verificou-se que a presença do campo magnético externo longitudinal no processo TIG, promoveu a contração do arco voltaico próximo ao eletrodo de tungstênio, além do perfil de distribuição radial da pressão do arco voltaico tornar-se um duplo pico. Além disso, a partir de macrografias, foi possível constatar a redução da penetração e aumento da largura do cordão solda com a intensidade do campo magnético adotado durante os ensaios de soldagem.

Arc welding processes are widely used in the industrial market currently. By being an electrical conductor in the plasma state, the voltaic arc generates a magnetic field around it and is therefore capable of external magnetic field interferences. The quality and mechanical properties of the weld bead are related to the stability of the arc, which is vulnerable to such interferences. As an autogenous process, the TIG process allows the analysis of arc physics in the presence of a longitudinal external magnetic field independent of metal transfer phenomena. The effects of the application of the longitudinal magnetic field are recent and few, being mostly addressed theoretically in the literature. The literature points to changes in the characteristics of the arc, the weld pool and weld bead with the application of a longitudinal external magnetic field. Therefore, in this work an investigation was carried out as to the use of the application of a longitudinal external magnetic field in the TIG process in the arc physics and its applicability during welding through an experimental approach. For this, tests were performed using 50A and 100A of welding current, besides the variation of the current adopted in the coil to its operational limit of 11A. From the acquisition of voltage, images of the arc geometry and pressure, changes in the physical characteristics of the arc were validated due to the presence of the external magnetic field. Finally, welding tests were performed to verify the effects of these alterations on the morphological aspects of the weld bead. With the results it was verified that the presence of the longitudinal external magnetic field in the TIG process promoted the contraction of the arc near the tungsten electrode, besides the distribution of arc pressure takes on a double peak look. In addition, from macrographs, it was possible to observe the decrease in penetration and increase in the width of the weld bead the greater the intensity of the magnetic field adopted during the welding tests.