Análise e modelagem empírica do processo de soldagem a plasma com Keyhole em aço inoxidável / Analysis and empirical modeling of the Keyhole plasma welding process of stainless steel

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2003

RESUMO

O processo de soldagem a plasma (PAW Plasma Arc Welding) vem recebendo, nos últimos anos, uma aceitação significativa para seu uso em aplicações automatizadas, principalmente em países desenvolvidos. Isto tem estimulado em grande parte a realização de pesquisas científicas que visam o entendimento dos fenômenos físicos envolvidos no processo. Atualmente, a quantidade de trabalhos técnico-científicos disponíveis na literatura do processo é imensa. Contudo, há ainda certos aspectos pouco estudados, ou com informações divergentes. Pode-se exemplificar este problema com alguns tipos de aplicações, como a soldagem em juntas chanfradas e de aços carbono, as quais são dificilmente encontradas na prática. Há também a falta de informações relacionadas com variáveis até então consideradas como secundárias. Tais variáveis podem, no entanto, apresentar uma influência significativa na qualidade e perfil da solda e na produtividade do processo. Recentemente, as pesquisas científicas têm gerado modelos teóricos e empíricos, os quais vêm sendo utilizados para o entendimento do comportamento dos processos sob determinadas condições de soldagem. Aliás, a geração de modelos tem sido uma das principais atividades dentro da engenharia moderna. Entretanto, a elaboração de um modelo adequado depende de um estudo amplo e sistemático dos efeitos de cada uma das variáveis de soldagem. Desta forma, este trabalho tem como objetivos principais a verificação do efeito das variáveis de processo sobre a geometria de cordão na soldagem a plasma com keyhole e, a partir destes efeitos, desenvolver modelos matemáticos que permitam prevê-la a partir das condições de trabalho, ou otimizar o processo. As técnicas utilizadas para a geração dos modelos foram a Metodologia de Superfície de Resposta e a Teoria da Similitude (similaridade). Os resultados obtidos mostram a viabilidade da obtenção de modelos matemáticos para prever o comportamento do processo dentro da região de trabalho. Dentro deste aspecto, verificou-se que a Metodologia de Superfície de Resposta parece ser a mais indicada para o estudo de poucas variáveis. Por outro lado, a Teoria da Similitude apresentou uma grande facilidade para a obtenção dos modelos matemáticos, mesmo considerando um grande número de variáveis de estudo. Além disso, as equações obtidas garantem um melhor entendimento físico dos fenômenos envolvidos. Outro aspecto interessante abordado neste trabalho foi a verificação da potencialidade da aplicação da técnica da camada de fluxo ativo, desenvolvida para o processo GTAW Gas Tungsten Arc Welding, também para o processo a plasma com keyhole. O fluxo ativo, apesar de não ser considerado uma variável propriamente dita, representa uma alternativa para melhorar ainda mais a produtividade do processo. Os resultados obtidos com a técnica tradicional mostram que há a formação de uma escória de difícil remoção devido às interações entre o fluxo e a poça de fusão. Desta forma, foi proposta uma nova metodologia para a aplicação da camada de fluxo por sobre a superfície da peça. Os resultados obtidos com esta nova metodologia mostraram-se satisfatórios, tanto no sentido de aumentar a produtividade do processo (aumento da penetração), como no de garantir um bom acabamento superficial do cordão (liso e sem escória). Este trabalho representa um amplo estudo do processo a plasma com keyhole aplicado na soldagem do aço inoxidável 304L e que serve de suporte para estudos posteriores. Neste estudo, foram verificados os efeitos das variáveis de processo sobre a geometria de cordão, os quais mostraram a robustez do processo neste tipo de aplicação e a possibilidade de se obter modelos matemáticos para a predição do perfil da solda sob determinadas condições de soldagem. As técnicas utilizadas, Superfície de Resposta e Similitude, se mostraram satisfatórias para a obtenção dos modelos propostos, sendo então indicadas para o uso em trabalhos futuros. O estudo feito na soldagem de fluxo ativo e a nova metodologia proposta para a aplicação do fluxo sobre a superfície da peça tornaram viável este tipo de soldagem, permitindo aumentar a produtividade do processo sem os efeitos prejudiciais sobre a qualidade superficial das soldas, os quais são observados na soldagem com fluxo ativo tradicional. Todos estes resultados representam um avanço na análise e no entendimento dos fenômenos envolvidos no processo de soldagem a plasma através da técnica keyhole.

ASSUNTO(S)

keyhole soldagem a plasma engenharia mecânica process variables engenharia mecanica soldagem a plasma modelagem empírica variáveis de soldagem fluxo ativo juntas soldadas processos de fabricação plasma welding keyhole empirical modeling active flux

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