PHOTOVOLTAIC CELLS

5.2 SISTEMA DE DESLOCAMENTO DE TOCHA ... 163 5.3 INTEGRAÇÃO DA BANCADA ... 163 5.4 INSTRUMENTAÇÃO... 164 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 167 6.1 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DA FONTE DE SOLDAGEM DESENVOLVIDA ... 167

6.1.1 Lógica de controle do equipamento ... 167 6.1.2 Lógica de controle dos processos de soldagem... 169 6.1.3 Caracterização da corrente principal de soldagem ... 172 6.1.4 Caracterização da corrente de excitação ultrassônica ... 174

6.1.4.1 Resposta dinâmica da corrente de excitação ultrassônica ... 180 6.1.4.2 Caracterização da frequência de pulsação ... 182

6.1.5 Caracterização da corrente de soldagem modulada ... 185 6.1.6 Análise dos resultados ... 189

6.2 ESTUDO DA PULSAÇAO COM CORRENTE DE BASE IGUAL À ZERO ... 189

6.2.1 Materiais e métodos ... 191

6.2.1.1 Adequação do equipamento ... 192

6.2.2 Resultados ... 193 6.2.3 Análise dos resultados ... 198

6.3 ESTUDO PRELIMINAR DOS EFEITOS DAS VARIÁVEIS DE EXCITAÇÃO ULTRASSÔNICA SOBRE AS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO ARCO ... 199

6.3.2 Efeito das variáveis ultrassônicas sobre a tensão do arco... 201 6.3.3 Efeito das variáveis ultrassônicas sobre a pressão do arco... 205 6.3.4 Análise dos resultados ... 208

6.4 ESTUDO PRELIMINAR DA PRESSÃO DO ARCO ... 208

6.4.1 Influência de DEP sobre a pressão do arco ... 209 6.4.2 Influência do bocal de gás sobre a pressão do arco ... 210 6.4.3 Distribuição radial de pressão do arco ... 212 6.4.4 Análise dos resultados ... 214

6.5 ESTUDO PRELIMINAR DOS EFEITOS DAS VARIÁVEIS DE EXCITAÇÃO ULTRASSÔNICA SOBRE AS CARACTERÍSTICAS DA SOLDA ... 215

6.5.1 Materiais e métodos ... 216

6.5.1.1 Preparação dos corpos de prova ... 216 6.5.1.2 Condições de soldagem ... 217 6.5.1.3 Realização dos ensaios ... 219 6.5.1.4 Obtenção, preparação e análise das amostras ... 221

6.5.2 Aspectos dimensionais da zona fundida ... 224

6.5.2.1 Análise dos resultados ... 229

6.5.3 Aspectos Macroestruturais e Mecânicos das soldas ... 230

6.5.3.1 Ensaios de dureza... 233 6.5.3.2 Análise dos resultados ... 235 7 CONCLUSÕES ... 237 8 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 239 9 REFERÊNCIAS ... 243

1 INTRODUÇÃO

O advento do arco voltaico no início do século XIX possibilitou o surgimento dos processos de soldagem a arco a partir do momento em que o calor deste pode ser utilizado para promover a fusão de metais. A partir disso, a história mostra que a evolução dos processos de soldagem ocorreu de forma lenta e gradativa até chegar às várias concepções que são utilizadas hoje.

O processo TIG surgiu num contexto industrial, impulsionado pela demanda da indústria aeronáutica em soldar alumínio e magnésio. Conceitualmente, o TIG se caracteriza como um processo de excelente estabilidade do arco, em função da utilização de eletrodos refratários, aliado a um elevado grau de pureza da solda, devido ao uso de gases inertes para a sua proteção. Estas características colocam o processo TIG em posição de destaque, como solução para as aplicações mais delicadas e onde há requisitos de pureza e bom acabamento do cordão. Por outro lado, sua relativa baixa produtividade e velocidade de soldagem, o torna muitas vezes insatisfatório no atendimento à produtividade exigida nas aplicações industriais. Neste contexto, diversos métodos vêm sendo desenvolvidos e aprimorados com o objetivo de elevar os níveis de produtividade conseguidos e o de obter características metalúrgicas que se refletirão em propriedades mecânicas da junta soldada mais favoráveis.

Os avanços na área da microeletrônica permitiram o controle cada vez mais apurado da corrente de soldagem, possibilitando, entre outras coisas, o desenvolvimento de um método bastante difundido no processo TIG baseado na pulsação da corrente. A pulsação da corrente pode ser classificada quanto à sua frequência. Neste trabalho são adotadas três faixas distintas para fazer a classificação: a primeira delas corresponde às frequências de pulsação inferiores a 20 Hz, a segunda às frequências de pulsação entre 20 Hz e 20.000 Hz, e a terceira às frequências de pulsação superiores a 20.000 Hz, conhecidas como ultrassônicas.

Conceitualmente, na soldagem pulsada em baixa frequência (f < 20 Hz) um nível alto de energia é regulado durante o período de pulso, com o intuito de promover a adequada formação de uma poça fundida de tamanho adequado, enquanto que nos períodos de base, a energia é mantida em níveis baixos para possibilitar o resfriamento da poça fundida enquanto que a corrente é apenas suficiente para garantir que não ocorra a extinção do arco. Desse modo, o cordão de solda é

formado por uma série de pontos de solda sobrepostos, sendo que a sobreposição entre os pontos depende da frequência de pulsação e da velocidade de soldagem.

Com a pulsação da corrente de soldagem em altas frequências (20 Hz < f < 20.000 Hz), tipicamente da ordem de alguns kHz, o efeito térmico da pulsação da energia não é mais presente. De fato, não se espera que nestas frequências (que estão dentro do campo audível) a poça fundida apresente a mesma dinâmica de fusão e solidificação que acontecem nos períodos de pulso e de base em baixas frequências de pulsação. Todavia, existem na literatura alguns trabalhos que mostram evidências de que a corrente pulsada em altas frequências exerce efeitos benéficos sobre as características do arco voltaico.

Acima de 20.000 Hz as frequências são conhecidas como ultrassônicas. Atualmente, a oscilação em frequências ultrassônicas é empregada em diversos segmentos industriais, inclusive na união de materiais, mas não especificamente na soldagem a arco, apesar de que a ideia de empregar a oscilação ultrassônica com o intuito de aumentar o desempenho de processos ou modificar a estrutura dos materiais é antiga. Já na década de 1920 estudos eram realizados com o intuito de verificar os efeitos do ultrassom na atomização de líquidos, mudanças na estrutura de substâncias orgânicas cristalizadas e emulsificação de líquidos imiscíveis. Estes efeitos estão associados com a capacidade do som em se propagar através de um meio elástico como um gás, líquido ou sólido e, assim, transferir energia acústica da fonte geradora sônica para o material que está sendo processado [1]. Por outro lado, o emprego do ultrassom na soldagem a arco tem sido estudado intensamente na última década. Diversos são os trabalhos que abordam os efeitos resultantes da introdução de energia ultrassônica na poça fundida, não só do ponto de vista operacional de processo, mas, principalmente, em relação aos aspectos metalúrgicos das soldas resultantes. Os resultados que são apresentados nestes estudos evidenciam o potencial intrínseco presente na aplicação do presente método na soldagem a arco. Baseado nisso, o presente trabalho visa desenvolver infraestrutura tecnológica e realizar um estudo preliminar acerca da aplicação desta técnica no processo de soldagem TIG.