Estudo dos fenômenos térmicos ocorrido no stickout do processo de soldagem MIG/MAG

Abstract

No processo MIG/MAG, stickout é o termo dado ao comprimento livre do eletrodo, ou seja, ao comprimento do arame compreendido entre o bico de contato da tocha de soldagem e a ponta do eletrodo ainda não fundido. Durante a execução do processo, a passagem da corrente de soldagem se dá somente nesse comprimento, de tal modo que a taxa de fusão do arame é, em parte, determinada pelo aquecimento por efeito Joule. Quanto maior o valor do stickout, maior será a taxa de fusão devido a esse efeito, sem que haja a necessidade do aumento da energia de soldagem. Entretanto, esse comprimento deve ser limitado, pois o calor excessivo ao longo do stickout faz com que o mesmo sofra mudanças em suas características iniciais, perdendo a capacidade de manter-se linearmente na posição original e assim, acarretando em instabilidades no processo. Com base nisso, o presente trabalho tem por objetivo realizar o estudo dos fenômenos térmicos ocorridos no stickout e então, do ponto de vista teórico-experimental, validar o modelo térmico desenvolvido a fim de melhor compreender o comportamento do stickout e suas implicações na soldagem. Logo, o trabalho consistiu na realização de ensaios experimentais para determinação da temperatura do bico de contato ao variar os parâmetros de soldagem, e então por meio do balanço de energia, estimou o valor efetivo da temperatura do arame próximo ao bico de contato. Esta temperatura torna-se importante, pois é uma das condições de contorno necessárias para a resolução da equação diferencial descritiva do perfil de temperatura no stickout. Sendo assim, foi possível concluir que, diferente da abordagem de alguns autores, essa condição de contorno não permanece fixa, mas sim é dependente da velocidade de alimentação do arame, corrente média de soldagem e do valor de stickout. Além disso, também por meio de ensaios, foi possível identificar o valor da temperatura crítica em que o arame se deforma plasticamente, sendo estas iguais a 423 °C para o arame com diâmetro igual a 1,0 mm e 454 °C para o arame com 1,2 mm. Esses valores serviram para limitar a geometria do prolongador cerâmico, o qual permaneceu acoplado ao bico de contato com o propósito de contornar a peculiaridade da utilização de elevados valores de stickout. A validação quanto ao uso deste prolongador foi avaliada para o stickout de 30 mm, concluindo que através de uma abordagem teórica, houve o desempenho bem-sucedido do emprego prático do prolongador.

In the MIG/MAG process, stickout is the term given to the free length of the electrode, that is, the length of the wire between the contact tip of the welding torch and the tip of the electrode not melted yet. During the execution of the process, the passage of the welding current occurs only at this length, such that the melt rate of the wire is in part determined by the Joule heating. Higher the stickout value is, higher is the melting rate due to this effect, without the need to increase welding energy. However, this length should be limited, because the excessive heat along the stickout can cause changes in its initial characteristics, losing the ability to remain linearly in the original position and thus, leading to instabilities in the process. Based on this, the present work aims to study the thermal phenomena that occur in the stickout and then, from the theoretical-experimental point of view, validate the developed thermal model in order to better understand the behavior of the stickout and its implications in welding. Therefore, the work consisted of conducting experimental tests to determine the temperature of the contact tip by varying the welding parameters, and then by means of the energy balance, estimated the effective value of the wire temperature close to the contact tip. This temperature becomes important because it is one of the contour conditions necessary for the resolution of the differential equation describing the temperature profile in the stickout. Thus, it was possible to conclude that, unlike the approach of some authors, this boundary condition does not remain fixed, but rather depends on wire feed speed, average welding current and stickout value. In addition, it was also possible to identify the value of the critical temperature in which the wire acquires creep, which is equal to 423 °C for the wire with a diameter equals to 1,0 mm and 454 °C for the wire with 1,2 mm. These values served to limit the geometry of the ceramic extender, which remained attached to the contact tip for the purpose of circumventing the peculiarity of using high stickout values. The validation regarding the use of this extender was evaluated for a 30 mm stickout, concluding that through a theoretical approach, there was the successful performance of the practical use of the extender.