Impacto dos gases de proteção no processo stud welding

Abstract

O processo de stud welding (SW) caracteriza-se pela simplicidade de operação e alta velocidade de execução, sendo amplamente utilizado nos setores automotivo, fabricação mecânica, naval e civil. Apesar dessas vantagens, apresenta desafios relacionados à geração de temperaturas elevadas, que podem resultar em danos no verso das peças. Esse aspecto é particularmente crítico em aplicações offshore no setor de petróleo e gás, onde a segurança é essencial para a prevenção de falhas que possam resultar em incêndios ou explosões. Este estudo analisou o impacto de diferentes gases de proteção no processo de Stud Welding, considerando energia instantânea média, temperatura no verso da peça, registros de filmagens em alta velocidade e características como penetração, colar formado, fusão gerada no pino e porosidade. Foram investigados os gases CO2 puro, hélio puro, argônio puro e a mistura C15 (85% argônio e 15% CO2). Os resultados mostraram que o CO2 e o hélio apresentaram maior consumo energético e temperaturas mais altas, enquanto o argônio destacou-se pela menor demanda energética e menor impacto térmico. Já quando usado a mistura C15 apresentou desempenho intermediário. Além disso, os dados evidenciam que os gases afetam diretamente a estabilidade do arco e a qualidade da solda, com o CO2 promovendo maior penetração e o argônio resultando em colares mais convexos. A partir dos resultados obtidos, observa-se que a escolha do gás de proteção no processo de Stud Welding influencia diretamente parâmetros operacionais e características da solda. Fatores como energia de soldagem, temperatura no verso da peça, penetração, formação do colar e porosidade são significativamente afetados pela composição do gás.

The stud welding (SW) process is characterized by its operational simplicity and high execution speed, making it widely used in the automotive, mechanical manufacturing, naval, and civil sectors. Despite these advantages, it presents challenges related to the generation of high temperatures, which can cause damage to the backside of the workpieces. This aspect is particularly critical in offshore applications in the oil and gas sector, where safety is essential to prevent failures that could lead to fires or explosions. This study analyzed the impact of different shielding gases on the stud welding process, considering average instantaneous energy, backside temperature, high-speed imaging records, and characteristics such as penetration, collar formation, pin fusion, and porosity. The shielding gases investigated were pure CO2, pure helium, pure argon, and the C15 mixture (85% argon and 15% CO2). The results showed that CO2 and helium led to higher energy consumption and increased temperatures, while argon exhibited lower energy demand and reduced thermal impact. The C15 mixture presented intermediate performance. Additionally, the data indicate that shielding gases directly influence arc stability and weld quality, with CO2 promoting greater penetration and argon resulting in more convex collars. The findings demonstrate that the choice of shielding gas in the stud welding process significantly affects operational parameters and weld characteristics. Factors such as welding energy, backside temperature, penetration, collar formation, and porosity are strongly influenced by gas composition.