Desenvolvimento e avaliação de calorímetros por nitrogênio líquido e fluxo contínuo para medição de aporte térmico

Abstract

Resumo Um dos parâmetros mais influentes no processo de soldagem a nível industrial e de pesquisa é o calor entregue à chapa (aporte térmico) devido a sua direta ligação com a mudança das características metalúrgicas e propriedades mecânicas da junta soldada. Para o estudo e quantificação do calor aportado na peça de trabalho, tem-se utilizado tanto métodos teóricos (analíticos e numéricos), quanto experimentais (calorimetria goticular (spray), onde o arame utilizado foi AWS ER70S-6 (1,2 mm de diâmetro)e gás de proteção Ar+25%CO2 (curto-circuito) e Ar+5%O2 (goticular). Para os processos derivativos (STT -Surface Tension Transfer, RMD -Regulated Metal Deposition, CMT -Cold Metal Transfer, GMAW-P -Pulsado e GMAW-PV -Polaridade Variável) foram tomados como base parâmetro de soldagem encontrados por outros autores no Laprosolda (Centro para Pesquisa e Desenvolvimento de Processos de Soldagem Abstract: One of the most influent parameter on the welding process at both industrial and research levels is the heat delivered to the workpiece (heat input) due to its direct connection with changes in metallurgical characteristics and mechanical properties of the weld joint. In order to quantify the heat input, different methods have been developed, both theoretical (analytical and numerical ones) and experimental (calorimetry

Comparação da eficiência térmica entre soldagem A-TIG e TIG convencional

“…Para tanto o equipamento dispõe de um sistema automático de movimentação da tocha com fim de curso que ao final da solda é acionado e faz com que a garra a qual está segurando a placa teste libere-a de forma suave para dentro do recipiente dewar (semelhante a uma garrafa de café com boca larga) contendo nitrogênio líquido. Esse recipiente situa-se sobre uma balança digital com saída de sinal e sistema de aquisição de dados para registrar a perda de massa pela evaporação do nitrogênio líquido devido à entrada no dewar da chapa aquecida pelo processo de soldagem [7]. Durante a soldagem também são registrados os sinais elétricos de tensão (U i ) e corrente (I i ) da fonte de soldagem para cálculo da potência instantânea média (P inst ) do arco elétrico, conforme Equação (1) para um dado número n de pontos.…”

“…A relação entre potência e a velocidade de soldagem dá origem à energia de soldagem por unidade de comprimento, mais comumente utilizada na área técnica de soldagem. O sistema de aquisição dos sinais elétricos de tensão e corrente da fonte de soldagem, além do sinal da balança, é composto por uma placa de condicionamento de sinal dedicada [7], que processa os sinais para serem processados pela placa de aquisição NI USB 6215 com taxa de aquisição de dados de 2000 Hz. Puro 100 15 7 2,0 2A 3,0 3A 150 27 6 2,0 4A 3,0 5A Ar+25%He 100 15 7 2,0 6A 3,0 7A 150 27 6 2,0 8A 3,0 1T TIG Ar Puro 100 15 7 2,0 2T 3,0 3T 150 27 6 2,0 4T 3,0 5T Ar+25%He 100 15 7 2,0 6T 3,0 7T 150 27 6 2,0 8T 3,0 A partir da medição da massa evaporada de nitrogênio líquido é possível estimar o quanto de calor existia na chapa quando esta foi inserida dentro do recipiente dewar, e que causou evaporação do nitrogênio.…”

“…Assim, assume que o calor da chapa seja integralmente convertido em calor latente de vaporização do nitrogênio líquido. Uma vez conhecida a massa evaporada de nitrogênio e seu calor latente (198,6 J/g [7]), estima-se o aporte térmico da chapa. Entretanto, deve-se atentar que este calor está relacionado à variação de temperatura entre a temperatura durante a soldagem e a temperatura do nitrogênio líquido (-195,8ºC), o que não é a realidade de uma soldagem, pois o fluxo térmico do processo se refere ao resfriamento da peça da temperatura durante a soldagem até a temperatura ambiente.…”

“…Maiores detalhes são apresentados em [7]. De forma mais específica para este trabalho, quando a chapa teste é mergulhada no recipiente dewar contendo nitrogênio líquido, é necessário ajustar um tempo de aquisição para garantir que o registro dos dados seja feito desde o instante de inserção da chapa até a estabilização da evaporação (equilíbrio térmico entre o nitrogênio líquido e a placa de teste).…”

“…De forma mais específica para este trabalho, quando a chapa teste é mergulhada no recipiente dewar contendo nitrogênio líquido, é necessário ajustar um tempo de aquisição para garantir que o registro dos dados seja feito desde o instante de inserção da chapa até a estabilização da evaporação (equilíbrio térmico entre o nitrogênio líquido e a placa de teste). Neste sentido, o tempo aguardado para aquisição do valor da indicação da balança para as placas com calor de soldagem foi ajustado em 200 segundos, e o tempo para placas à temperatura ambiente em 180 segundos, em conformidade com ensaios prévios [8].…”