Construção e validação de um calorímetro com vazão contínua de água para avaliação do rendimento térmico em processos de soldagem

Abstract

O aporte térmico, ou imposição de calor, é uma das características com grande importância nos processos de soldagem, pois ela está diretamente relacionada com as propriedades mecânicas e as transformações metalúrgicas da junta soldada. Neste sentido, este trabalho propõe o projeto, a construção e a validação de um calorímetro com uma vazão contínua de água para avaliação do aporte térmico e da eficiência térmica em processos de soldagem a arco elétrico que seja de baixo custo, adaptável aos diferentes processos de soldagem, de simples operação e fácil movimentação. Foram realizados experimentos com três processos, sendo eles: soldagem a arco com gás de proteção e eletrodo consumível (GMAW – Gas Metal Arc Welding), soldagem a arco com eletrodo não consumível e gás de proteção (GTAW – Gas Tungsten Arc Welding) e soldagem ao arco submerso (SAW – Submerged Arc Welding). As atividades realizadas visam identificar o efeito sobre a eficiência térmica devido à variação de alguns dos parâmetros de soldagem bem como identificar características intrínsecas do calorímetro construído. Para o processo de soldagem GMAW verificou-se um rendimento médio do arco de 72,82%, com uma eficiência média de 71,10% especificamente para o processo GMAW com transferência metálica goticular e de 76,26% para transferência metálica por curto-circuito. O processo de soldagem GTAW apresentou uma eficiência térmica média de 68,44% e para o processo SAW foi observado um rendimento do arco de 91,05%. Os resultados obtidos se mostraram coerentes quando comparados aos valores reportados anteriormente por outros autores e também apresentaram uma boa repetitividade, sendo de 4,5% a maior diferença observada entre cordões de solda de um mesmo experimento.

Heat input is an important welding process characteristic since it is directly related to the mechanical properties and metallurgical transformations of the welded joint. This paper aims to present the project, construction and validation of a calorimeter with continuous water flow to evaluate the heat input and the thermal efficiency of arc welding processes. The proposed calorimeter shall have a low cost, versatile, easy to handle and to operate. Experiments were carried out with gas metal arc welding (GMAW), gas tungsten arc welding (GTAW) and submerged arc welding (SAW). These activities aimed to identify the effect that changes of certain welding parameters perform on the thermal efficiency and to identify intrinsic characteristics of the proposed calorimeter. For GMAW processes it was obtained a global thermal efficiency of 72.82%. For this process, the results were different according to the metal transfer: 71.10% for GMAW with spray transfer and 76.26% for GMAW with short circuit transfer. The average thermal efficiency obtained for the GTAW was of 68.44% and for the SAW process was of 91.05%. The experiments results showed to be consistent when compared to previously reported values by other authors and also showed good repeatability, where the large difference observed between weldments of the same experiment was of 4.5%.