Resumo Um adequado controle da poça fundida é de fundamental importância para obtenção de soldas em conformidade geométrica com as especificações de projeto. O processo “Plasma-MIG” com Arcos Concêntricos tem sido apresentado como uma alternativa inovadora neste sentido. Desta forma, este trabalho objetivou ampliar os estudos relacionados ao balanço das correntes entre o eletrodo consumível e o arco externo, ao ângulo de inclinação da tocha e à distância entre a tocha e a peça sobre a performance do processo. Soldagens de simples deposição sobre chapa foram executadas na posição plana, visando identificar individualmente o efeito de cada das variáveis sobre a geometria do cordão. A corrente no arco externo foi avaliada em quatro níveis e os efeitos dos demais parâmetros foram avaliados em três níveis. Foi observado que incrementos na corrente do arco externo favorece o aumento da largura, penetração e área fundida e redução do reforço. O aumento da distância da tocha até a peça fez o reforço aumentar e as larguras, penetração e área fundida diminuíram. Quanto ao ângulo de ataque da tocha, a largura e área fundida aumentaram e o reforço e penetração diminuíram quando se muda do modo puxando para empurrando.

Abstract An appropriate control of the welding pool is essential for obtaining welds in conformity with design specifications. The “Plasma-MIG” with concentric arcs process has appeared as an innovative option in this direction. Thus, this work aimed to expand the studies related to the influence of the balance of current between the consumable electrode and the external arc, to the torch angle and to torch-plate distance on the process performance. Bead on plate welds were carried out aiming to identify individually the effect of each of the variables on the bead geometry. The extern arc current was evaluated at four levels and the effect of the remaining parameters was evaluated at three levels. Increases of extern arc current promotes wider beads, deeper penetration, larger molten area and lower reinforcement. When the distance electrode-plate was lengthened, the reinforcement increased and the width, penetration and melt area decreased. Concerning the torch angle, the width and melt area increased and the reinforcement and penetration decreased when the position changes from pulling to pushing.

Uma das versões do processo Plasma-MIG consiste basicamente da combinação de um arco Plasma com um arco MIG/MAG em uma única tocha. Com essa associação, se procura unir vantagens individuais de cada arco. A principal característica consiste na independência entre o aporte de energia imposto pelo processo e o material adicionado, resultando em uma maior facilidade em atuar sobre a geometria do cordão de solda. Na literatura corrente existem poucas informações relacionadas com o processo, além de que a maioria remota principalmente das décadas de 70 e 80, quando a tecnologia disponível não era capaz de viabilizar o processo para a indústria da época. No entanto, nos últimos anos, a difusão das novas fontes eletrônicas utilizadas em soldagem contribuiu na retomada do interesse pelo processo Plasma-MIG. Neste contexto, este trabalho objetivou ampliar os estudos relacionados à influência do balanço das correntes Plasma e MIG/MAG sobre a geometria do cordão de solda e taxa de fusão do arame. Soldagens de simples deposição sobre chapa forma realizadas com uma combinação de corrente de Plasma e de MIG/MAG em 3 níveis cada, mantendo-se, pela correção da velocidade de soldagem, o mesmo volume de cordão. Foi observado que a introdução da corrente Plasma sobre a corrente MIG/MAG reduz a penetração e a diluição e proporciona cordões menos convexos. Por outro lado, o uso da corrente Plasma faz aumentar a taxa de fusão do arame MIG/MAG. Entretanto, parece que a intensidade da corrente Plasma não é o fator governante nestas alterações.

One of the versions of the Plasma-MIG process is basically a combination of a Plasma arc with a MIG/MAG arc in a single torch. With this association, the advantages of each arc are searched. The main characteristic of it is the independence between the heat input by the process and the deposited material, resulting in greater facility for control the bead weld geometry. In current literature, there are shortage of information related to the process, and most of them remote from 70’s and 80’s years, when the available technology was not able to make the process viable for the industry. However, in the last years, the diffusion of new electronic power sources used in welding brought up again the interest in Plasma-MIG process. In this context, this work aimed to contribute to the studies related to the influence of the MIG and Plasma current balance on the geometry of the bead weld and wire fusion rate. Bead-on-plates weld were carried out with a Plasma and MIG/MAG current combinations at 3 levels each, keeping, by welding speed corrections, the bead volume the same. It was observed that the introduction of the Plasma current over the MIG/MG current reduces penetration and dilution and lead to less convex beads. On the other hand, the use of Plasma current increases the MIG/MAG wire fusion rate. However, it seems that the intensity of the Plasma current is not the governing parameter on those changes.

Uma das principais vantagens do processo MIG/MAG é a alta produtividade. Na maioria das aplicações utiliza-se a polaridade positiva, devido a maior estabilidade do arco, geração de menos respingos e formação de cordões com geometria adequada. No entanto, em algumas aplicações, se demanda uma maior capacidade de produção do que a que o MIG/MAG convencional oferece. Na literatura é citado que a polaridade negativa proporciona maior taxa de fusão do que a positiva, apesar de levar à grande produção de respingos e formação inadequada do cordão. Lamentavelmente, não há muita informação disponível sobre os efeitos das variáveis do processo nessa polaridade, tão pouco justificativas sobre tal. Assim, neste trabalho se procurou entender a razão para que uma maior taxa de deposição aconteça na polaridade negativa, assim como o respectivo efeito sobre a geometria dos cordões. Para isto, foram realizadas soldagens MIG/MAG comparativas na polaridade positiva e negativa, usando duas composições de gases de proteção em dois valores de corrente. O modo de transferência e o comportamento do arco foram analisados por perfilografia sincronizada. O perfil geométrico do cordão foi avaliado por meio de procedimentos metalográficos. A partir dos resultados, que discordam em parte da literatura corrente, foi observado que tanto o modo de transferência como a morfologia e aspecto do cordão são dependentes da composição do gás de proteção. Para explicar os fenômenos inerentes à maior taxa de fusão do arame em CC-, sugere-se que o fato de o arco escalar as laterais do arame nesta polaridade seja o fator governante.

One of the main advantages of the MIG/MAG process is its high productivity. Usually, the positive polarity is employed, due to a higher arc stability, less spattering and adequate bead profiles. However, a higher production capacity than observed in the conventional MIG/MAG process has been demanded for some applications. In the current literature related to MIG/MAG, it is mentioned that the negative polarity provides a higher fusion rate than the positive one, despite of leading to higher spattering and bead misshapen. Unfortunately, there is no much information available about the effects of process variables in this polarity, as much as concerning justifications. Thus, in this work was attempted to understand the reasons for a higher fusion rate at CC-, as well as the respective effect on the bead geometry. For that, MIG/MAG comparative welds were carried out at both polarities, using two shielding gas blends and two current values. The transfer mode and arc behavior were assessed by synchronized shadowgrafy technique. The bead geometry was evaluated through metallographic procedures. From the results, which does not agree entirely with the current literature, it was observed that as much the transfer mode as the bead morphology and finish depend on the shielding gas composition. To explain the phenomena inherent to a higher fusion rate at CC-, it is claimed that the fact of the arc to climb the wire surface at this polarity is the governing factor.

A maneira com que o metal é transferido da ponta do eletrodo a poça de fusão afeta a produtividade e a estabilidade do processo MIG/MAG, bem como as características geométricas do cordão de solda obtido. Dentre os modos de transferência metálica, um parâmetro muito importante de se conhecer é o valor da corrente de transição globular-goticular, que ocorre em uma estreita faixa de corrente e altera consideravelmente a freqüência e o diâmetro das gotas transferidas, conseqüentemente, a estabilidade do processo. O valor desta corrente de transição foi investigado experimentalmente usando técnicas de filmagem a alta velocidade juntamente com uma nova metodologia proposta para identificação da corrente de transição para misturas binárias e ternárias de O2 e CO2 a base de Ar.

The way in which the metal is transferred from the electrode tip to the weld pool affects the MIG/MAG process productivity and stability, as well as the weld bead geometrical characteristics. Among the modes of metal transfer, a very important parameter to know is the value of globular-spray transition current, which occurs in a narrow band of current and changes considerably the frequency and diameter of the transferred drops, therefore, the process stability. The transition current was experimentally investigated using techniques of at high speed video camera associated with a new proposed methodology for transition current identification applied to binary and ternary mixtures of O2 and CO2 the basis of Ar.