Este trabalho apresenta um estudo dos fenômenos de transferência de calor no processo de prototipagem rápida por deposição de metal em camadas sucessivas utilizando soldagem a arco, também chamada de soldagem 3D (3D Welding). O objetivo é desenvolver um modelo simplificado e compreender o processo de transferência de calor e suas relações com os parâmetros de soldagem, de modo a se possibilitar um controle dos ciclos térmicos a que estará sujeito o material depositado. Desenvolveu-se um modelo físico-matemático para a transferência de calor durante o processo de soldagem, o qual é resolvido numericamente pelo método das diferenças finitas, permitindo a simulação de situações típicas desse tipo de processo de fabricação. O modelo numérico desenvolvido foi validado por meio da simulação de casos específicos para os quais se conhecem soluções analíticas. A partir das equações do modelo, definiram-se parâmetros adimensionais, dentre os quais pode-se citar o grupo adimensional π1, relacionado principalmente à velocidade de soldagem. Realizaram-se alguns experimentos numéricos observando a influência desse grupo nas temperaturas máximas, médias e nas amplitudes dos ciclos térmicos que a peça está sujeita.

This work presents a study on the heat transfer phenomena that occur during the process of Rapid Prototyping by layered arc welding metal deposition, also called, 3D Welding. The main goal is to understand the heat transfer process and its relations with the welding parameters, in order to enable a control of the thermal cycles that the deposited material shall be subjected to. A numerical model is developed using the finite difference method to analyze the heat transfer, in order to allow the simulation of certain situations. The numerical model was validated by means of simulating specific cases for which analytical solutions are available. From the theoretical model equations, some dimensionless numbers were defined, among which the so called π1 number, mainly related to the welding speed. Some numerical experiments were carried out in order to allow the observation of its influence on the average and peak temperatures and also on the amplitudes of the thermal cycles which the part is subject to.

Este artigo apresenta uma metodologia de estudo da oscilação da poça de solda que permite obter as frequências de oscilação da poça tanto por sinais de tensão quanto por análise das imagens. O intenso brilho do arco é reduzido utilizando-se a técnica de perfilografia, e as imagens são obtidas a 1000 fotos por segundo por uma câmera CMOS de alta velocidade. A geometria da poça é visualizada em perfil e são obtidos espectros de frequência por transformada rápida de Fourier por meio de processamento das imagens em MATLAB. O processo de soldagem experimentado foi o GMAW pulsado com e sem a chamada "corrente de destacamento". Os resultados mostram que é possível medir a oscilação da poça por esta metodologia e até mesmo pode ser mais confiável a quantificação da oscilação pelas imagens do que pela a análise do sinal de tensão.

This paper presents a methodology for studying the weld pool oscillation by means of measuring its oscillation frequencies using both the welding voltage signal and the analysis of weld pool profile images. The intense arc brightness is reduced by using the technique of shadowgraphy and images are obtained at 1000 frames per second by a high speed CMOS camera. The geometry of the pool is viewed in profile and frequency spectra are obtained by Fast Fourier Transform using MATLAB image processing. The methodology was applied to analyze the weld pool oscillatory behavior that results from a pulsed GMA welding process. Two different welding current pulse types were tested: a) the conventional trapezoidal pulse (with only one level of peak current) and b) the trapezoidal pulse with the so called "detaching current" (the welding current presents a modified trapezoidal shape, in which, at the end of the peak current time, the welding current is reduced to an intermediary level and kept in that during some time, after which it reduces further to the background current level). The results show that it is possible to measure the puddle oscillation using this methodology and, also, that the measurement by images present itself as more reliable than the analysis by the voltage signal.