Resumo: Trocadores de calor do tipo casco e tubos são amplamente utilizados em diversos setores, incluindo na indústria de óleo e gás, onde sofrem corrosão sob variadas formas. Atualmente, a inspeção não-destrutiva desses tubos é comumente realizada por Sistema de Inspeção Rotativa Interna (IRIS), técnica de ultrassom reconhecida pela identificação visual das descontinuidades, mas também pelo alto custo operacional, inclusive no quesito baixa velocidade de ensaio. Se contrapondo ao IRIS, tem-se a técnica de Campo Remoto (RFT), teste não-destrutivo baseado em campos magnéticos para indicação de descontinuidades, que vem ganhando espaço pelo menor custo operacional, principalmente relacionado à velocidade de ensaio bastante superior à do IRIS. Diante da forte dependência de interpretação por parte do inspetor e visando uma melhor compreensão de suas variáveis e efeitos, bem como de seu desempenho frente ao ensaio IRIS em diferentes tipos de descontinuidades, este trabalho visa a contribuir para o entendimento da técnica RFT e da influência de seus parâmetros de operação, especificamente frequência de excitação e velocidade de tracionamento da sonda, e efeito da placa de suporte na leitura e interpretação dos resultados. Para tanto, foram realizados ensaios RFT em tubos de aço carbono utilizados em trocadores do tipo casco e tubos com diversas frequências para os canais absoluto e diferencial da sonda. Uma melhor adequação foi verificada quando os canais são submetidos a diferentes frequências, sendo que os valores mais adequados devem ser determinados no momento do ensaio, considerando variações nos tubos, principalmente a permeabilidade magnética. Valores de velocidade de tracionamento da sonda RFT superiores a 568 mm/s dificultam a leitura das descontinuidades. Descontinuidades a menos de 115 mm de distância da placa de suporte não são detectadas pelos canais absoluto e diferencial do RFT, necessitando do canal MIX, que faz a subtração do sinal da placa. Frente ao IRIS, o ensaio RFT, apesar de não permitir intrinsicamente o dimensionamento das descontinuidades, se mostrou bem mais rápido em termos de execução da varredura e com capacidade de detecção similar.

Abstract: Shell-and-tube heat exchangers are widely used in several sectors, including in the oil and gas industry, where they undergo corrosion in varied ways. Currently, the non-destructive inspection of such tubes is commonly performed by the Internal Rotating Inspection System (IRIS), an ultrasound technique recognized for the visual identification of discontinuities, but also for its high operational cost, including in terms of low testing speed. In contrast to IRIS, there is the Remote Field technique (RFT), a non-destructive test based on magnetic fields to indicate discontinuities, which is gaining momentum due to the lower operating cost, especially related to the test speed much higher than that performed by IRIS. Given the strong dependence on the interpretation on the part of the inspector and targeting at a better understanding of its variables and effects, as well as its performance against the IRIS test in different types of discontinuities, this work aims at contributing to the understanding of the RFT technique and the influence of its operating parameters, specifically the probe excitation frequency and traction speed, and effect of the support plate on the reading and interpretation of the results. For this purpose, RFT tests were carried out on carbon steel tubes used in shell-and-tube heat exchangers with different frequencies for the probe absolute and differential channels. A better adequacy was found to be with the channels set at different frequencies, and the most appropriate values must be determined at the time of the test considering variations in the tubes, especially the magnetic permeability. Probe traction speed values higher than 568 mm/s make the RFT reading of discontinuities difficult. Discontinuities less than 115 mm away from the support plate are not detected by the RFT absolute and differential channels, demanding the MIX channel, which subtracts the plate signal. In comparison with the IRIS, the RFT test, despite not intrinsically allowing the sizing of discontinuities, has been shown to be much faster in terms of scanning execution and with similar detection capacity.

Resumo Uma das novas abordagens em soldagem é a aplicação de técnicas de alimentação pulsada do arame de adição para TIG e MIG/MAG. Entretanto, tais técnicas necessitam de alimentadores de arame e/ou tochas específicos, o que acaba limitando sua implementação pelo custo destes equipamentos. Assim, o presente trabalho tem como objetivo introduzir e avaliar de forma exploratória técnicas para pulsar a alimentação do arame aplicadas de forma independentemente de alimentadores e/ou tochas especiais. São apresentadas uma técnica com acionamento eletromecânico e outra com eletromagnético. Foram avaliados os efeitos da amplitude e frequência da alimentação pulsada sobre a formação de cordões de solda sobre chapa e sobre os sinais elétricos correspondentes. Para TIG, percebeu-se que a pulsação da alimentação tem potencial para modificar o cordão e tornar mais regular a transferência de material para a poça. Já para MIG/MAG, verificou-se que a pulsação da alimentação pode interferir no processo, sendo capaz de modificar uma transferência metálica globular irregular para regular, reduzindo a corrente média e afetando a formação do cordão. A pulsação da alimentação do arame, mesmo de forma independente de alimentadores e/ou tochas especiais, é então capaz de interferir nos processos, abrindo um campo de desenvolvimento de tecnologias de soldagem derivativas.

Abstract Applying pulsed wire feeding techniques is one of the new approaches for welding, such as for GTAW and GMAW. However, these techniques invariably require specific feeders and/or welding torches, limiting its implementation due to the high costs of the equipment. Thus, the current work aims to introduce and exploratorily evaluate techniques to pulse the wire feeding that works independently from the feeder and/or torch. The first technique is electromechanically driven, and the second one based on electromagnetics. The effects of amplitude and frequency of the pulsed feeding were evaluated in terms of weld bead formation over plates and of the corresponding electric signals. For GTAW, the pulsed wire feeding is capable of modifying the weld bead and make the metal transfer from the wire to the pool more regular. For GMAW, it was found that the pulsing of the wire feeding can interfere with the process, being capable of turning an irregular globular metal transfer into a regular one, while decreasing the mean current and affecting the bead formation. Overall, it is concluded that pulsed wire feeding can affect the processes, even when made independently from the feeder and torch, opening a field for development of derivative welding technologies.

Resumo: Na busca por melhorias de processos e técnicas de soldagem mecanizada/automatizada, a combinação de modos operacionais, em adição à possibilidade de combinar níveis de corrente de soldagem, tem ganhado espaço. Por meio dessas combinações é possível variar a energia do arco, o que, aliado a movimentos impostos ao próprio arco, pode possibilitar distribuir a energia de forma otimizada para controlar a formação da solda. Uma forma de impor movimento ao arco é por oscilação magnética. Assim, este trabalho explora a sincronização da oscilação magnética com a soldagem TIG. Para tal, foi desenvolvido um sistema para controle simultâneo da oscilação magnética e da fonte de soldagem. Em seguida, foi feita uma caracterização da deflexão (em função da tensão do eletroímã, da corrente de soldagem e do comprimento do arco) baseada em filmagens de alta velocidade e proposto um modelo simples para a deflexão. A oscilação magnética com sincronização foi comparada à sem sincronização, tendo como base de análise o efeito sobre a largura dos cordões de solda. No caso da oscilação sincronizada, foi variado o nível de energia do arco de acordo com sua posição na peça, sendo possível aumentar a largura do cordão no lado da oscilação com maior energia do arco.

Abstract: In the search for improvements in processes and mechanized/automated welding techniques, the combination of operational modes, in addition to the possibility of combining welding current levels, has gained attention. Through these combinations it is possible to vary the arc energy, which, along with movements applied to the arc itself, might allow distribute the energy in an optimized way to control the weld formation. One way to apply movement to the arc is by means of magnetic oscillation. Thus, this work exploits the synchronization between magnetic oscillation and the TIG welding process. For that, a system to control the magnetic oscillation and a welding power source simultaneously was devised. In the following, an arc deflection characterization was carried out (varying electromagnet voltage, welding current and arc length) based on high-speed filming and a simplified model for arc deflection proposed. The magnetic oscillation with synchronization was compared to the conventional one (with no synchronization), taking the effect on the weld bead width the basis for analyses. The synchronized oscillation technique successfully allowed vary the arc energy according to its position on the work piece, being possible to increase the weld width on the side of the oscillation with higher arc energy.

O objetivo do presente trabalho é propor um modelo global para descrever o fluxo de calor em soldagem a arco, visando o entendimento dos fenômenos relacionados com o fluxo de calor. A tentativa é suprir uma lacuna do conhecimento gerado entre a aplicação de modelos analíticos simplificados (não totalmente realistas) e de modelos numéricos (que mascaram a visão física dos fenômenos). Inicia-se propondo uma descrição mais física para a razão da queda de tensão num arco, baseada na geração e perda de calor para se manter o equilíbrio da desionização e reionização, em contraste com a abordagem em que o arco é comparável a um resistor elétrico. Em seguida, se propõe um modelo descritivo da subsistência térmica de um arco, para qualificar as formas de transferência de calor do arco para a chapa. Um segundo modelo descritivo é então proposto para explicar como o calor entra, difunde e sai da chapa durante a soldagem. Finalmente, é discutido como a aplicação destes dois modelos de forma global permite entender que nem todo o fluxo de calor do arco para a chapa vai afetar a velocidade de resfriamento nas regiões do material aquecidas. Culmina-se com a proposta do emprego do termo Calor Imposto Efetivo como meio de evidenciar o parâmetro de calor de importância a ser determinado em soldagem.

The objective of the present paper is to propose a global model for describing heat flow in arc welding, aiming the understanding of the phenomena involved. The attempt is to fill out a gap of knowledge which has been generated between the application of simplified analytical models (not totally realistic) and numerical models (that disguises the physics of the phenomena). Initially, a physic-oriented description of the reasons for welding arc voltage drop is presented. This description is based on the heat generation and its losses to maintain the balance between deionization and reionization, in contrast to the approach that the arc is comparable to an electrical resistor. Following, a descriptive model of the thermal subsistence of the arc is proposed to describe the heat transference from the arc to the plate. Then, a second descriptive model is proposed to explain how the heat enters, diffuses and leaves the workpiece during welding. Sequentially, it is discussed how the application of these two models in a global way allows to understand that not all the heat flow from the arc to the plate will affect the cooling rate of the heated parts. A proposal for applying the term Effective Heat Input to mean the heat parameter which is important to be determined in welding is put forward.

O objetivo deste trabalho foi determinar o comportamento do rendimento bruto de fusão em soldagem a arco frente a diferentes tipos de material de base (aço ao carbono, aço inoxidável e alumínio). Como extensão, objetivou-se também estimar de forma indireta o rendimento térmico do processo em questão usando-se estimação de isotermas por método analítico. Para isto, foram feitas soldagens sobre placas de teste utilizando-se o processo TIG nos três materiais em dois níveis de corrente de soldagem. Foi verificado que o rendimento bruto de fusão é muito baixo (menor que 10%), mas tende a aumentar com a elevação do nível de corrente de soldagem (efeito da dimensão da peça). O alumínio apresentou o menor rendimento de fusão, tendo o aço inoxidável apresentado o melhor aproveitamento do calor imposto. Em relação ao rendimento térmico, a metodologia proposta não se mostrou adequada.

The aim of this work was to determine the behavior of the gross melting efficiency in arc welding towards different types of materials (carbon steel, stainless steel and aluminum alloy). An extra objective was to indirectly estimate the thermal efficiency of the process using the estimation of isotherms by analytic methods. For that, welds were carried out over three materials at two welding current levels using the GTAW process. It was verified that the melting efficiency is very low (lower than 10%), yet it rises by increasing the current level (effect of material size). The aluminum alloy presented the lowest melting efficiency in contrast to the highest heat yield of the stainless steel. With respect to the thermal efficiency, the proposed methodology was not adequate.