Demandas automotivas impulsionam pesquisas em soldagem

Aqui vemos um 12 pol. longo e 6 pol. parede de teste de altura e 4 mm de espessura criada usando este processo de baixa entrada de calor. Gerlich vê isso como uma tecnologia ideal para substituir o uso de peças fundidas de grande porte. Universidade de Waterloo

A indústria automotiva tem sido um catalisador para pesquisas em soldagem em diversas áreas, incluindo a união de aços de alta resistência e união de metais mistos. Algumas novas pesquisas da Universidade de Waterloo em conjunto com Liburdi devem ajudar algumas aplicações automotivas, mas também processos de soldagem de tubos de aço inoxidável e fabricação aditiva de arco de arame.

“O trabalho que fizemos com Liburdi é voltado para o desenvolvimento de uma forma mais consistente e mais capaz de controle de soldagem a arco”, disse Adrian Gerlich, professor do departamento de engenharia mecânica e mecatrônica de Waterloo, e parte do Waterloo Center for Automotive Research . Gerlich e sua equipe de pesquisadores associados, que inclui Emanuel dos Santos e Paulo Costa Assunção, otimizaram um conjunto de parâmetros de controle de arco. “Basicamente, é um modo aprimorado de transferência de material por pulso para soldagem a arco de materiais sensíveis.”

Liburdi chama seu processo de transferência de metal por curto-circuito controlado de processo de “transferência por imersão”. O que torna o processo único é o baixo aporte de calor que ele produz.

“A entrada de calor é de 0,1 kJ por milímetro”, disse Gerlich. “Em aplicações de aço de alta resistência, que são essenciais para a indústria automotiva, podemos obter uma deposição de filetes extremamente uniforme com uma entrada de calor tão baixa que a distorção será minimizada, o que significa menos danos e degradação ao aço circundante. Observando as microestruturas, você vê exatamente o que esperaria de uma solda a arco típica. Mas a entrada de calor é cerca de metade da maioria dos outros processos avançados de transferência de metal por curto-circuito.”

O benefício colateral desse processo de baixa transferência de calor é o baixo nível de respingos.

“As gotículas estão sendo depositadas algumas centenas de vezes por segundo, e você observa quase nenhum respingo, nenhum metal sendo ejetado nesse processo”, disse Gerlich. “Isso significa um acabamento muito mais limpo.”

A baixa entrada de calor está próxima da faixa da soldagem a laser, de acordo com Gerlich.

“Os lasers tendem a atingir uma entrada de calor entre 0,05 kJ e 0,15 kJ por milímetro nesses aços, então está certo nessa casa do leme”, disse ele. “O benefício da soldagem a arco, é claro, é que você não tem os mesmos requisitos para invólucros de segurança, ajuste de peças e tolerâncias são mais altas na soldagem a laser, além de um custo muito menor.”

Embora valioso em aplicações automotivas, Gerlich vê esse processo de transferência de calor muito baixa tendo o impacto mais imediato na soldagem de tubos de aço inoxidável.

“Os desafios industriais são quando você solda a arco materiais mais espessos, como em tubulações (¼ pol. a 1 pol.), uma solda de aço inoxidável geralmente exigirá um gás de purga interno”, disse Gerlich. “Você tem que tampar internamente as extremidades do tubo e purgar o volume interno com gás de proteção argônio para evitar que ele oxide e tinga com calor na raiz interna da solda.

Aqui vemos um exemplo de solda de teste em um tubo de aço inoxidável a partir da raiz interna do tubo. Imagem: Rob Pistor/Liburdi

“O interessante deste modo de soldagem a arco que desenvolvemos é que ele fornece uma entrada de calor tão baixa que não aquece o interior do tubo, mesmo sem gás de apoio. Para quem tem que fazer este tipo de soldagem, isso representa uma economia astronômica de custos. Uma vez que você tem que purgar com gás de proteção, você precisa de certificações adicionais para manusear cilindros, você tem o custo adicional do argônio, regulamentos de segurança adicionais, como licenças para trabalhar em espaços confinados quando os tubos estão sendo instalados em um módulo complexo. Todas essas coisas contribuem para o custo do seu projeto.”

A outra aplicação que os pesquisadores de Waterloo examinaram para esse processo de deposição de baixo calor é a fabricação aditiva de arco de arame em aço. Os pesquisadores conduziram um estudo e conseguiram obter uma estrutura de parede de 12 polegadas de comprimento, 6 polegadas de altura e 4 mm de espessura. Usando uma tocha resfriada a água, os pesquisadores também conseguiram obter uma base de dureza mais alta e maior resistência à tração do que com metal resfriado naturalmente.