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The stability of the welding arc has been studied through statistical analysis, obtained mainly from the voltage and current signals. Histograms and statistics of open arc time and short circuit time are important means of evaluating the welding processes stability. However, studies related to electric arc reignition voltage peaks are still poorly explored. Thus, this work presents a methodology for the evaluation of the arc re-ignition voltage peaks of the Short-Circuit Gas Metal Arc Welding (GMAW-SC) process and its relation with the regularity of the welding voltage signals. Weld beads were deposited on flat plate, varying the gas, in order to produce different distributions of re-ignition peaks. Pearson's chi-square test was applied to evaluate the distribution of peak voltage frequencies and compared with the hypothetical distribution. A standard weld bead was compared to its replication and tested for equal distributions. The results showed that exist equal voltage peaks distributions between weld beads, being dependent on the welding parameters. It was concluded that the proposed methodology is able to the statistical study of the distribution of welding arc re-ignition peaks. It was also demonstrated that the arc stability in GMAW-SC can be evaluated by the analysis of the voltage peaks distribution. Key-words: Welding Processes; Stability; Short-circuit GMAW process; Arc re-ignition. 1. Introdução A soldagem é um processo físico-químico complexo e sua estabilidade está intimamente relacionada com a transferência metálica. A estabilidade dos processos de soldagem a arco elétrico tem sido avaliada por diferentes métodos [1]. Emissão acústica [2], avaliação dinâmica via ciclogramas [3], decomposição de sinais [4] e aplicação do expoente de Lyapunov [5] são exemplos de métodos aplicados ao estudo da estabilidade. Outros métodos adotam a avaliação dos sinais de corrente de soldagem e tensão do arco, tendo a estatística um importante papel como ferramenta de análise [6-8]. Tais métodos são especialmente adequados ao estudo do processo Gas Metal Arc Welding por curto-circuito (GMAW-CC), sendo encontrada ampla literatura relacionando os tempos de curto circuito e arco aberto com a regularidade do processo. Uma Metodologia para Análise da Distribuição de Contagem dos Picos de Tensão de Reignição para Avaliação da Estabilidade do Processo GMAW Curto-Circuito Ferreira et al. Soldagem & Inspeção. 2019;24:e2407 2/9 Suban e Tusek [1] afirmam que a estabilidade do processo GMAW-CC é uma propriedade do arco de soldagem e um arco ideal deveria apresentar uniformidade nos tempos de arco aberto e tempos de curto-circuito. Liu e Siewert [9] confirmam que a regularidade do processo GMAW-CC pode ser estudada pela avaliação da variância do período de transferência da gota metálica. Em estudo recente de Chen et al. [10], a regularidade do processo GMAW com transferência CMT (cold metal transfer) também foi avaliada pela variância do período de curto-circuito. Hermans and Ouden [11] concluíram que a máxima estabilidade do processo ocorre quando o desvio padrão da frequência de transferência da gota é mínimo. Baseado na análise de resposta em frequência, Chu et al. [12] concluíram que um processo estável, com cordões de solda uniformes, pode ser obtido quando a frequência de curto-circuito atinge um valor máximo no domínio da tensão de soldagem e se mantém estável. Souza et al. [13] obtiveram resultados semelhantes. Kang e Rhee [14] concluíram que soldagens com tensões acima ou abaixo de valores ótimos torna o arco instável e grande quantidade de respingos é gerada. Por outro lado, Zhu et al. [15] investigaram a natureza da variação do tamanho da gota metálica e seu efeito no comportamento do processo GMAW-CC. Os resultados experimentais revelaram natureza aleatória da distribuição do tamanho da gota (medida no momento anterior ao curto-circuito) e que uma das origens desse comportamento é a aleatoriedade da energia do arco. Essa é uma importante constatação pois mostra que não somente a regularidade da frequência de curto circuito deve ser avaliada mas também a transição do curto circuito para o arco aberto (reignição do arco). Não obstante, a tensão de reignição do arco é outro possível parâmetro de avaliação da estabilidade pois está ligada ao grau de dificuldade de reignição do arco no processo GMAW-CC [16]. Contudo, poucos são os trabalhos neste sentido, destacando-se Scotti et al. [17] que propôs um índice que mede a estabilidade do processo através do cálculo da potência elétrica gasta para reignição do arco após o curto circuito. Desta forma, este trabalho objetiva propor uma metodologia alternativa para avaliação da estabilidade do arco em soldagem GMAW-CC através da avaliação da distribuição de picos de tensão de reignição do arco e sua relação com a regularidade dos sinais de tensão de soldagem. 2. Procedimento Experimental O processo utilizado foi o GMAW-CC com avanço mecanizado da tocha de soldagem. Os experimentos foram realizados na forma de simples deposição (sem junta) sobre placas de teste de aço carbono ABNT 1020, de 3,2 mm de espessura e 38,1 mm de largura. Limpeza prévia das chapas foi feita, com retirada de carepas de laminação e lavagem com álcool absoluto para eliminação de poeira e filmes de óleo. Foi utilizada uma fonte comercial inversora no secundário, com os parâmetros fixos de soldagem mostrados na Tabela 1. O metal de adição utilizado foi o AWS ER70S-6 (carretel novo), 1,0 mm de diâmetro. Os gases de proteção utilizados foram argônio puro, mistura Ar + 20% CO2 e CO2 puro, todos a uma vazão de 16 l/min e diâmetro de bocal da tocha de 16,0 mm. Todos os cordões de solda foram monitorados em tempo real para garantia de fornecimento constante de fluxo de gás e alimentação de arame através de sistema dedicado de aquisição de dados SAP-4 (marca IMC soldagem). O mesmo sistema foi usado para aquisição dos valores de tensão de arco e corrente de soldagem a uma taxa de aquisição de 5.000 Hz. Tabela 1. Parâmetros de soldagem usados em todos os experimentos. Uref Tensão de Referência (V) 18 Velocidade real de alimentação (mm/s) 50,0 Velocidade de soldagem (mm/s) 5,0 Distância de bico de contato à peça (mm) 12 Ângulo entre a tocha e a superfície soldada 90o Posição de indutância* de subida e de descida da máquina de solda 30 Posição de soldagem plana *para máquina de solda DIGIPLUS A7 450, marca IMC soldagem. 3. Metodologia para Determinação da Distribuição de Picos de Tensão em Soldagem Padrão GMAW-CC A soldagem GMAW-CC convencional se caracteriza por uma sequência de curtos-circuitos entre a ponta do eletrodo e a poça de fusão, como ilustra a Figura 1. Estes curtos acontecem pois, de forma transitória, a taxa de fusão do arame se torna menor do que sua taxa de alimentação. Ao acontecer o curto-circuito, a tensão cai drasticamente (a resistência entre arame e poça é pequena). Durante o curto-circuito, a gota em formação na ponta do arame é sugada pela poça por tensão superficial e, por estar em curto, concomitantemente a corrente progressivamente cresce, facilitando sua transferência (efeito pinch). Como durante o curto-circuito o arco está apagado, o aquecimento do arame se dá fundamentalmente por efeito Joule. Como consequência, a taxa de fusão se torna ainda menor. Mas ao ter a gota destacada, o arco abre novamente (dadas as condições favoráveis como energia térmica residual suficiente para reemissão de elétrons [16]) numa condição de corrente alta, o que faz com que a taxa de fusão instantânea seja muito alta e maior do que a sua taxa de alimentação, facilitando o afastamento da ponta do arame da poça. Porém, após o curto, já com o arco reaberto, a corrente começa decair continuamente, Uma Metodologia para Análise da Distribuição de Contagem dos Picos de Tensão de Reignição para Avaliação da Estabilidade do Processo GMAW Curto-Circuito Ferreira et al. Soldagem & Inspeção. 2019;24:e2407 3/9 progressivamente diminuindo a taxa de fusão instantânea. Essa taxa de fusão continua diminuindo até que seja menor do que a taxa de alimentação, quando novo curto acontece. Figura 1. Oscilogramas típicos de corrente de soldagem de soldagem (Iw) e tensão do arco (Ua) durante a soldagem GMAW com transferência por curto circuito, com ilustração das gotas em transferência em fase com os transientes de corrente e tensão (os picos de tensão, destacados no oscilograma de tensão por círculos, são os chamados picos de reignição). Fonte: adaptada de [16]. Chama-se atenção para o instante de reabertura do arco no rompimento da ponte metálica, após cada curto-circuito. Devido à condição energética menos favorável ao final do curto-circuito (arco apagado), tem-se que a tensão requerida para se garantir a ionização do meio é maior do que a para manter o arco aceso. Essa maior tensão, em relação à tensão de arco aberto, varia de valor a cada curto-circuito em função das condições energéticas observadas para cada curto. Por isto, como destacado na Figura 1, existe a cada início de ciclo um pulso de tensão (não imposto, mas demandado) denominado de picos de reignição. A tensão do pico de reignição, pelo seu caráter, é menor do que a tensão de abertura do arco, já que na reabertura já há mais calor no sistema do que nas aberturas. A metodologia proposta assume como válida a premissa de que uma maior regularidade da distribuição de frequências de picos de reignição de um arco é consequência da seleção de parâmetros de soldagem que produzem arcos de alta estabilidade. Portanto, uma seleção correta de parâmetros de soldagem leva a uma alta regularidade de distribuição de picos de tensão. Assim, para assistir esta metodologia, foi desenvolvido um algoritmo em Matlab© para contagem e classificação dos picos de reignição de tensão de diferentes soldagens. O algoritmo desenvolvido organiza e registra a frequência dos picos de tensão observados em categorias de 1 V, na forma de um vetor. As amostras de picos de tensão são coletadas de um sinal

revista soldagem and inspeção/soldagem e inspeção

Uma Metodologia para Análise da Distribuição de Contagem dos Picos de Tensão de Reignição para Avaliação da Estabilidade do Processo GMAW Curto-Circuito