Desenvolvimento e avaliação de calorímetros por nitrogênio líquido e fluxo contínuo para medição de aporte térmico Development and assessment of calorimeters using liquid nitrogen and continuous flow (water) for heat input measurement

• Main Authors: Hernán Dario Hernández Arevalo, Louriel Oliveira Vilarinho
• Format: Article
• Language: English
• Published: Associação Brasileira de Soldagem 2012-09-01
• Series: Soldagem & Inspeção
• Subjects: Aporte térmico; Rendimento térmico; Calorimetria; Nitrogênio Líquido; Fluxo contínuo; Processos Derivativos; Thermal efficiency; Calorimetry; Liquid Nitrogen; Continuous Flow; Derivative Processes
• Online Access: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-92242012000300008

Um dos parâmetros mais influentes no processo de soldagem a nível industrial e de pesquisa é o calor entregue à chapa (aporte térmico) devido a sua direta ligação com a mudança das características metalúrgicas e propriedades mecânicas da junta soldada. Para o estudo e quantificação do calor aportado na peça de trabalho, tem-se utilizado tanto métodos teóricos (analíticos e numéricos), quanto experimentais (calorimetria). Estas técnicas apresentam ampla dispersão dos resultados obtidos para o rendimento térmico. Desta forma, a proposta deste trabalho é apresentar o projeto, construção e avaliação de um calorímetro de nitrogênio líquido e fluxo contínuo (água) para a medição do aporte térmico e rendimento térmico de processos GTAW e GMAW. Para o processo GTAW, cordões sobre chapa foram realizados com Ar puro e chapas de aço ao carbono ASTM A36 e variou-se os parâmetros de soldagem como corrente, comprimento do arco, velocidade de soldagem e comprimento do cordão de solda. Foram também realizadas soldagens sobre chapa com o processo GMAW em transferência por curto-circuito e goticular (spray), onde o arame utilizado foi AWS ER70S-6 (1,2 mm de diâmetro)e gás de proteção Ar+25%CO2 (curto-circuito) e Ar+5%O2 (goticular). Para os processos derivativos (STT - Surface Tension Transfer, RMD - Regulated Metal Deposition, CMT - Cold Metal Transfer, GMAW-P - Pulsado e GMAW-PV - Polaridade Variável) foram tomados como base parâmetro de soldagem encontrados por outros autores no Laprosolda (Centro para Pesquisa e Desenvolvimento de Processos de Soldagem). De modo geral, o calorímetro de nitrogênio líquido apresentou boa repetibilidade com diferença máxima de 3%. Também foi observado que durante os testes realizados no calorímetro de nitrogênio liquido apresentaram resultados coerentes para as diferentes condições de soldagem e reportando valores de rendimento térmico global de 70,3% para o processo GTAW, 78,6% para GMAW curto-circuito convencional, 73,6% para GMAW goticular e 76,1% para os processos GMAW curto circuito-controlado. Os resultados obtidos com o calorímetro de fluxo contínuo (água) acompanharam a tendência do calorímetro de nitrogênio líquido, mas com resultados médios 12% abaixo.<br>One of the most influent parameter on the welding process at both industrial and research levels is the heat delivered to the workpiece (heat input) due to its direct connection with changes in metallurgical characteristics and mechanical properties of the weld joint. In order to quantify the heat input, different methods have been developed, both theoretical (analytical and numerical ones) and experimental (calorimetry). These techniques present large dispersion of results for thermal efficiency of welding processes. Therefore, this work aims to present the project, construction and assessment of a liquid nitrogen calorimeter and other one based on constant flow (water) measurement. Both calorimeters were evaluated for measuring heat input and thermal efficiency of GTAW and GMAW processes. For GTAW process, bead on plate welding was carried out with Ar as shielding gas over ASTM A36 plate, varying current, arc length, travel speed and bead length. For GMAW processes, both short-circuit and spray transfers were used with AWS ER70S-6 wire with 1.2 mm of diameter and Ar+25%CO2 (short-circuit) and Ar+5%O2 (spray) as shielding gases. For derivative processes (STT - Surface Tension Transfer, RMD - Regulated Metal Deposition, CMT - Cold Metal Transfer, GMAW-P - Pulsed and GMAW-VP - Variable Polarity), the welding parameters were adopted from previous researches from Laprosolda (Center for Research and Development of Welding Processes). It can be concluded that the liquid nitrogen calorimeter presents good repeatability and stability (maximum data scattering of 3%). Also, the obtained results are coherent for different welding conditions applied through the work with global thermal efficiencies of 70,3% for GTAW, 78,6% for conventional short-circuit GMAW, 73,6% for GMAW with spray transfer and 76,1% for GMAW derivative processes. The results measured by the continuous flow (water) calorimeter followed the trend of the liquid nitrogen one, but with average results 12% lower.