Soldagem_Transferência Metálica e Análise de Sinais

Faculdade de Tecnologia SENAI CimatecFaculdade de Tecnologia SENAI CimatecCurso Superior de Tecnologia em InspeCurso Superior de Tecnologia em Inspe çção de Equipamentos e de Soldagemão de Equipamentos e de Soldagem

DocenteDocente ::

SSéérgio Rodrigues Barra, Dr. Eng. rgio Rodrigues Barra, Dr. Eng.

Salvador Salvador –– BABA20092009

RealizaRealiza çção:ão:

Disciplina:Disciplina:

Processos de Soldagem IIProcessos de Soldagem IITTóópicos: picos:

-- Transferência MetTransferência Met áálicalica

-- InstrumentaInstrumenta çção e Anão e An áálise de Sinais Aplicadas lise de Sinais Aplicadas àà SoldagemSoldagem

SSéérgio Barra, Dr. Eng.rgio Barra, Dr. Eng.

Índice (Conteúdo)

• Apresentação da disciplina• Fundamentos da transferência metálica• Importância do estudo da análise de sinais• Fundamentos de métodos estatísticos voltados à análise de sinais em

soldagem• Características dos sensores/transdutores de sinais/grandezas físicas

aplicados à soldagem• Montagem e aferição de sistemas de medição aplicado à soldagem• Definição de função de transferência das grandezas físicas envolvidas

na soldagem• Identificação e avaliação dos sinais de soldagem


ApresentaApresentaççãoão

�� Ementa: Fundamentos da transferência metEmenta: Fundamentos da transferência met áálica; Importância do estudo lica; Importância do estudo da anda an áálise de sinais; Fundamentos de mlise de sinais; Fundamentos de m éétodos estattodos estat íísticos voltados sticos voltados ààananáálise de sinais em soldagem; Caracterlise de sinais em soldagem; Caracter íísticas dos sensores/transdutores sticas dos sensores/transdutores de sinais/grandezas fde sinais/grandezas f íísicas aplicados sicas aplicados àà soldagem; Montagem e aferisoldagem; Montagem e aferi çção de ão de sistemas de medisistemas de medi çção aplicado ão aplicado àà soldagem; Definisoldagem; Defini çção de funão de fun çção de ão de transferência das grandezas ftransferência das grandezas f íísicas envolvidas na soldagem; Identificasicas envolvidas na soldagem; Identifica çção e ão e avaliaavalia çção dos sinais de soldagem. ão dos sinais de soldagem.

�� Referências bReferências b áásicas:sicas:

JILUAN, Pan. JILUAN, Pan. ArcArc WeldingWelding ControlControl; PONOMAREV, V. ; PONOMAREV, V. ArcArc WeldingWelding ProcessProcessStatisticalStatistical AnalysisAnalysis; THOMAZINI, Daniel. Sensores Industriais: Fundamentos e ; THOMAZINI, Daniel. Sensores Industriais: Fundamentos e AplicaAplicaçções. ASM ões. ASM HandbookHandbook: : WeldingWelding, , BrazingBrazing andand SolderingSoldering; AWS ; AWS WeldingWeldingHandbookHandbook –– Processes, Processes, VolVol 2; WAINER, Em2; WAINER, Emíílio. Soldagem: Processos lio. Soldagem: Processos eMeatlurgiaeMeatlurgia; OKUMURA, ; OKUMURA, ToshieToshie. Engenharia de Soldagem e Aplica. Engenharia de Soldagem e Aplicaçções; ões; MARQUES, Paulo. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia; MACHADO, IvaMARQUES, Paulo. Soldagem: Fundamentos e Tecnologia; MACHADO, Ivan. n. Soldagem e TSoldagem e Téécnicas Conexas: Processos; Revista Soldagem & Inspecnicas Conexas: Processos; Revista Soldagem & Inspeçção; ão; Revista Revista WeldingWelding JournalJournal..

�Consultas/dúvidas: [email protected]


ImportânciaImportância

Por que estudar o processo de transferência metPor que estudar o processo de transferência met áálica?lica?

Por influenciar diferentes caracterPor influenciar diferentes caracteríísticas do processo de soldagem, como:sticas do processo de soldagem, como:

�� FormaFormaçção e não e níível de respingo (salpico);vel de respingo (salpico);

�� FormaFormaçção e não e níível de fumos;vel de fumos;

�� PosiPosiçção de soldagem;ão de soldagem;

�� A geometria do cordão;A geometria do cordão;

�� Valor de Valor de lloo;;

�� O tipo de equipamento e proteO tipo de equipamento e proteçção gasosa.ão gasosa.

E quais os fatores que influenciam no modo de trans ferência?E quais os fatores que influenciam no modo de trans ferência?

�� Tipo (CC, CA ou pulsada) e magnitude da corrente e o valor tensTipo (CC, CA ou pulsada) e magnitude da corrente e o valor tensão;ão;

�� A polaridade (Inversa + ou direta A polaridade (Inversa + ou direta --););

�� A composiA composiçção quão quíímica e o diâmetro do eletrodo;mica e o diâmetro do eletrodo;

�� Tipo, composiTipo, composiçção e vazão gão e vazão gáás de protes de proteçção;ão;

�� ProjeProjeçção do arame em relaão do arame em relaçção ao bico de contato (ão ao bico de contato (stickstick outout););

�� Pressão atmosfPressão atmosféérica.rica.


ClassificaClassifica çção dos modos de transferência metão dos modos de transferência met áálicalicaNomenclatura mais utilizada Nomenclatura mais utilizada éé aquela proposta pelo IIW (baseada em aspectos aquela proposta pelo IIW (baseada em aspectos fenomenolfenomenol óógicos).gicos).

Modos de transferência Modos de transferência metmetáálica e posslica e possíível vel ocorrência.ocorrência.

ClassificaClassificaççãoão

Fonte: Modenesi, 2001.


Processo observado Força ou mecanismo atuante

Curto-circuito MIG/MAG Tensão superficial e força eletromagnética

Ponte

Ponte sem interrupção

TIG e Plasma com vareta

Tensão superficial e força eletromagnética

(arame quente)

Projetado

MIG/MAG (corrente intermediária)

Em gotas

MIG/MAG (corrente baixa)

Instabilidade devido à constrição

eletromagnética

Contínua

MIG/MAG (corrente média)

Força eletromagnética

Goticular

(Spray)

Rotativa

MIG/MAG (corrente alta)

Instabilidade devido à deformação

eletromagnética

Vôo livre

Explosivo

MIG/MAG e ER

Vaporização do metal de adição ao passar

pelo arco

Curto-circuito Controlado

MIG/MAG

Controle na dinâmica de subida e descida da

corrente

Controlada

Pulsada

MIG

Imposição de diferentes níveis de corrente e

força eletromagnética

Guiado pelas paredes (fluxo)

Arco submerso

Química e eletromagnética

Modo

de

transferência

Protegida

por escória

Outros modos

Arco submerso, Arame tubular e

Eletroescória

Química e eletromagnética

Classificação dos modos de

transferência metálica. Adaptado

de Okumura et al (1982).




RepresentaRepresenta çção esquemão esquem áática dos tica dos modos de transferência metmodos de transferência met áálica lica segundo o IIW (Fonte: IIW).segundo o IIW (Fonte: IIW).

Faixa de transferência em funFaixa de transferência em fun çção ão dos valores de Idos valores de I SS e U.e U.

Fonte: Modenesi, 2001


TTéécnicas comuns utilizadas no estudo da transferência metcnicas comuns utilizadas no estudo da transferência metáálica:lica:

�� MMéétodo mecânico (recolhimento das gotas);todo mecânico (recolhimento das gotas);��Quantifica tamanho das gotas Quantifica tamanho das gotas

��Arranjo experimental simplesArranjo experimental simples

��Não Não éé a condia condiçção realão real

�� MMéétodo fotogrtodo fotográáfico (filmagem em alta velocidade fico (filmagem em alta velocidade –– 101033 a 10a 1044 quadros/s);quadros/s);ObservaObserva çção direta do fenômenoão direta do fenômeno

Arranjo experimental complexoArranjo experimental complexo

�� MediMediçções dos efeitos secundões dos efeitos secundáários (Irios (Iss, U, Uss, som, luminosidade)., som, luminosidade).

Arranjo simplesArranjo simples

Pode ser utilizado em qualquer processo de soldagemPode ser utilizado em qualquer processo de soldagem

Não quantifica tamanho das gotasNão quantifica tamanho das gotas AvaliaAvaliaçção do modo de ão do modo de transferência via transferência via

oscilogramasoscilogramas de Ide ISS e U e U (Fonte: IMC).(Fonte: IMC).

Fonte: Barra, 2003.

TTéécnicas de Medicnicas de Mediççãoão


Quais os efeitos do modo de transferência sobre a p oQuais os efeitos do modo de transferência sobre a p oçça de fusão?a de fusão?

Curto circuitoCurto circuito SpraySpraySpray Spray

rotacionalrotacionalPulsadoPulsado

TandemTandem

Fem Fem

Fpa

FgotaFγFγ

Fpa

Fb

Metal de basePoça

Gota

Tocha

Regiãodo Arco

Região deimpacto das gotas

RepresentaRepresenta çção das forão das for çças as atuantes na poatuantes na po çça de fusão a de fusão (Barra, 2003).(Barra, 2003).

RepresentaRepresenta çção dos ão dos perfis de agitaperfis de agita çção da ão da

popo çça de fusão.a de fusão.

EfeitosEfeitos


Representação da variação do modo de transferência metálica em função do incremento da Is.

Condições de soldagem: MIG, Eletrodo de 1,6 mm, 98% Ar + 2% O2 (Fonte: Jones, 1998).

GlobularIs = 240 A

SprayIs = 300 A

Spray com alongamento da região pastosa

Is = 360 A

Spray rotacionalIs = 480 A

EfeitosEfeitos


Influência do tipo de Influência do tipo de transferência sobre a transferência sobre a diredireçção de crescimento.ão de crescimento.

Influência do tipo de Influência do tipo de transferência sobre o transferência sobre o

modo de crescimento e modo de crescimento e a formaa formaçção de defeitos.ão de defeitos.

E sobre o modo de E sobre o modo de crescimento e a incidência de crescimento e a incidência de defeitos?defeitos?

Fonte: Barra, 2003

EfeitosEfeitos


Transferência metTransferência met áálica tipo lica tipo curto circuitocurto circuitoCaracterCaracteríísticas:sticas:

-- Valo baixo de UValo baixo de Uss (baixa tensão) e geralmente usando mistura rica em CO(baixa tensão) e geralmente usando mistura rica em CO22;;

-- FormaFormaçção de uma ponte lão de uma ponte lííquida entre a poquida entre a poçça e o arame (tensão superficial);a e o arame (tensão superficial);

-- Baixo nBaixo níível de corrente (menor aporte de calor);vel de corrente (menor aporte de calor);

-- Ocorrência periOcorrência perióódica de curtos (mudandica de curtos (mudançça de Ia de Iss para para IIcccc) ) –– 20 a 200 curtos/s;20 a 200 curtos/s;

-- GeraGeraçção de salpicos (não de salpicos (níível da explosão dependendo de vel da explosão dependendo de IIcccc e indutância).e indutância).

RepresentaRepresentaçção esquemão esquemáática da tica da ocorrência de curto circuito e a ocorrência de curto circuito e a variavariaçção dinâmica dos sinais de ão dinâmica dos sinais de corrente e tensão.corrente e tensão.

TxTxfusãofusão < < TxTxalimentaalimentaççãoão

FFcurtocurto = = ttcccc//ttsoldagemsoldagemFonte: Modenesi, 2001.

Curto CircuitoCurto Circuito


Quadros mostrando a ocorrência de Quadros mostrando a ocorrência de curto circuito (filmagem de alta curto circuito (filmagem de alta velocidade).velocidade).

Expansão do plasma durante intervalos de Expansão do plasma durante intervalos de 25 25 µµµµµµµµs (caracters (caracter íística explosiva stica explosiva –– regime regime

transiente attransiente at éé os 10 os 10 µµµµµµµµs).s).

Obs: A dinâmica de subida da Obs: A dinâmica de subida da IIcccc(indutância) ir(indutância) ir áá influenciar a influenciar a formaforma çção de salpicos e vapores ão de salpicos e vapores metmet áálicos e a possibilidade de licos e a possibilidade de mergulho do arame na pomergulho do arame na po çça antes a antes do destacamento.do destacamento.

Fonte: IMC



Baixa indutânciaBaixa indutânciaSubida brusca do valor Subida brusca do valor de Ide ISS no contato fno contato fíísico sico aramearame--gotagota--popoççaa

Alta indutânciaAlta indutânciaControle na inclinaControle na inclinaçção ão (I(Iss/t) valor de I/t) valor de ISS no no contato fcontato fíísico sico aramearame--gotagota--popoççaa

Fonte: IMC

Efeito da inserção de indutância sobre a dinâmica do curto circuito



OscilogramasOscilogramas mostrando a transferência mostrando a transferência em curto circuito (mudanem curto circuito (mudançça nos valores da a nos valores da correte de Is para correte de Is para IccIcc e queda de tensão de e queda de tensão de Us para Us para UUcccc..

Fonte: Barra



VariaVariaçção da fraão da fraçção do tempo total em que o arco ão do tempo total em que o arco permanece em curto permanece em curto ““apagadoapagado””, arame em curto, em , arame em curto, em

funfunçção do valor da tensão de operaão do valor da tensão de operaçção.ão.

VariaVariaçção do valor mão do valor méédio do dio do TTcccc em em funfunçção da tensão de operaão da tensão de operaçção.ão.

Obs: A transferência em curto circuito propicia a reduObs: A transferência em curto circuito propicia a reduçção no calor aportado (tempo de arco ão no calor aportado (tempo de arco ““apagadoapagado””) e a possibilidade de falta de fusão na soldagem de pe) e a possibilidade de falta de fusão na soldagem de peçças espessas as espessas –– popoçça a pequena e rapidamente resfriada (o que torna o processo atrativpequena e rapidamente resfriada (o que torna o processo atrativo para pequenas o para pequenas espessuras, soldagem fora de posiespessuras, soldagem fora de posiçção e grande abertura de raiz ão e grande abertura de raiz –– ponte).ponte).

Fonte: Modenesi, 2002.Fonte: Modenesi, 2002.



Transferência metTransferência met áálica tipo lica tipo globularglobular-- Valor intermediValor intermedi áário do comprimento do arco, baixa rio do comprimento do arco, baixa lsls e e elavadaelavada Us Us –– arco instarco inst áável e vel e presenpresen çça de respingos;a de respingos;

-- FormaForma çção de uma grande gota na ponta do arame (diâmetro d a gota (ão de uma grande gota na ponta do arame (diâmetro d a gota ( DD) superior ao ) superior ao valor do arame (valor do arame ( dd)) )) –– 0,1 a 1 gota/s;0,1 a 1 gota/s;

-- Transferência em vôo livro, arco aberto, para poTransferência em vôo livro, arco aberto, para po çça de fusão devido ao peso pra de fusão devido ao peso pr óóprio prio da gota (combinada gota (combina çção ão forfor çça gravitacional x tensão superficiala gravitacional x tensão superficial ););

-- FreqFreq üüência de destacamento representada por ência de destacamento representada por F = 3.F = 3.TxTxaa.d.d22/(2.D/(2.D33));;

Globular

It

Núm

eros

de

gota

s tr

ansf

erid

as /

segu

ndo

(

)

Vol

ume

da g

ota

tran

sfer

ida

(

)

Goticular

Corrente

Zonade transição

-- Ocorrência na soldagem a base de COOcorrência na soldagem a base de CO 22, , mesmo a elevada corrente, e na mesmo a elevada corrente, e na soldagem a base de argônio para valores soldagem a base de argônio para valores baixos de corrente e altos de tensão (baixos de corrente e altos de tensão ( llooalto). alto).

RepresentaRepresenta çção da relaão da rela çção ão modo de transferência x modo de transferência x

caractercaracter íísticas das gotas sticas das gotas destacadasdestacadas ..

Metal transfer during GMAW ofsteel with Ar–2% O2 shielding: ( a) globular transfer at 180 A and 29 V shown at every 3.10-3 s; ( b) spray transfer at 320 A and 29 V shownat every 2.5.10-4 s Fonte: Barra, 2003.

GlobularGlobular


Transferência globular sob o efeito da forTransferência globular sob o efeito da forçça a reareaçção na região catão na região catóódica em atmosfera rica dica em atmosfera rica

em COem CO22 (repulsão lateral (repulsão lateral –– CCCC--).).

Transferência globular Transferência globular sem o o efeito da forsem o o efeito da for çça a

reareaçção na região catão na região cat óódica.dica.

RepresentaRepresentaçção esquemão esquemáática do processo tica do processo de transferência globular.de transferência globular.

Pontos catPontos catóódicos mdicos móóveis, defletindo a gota veis, defletindo a gota lateralmente atravlateralmente atravéés da combinas da combinaçção de ão de

forforçça eletromagna eletromagnéética e reatica e reaçção por geraão por geraçção ão de vapor ou plasma.de vapor ou plasma.

Fonte: Jones, 1998.

GlobularGlobular


Fonte: Barra

Oscilogramas de corrente e tensão mostrando o processo de transferência metálica do tipo globular (observa-se a variação cíclica da tensão e a permanência do arco aberto).

GlobularGlobular


Transferência metTransferência met áálica tipo lica tipo goticulargoticular (spray ou pulveriza(spray ou pulveriza çção axial)ão axial)�� FormaForma çção de gotas com diâmetros iguais ou inferiores ao d iâmetro do elão de gotas com diâmetros iguais ou inferiores ao d iâmetro do el etrodo etrodo (arame);(arame);

�� ProteProte çção gasosa rica em Ar (valores ão gasosa rica em Ar (valores ““ baixosbaixos ”” da corrente de transida corrente de transi çção ão ““ IItt”” ););

�� NNíível de Ivel de I ss superior ao modo globular (Isuperior ao modo globular (I ss > I> Itt) e valores altos de Us (24 a 40 V);) e valores altos de Us (24 a 40 V);

Tempo (ms)

Volume modal

Tempo modal

Cor

rent

e (A

)Te

nsão

(V

)

Tempo (ms)

Perturbação ( 0,5 V)indicando destacamento

Modo goticular (spray)

It

~~

Is

Spray projetadoSpray projetado

Fonte: Barra 2003.

� O modo spray é inibido com o incremento de CO 2 na mistura gasosa;

� A redução no diâmetro do eletrodo e/ou o aumento do stickout reduz o valor It;

� Transferência da gota em direção àpoça independe da posição de soldagem (Fem);

� Formas possíveis: projetado, fluxo e rotacional.

SpraySpray


F = 1/T = 1/(t +t )p b

Ib

Im

It

Ip

Cor

rent

e (A

)

Tempo (ms)

Transferência metTransferência met áálica tipo lica tipo pulsada pulsada �� O modo pulsado pode ser descrito como sendo um modo O modo pulsado pode ser descrito como sendo um modo goticulargoticular (spray) (spray) controlado, onde as gotas metcontrolado, onde as gotas met áálicas são formadas e destacadas atravlicas são formadas e destacadas atrav éés de pulsos s de pulsos de corrente aproximadamente simde corrente aproximadamente sim éétricos (ondas quase retangulares), ou seja, uma tricos (ondas quase retangulares), ou seja, uma variavaria çção (modulaão (modula çção) controlada da corrente no tempo, com freqão) controlada da corrente no tempo, com freq üüência e amplitudes ência e amplitudes prpr éé--estabelecidas);estabelecidas);� Corrente de base (I b) é associado a um tempo de permanência denominado de tempo de base (t b), cuja função desse primeiro par é a manutenção do arco elétrico, limpeza catódica e aquecimento do eletrodo por efeito Joule;� Corrente, situada acima da corrente de transição (I t), denominada de corrente de pulso (Ip) é associada a um tempo de permanência identificado de tempo de pulso (t p), neste caso a função desse par é destacar e projetar uma única gota em direção à poça de fusão.

PulsadaPulsada


Transferência metTransferência met áálica tipo lica tipo pulsada pulsada �� CritCrit éérios para a estabilidade do processo de transferênc ia pulsada:rios para a estabilidade do processo de transferênc ia pulsada:

I I -- Igualdade entre a taxa de alimentaIgualdade entre a taxa de alimenta çção (ão (TxaTxa) e a taxa de fusão () e a taxa de fusão ( TxfTxf ) do arame;) do arame;

II II -- Destacamento de apenas uma gota por pulso e com diâ metro aproxiDestacamento de apenas uma gota por pulso e com diâ metro aproxi madamente madamente igual ao do eletrodo (UGPP);igual ao do eletrodo (UGPP);

III III -- A corrente de base deverA corrente de base dever áá ter um valor necesster um valor necess áário rio àà manutenmanuten çção do arco.ão do arco.

I .t = Dp p

It

tp

Ip

Região “ótima”

a

Uma gota por pulsoDestacamentos múltiplos

Destacamento na base

Gota muito grande comdestacamento independente do pulsoCondições de transferência

em função dos valores de Ip e tp selecionados. Adaptado de

Ueguri et al (1985).

Ib ≥≥≥≥ 20(*) a 25 A

tb < 30 ms

va

da

dg

Superfíciede controle

ma

mg

.

.

(I) (II)

(III)

Txa = Txf

UGPP

PulsadaPulsada


Oscilogramas de corrente e tensão mostrando o modo de transferência metálica pulsada (Fonte IMC).

tp

tb

Ip

Ib

PulsadaPulsada


O Sistema Internacional de Unidades O Sistema Internacional de Unidades -- SISI�� Sistema adotado pelo Brasil (1962)Sistema adotado pelo Brasil (1962)

�� Cuidados na escrita de unidades Cuidados na escrita de unidades ffíísicas (erros comuns):sicas (erros comuns):

Fonte: INMETRO

Representação do resultado da medição (valor numérico acompanhado da respectiva unidade física)

O símbolo éinvariável

h. ; hr.hhora

kg. ; kgr.kgquilograma

m. ; mtr.mmetro

s. ; seg.ssegundo

ErradoCertoUnidade

O símbolo não éescrito na forma de expoente.

2mg2 mg

10g10 g

250m250 m

ErradoCerto

O símbolo éinvariável; não éseguido de "s“ (nãovai para o plural ).

8hs8 hoito horas

2kgs2 kgdois quilogramas

5ms5 mcinco metros

ErradoCertoQuantidade

Principais unidades do SI utilizadas em soldagem

°Cgraus Celsiusgrau Celsiustemperatura Celsius

ohmsohmresistência elétrica

Vvoltsvolttensão elétrica

Aampèresampèrecorrente elétrica

Wwattswattpotência, fluxo de energia

Jjoulesjouletrabalho, energiaquantidade de calor

Papascalspascalpressão

Nnewtonsnewtonforça

m³/smetros cúbicospor segundo

metro cúbicopor segundovazão

kg/m³quilogramas pormetro cúbico

quilograma pormetro cúbicomassa específica

kgquilogramasquilogramamassa

m/smetros por segundometro por segundovelocidade

Hzhertzhertzfreqüência

ssegundossegundotempo

m³metros cúbicosmetro cúbicovolume

m²metros quadradosmetro quadradoárea

mmetrosmetrocomprimento

SímboloPluralNomeGrandeza

Medidas de tempo (uso correto dos símbolos para hora, minuto e segundo).

9:25h9h 25´ 6´´

9 h 25 min 6 s

ErradoCerto

Observação: ' e " representam minuto e segundo emunidades de ângulo plano e não de tempo.

InstrumentaInstrumentaççãoão

Placa/hardware

Software de aquisição

Processamento

Usuário

Condicionamentosinal A/D

Sensor

SensorDigital

SensorAnalógico


Fonte:Adaptado de Pedro Adão (2001)

Representação esquemática do processo de aquisição / controle de sinais (grandeza física)

Controle sobresistema/processo

Atuadores/ comando

SensorTratamento das informações, provenientes de medições, permitindo a avaliação rápida de grandes quantidades de dados (armazenamento e processamento)

Exemplo do uso da análise de sinais: Na medicina define-se um diagnóstico com base na análise de sinais (eletrocardiograma) e nos sintomas do paciente (“formigamento” no braço) tentando chegar a uma conclusão (terapia).

Grandeza física (Is, Us, v s, outras)

A/DSensor

AnalógicoD/A

A/D


Por que estudar/aplicar anPor que estudar/aplicar an áálise de sinais em soldagem?lise de sinais em soldagem?Por mostrar/mensurar diferentes caracterPor mostrar/mensurar diferentes caracteríísticas/fenômenos durante o processo sticas/fenômenos durante o processo de soldagem, como:de soldagem, como:

�� Diferentes valores de I, U, Diferentes valores de I, U, vvss, , vvaa, g, gáás e outros experimentados durante a s e outros experimentados durante a formaformaçção e manutenão e manutençção do arco elão do arco eléétrico, a formatrico, a formaçção e transferência metão e transferência metáálica lica e, tambe, tambéém, a solidificam, a solidificaçção da poão da poçça de fusão;a de fusão;

�� FormaFormaçção e não e níível de fumos (vel de fumos (oscilogramaoscilograma x imagem);x imagem);

�� FormaFormaçção e não e níível de salpicos (curto circuito/explosão);vel de salpicos (curto circuito/explosão);

�� Estimar o Estimar o hheat inputeat input do processo;do processo;

�� Para evitar erros de interpretaPara evitar erros de interpretaçção do possão do possíível efeito de um parâmetro vel efeito de um parâmetro analisado.analisado.

0 250 500 750 10000

50

100

150

200

250

300

Cor

rent

e (A

)

Tempo (ms)

0 250 500 750 10000

10

20

30

40

Ten

são

(V)

Tempo (ms)

0 250 500 750 10000

5

10

Vel

ocid

ade

aram

e (m

/min

)Tempo (ms)

Sinais aquisitados (oscilogramas) mostrando o comportamento, no tempo, de variáveis de soldagem

E quando devemos utilizar esta ferramenta?E quando devemos utilizar esta ferramenta?

�� Quando o grau de complexidade for alto;Quando o grau de complexidade for alto;

�� Quando a quantidade de dados necessitar manipulaQuando a quantidade de dados necessitar manipulaçção estatão estatíística;stica;

�� Quando se deseja intervir sobre a operaQuando se deseja intervir sobre a operaçção (efeito);ão (efeito);

�� Suspeita de informaSuspeita de informaçção incorreta (diferentes fontes / necessão incorreta (diferentes fontes / necessáário registro). rio registro). Fonte: Laprosolda UFU


Visão macro do processo de aquisiVisão macro do processo de aquisi çção e/ou controle (Soldagem)ão e/ou controle (Soldagem)

ININÍÍCIOCIO

OperaOperaçção de soldagemão de soldagem

(Processo x parâmetros x (Processo x parâmetros x procedimento envolvidos)procedimento envolvidos)

Processo de mediProcesso de mediççãoão

MonitoraMonitoraççãoão

Falha no sinalFalha no sinalControleControle

(Necessidade de interven(Necessidade de intervençção?)ão?)

Erro no sinal?Erro no sinal?

FerramentaFerramenta

estatestat íísticasticaCCáálculo da mlculo da m éédia ou RMSdia ou RMS

AAçção corretivaão corretiva

300 A 25 V

vs

Sensor Hall

Sensor da va

Gás deproteção

SDP

(+)

(-)

Sistema de aquisição(valores de I, U e va)

Comando remoto dafonte de soldagem

( valores de I, U e v )a

Comando do sistemade deslocamentoda pistola (SDP)

Exemplo de uma bancada de soldagem Exemplo de uma bancada de soldagem (aquisi(aquisiçção/controle). ão/controle).

Etapas envolvidas numa boa Etapas envolvidas numa boa soldagem (operasoldagem (opera çções):ões):•• DefiniDefini çção das varião das vari ááveis; veis; •• MediMedi çção;ão;•• MonitoraMonitora çção;ão;•• Controle;Controle;•• AnAn áálise.lise.

AnAnáálise dos sinaislise dos sinais

Novo conhecimentoNovo conhecimento

MediMedi ççãoãoProcesso de determinaProcesso de determinaçção do valor de uma varião do valor de uma variáável, expressado em uma apropriada vel, expressado em uma apropriada unidade funidade fíísica ( I (A), U (V), sica ( I (A), U (V), vvaa (m/min), (m/min), vvss (cm/min), outros).(cm/min), outros).

Transdutor de correnteTransdutor de corrente

Ponto de tomada de tensãoPonto de tomada de tensão

Transdutor da Transdutor da velocidade de velocidade de

alimentaalimenta çção do ão do aramearame


ININÍÍCIOCIO




Falha no sinalFalha no sinal

ControleControle




estatestat íísticastica

CCáálculo da mlculo da m éédia ou RMSdia ou RMS




MediMedi ççãoão


Sensores: caracterSensores: caracter íísticas e aplicasticas e aplica ççõesões

�� Uso na captaUso na capta çção de grandezas fão de grandezas f íísicas (corrente, pressão, vazão, sicas (corrente, pressão, vazão, temperatura, positemperatura, posi çção, não, n íível, forvel, for çça, luminosidade, outros);a, luminosidade, outros);

�� PrincPrinc íípio fpio f íísico envolvido na conversão da grandeza fsico envolvido na conversão da grandeza f íísica analisada sica analisada (tipo de sa(tipo de sa íída) em valor de tensão ou outra forma de conversão da) em valor de tensão ou outra forma de conversão (termômetro);(termômetro);

�� Faixa de mediFaixa de medi çção/saão/sa íída;da;

�� Sensibilidade/resoluSensibilidade/resolu çção.ão.

Transdutor de corrente (conversão Transdutor de corrente (conversão de campo magnde campo magn éético em tensão)tico em tensão)

Transdutor da Transdutor da temperatura (conversão temperatura (conversão

de temperatura em de temperatura em dilatadilata çção volumão volum éétrica)trica)TransdutorTransdutor

conversão de conversão de deslocamento em deslocamento em

tensãotensão

Grandeza fGrandeza f íísicasica

(velocidade de (velocidade de alimentaalimentaçção do arame)ão do arame)

CondicionamentoCondicionamento

AmplificaAmplificaçção, divisão ão, divisão ou filtro do sinalou filtro do sinal

+10 V

- 10 V

MediMedi ççãoão

Exemplo: Sistema portExemplo: Sistema port áátil de meditil de medi çção.ão.


Fonte: IMC

Detalhe do transdutor

velocidade arame

Transdutor de corrente

Transdutor arame

Transdutor vazão gás

Placa de aquisição e

software aquisição

Fluxo do sinal de leituraFluxo do sinal de leitura

�� Sensor/transdutor; Sensor/transdutor;

�� Entrada via conversos A/D;Entrada via conversos A/D;

�� DeterminaDeterminaçção da funão da funçção de transferência; ão de transferência;

�� ApresentaApresentaçção (saão (saíída) analda) analóógica ou digital;gica ou digital;

�� Forma grForma grááfica ou fica ou txttxt..

TransdutorTransdutorPlaca de Placa de aquisiaquisiçção e/ou ão e/ou controle (A/D e/ou controle (A/D e/ou D/A)D/A)

Grandeza fGrandeza fíísicasica(I, U, (I, U, vsvs, , vava, g, gáás, T, outros)s, T, outros)

SaSaíída binda binááriaria

MediMedi ççãoão

310223

266388

257225

Tempo de Aquisição (ms)Valores de I (A)

i(t)

U(t)

MonitoraMonitora çção/armazenamentoão/armazenamentoProcesso da verificaProcesso da verificaçção das condião das condiçções de soldagem conforme determinados limites.ões de soldagem conforme determinados limites.

�� Principal funPrincipal funçção: indicar uma falha no sinal enviado.ão: indicar uma falha no sinal enviado.

�� Algumas vezes sinais acAlgumas vezes sinais acúústicos ou visuais são utilizados.sticos ou visuais são utilizados.

�� Vantagem da ferramenta: como a saVantagem da ferramenta: como a saíída digital/analda digital/analóógica gica éé proporcional a proporcional a variavariaçção da grandeza fão da grandeza fíísica, a intersica, a inter--relarelaçção entre um defeito e uma varião entre um defeito e uma variáável vel pode ser predita com determinada probabilidade.pode ser predita com determinada probabilidade.


ININÍÍCIOCIO

OperaOperaçção de soldagemão de soldagemProcesso de mediProcesso de mediççãoão


Falha no sinalFalha no sinal

ControleControle









MonitoraMonitoraçção visual dos valores recebidosão visual dos valores recebidos

Exemplo 1: Efeito da freqExemplo 1: Efeito da freqüüência de pulsaência de pulsaçção da Ião da Iss e da e da vvaa

300 600 9000

50

100

150

200

250

300

Cor

rent

e (A

)

Tempo (ms)

300 600 9000

10

20

30

40T

ensã

o (V

)

Tempo (ms)

300 600 9000

5

10

Ve

loci

dade

ara

me

(m/m

in)

Tempo (ms)

(a)

MonitoraMonitoraçção, via ão, via oscilogramasoscilogramas, do efeito da forma de alimenta, do efeito da forma de alimentaçção do arame e ão do arame e do tipo de pulsado tipo de pulsaçção de corrente sobre o valor da tensão de soldagem.ão de corrente sobre o valor da tensão de soldagem.

0 250 500 750 10000

50

100

150

200

250

300

Cor

rent

e (A

)

Tempo (ms)

0 250 500 750 10000

10

20

30

40

Ten

são

(V)

Tempo (ms)

0 250 500 750 10000

5

10

Ve

loci

dade

ara

me

(m/m

in)

Tempo (ms)

(b)

Thermal pulse pt

Thermal base bt

0 250 500 750 10000

50

100

150

200

250

300

Cor

rent

e (A

)

Tempo (ms)

0 250 500 750 10000

10

20

30

40

Ten

são

(V)

Tempo (ms)

0 250 500 750 10000

5

10

Vel

ocid

ade

aram

e (m

/min

)

Tempo (ms)

(c)

(a)

(a)

(b) (c)

(b)

(c)

Exemplo 2: AvaliaExemplo 2: Avaliaçção do modo de transferência metão do modo de transferência metáálicalica

MonitoraMonitoraçção, via ão, via oscilogramasoscilogramas, do modo de , do modo de

transferência mettransferência metáálica.lica.

ConsideraConsideraçção: O processo de monitoraão: O processo de monitoraçção inclui um ão inclui um determinado grau de determinado grau de ananáálise lise (compara(comparaçção simples entre o ão simples entre o valor esperado e o lido). valor esperado e o lido).


Oscillograms with the synchronized signals (full line – I and U and dotted line – image) Referring picture * (red dotted line)

0 2 4 6 8 1 0 1 2

x 1 0- 3

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6

T e m p o [s ]

I (A

) e

Sin

al

Câ

me

ra

0 2 4 6 8 1 0 1 2

x 1 0- 3

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6

T e m p o [s ]

U (

V)

e S

ina

l C

âm

era

10

18

20

24

Comment: It is verified ODFP condition and that the detachment is carried through in third part of current pulse (image 20). * The acquired pictures are turned of 90° in the counter clockwise direction.

MonitoraMonitoraçção, via ão, via oscilogramasoscilogramas e imagens, da condie imagens, da condiçção UGPP durante a soldagem MIG pulsadoão UGPP durante a soldagem MIG pulsado

Exemplo 3: AvaliaExemplo 3: Avaliaçção da estabilidade na manutenão da estabilidade na manutençção de UGPP e o momento ão de UGPP e o momento do destacamento.do destacamento.

AnAn ááliseliseÉÉ o processo de ano processo de anáálise matemlise matemáática ou outra razão ltica ou outra razão lóógica que leva de uma premissa gica que leva de uma premissa para uma conclusão sobre um especpara uma conclusão sobre um especíífica influência de um objeto sobre investigafica influência de um objeto sobre investigaçção e ão e sua adequasua adequaçção a uma determinada aplicaão a uma determinada aplicaçção.ão.


(parâmetros envolvidos)(parâmetros envolvidos)












SaSaíídas:das:

�� ÍÍndices estatndices estat íísticos (msticos (m éédia, dia, σσ););

�� Histogramas;Histogramas;

�� Sinal na forma de onda;Sinal na forma de onda;

�� Facilidades na Facilidades na acuracur ááciacia da da medimedi çção do sinal (zoom, cursor, ão do sinal (zoom, cursor, faixa);faixa);

�� Armazenamento de dados;Armazenamento de dados;

�� Facilitar o desenvolvimento de Facilitar o desenvolvimento de teorias sobre um processo ou teorias sobre um processo ou fenômeno.fenômeno.


A anA anáálise de um processo de soldagem lise de um processo de soldagem éé realizada com os seguintes realizada com os seguintes objetivos:objetivos:

�� Avaliar a adequaAvaliar a adequaçção de um equipamento e/ou consumão de um equipamento e/ou consumíível a uma particular vel a uma particular aplicaaplicaçção;ão;

�� Estudar o modo de transferência metEstudar o modo de transferência metáálica e sua influência sobre a lica e sua influência sobre a qualidade do depqualidade do depóósito;sito;

�� Investigar as caracterInvestigar as caracteríísticas do arco elsticas do arco eléétrico objetivando sua estabilidade;trico objetivando sua estabilidade;

�� Estimar as influências de diferentes fatores sobre o comportamEstimar as influências de diferentes fatores sobre o comportamento do ento do processo de soldagem;processo de soldagem;

�� Obter dados para o processo de otimizaObter dados para o processo de otimizaçção das condião das condiçções de deposiões de deposiçção;ão;

�� Prover dados necessProver dados necessáários rios àà monitoramonitoraçção e controle;ão e controle;

�� Suporte na emissão de laudo sobre as condiSuporte na emissão de laudo sobre as condiçções de deposiões de deposiçção;ão;

�� Gerar EPS mais confiGerar EPS mais confiáável (avaliavel (avaliaçção da mudanão da mudançça de equipamento sobre a de equipamento sobre os valores estabelecidos para a EPS). os valores estabelecidos para a EPS).

AnAn ááliselise


Analogia entre a anAnalogia entre a an áálise da lise da condicondi çção de soldagem x anão de soldagem x an áálise lise metalogrmetalogr ááficafica na esfera metalna esfera metal úúrgica (tornar as varirgica (tornar as vari ááveis visveis vis ííveis!!)veis!!)

AnAn ááliselise


Análise metalográfica

Análise da condição de soldagem

AnAn ááliselise

Exemplo: do efeito da forma de onda sobre o perfil de penetraExemplo: do efeito da forma de onda sobre o perfil de penetra ççãoão


Efeito serrilhado provocado pela pulsação térmica, onde se verifica a imposição de diferentes aportes térmicos (oscilogramas) e, em conseqüência, a seção longitudinal apresentando um perfil de diluição variado e cíclico.

ControleControleÉÉ o mo méétodo e/ou meio de governar a performance de algum aparato eltodo e/ou meio de governar a performance de algum aparato eléétrico, mecânico trico, mecânico ou de um sistema. Compensa um distou de um sistema. Compensa um distúúrbio no sistema estudado, como forma de rbio no sistema estudado, como forma de garantir um padrão de qualidade (agarantir um padrão de qualidade (açções corretivas).ões corretivas).


(parâmetros envolvidos)(parâmetros envolvidos)












Software de aquisiSoftware de aquisiçção e controle.ão e controle.

AplicaAplica çções: gerenciamento do inicio ou ões: gerenciamento do inicio ou ttéérmino de um processo; acelerarmino de um processo; acelera çção; ão; rampa; velocidade, retardo, outros.rampa; velocidade, retardo, outros.



ConsideraConsidera çção: O ão: O controlecontrole permite compensar posspermite compensar poss ííveis distveis dist úúrbios (erros) no rbios (erros) no sistema (alterasistema (altera çções indesejadas nos parâmetros de soldagem) como fo rma de ões indesejadas nos parâmetros de soldagem) como fo rma de garantir constante a qualidades dos depgarantir constante a qualidades dos dep óósitos. Como resultado, a qualidade sitos. Como resultado, a qualidade éégarantida garantida jjáá na produna produ ççãoão e não por testes.e não por testes.

Formas de controle:Formas de controle:

�� LaLaçço aberto (controle sem o aberto (controle sem feedbackfeedback););

�� LaLaçço fechado (o fechado (feedbackfeedback do sinal processado do sinal processado –– sistema adaptativo).sistema adaptativo).

ControleControle

ConsideraConsidera çções:ões:-- Se o controle for estatSe o controle for estat íístico haverstico haver áá a necessidade de fazer partia necessidade de fazer parti çção nos ão nos dados dados aquisitadosaquisitados –– 0,1 a 1 s);0,1 a 1 s);-- Em muitos casos, o uso de Em muitos casos, o uso de medimedi ççãoão, , monitoramonitora ççãoão e e controlecontrole , sem o , sem o emprego da emprego da ananááliselise , responde , responde ààs necessidades de produs necessidades de produ çção;ão;-- Pesquisas executadas de acordo com a Pesquisas executadas de acordo com a idid ééia ia de cada pesquisador (forma de cada pesquisador (forma de medide medi çção, dados coletados e informaão, dados coletados e informa çções obtidas muitas das vezes não ões obtidas muitas das vezes não usuais);usuais);-- O sucesso na adoO sucesso na ado çção de um controle estatão de um controle estat íístico dependerstico depender áá da relada rela çção ão ííndices estatndices estat íísticos x qualidade do depsticos x qualidade do dep óósitosito ..


Software de controle da fonte INVERSAL (exemplo do controle Software de controle da fonte INVERSAL (exemplo do controle remoto do processo de soldagem)remoto do processo de soldagem)

SAC – Sistema Avançado de Controle (Fonte: Labsolda U FSC)

Conceitos de estatConceitos de estat íística aplicados stica aplicados àà ananáálise de sinaislise de sinais

O que O que éé estatestat íística?stica?

ÉÉ a ciência da colea ciência da cole çção, anão, an áálise e interpretalise e interpreta çção de dados.ão de dados.

Quando usar?Quando usar?

�� Em situaEm situa çções onde hões onde h áá incerteza experimental (comparaincerteza experimental (compara çção entre pacotes ão entre pacotes experimentais e/ou aleatoriedade e dispersão nos si nais);experimentais e/ou aleatoriedade e dispersão nos si nais);

�� Quando se deseja minimizar, de forma segura, a quan tidade de exQuando se deseja minimizar, de forma segura, a quan tidade de ex perimentos perimentos e/ou determinar correlae/ou determinar correla çções entre diferentes fatores.ões entre diferentes fatores.

ConsideraConsidera çções:ões: Durante a soldagem os valores instantâneos das variDurante a soldagem os valores instantâneos das variááveis (I, U, veis (I, U, vvss, outros) podem , outros) podem oscilar de zero (oscilar de zero (II durante curta extindurante curta extinçção do arco) ao limite mão do arco) ao limite mááximo da fonte (ximo da fonte (UU em vazio ou mais e em vazio ou mais e IIcccc ).). Exemplo: Conjuntos de

dados apresentando as mesmas características

estatísticas


DefiniDefini çções:ões:Classe Classe –– alocaaloca çção numão num éérica dos valores rica dos valores aquisitadosaquisitados em intervalos definidos em intervalos definidos Exemplo: AquisiExemplo: Aquisi çção de valores de tensão entre 0 e 40 V organizados nem intervaloão de valores de tensão entre 0 e 40 V organizados nem intervalo s s de 4 em 4 Vde 4 em 4 V

Classes: 0 a 4 V 4 Classes: 0 a 4 V 4 a 8 V ... 36 a 40 Va 8 V ... 36 a 40 V

FreqFreq üüência da classe ência da classe –– nnúúmero de vezes que os valores no intervalo são repet idos mero de vezes que os valores no intervalo são repet idos durante aquisidurante aquisi ççãoão

Classes: Classes: 0 a 4 V 4 a 8 V ... 36 a 40 V0 a 4 V 4 a 8 V ... 36 a 40 VFreqFreq üüência da classe:ência da classe: 5 16 35 16 3

Os conjuntos anteriores quando apresentados na forma gráfica deixam evidentes as diferenças entre os pacotes experimentais.(Fonte: J. F Anscomb, 1973)


Exemplo 1: AnExemplo 1: Anáálise do lise do oscilogramaoscilograma de Ude U

HistogramaHistograma(retângulos centrados na marca(retângulos centrados na marca

da classe e largura igual a do intervalo)da classe e largura igual a do intervalo)

OscilogramaOscilograma de Ude U

Classe, nClasse, núúmero de eventos e mero de eventos e percentual de participapercentual de participaççãoão

DistribuiDistribuiçção de freqão de freqüüência do sinal de U durante a soldagem MAG (condiência do sinal de U durante a soldagem MAG (condiçção ão de curto circuito). Fonte: Ponomarev (1997)de curto circuito). Fonte: Ponomarev (1997)

ObservaObservaçção:ão:

Os intervalos 3Os intervalos 3--4, 44, 4--5, ..., 255, ..., 25--25 e 2625 e 26--27 27 são denominados de são denominados de intervalo de classe.intervalo de classe.

A diferenA diferençça entre o valor ma entre o valor mááximo e ximo e mmíínimo nimo éé denominada de denominada de largura da largura da classeclasse –– 4 4 -- 5 = 1 V5 = 1 V

O ponte mO ponte méédio da classe dio da classe éé denominado denominado de de marca da classemarca da classe

Em 4Em 4--5 a marca 5 a marca éé 4,5 V4,5 V

CurtoCurto--circuitocircuito

ManutenManutençção do ão do arco (arco arco (arco ““abertoaberto””))

Pergunta: Qual o tempo e a freqüência de curto circuito?


Exemplo 2: Formas possExemplo 2: Formas poss ííveis de representar os sinais veis de representar os sinais –– oscilogramaoscilograma U x t, U x t, freqfreq üüência relativa, escala linear ou escala logarência relativa, escala linear ou escala logar íítmica.tmica.

OscilogramaOscilograma de Ude U

�� A escala logarA escala logaríítmica permite visualizar parte tmica permite visualizar parte do histograma contendo pequenas freqdo histograma contendo pequenas freqüüências ências de classes.de classes.

�� Em comparaEm comparaçção a escala linear, o uso da ão a escala linear, o uso da escala logarescala logaríítmica requer mais conhecimento tmica requer mais conhecimento do pesquisador.do pesquisador.

�� As informaAs informaçções de (b) permitem inferir ões de (b) permitem inferir que o tempo de arco aberto (20 a 28 V) que o tempo de arco aberto (20 a 28 V) ééaproximadamente três vezes o tempo de aproximadamente três vezes o tempo de curtocurto--circuito (4 a 10 V).circuito (4 a 10 V).

Pergunta: Qual o tempo e a freqüência de curto circuito?


ÍÍndices estatndices estat íísticos empregados para a ansticos empregados para a an áálise em soldagemlise em soldagem

MMéédia dia –– éé uma medida de locauma medida de locaçção (mão (méédia de um conjunto)dia de um conjunto)

∑=

=n

ii nxX

1

__

/

)1/()(...)2()1(2__2__2__

2 −

−++−+−= nXxnXxXxS

2SS =

=V

Faixa Faixa –– diferendiferençça entre o maior e menor valor lidoa entre o maior e menor valor lidoFaixa = 110 Faixa = 110 –– 95 = 15 A95 = 15 A

Coeficiente de propagaCoeficiente de propagaçção ão –– relarelaçção percentual entre ão percentual entre SS e a e a mméédiadia..

Exemplo: Valores lidos de corrente

100, 110, 98, 105, 107, 95 e 105 A

(100 + 110 + 98 + 105 + 107 + 95 + 105)/7 = 103 A=X__

S =

Variância Variância –– éé a media quadra media quadráática dos desvios em relatica dos desvios em relaçção a mão a méédiadia

2 =S

100)/(__

×= XSV

[(100 -103)2 + (110 -103)2 + (98 – 103)2 + (105 – 103)2 + (107 – 103)2 + (95 – 103)2 + (105 – 103)2]/(7-1) = 28,5 A2

Desvio padrão Desvio padrão –– éé a raiz quadrada da variância (mesma unidade da ma raiz quadrada da variância (mesma unidade da méédia)dia)

(28,5)1/2 = 5,3 A

(5,3/103)x100 = 5,1%


Exemplo 2: AnExemplo 2: An áálise estatlise estat íística dos valores stica dos valores aquisitadosaquisitados de tensão (U).de tensão (U).

∑=

=n

ii nxX

1

__

/

)1/()(...)2()1(2__2__2__

2 −

−++−+−= nXxnXxXxS

2SS =

100)/(__

×= XSV

Faixa = 60 – 14 = 46 V

= 2,28 V (1S equivale a 68,3% dos valores estarem r epresentados)

= (2,28/32)x100 = 7,12%

= 5,19 V2

= 32 V

SSéérgio Barra, Dr. Eng.rgio Barra, Dr. Eng.SSéérgio Barra, Dr. Eng.rgio Barra, Dr. Eng.

�� A anA an áálise estatlise estat íística permite descrever stica permite descrever uma variuma vari áável como um inteiro e sumariza vel como um inteiro e sumariza o efeito de diferentes influências o efeito de diferentes influências (indutância, condi(indutância, condi çções de soldagem, ões de soldagem, propriedades dos consumpropriedades dos consum ííveis). Essa veis). Essa visão podervisão poder áá induzir erros quando uma induzir erros quando uma influência influência éé atribuatribu íída sem efetivamente da sem efetivamente existir;existir;

�� U x I U x I –– dois importantes parâmetros dois importantes parâmetros a serem analisados estatisticamente;a serem analisados estatisticamente;

�� Durante a soldagem os diferentes Durante a soldagem os diferentes parâmetros contribuem para a qualidade parâmetros contribuem para a qualidade final do depfinal do dep óósito. Assim, todos devem sito. Assim, todos devem ser selecionados adequadamente e ser selecionados adequadamente e mantidos numa faixa aceitmantidos numa faixa aceit áável;vel;

�� A anA an áálise, via lise, via oscilogramasoscilogramas , permite , permite conhecer caracterconhecer caracter íísticas a respeito de: fonte sticas a respeito de: fonte de soldagem, sistema de alimentade soldagem, sistema de alimenta çção do ão do arame, comportamento do processo, qualidade arame, comportamento do processo, qualidade esperada da do depesperada da do dep óósito, outros;sito, outros;

�� A facilidade de mediA facilidade de medi çção e os efeitos da U e ão e os efeitos da U e da I são os fatores que as tornam atrativas.da I são os fatores que as tornam atrativas.

(Uxt e Ixt ) - Curto circuito

(Uxt e Ixt) - Corrente pulsada

(Uxt e Ixt) - Corrente alternada


Processamento dos sinais para Processamento dos sinais para plotagemplotagem das curvas de U e Idas curvas de U e I

UUii –– tensão de retensão de re --igniigni çção apão ap óós curtos curto --circuito;circuito;

UUssabab –– queda localizada de tensão;queda localizada de tensão;

UUabab –– tensão arco esttensão arco est áável;vel;

UUppabab –– pico de tensão na região do arco pico de tensão na região do arco

estest áável;vel;

UUscsc –– tensão de curtotensão de curto --circuito,circuito,

UUbbscsc –– tensão no intensão no in íício do curtocio do curto --circuito;circuito;

UUeescsc –– tensão no final do curtotensão no final do curto --circuito;circuito;

UUaa –– tensão do arco (tensão do arco ( UUabab + + UUscsc ).).

Objetivo: Demonstrar a forma de transferência, as caractera forma de transferência, as caracteríísticas de reabertura e sticas de reabertura e estabilidade do arco, a altura do arco, evoluestabilidade do arco, a altura do arco, evoluçção de I, U e potência, outros.ão de I, U e potência, outros.

ÍÍndices relacionados as curva de U e Indices relacionados as curva de U e I

T - Período de amostragem (tempo). Em soldagem normalmente 1s.f = 1/T frequência de amostragem(amostras/s). Em soldagemnormalmente 10 kHz.

Carcaterísticas da amostragem


Processamento dos sinais para Processamento dos sinais para plotagemplotagem das curvas de U e Idas curvas de U e I

ttss--cc –– tempo de curtotempo de curto --circuito;circuito;

ttaa--b b –– tempo de arco aberto;tempo de arco aberto;

ffss--cc –– freqfreq üüência de curtoência de curto --circuito;circuito;

IIww –– corrente de soldagem (Icorrente de soldagem (I aa--bb e Ie Iss--cc););

IIaa--bb –– corrente de arco aberto;corrente de arco aberto;

IIss--cc –– corrente de curtocorrente de curto --circuito;circuito;

IIaaaa--bb –– corrente de incorrente de in íício de curtocio de curto --circuito;circuito;

IIbbaa--bb –– corrente de final de curtocorrente de final de curto --circuito;circuito;

dIdIupup //dtdt –– dinâmica de subida da corrente;dinâmica de subida da corrente;

dIdIdd//dtdt –– dinâmica de descida da corrente.dinâmica de descida da corrente.

ts-c

ta-b Ia-b

Is-c

Iaa-b

Iba-b dIup/dtdId/dt


Cuidados na conversão A/DCuidados na conversão A/D� Selecionar tempo de captura (taxa de amostragem) re lativamente pequeno em relação a freqüência de ocorrência do fenômeno e di nâmica do equipamento (dI/dt, dU/dt, dv a/dt, outros);

f(fenômeno) > f(digital)

Aliasing (escolha inadequada da distância entre pontos de

medição produzindo perda de informação – falsa leitura)

ResoluResolu çção (Seleão (Sele çção do não do n úúmero de bits)mero de bits)� A seleção adequado do número de bits terá relação direta na qualidade final da representação do fenômeno monitorado (menor alteração detectável do sinal).

� Conversão do sinal analógico para um valor digital (formato binário).

Resolução de 3 bits (2 3 = 8) Quanto maior a resolução menor será o erro na

representação do fenômeno (2 16 = 65536).

Observação: Os pontos capturados serão arredondados para o código binário mais próximo.

U (V)

t (ms)


Precisão x Precisão x acuracur ááciacia /exatidão/exatidão

Precisão – iguais valores medidos para o fenômeno analisado.

Acurácia – o quanto a variável representa o fenômeno analisado.

Exemplo 1:Is_previsto = 200 A• Fonte de soldagem 1

Is_medido = 180 ±1 A• Fonte de soldagem 2Is_medido = 203 ±5 A• Fonte de soldagem 3Is_medido = 200 ±1 A

I (A)200 A

a) Exato e pouco preciso

b) Preciso e não exato

c) Exato e não preciso

d) Exato e preciso

a b

c d

Exemplo 2:

Cuidados na reproduCuidados na reprodu çção de fenômeno fão de fenômeno f íísico a partir de sico a partir de representarepresenta çção grão gr ááficafica

1 3 5 7 9

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77

falta

m n

ome,

uni

dade

e d

ivisõ

es p

rincip

ais

da e

scal

a

não indique as coordenadas dos pontos,apenas as divisões principais da escala

42

67

101

134

161

183196

se avaliou os erros, indique-os

não lique os pontos, trace a curva média

use limites da escala compatíveiscom a variacão dos dados

faltam nome e unidade; divisão da escala não adequada

Preferencialmente trace a curva tendência

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 4520

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

velo

cidad

e ( k

m /

h )

tempo ( s )


�� Clareza na unidade fClareza na unidade f íísica que estsica que est áá sendo sendo analisada;analisada;

�� Divisão e limites adequados nas escalas;Divisão e limites adequados nas escalas;

�� Uso de linha tendência e faixa de incerteza.Uso de linha tendência e faixa de incerteza.

CERTO

ERRADO

Coeficiente de co-relação (qualidade do ajuste)r2 = 1 ajuste perfeito0,8 < r2 < 1 ajuste bom0,5 < r2 < 0,8 ajuste ruimr2 < 0,5 sem correlação


Coeficientes de correlação r e determinação r2

r2 = 1 ajuste perfeito0,8 < r2 < 1 ajuste bom0,5 < r2 < 0,8 ajuste ruimr2 < 0,5 sem correlação

Possibilidade de ajuste da curva (melhor r 2)� Linear y = a.x+b� Polinomial y = anxn + an-1xn-1 +... + ao� Potencial y = a.xb

� Exponencial y = a.eb.x

V IV

III II I

Exercício: Discutir as correlações nas figuras abaixo.

r = +1 Y aumenta com o incremento de Xr = -1 Y diminui com o incremento de Xr = 0 não há relação linear de Y com X

Não há correlação linear.

Altura

QI

Sem correlação entre Y e X

r2

r2


Onde buscar informações sobre a área de soldagem?Associação Brasileira de Soldagem - ABS ( www.abs-soldagem.org.br )

American Welding Society - AWS ( www.aws.org/ )

Infosolda ( www.infosolda.com.br/ )

The International Institute of Welding - IIW ( www.iiw-iis.org/ )

University Cambridge ( www.msm.cam.ac.uk/ )

The Welding Institute and Welding & Joining Society - TWI (www.twi.co.uk/ )

PATON Eletric Welding Institute ( www.paton.kiev.ua/eng/inst/inst.html )

ASM (http://asmcommunity.asminternational.org/portal/sit e/asm/)

Edison Welding Institute - EWI ( www.ewi.org/ )

Labsolda UFSC ( www.labsolda.ufsc.br )

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materia is da UFMG ( www.demet.ufmg.br )

Graco – UnB ( www.graco.unb.br/ )

Laprosolda – UFU ( www.mecanica.ufu.br/Laboratorios/laprosolda/index.h tml )

Welding and Joining Institute – Aachen ( www.isf-aachen.de/eng/index_en.html )

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Soldagem_Transferência Metálica e Análise de Sinais