Desenvolvimento de um sistema mecatrônico para a manutenção do arco elétrico de sistemas do tipo MIG/MAG em processos de soldagem de juntas em configuração T

Abstract

A importância da automação da manutenção do arco elétrico nos processos de soldagem possui várias arestas que são a simplificação, a erradicação dos erros inseridos pelos operários no posicionamento da tocha, o aumento da produtividade ao acelerar o processo de produção, aumento na qualidade ao manter a posição relativamente estável e assim interferir minimamente nas variáveis importantes do arco elétrico na soldagem que são o comprimento do arco, velocidade da soldagem, que são variáveis altamente ligadas à eficiência na transferência de potência da fonte de soldagem até as peças a serem soldadas. O desenvolvimento de um sistema mecatrônico para conseguir manter o arco elétrico ao longo do processo de soldagem MIG/MAG é um processo complexo que precisa o envolvimento interdisciplinar de várias áreas do conhecimento, como é a computação, a eletrônica, a mecânica, entre muitas outras. Esse desenvolvimento é apresentado neste trabalho, cuja abordagem abrange metodologias de implantação e projeto que permitirão a integração unificada da eletrônica e da mecânica para obter um sistema mecatrônico. A análise desde o ponto de vista mecatrônico foi priorizado dado que o sistema não é um simples aparelho mecânico ou um simples sistema eletrônico, aliás é um produto que integrou diversas áreas do conhecimento, além de múltiplas ferramentas de software na etapa de projeto, tais como Matlab, Solidworks, Cadsoft Eagle, PICC, MPLAB, NI Multisim, P-Spice, Octave, Microbrn, e diversas máquinas de fabricação mecânica como são o torno, fresa, retíficas e furadeiras, cujo projeto devia se basear na possibilidade de utilizar estes equipamentos e programas. Uma particularidade do sistema desenvolvido foi o mecanismo e automação do procedimento de posicionamento da tocha de soldagem e a manutenção desta posição ao longo do processo, além do controle da velocidade da soldagem na direção da geração do cordão de solda, estabilizando o arco elétrico e mantendo-o acendido ao longo do processo de soldagem. Essa automação foi possível graças à utilização de sensores de distância, por ultrassom e infravermelhos, além do sensoriamento da tensão e corrente dos diferentes atuadores elétricos do sistema. Foi necessário a criação e implantação de algoritmos computacionais e de controle para conseguir a automação deste processo, além do projeto e fabricação das peças mecânicas necessárias baseado na metodologia de desenvolvimento CAD, priorizando sempre a funcionalidade do mecanismo a se implantar.

The automation process of keeping arc welding on, throughout a welding process contain many edges, including process simplification, error removal placed by users at torch positioning, increasing of productivity and quality maintain torch position relatively stable, with a minimal disturbing in the most important arc welding variables. These variables are arc length, welding speed, extremely related to power efficiency delivery from welding power source to workpieces. The mechatronic device development to keep arc welding throughout a MIG/MAG welding process it is a complex process, implying an interdisciplinary work, in which areas such as computing, electronics and mechanics was involved. The designing, implementation and validation process of this mechatronic device is showing in this work, in with the approach, implementation and design methods used allows a unified integration of electronics and mechanics, in other works mechatronics. Analytics mechatronics point of view was fundamental, because the project implemented is not about a simple mechanic device or a simple electronic system, moreover is a product integrating multidisciplinary fields. In addition numerous software utilities such as, Matlab, Solidworks, Cadsoft Eagle, PICC, MPLAB, NI Multisim, Octave, Microbrn, C++ was used, and several mechanicals machines including lathe, milling, grinders and drills, whose design has to complaint the possibility to use this equipments and software. A system development particularity was the positioning automation proceed of welding torch, and maintain it stable throughout the welding process, also keeping constant and stable the welding speed in the welding cord generation direction. The automation of torch positioning was possible due to ultrasonic and infrared distance sensors used for this purpose, measuring as well voltage and current of electrical system actuators. Was necessary the generation and implementation of control and computational algorithms to reach the automation of arc welding stabilization, as well as designing and manufacturing mechanical parts based on CAD development, prioritizing always the mechanism functionality.