Processo MIG/MAG de Alta Performance: Exploração Funcional e Prospecção de Aplicações

Orientador: Prof. Régis Henrique Gonçalves e Silva, Dr. Eng.
Coorientador: Prof. Mateus Barancelli Schwedersky, Dr. Eng.

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RESUMO
Diferente do MIG/MAG convencional, as variantes MIG/MAG de alta performance (MIG/MAG AP) conseguem operar com melhor controle sobre a transferência metálica e, consequentemente, com maiores taxas de deposição, graças a determinadas características de suas fontes, tanto de hardware quanto de software. Dentre as famílias de variantes de alta performance classificadas pela Deutscher Verband für Schweißen (DVS), encontra-se a família denominada “Arco Modificado”, na qual o DynaFlex-Arc se enquadra. Este processo, que funciona em modo de tensão, está fundamentado no controle do conjunto constituído pelo arco elétrico, transferência metálica e poça de fusão, via controle dos efeitos indutivos atuantes sobre as taxas das variações de corrente (dI/dt), tanto de subida quanto de descida, e de forma independente sobre cada uma delas. Este controle permite que o DynaFlex-Arc opere em um modo de transferência em spray em streaming, sendo esta a sua principal característica, e em uma condição de buried arc, viabilizando, assim, a soldagem de juntas espessas. Além disso, estudos realizados para esta tese, demonstraram que este controle também viabiliza sua aplicação em soldagens de revestimento. Devido a esta controlabilidade, este processo representa uma opção para a aplicação em determinadas condições da indústria de petróleo e gás, como, por exemplo, na soldagem manual ou mecanizada de reparos em dutos em operação. Este tipo de manutenção pode ser demandada, principalmente, por fatores como erosão, corrosão e vibração. Além destes, também há a ameaça de danos causados pelas práticas de furto de combustíveis, realizadas através de operações criminosas de hot tapping em dutovias. Consequentemente, estas condições provocam riscos de vazamento, que podem causar prejuízos ao meio ambiente e às comunidades próximas. Neste contexto, esta tese objetiva caracterizar o DynaFlex-Arc, principalmente, frente às seguintes questões, tanto do ponto de vista científico quanto de engenharia: caracterizar e refinar a atuação do efeito indutivo sobre a estabilidade da transferência metálica; e desenvolver parâmetros para aplicações fora de posição, com alvo na soldagem orbital, com vistas à instalação de abraçadeiras em tubos API 5L. Neste alinhamento, experimentos realizados em chapas espessas de aço SAE 1020 com arame ER70S-6 de 1,2 mm, resultaram em operações com velocidade de soldagem (Vs) de 60 cm/min e velocidade de alimentação de arame (Va) de 15 m/min, os quais demonstraram a viabilidade de combinações de dI/dt de subida na faixa de 70,0 A/ms, associados a dI/dt de descida em torno de 0,8 A/ms, inclusive em situações fora de posição. Finalmente, com base na análise da evolução dos ensaios e nos resultados encontrados, foi possível realizar soldagens orbitais em junta sobreposta de filete com Vs de 60 cm/min e Va de 10 m/min, com potenciais aplicações em dutos em operação. Além disso, esta tese representa uma contribuição relevante para o entendimento dos fenômenos envolvidos entre a indutância e a transferência metálica na soldagem.
Palavras-chave: GMAW; DynaFlex-Arc; Alta potência; Spray streaming; Indutância; Efeito indutivo; produtividade.

ABSTRACT
Unlike conventional MIG/MAG, high-performance MIG/MAG variants (HP MIG/MAG) are capable of operating with improved control over metal transfer and, consequently, with higher deposition rates, due to specific characteristics of the power sources, encompassing both hardware and software aspects. Among the families of high-performance variants classified by the Deutscher Verband für Schweißen (DVS), there is the so-called “Modified Arc” family, within which the DynaFlex-Arc is categorized. This process, which operates in voltage mode, is based on the control of the system composed of the electric arc, metal transfer, and weld pool, through the regulation of inductive effects acting on the rates of current variation (dI/dt), both in the rising and falling phases, and independently for each of them. This control enables the DynaFlex-Arc to operate in a streaming spray transfer mode — the main characteristic of this process — and under a buried arc condition, thus promoting the welding of thick joints. Furthermore, studies conducted for this thesis have demonstrated that such control also enables its application in cladding operations. Due to this level of controllability, this process represents a viable option for application under certain conditions in the oil and gas industry, such as manual or mechanized welding for permanent repairs in in-service pipelines. This type of maintenance may be required primarily due to factors such as erosion, corrosion, and vibration. In addition, there is also the risk of damage caused by fuel theft practices, carried out through criminal hot tapping operations in pipelines. Consequently, this leakage risk condition may result in environmental damage and harm to nearby communities. In this context, this thesis
aims to characterize the DynaFlex-Arc, particularly with regard to the following aspects, from both a scientific and engineering perspectives: (i) to characterize and refine the influence of the inductive effect on the stability of metal transfer; and (ii) to develop parameters for out-of-position applications, targeting orbital welding for the installation of clamps on API 5L pipes. Within this framework, experiments performed on thick SAE 1020 steel plates using 1.2 mm ER70S-6 wire resulted in welding operations with welding speed (Ws) of 60 cm/min and wire feed rate (Fr) of 15 m/min, which demonstrated the feasibility of combinations involving rising dI/dt values around 70.0 A/ms, associated with falling dI/dt values of approximately 0.8 A/ms, even in out-of-position situations. Finally, based on the analysis of the experimental evolution and results obtained, it was possible to perform orbital fillet welds on lap joints with Ws of 60 cm/min and Fr of 10 m/min, indicating potential applications for in-service pipelines. Additionally, this thesis represents a relevant contribution to the understanding of the phenomena involved between inductance and metal transfer in welding.
Keywords: GMAW; DynaFlex-Arc; High power; Spray streaming; inductance; Inductive effect; Productivity.

REFERÊNCIA
SCHAEFFER,Cláudio Marques. Processo MIG/MAG de Alta Performance: Exploração Funcional e Prospecção de Aplicações. 2026. 205 p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2025.