BR102019027606B1 - Tocha de soldagem com arco rotativo - Google Patents

Abstract

TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO. A invenção usa o princípio da turbina pneumática e um sistema de refrigeração para toda a tocha de solda, onde o gás utilizado no processo de solda, ou até mesmo o ar comprimido, entram por um condutor no sentido axial ao consumível, movendo, dessa forma, uma turbina, que por sua vez move um bico e um portabico. A tocha de soldagem pode ser utilizada em períodos prolongados de tempo com ciclo de 100%, em máquinas de solda classe I NEMA, uma vez que é refrigerada à água. Além disso, a tocha pode ser utilizada em qualquer fonte de soldagem de qualquer fabricante, sendo a máquina nova ou muito antiga, uma vez que o padrão euro (tomada) é o mesmo. Isso implica a não necessidade de aquisição de uma nova máquina de solda, mas de apenas uma tocha. Em ambientes de construção e montagem, tais como, solda de risers, refinarias, solda de união, revestimento, e processos que visam a construir uma peça utilizando apenas um consumível de solda, o uso da referida tocha acarretaria um saldo significativo em termos de redução de tempo e custo. Essa tocha pode ser usada também em qualquer dispositivo de solda (...).

Description

Campo da Invenção

[0001] A invenção corrente apresenta uma tocha de soldagem aplicável a qualquer fonte de soldagem nos processos GMAW, FCAW e MCAW. A tocha de soldagem proposta pode ser utilizada em qualquer máquina de qualquer fabricante, nova ou antiga. A capacidade de intercambialidade se dá pelo padrão euro (tomada) ser o mesmo entre as fontes, mesmo estas sendo novas ou antigas.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] Soldagem por arco elétrico com gás de proteção, GMAW (Gas Metal Arc Welding), é um processo de soldagem entre a peça e o consumível em forma de arame fornecido por um alimentador contínuo, realizando uma união de materiais metálicos pelo aquecimento e fusão. O arco elétrico funde de forma contínua o arame à medida que é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera por um fluxo de gás, ou mistura de gases, inerte (MIG) ou ativo (MAG).

[0003] No processo FCAW (Flux Cored Arc Welding), o arame utilizado na soldagem é tubular, sendo seu interior preenchido por um fluxo composto por pós não metálicos, o que garante a este processo características especiais. Já o MCAW (Metal Cored Arc Welding) possui em seu interior um fluxo composto por pós metálicos, proporcionando assim alta eficiência de deposição.

[0004] Há uma extrema dificuldade em utilizar a técnica da soldagem com arco elétrico nos risers (tubulações rígidas ou flexíveis normalmente usadas na indústria de petróleo) com chanfros retos ou compostos aplicando-se os processos de arco elétrico convencionais.

[0005] Os risers correspondem a trechos suspensos das tubulações que interligam as linhas de produção submarinas. Essas tubulações também podem ser utilizadas para conduzir fluidos da superfície de uma plataforma até um sistema submarino, sendo denominados nesse caso risers de injeção, exportação, ou até mesmo de perfuração.

[0006] Os risers são submetidos a processos de soldagem para que, dessa forma, os trechos condutores sejam estabelecidos. Porém, antes da soldagem, têm-se as etapas de usinagem e alinhamento; em especial a usinagem, a qual irá dar a forma do chanfro, operação esta que consome um tempo considerável. Além do tempo para a usinagem de um chanfro, existe o consumo do metal de adição. Esse consumo é otimizado quando se tem um chanfro reto ou composto.

[0007] A tocha com consumível rotativo, a ser descrita nesta invenção, proporciona a redução do ângulo do chanfro. Assim, são obtidos um menor consumo de metal de adição e um menor tempo de soldagem, resultando na redução no tempo total de fabricação da junta dos risers.

[0008] Os dispositivos apresentados nos documentos US2572084, US3396263 e US2015019081978 possuem fatores limitantes, quer seja o peso excessivo para uso manual, quer seja limitação do tempo de uso. Já os documentos US20180345402 e CN104384685B diferem da proposta da invenção por apresentarem movimentos do eletrodo de maneira vibratória ou com o auxílio de um motor elétrico em seu movimento rotativo.

[0009] Todos os documentos do estado da técnica citados acima não possuem as características únicas desta invenção, as quais serão apresentadas detalhadamente a seguir.

Descrição Resumida da Invenção

[0010] A presente invenção usa o princípio da turbina pneumática e um sistema de refrigeração para toda a tocha de soldagem, no qual o gás utilizado no processo de solda, ou até mesmo o ar comprimido, entram por um condutor no sentido axial ao consumível movendo, dessa forma, uma turbina, que por sua vez move os componentes denominados bico e porta-bico.

[0011] A tocha de soldagem proposta pode ser utilizada em períodos prolongados de tempo com ciclo de 100% em máquinas de solda classe I NEMA, uma vez que é refrigerada à água, pode ser usada para soldagem em chanfros retos ou quase retos (compostos), dispensando-se a usinagem ou reduzindo bastante esta operação; ou ainda, em processos de manufatura aditiva. Além disso, a tocha pode ser utilizada em qualquer fonte de solda de qualquer fabricante, sendo a máquina nova ou muito antiga, uma vez que o padrão euro (tomada) é o mesmo. Isso implica a não necessidade de aquisição de uma nova máquina de solda, mas de apenas uma tocha.

Breve Descrição dos Desenhos

[0012] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização desta. Nos desenhos, têm-se: - A Figura 1 ilustra em vista explodida a tocha de soldagem; - A Figura 2 ilustra uma vista lateral da tocha de soldagem; - A Figura 3 ilustra uma vista da tocha de soldagem.

Descrição Detalhada da Invenção

[0013] A utilização da tocha de soldagem com arco rotativo, proposta na presente invenção, é capaz de funcionar tanto em uma máquina de solda GMAW fabricada, por exemplo, em 1970, como numa máquina fabricada em 2018, graças ao sistema padrão euroconector (norma IEC 60974-7). A tocha de soldagem aqui descrita pode ser utilizada, por exemplo, nos seguintes casos: - em períodos prolongados de tempo com ciclo de 100%, em máquinas de solda classe I NEMA, uma vez que a tocha é refrigerada à água; - em chanfros retos ou quase retos (compostos), podendo-se dispensar a usinagem ou se reduzir bastante essa operação, fator tal que impacta contundentemente na redução do custo e no tempo total de fabricação, reduzindo também o consumo do metal de adição; - em processos de manufatura aditiva; - o processo de soldagem pode ser semiautomático ou automático, ou ainda, mecanizado.

[0014] O custo estimado com uso da tocha de soldagem aqui proposta é em torno de 10 vezes menor do que o de determinados modelos no mercado. A utilização da referida tocha é, também, capaz de reduzir o consumo do metal de adição, além de diminuir o tempo de usinagem, reduzindo dessa forma o custo e o tempo total de fabricação.

[0015] A tocha desta invenção possui ainda a capacidade de ser utilizada em qualquer fonte de soldagem.

[0016] É capaz de aumentar a taxa de deposição em kg/h de metal de adição, resultando no aumento da quantidade de juntas soldadas por hora, por exemplo.

[0017] Utiliza o princípio da turbina pneumática, criando uma órbita definida mediante um mecanismo de rotação excêntrico, composto por um anel de ajuste de diâmetro e por um eixo de excentricidade, rotacionando, consequentemente, o arame consumível.

[0018] Também possui um sistema de refrigeração para toda a tocha de soldagem, no qual o gás utilizado no processo de soldagem, ou até mesmo o ar comprimido, entram por um condutor no sentido axial ao consumível movendo, dessa forma, uma turbina, que por sua vez move um bico e um porta-bico.

[0019] A tocha de soldagem com arco rotativo aqui proposta possui uma turbina que ocasiona uma órbita no arame consumível (metal de adição). Um elemento difusor se encaixa num componente tipo pescoço, um bico se encaixa no difusor, e um bocal funciona como um elemento de acondicionamento do fluxo de gás.

[0020] Conforme ilustrado na Figura 1, a tocha de soldagem (100) compreende, assim, um corpo de resfriamento (1) - tem como função controlar o aquecimento da tocha em alta amperagem, uma luva de acoplamento sede de rolamento (2) - aloja o rolamento que permite que o eixo se desloque do centro, um anel de ajuste de diâmetro (3) - permite que se consiga deslocar o eixo central para ajustar o diâmetro de giro do arame, uma luva de excentricidade (4) - tem como função o balanceamento do sistema, um anel espaçador (5) - tem a função de isolar e fazer acabamento entre os itens 2 e 3, um bico de contato (6) - item comercial que varia de acordo com o diâmetro do arame e tem a função de conduzir a corrente até o consumível em formato de arame, que pode ser maciço ou tubular, um bocal (7) - item comercial que protege a saída de gás até o bico de contato, uma capa do rolamento (8) - proteção para o rolamento, uma conexão de entrada de corrente (9) - base com rosca para acoplar cabo de corrente elétrica usada no processo de soldagem, um eixo de excentricidade (10) - eixo central com a função de deslocar de centro e conduzir o arame consumível e o gás para soldagem, um rotor da turbina pneumática (11) - rotor com palhetas para giro da tocha, uma luva de isolamento de corrente (12) - luva de polímero com a função de isolar a corrente de soldagem, dois rolamentos rígidos (13) - componente comercial do tipo rolamento, dois rolamentos (14) - componente comercial do tipo rolamento, um corpo de proteção externo (15) - acabamento externo da tocha, um terminal de passagem de corrente (16) - conexão para prensagem de cabo de corrente de soldagem, uma tampa da refrigeração (17) - tampa dos condutores de passagem de água, e uma luva de prensagem (18) - luva para prensagem do cabo de corrente.

Claims (7)

1- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), caracterizada por compreender um corpo de resfriamento (1), uma luva de acoplamento sede de rolamento (2), um anel de ajuste de diâmetro (3), uma luva de excentricidade (4), um anel espaçador (5), um bico de contato (6), um bocal (7), uma capa do rolamento (8), uma conexão de entrada de corrente (9), um eixo de excentricidade (10), um rotor da turbina pneumática (11), uma luva de isolamento de corrente (12), dois rolamentos rígidos (13), dois rolamentos (14), um corpo de proteção externo (15), um terminal de passagem de corrente (16), uma tampa da refrigeração (17), e uma luva de prensagem (18).

2- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o difusor se encaixa no pescoço (10), o bico se encaixa no difusor (6), o difusor fazendo parte do item (10), sendo orifícios laterais, e o bocal funciona como um elemento de acondicionamento do fluxo de gás.

3- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o princípio da turbina pneumática (11) cria uma órbita definida por um ajuste mecânico no eixo, mediante um mecanismo de rotação excêntrico, composto pelo anel de ajuste de diâmetro (3) e pelo eixo de excentricidade (10), rotacionando, consequentemente, o arame consumível.

4- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por rotacionar o arame consumível.

5- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o corpo de resfriamento (1) passa o gás utilizado no processo de soldagem, ou até mesmo o ar comprimido, por um condutor no sentido axial ao consumível, movendo a turbina (11), que por sua vez move o bico (6) e porta-bico (10).

6- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser refrigerada à água.

7- TOCHA DE SOLDAGEM COM ARCO ROTATIVO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui capacidade de intercambialidade entre fontes antigas e novas.