BR202016018807U2 - Sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem - Google Patents

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Abstract

resumo sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem é descrita um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem, objeto do presente modelo de utilidade, tem como objetivo resolver os inconvenientes descritos no estado da técnica através de um sistema economizador de gás de soldagem mig/mag/tig que verifica através de um sensor de corrente (shunt) (30) a corrente que está sendo utilizada, enviando este dado para um sistema de processamento por software (microcontrolador) (20) que posteriormente realiza a liberação de gás através de uma válvula de atuação linear (23) conforme a corrente de soldagem que está sendo medida, sendo que a confirmação da vazão de saída é realizada por um sensor de vazão, a fim de garantir a vazão precisa.

Description

(54) Título: SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM (51) Int. Cl.: B23K 9/095; G05D 7/06 (52) CPC: B23K 9/0956,G05D 7/0617 (73) Titular(es): POWERMIG AUTOMAÇÃO E SOLDAGEM LTDA (72) Inventor(es): JUAREZ FOCHESATTO (74) Procurador(es): SKO OYARZÁBAL MARCAS E PATENTES SOCIEDADE SIMPLES LTDA.
(57) Resumo: RESUMO SISTEMA
REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM É descrita um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem, objeto do presente modelo de utilidade, tem como objetivo resolver os inconvenientes descritos no estado da técnica através de um sistema economizador de gás de soldagem MIG/MAG/TIG que verifica através de um sensor de corrente (Shunt) (30) a corrente que está sendo utilizada, enviando este dado para um sistema de processamento por software (microcontrolador) (20) que posteriormente realiza a liberação de gás através de uma válvula de atuação linear (23) conforme a corrente de soldagem que está sendo medida, sendo que a confirmação da vazão de saída é realizada por um sensor de vazão, a fim de garantir a vazão precisa.
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SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM [01] O presente modelo de utilidade descreve um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem. Mais especificamente compreende um sistema economizador de gás de soldagem MIG/MAG/TIG que verifica através de um sensor de corrente (Shunt) a corrente que está sendo utilizada, enviando este dado para um sistema de processamento por software que posteriormente realiza a liberação do gás conforme a corrente de soldagem que está sendo medida, sendo que a confirmação da vazão de saída é realizada por um sensor de vazão, a fim de garantir a vazão precisa.
[02] Os gases de proteção utilizados nos processo de soldagem têm como função primordial a proteção da poça de fusão, expulsando os gases atmosféricos da região da solda, principalmente Oxigênio, Nitrogênio e Hidrogênio, que são gases prejudiciais ao processo de soldagem. Além disso, os gases de proteção, ainda possuem funções relacionadas à soldabilidade, penetração e pequena participação na composição química da poça de fusão, quando gases ativos são empregados na soldagem.
[03] Os gases de proteção podem ser de origem atômica como o Argônio e o Hélio, ou moleculares como o Co2. Eles ainda se dividem quanto à composição, que pode ser simples contendo apenas um tipo de gás, ou podem ser compostos por misturas, possuindo dois ou mais tipos de gases em sua composição.
[04] O gás de proteção é injetado durante toda a soldagem, numa vazão pré-regulada, através do bocal da pistola ou tocha de solda. O escoamento do gás de proteção é regulado pelo fluxômetro e pelo
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2/11 regulador-redutor de pressão. Estes possibilitam fornecimento constante de gás para o bico da pistola a uma vazão pré-ajustada.
[05] No processo de soldagem com gás de proteção é necessário verificar a regulagem ideal de saída do gás para uma solda confiável, sendo importante verificar o excesso de gás e/ou a ausência, pois estes fatores podem comprometer a qualidade de fusão dos metais. Além disso, torna-se necessário controlar e regular o fluxo dos gases de proteção com objetivo de reduzir os custos nos processos de soldagem.
[06] Os processos de soldagem são extremamente desperdiçadores no que diz respeito à definição das taxas de fluxo de gás de proteção. O custo de gás de proteção é um dos elementos mais caros em qualquer processo de soldagem, sendo difícil para os soldadores definirem fluxos mais elevados do que os necessários ou recomendados. A maioria dos fabricantes de equipamentos oferecem aparelhos ou acessórios de controle de fluxo que permitem definir um limite máximo para que as taxas de fluxo excessivas não possam ser utilizadas.
[07] A maioria dos equipamentos de controle de fluxo utilizada com gases de proteção, tanto de um cilindro como de um sistema a granel, é projetada para operar a uma pressão de entrada nominal entre cerca de 20 e 30 PSIG. As aplicações que utilizam dióxido de carbono puro podem operar a pressões de até 50 PSIG. Isto significa que, sempre que a tocha de solda é ativada, existe uma pressão inicial de 20 a 30 ou 50 PSIG no bocal de soldagem, esta alta pressão estática faz com que saia uma grande quantidade de gás pelo bocal quando o gatilho da tocha é acionado.
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3/11 [08] Para ter uma ideia mais quantitativa, observe o seguinte: 1) o processo de soldagem requer 35 SCFH de argônio, 2) o fluxômetro instalado e conectado à máquina de soldagem tem uma pressão de calibragem de 20 PSIG. Através de um difusor de gás normal, com estas definições, as taxas de fluxo inicial podem facilmente atingir ou até exceder os 180 SCFH de argônio. Embora a taxa de fluxo baixe rapidamente dado que a pressão de linha decai devido às condições atmosféricas, isto ainda representa uma taxa de fluxo 5 vezes superior àquela necessária para o processo de soldagem. Isto acontece sempre que se aciona o gatilho. Em algumas aplicações o gatilho é acionado 200 a 300 vezes por hora, aumentando exponencialmente a quantidade de gás desperdiçado.
[09] Neste sentido, o estado da técnica apresenta diversos equipamentos de controle de fluxo de gás de proteção aplicado em processos de soldagem que tem como objetivo controlar e regular este desperdício, onde podemos destacar o seguinte documento:
[010] O documento de patente W02009031902 descreve um controlador de fluxo de gás de blindagem para um aparelho de soldagem a arco elétrico para inserção em uma linha de suprimento de gás de blindagem entre uma fonte de gás de blindagem e uma válvula de gás de blindagem do aparelho de soldagem a arco elétrico, o controlador de fluxo tendo uma entrada de gás de blindagem e uma saída de gás de blindagem, uma válvula de gás controlável conectada entre a entrada e a saída de gás de blindagem, e tendo uma entrada de controle, e um meio controlador tendo uma primeira entrada para receber um sinal de soldagem representando uma corrente de solda a arco elétrico do aparelho de soldagem durante uma operação de soldagem e um meio de controle de ajuste de fluxo de gás adaptado
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4/11 para gerar uma saída de ajuste de fluxo de função do sinal de soldagem e representado um fluxo de gás de blindagem desejado. O controlador de fluxo de gás de blindagem compreende adicionalmente um sensor de pressão de entrada conectado à entrada de gás de blindagem e arranjado para prover uma medição de pressão de entrada do gás de blindagem para uma segunda entrada do meio controlador, e um sensor de pressão de saída conectado à saída do gás de blindagem e arranjado para prover uma medição de pressão de saída para uma terceira entrada do meio controlador.
[011] Este documento citado descreve principalmente um equipamento controlador do fluxo de gás de proteção que apresenta um método de atuação com válvula solenoide PWM. Já o equipamento proposto no presente pedido de modelo de utilidade, apresenta um aperfeiçoamento construtivo e funcional perante os produtos do estado da técnica, devido ao sistema descrever a utilização de uma válvula de atuação linear que garante mais eficiência ao processo, um relé de informação de erro integrado ao sistema de controle e um display de verificação on-line da quantidade de gás constante no fluxo de passagem, sendo o equipamento gerenciando por um software (microcontrolador) que permite controlar e monitorar a quantidade de gás acumulada, o erro que está sendo verificado e permitir selecionar a troca de faixa de vazão de gás, além de ter em seus ajustes a configuração de parâmetros de pré-vazão de gás e pós-vazão de gás a fim de garantir a maior qualidade no processo de soldagem.
[012] Desta forma, o sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem, objeto do presente modelo de utilidade, compreende um sistema economizador de gás
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5/11 de soldagem MIG/MAG/TIG que verifica através de um sensor de corrente (Shunt) a corrente que está sendo utilizada, enviando este dado para um sistema de processamento por software (microcontrolador) que posteriormente realiza a liberação de gás conforme a corrente de soldagem que está sendo medida.
[013] Tais características promovem maior controle e economia nos processos de soldagem, quando comparados com os reguladores de fluxo do estado da técnica.
[014] É característica do modelo de utilidade um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem que provê um sistema de processamento por software que permite maior controle e regulagem no processo de soldagem.
[015] É característica do modelo de utilidade um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem que provê uma economia entre 15% a 60% no consumo de gás.
[016] É característica do modelo de utilidade um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem que provê um sensor de corrente (shunt) que verifica a corrente que esta sendo utilizada.
[017] É característica do modelo de utilidade um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem que provê uma válvula de atuação linear que garante maior eficiência ao processo.
[018] É característica do modelo de utilidade um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem que permite a correção da quantidade de gás a ser liberada
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6/11 é realizada de forma on-line, ou seja, a corrente é quem determina a quantidade de gás que será liberada.
[019] É característica do modelo de utilidade um sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem que provê um display de verificação on-line da quantidade de gás constante no fluxo de passagem, sendo o equipamento gerenciando por um software que permite controlar e monitorar a quantidade de gás acumulada, o erro que está sendo verificado e permitir selecionar a troca de faixa de vazão de gás.
[020] A fim de melhor descrever as características técnicas do sistema regulador eletrônico de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem, são apresentadas as figuras a seguir relacionadas:
[021] A figura 1 apresenta a vista frontal do equipamento regulador eletrônico de fluxo de gás.
[022] A figura 2 apresenta a vista posterior do equipamento regulador eletrônico de fluxo de gás sem a tampa traseira, detalhando os componentes internos.
[023] A figura 3 apresenta o fluxograma de funcionamento do equipamento regulador eletrônico de fluxo de gás.
[024] A figura 4 apresenta o fluxograma de funcionamento do equipamento regulador eletrônico de fluxo de gás em modo ligado (on-line).
[025] A figura 5 apresenta o fluxograma de funcionamento do equipamento regulador eletrônico de fluxo de gás em modo desligado (off-line).
[026] O sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem, objeto do presente modelo de utilidade, compreende um sistema economizador de gás de
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7/11 soldagem MIG/MAG/TIG interligado na linha de alimentação entre o gás e o equipamento de soldagem, apresentando uma estrutura base (10) dotada por um display numérico (11) de verificação on-line e offline da quantidade de gás que está passando no exato momento e por conexões de entrada (12) e saída (13) do gás, de modo a permitir o controle da quantidade de gás que será liberada ou que esta sendo direcionado para o equipamento de soldagem.
[027] Na porção interna da estrutura (10) é disposta uma placa microcontroladora (20) que realiza a leitura e identificação da conexão reta (21), do sensor medidor de vazão (22) e sensor externo de medição da corrente (30), de forma a determinar a quantidade de gás que deverá ser liberado pela a válvula de atuação linear (23) disposta junto à conexão de saída (13).
[028] O microcontrolador (20) é dotado por um software especifico que realiza as leituras de entrada e saída do gás, de modo on-line ou offline. Permitindo analisar a quantidade de gás que esta entrando no equipamento e comparando com os valores de corrente e vazão, de modo a encaminhar estas informações para a válvula de atuação linear (23) que promove a liberação do gás quando o equipamento estiver on-line.
[029] A placa microcontroladora (20) descreve um relé (24) de informação de erro e bloqueio do equipamento quando existe uma falta ou falha de gás, vazamento ou baixa pressão, ocasionando a parada imediata do equipamento. Garantindo maior segurança e evitando o mau funcionamento.
[030] A conexão de entrada (12) direciona o gás ao sensor medidor de vazão (22) e através de uma conexão reta (21) direciona o gás ao microcontrolador (20), permitindo que o microcontrolador (20) realize a
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8/11 leitura da quantidade de gás que esta entrando no equipamento, tanto no modo on-line ou off-line.
[031] O sensor medidor de vazão (22) e a conexão reta (21) permitem que o microcontrolador (20) identifique de forma precisa à quantidade de gás que esta entrando no equipamento, demonstrando estas informações ao usuário através do display numérico (11) que apresenta as informações tanto no modo on-line como no modo offline.
[032] A conexão de saída (13) é controlada por uma válvula de atuação linear (23) que promove a liberação do gás de acordo com as informações emitidas pelo microcontrolador (20), dito microcontrolador (20) que realiza um calculo da vazão, através dos parâmetros recebidos pelo sensor de vazão (22) e conexão reta (21), em comparação com o calculo de corrente emitido ao microcontrolador (20) através do sensor de corrente (shunt).
[033] O sensor de corrente (shunt) (30) é disposto junto à saída de corrente do equipamento de soldagem, sendo interligado ao microcontrolador (20) junto à porta de contato (14), permitindo que o microcontrolador (20) receba as informações de corrente do equipamento de soldagem e realize os cálculos necessários (vazão x corrente) para determinar a quantidade de gás a ser liberada para o processo de soldagem.
[034] O software interligado ao microcontrolador (20) compara os valores de leitura do sensor de corrente (30) com os valores da tabela de vazões, enviando a informação para a válvula linear (23), informando a quantidade de gás que dever ser liberada para o sistema.
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9/11 [035] Os cálculos comparativos realizados pelo sistema são predeterminados no momento da descrição lógica de funcionamento do software junto ao microcontrolador (20).
[036] A válvula de atuação linear (23) atua conforme leitura realizada da quantidade através de um sensor de corrente (30), e de um sensor de passagem de gás que circula por ele informando esta corrente e a vazão atual ao microcontrolador (23). Caso haja variação, de corrente ou pressão, o acionamento de abertura da válvula é ajustado para fazer com que a abertura da válvula (23) se mantenha estável, aumentando ou reduzindo a atuação de abertura e fechamento linear de acionamento. A correção da quantidade de gás a ser liberada é realizada de forma on-line, ou seja, a corrente é quem determina a quantidade de gás que será liberada com base nos dados adquiridos, bem como a variação de vazão.
[037] A válvula de atuação linear (23) permite compensar o fluxo de gás em tempo real conforme as variações de corrente da máquina de soldagem ou alteração de vazão.
[038] Para aplicações severas onde existam excesso de sujeira, óleo na peça a ser soldada, ou mesmo em ambientes com muito vento foi criada uma faixa de regulagem onde existe o possível incremento ou redução do percentual de gás a ser liberado baseado em sua corrente.
[039] Por exemplo, utilizando na faixa (escala) 01 com uma corrente de 200A a liberação de gás seria de 6l/min. Para a utilização dos mesmos parâmetros, porém na faixa (escala) 05 a liberação de gás passa a ser de 141/min. Estas faixas de regulagem são descritas junto a Fig. 6.
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10/11 [040] O sistema permite a alteração das faixas de regulagem e controle da quantidade de gás a ser liberado somente no modo online, através da porta de alimentação (15) que permite conectar o equipamento eletrônico junto a rede elétrica, trabalhando com uma voltagem de 110v ou 220v.
[041] No modo off-line o equipamento esta desligado e não possibilita utilizar as faixas de regulagem e de gerenciamento do sistema de vazão do gás, porém informa através do display numérico (11) a quantidade de gás que está sendo direcionada para o equipamento de soldagem. Isto quer dizer, que mesmo com o equipamento desligado, o microcontrolador (20) realiza a identificação do gás de entrada através do sensor medidor de vazão (22) e conexão reta (21).
[042] As leituras realizadas com o equipamento em modo off-line (desligado) ficam armazenadas junto ao microcontrolador (20) e, quando o equipamento for ligado (modo on-line), realiza o controle de quanto foi a economia gerada no período.
[043] Portanto, a utilização do equipamento no modo off-line ou online possibilita maior controle de gerenciamento do fluxo de gás utilizado nos processo de soldagem, além de permitir a identificação de erros por falta de gás, vazamento ou baixa pressão.
[044] Desta forma, o sistema regulador eletrônico de fluxo de gás de proteção aplicado em equipamentos de soldagem, objeto do presente modelo de utilidade, tem como objetivo resolver os inconvenientes identificados no estado da técnica, através de um sistema economizador de gás de soldagem MIG/MAG/TIG que verifica através de um sensor de corrente (Shunt) (30) a corrente que está sendo utilizada, e o sensor de fluxo de gás (22), enviando este dado para um sistema de processamento por software que posteriormente realiza a
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11/11 liberação do gás conforme a corrente de soldagem que está sendo medida.
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Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÃO:
    1. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM descreve um sistema economizador de gás de soldagem interligado na linha de alimentação entre o gás e o equipamento de soldagem, apresentando uma estrutura base (10) dotada por conexões de entrada (12) e saída (13) do gás, caracterizado por uma placa microcontroladora (20) dotada por um software especifico que realiza as leituras de entrada e saída do gás, de modo on-line ou off-line, analisando a quantidade de gás que esta entrando no equipamento e comparando com os valores de corrente e vazão; a conexão de entrada (12) direciona o gás ao sensor medidor de vazão (22) e através de uma conexão reta (21) direciona o gás ao microcontrolador (20), identificando à quantidade de gás que esta entrando no equipamento, demonstrando estas informações ao usuário através do display numérico (11) que apresenta as informações tanto no modo online como no modo off-line; a conexão de saída (13) é controlada por uma válvula de atuação linear (23) que promove a liberação do gás de acordo com as informações emitidas pelo microcontrolador (20), dito microcontrolador (20) que realiza um calculo da vazão, através dos parâmetros recebidos pelo sensor de vazão (22) e conexão reta (21), em comparação com o calculo de corrente emitido ao microcontrolador (20) através do sensor de corrente externo (30) interligado ao microcontrolador (20) junto à porta de contato (14); o software interligado ao microcontrolador (20) compara os valores de leitura do sensor de corrente (30) com os valores da tabela de vazões, enviando a informação para
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  2. 2/4 a válvula linear (23), informando a quantidade de gás que dever ser liberada para o sistema; a válvula de atuação linear (23) permite compensar o fluxo de gás em tempo real conforme as variações de corrente da máquina de soldagem ou alteração de pressão; no modo off-line o equipamento esta desligado e não possibilita utilizar as faixas de regulagem e de gerenciamento do sistema de vazão do gás, porém informa através do display numérico (11) a quantidade de gás que está sendo direcionada para o equipamento de soldagem, isto quer dizer, que mesmo com o equipamento desligado, o microcontrolador (20) realiza a identificação do gás de entrada através do sensor medidor de vazão (22) e conexão reta (21).
    2. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela placa microcontroladora (20) descrever um relé (24) de informação de erro e bloqueio do equipamento quando existe uma falta ou falha de gás, vazamento ou baixa pressão, ocasionando a parada imediata do equipamento.
  3. 3. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sensor de corrente (30) ser disposto junto à saída de corrente do equipamento de soldagem, permitindo que o microcontrolador (20) receba as informações de corrente do equipamento de soldagem e realize os cálculos necessários (vazão x corrente) para determinar a quantidade de gás a ser liberada para o processo de soldagem.
    Petição 870160044014, de 16/08/2016, pág. 17/30
    3/4
  4. 4. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo microcontrolador (20) controlar a variação de corrente ou pressão, de modo ajustar o acionamento de abertura da válvula para fazer com que a abertura da válvula (23) se mantenha estável aumentando ou reduzindo a atuação de abertura e fechamento linear de acionamento, sendo que a correção da quantidade de gás a ser liberada é realizada de forma on-line, ou seja, a corrente é quem determina a quantidade de gás que será liberada com base nos dados adquiridos, bem como a variação de pressão.
  5. 5. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos cálculos comparativos realizados pelo sistema serem pré-determinados no momento da descrição lógica de funcionamento do software junto ao microcontrolador (20).
  6. 6. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo equipamento através da porta de alimentação (15) ser conectado junto a rede elétrica, trabalhando com uma voltagem de 110v ou 220v.
  7. 7. SISTEMA REGULADOR ELETRÔNICO DE FLUXO DE GÁS DE PROTEÇÃO APLICADO EM EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo
    Petição 870160044014, de 16/08/2016, pág. 18/30
    4/4 microcontrolador (20) realize a leitura da quantidade de gás que esta entrando no equipamento, tanto no modo on-line ou off-line.
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