Projeto e caracterização de um protótipo de máquina automatizada para a soldagem TIG de reservatórios de sistemas de aquecimento solar

dc.contributor.advisor-co1Santos, Rafael Formenton Macedo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4633070062558887
dc.contributor.advisor1Araujo, Luis Antonio Oliveira
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3639906702064630
dc.contributor.authorPrado, Thiago Moraes
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7855774078844224
dc.contributor.refereeSilva, Rodrigo da
dc.contributor.refereeLovo, João Fiore Parreira
dc.contributor.refereeAraujo, Luis Antonio Oliveira
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3763016865133213
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/1949993771432064
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3639906702064630
dc.date.accessioned2026-08-25T18:57:07Z
dc.date.issued2025-10-23
dc.description.abstractProcess automation is an activity with significant potential for economic growth through improvements in repeatability, increased productivity, among other factors. In the Brazilian context, there are numerous companies with a high potential for automation. This work presented the development of the EMBRAPII–UFSCar – Materials project, No. 23112.014919/2020-71, which aimed at the design and construction of an automated machine prototype for TIG (Tungsten Inert Gas) welding of tanks used in solar water heating systems. The prototype validation was carried out through the characterization of the results obtained from the automated welding operation. During the project development, a mechatronic product development strategy was adopted, combining the principles of the VDI 2206 standard with product development models described in national references, such as Back (1983) and Rozenfeld et al. (2006). This strategy was structured into iterative cycles in an attempt to achieve optimal technical solutions. The prototype was designed to have four degrees of freedom, driven by servomotors, with the capability to weld tanks up to 3 m in length and 1 m in diameter. To ensure that the TIG torch maintained the appropriate welding distance, considering the irregularities caused by the radial runout of the tank, an optical sensor integrated with the torch positioning system was employed. The technical validation of the prototype was performed through mechanical and metallographic tests, focusing on the characterization of the quality of welded joints in comparison with manual and automated welding processes. This study not only incorporated data from Coroa (2023) and Cherubim (2024) regarding metallographic analyses of manual and automated welds, but also complemented these results through imaging and surface microhardness studies. The results indicated the presence of equiaxed and homogeneous microstructures in both the base material and the automated welds, favoring isotropic behavior and tensile strength. In contrast, oriented columnar (or dendritic) microstructures, typical of manual welding, were identified, exhibiting higher local hardness but lower overall mechanical performance due to anisotropy and stress concentration in interdendritic regions. It was concluded that the main objective was achieved, since the conceptual design development and the construction of an automated prototype machine for TIG welding of tanks used in solar water heating systems were successfully carried out.eng
dc.description.resumoA automatização de processos é uma atividade que tem potencial de crescimento econômico por meio de melhorias em repetibilidade e aumento de produtividade. No contexto brasileiro, existem inúmeras empresas com grande potencial de automatização. Este trabalho apresenta o desenvolvimento do projeto EMBRAPII - UFSCar - Materiais, nº 23112.014919/2020-71, que teve como objetivo o projeto e construção de um protótipo de máquina automatizada para a soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) de reservatórios, utilizados em sistemas de aquecimento solar. A validação do protótipo ocorreu por meio da caracterização dos resultados da operação de soldagem automatizada. Durante o projeto, foi adotada uma estratégia de desenvolvimento de produtos mecatrônicos, que mescla os preceitos da norma VDI2206 e modelos de desenvolvimento de produtos descritos por referências nacionais, como Back (1983) e Rozenfeld, et al. (2006). A estratégia foi estruturada em ciclos iterativos, na tentativa de alcançar as melhores soluções. O protótipo foi idealizado de forma que tivesse quatro graus de liberdade, acionados por servomotores, com capacidade para soldagem de reservatórios de até 3 m de comprimento, e 1 m de diâmetro. Para garantir que a tocha TIG mantivesse a distância adequada de soldagem, considerando as irregularidades do batimento radial do reservatório, foi utilizado um sensor óptico integrado com o posicionamento da tocha. A validação técnica do protótipo ocorreu por meio de ensaios mecânicos e metalográficos, com foco na caracterização da qualidade das juntas soldadas comparativamente ao processo manual e automatizado. Este estudo trouxe, não apenas, os dados de Coroa (2023) e Cherubim (2024) sobre os ensaios metalográficos da solda manual e automatizada, como também complementa os resultados por meio de imagens e estudos de microdureza superficial. Os estudos indicam a presença de microestruturas equiaxiais e homogêneas, tanto para o material de base como para a solda automatizada, favorecendo o comportamento isotrópico e a resistência à tração. Em contraste, foram encontradas microestruturas colunares (ou dendríticas) orientadas, típicas da solda manual, apresentando maior dureza local, porém menor desempenho mecânico global, devido à anisotropia e à concentração de tensões em regiões interdendríticas. Conclui-se que o objetivo principal foi alcançado, uma vez que foram realizados o desenvolvimento do projeto conceitual e a construção de uma máquina protótipo automatizada para a soldagem TIG de reservatórios de sistema de aquecimento solar.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationPRADO, Thiago Moraes. Projeto e caracterização de um protótipo de máquina automatizada para a soldagem TIG de reservatórios de sistemas de aquecimento solar. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24580.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24580
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMec
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectProjeto mecatrônicopor
dc.subjectAços inoxidáviespor
dc.subjectReservatório de águapor
dc.subjectTIGpor
dc.subjectMechatronic designeng
dc.subjectStainless steeleng
dc.subjectWater tankeng
dc.subjectTIG weldingeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
dc.subject.cnpqENGENHARIAS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleProjeto e caracterização de um protótipo de máquina automatizada para a soldagem TIG de reservatórios de sistemas de aquecimento solarpor
dc.title.alternativeDesign and characterization of a prototype automated machine for TIG welding of solar heating system tankseng
dc.typeDissertação

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