Nesta unidade temática, você vai aprender

• Aprender como funciona a soldagem  Metal Inerte Gás;

• Aprender como funciona a soldagem Metal Ativo Gás;

• Aprender como funciona a soldagem Tungstênio Inerte Gás.

Processos a Arco Metálico com Atmosfera Gasosa, denominado por SAMG ou MIG/MAG

Soldagem a Arco Metálico com Atmosfera Gasosa (SAMG) é um processo a arco elétrico que usa um arco entre um eletrodo metálico consumível e contínuo e a poça de fusão, usando uma atmosfera gasosa controlada, como ilustrado esquematicamente na Figura 1:

Uma coisa importante em todos os processos de soldagem é a proteção do metal líquido, metal em transferência e do metal aquecido na hora da soldagem. No caso dos eletrodos revestidos, a proteção é feita pelos gases gerados pelo revestimento do eletrodo. No processo Mig Mag, essa proteção é realizada por um sistema que injeta o gás sobre o metal líquido e sobre o metal quente e suas adjacências, separando o metal em soldagem dos gases nocivos da atmosfera.

A finalidade principal do gás é proteger a solda da contaminação atmosférica, que é o caso do uso de gases inertes, como o Ar, He ou mistura de Ar + He, neste caso denominado de processo com gás inerte ou MIG. O gás utilizado pode ser ativo como CO2, CO2 + O2, Ar + CO2, Ar + O2, Ar + N2; nesses casos, o processo é denominado processo com gás ativo ou MAG, que significa que o gás tem a capacidade de oxidar o metal durante a soldagem. A oxidação de um filme da superfície da poça de fusão da solda traz como benefício estabilidade do arco e da transferência do metal por melhorar a emissão de elétrons quando a polaridade é reversa; para a eliminação dos óxidos, a fim de não gerarem inclusões, são adicionados elementos desoxidantes como o Mn.

A Figura 2 mostra o perfil do cordão de solda característico para diversos gases e misturas. Entretanto, deve ser observado que o perfil do cordão de solda também pode ser alterado por mudanças nos parâmetros de soldagem.

A Tabela 1 apresenta os principais gases e misturas, respectivo comportamento químico e aplicações na soldagem SAMG. 

A Figura 3 mostra um equipamento de soldagem a arco com vários gases disponíveis para o operador utilizar em cada aplicação e necessidade de soldagem específica. 

No interior da unidade de potência encontra-se o carretel com o arame consumível, que sai pelo condutor até a tocha. A fonte de energia pode ser um gerador, um retificador ou uma fonte chaveada. O potencial geralmente é constante e a corrente contínua. Alguns equipamentos mais sofisticados possuem opções de inversão de corrente, e geração de pulsos. A Figura 4 mostra o equipamento de soldagem mig/mag mostrando o tubo de gás, válvulas reguladoras e unidade de potência.

O gerador de pulso com controles eletrônicos e programáveis e junto a tocha são bem modernos. Os equipamentos mais modernos existentes hoje são sistemas eletrônicos que são ditos inteligentes, pois aprendem com o melhor soldador da empresa. Eles aprendem as peças a serem soldadas e fazem as correções nos parâmetros para compensar algum eventual erro de procedimento do soldador, como distância entre a peça e a tocha, por exemplo, fazendo um ajuste na tensão e corrente instantaneamente.

A tocha é a parte do equipamento que fica na mão do operador e que possui um botão acionador que liga a energia de fazer sair o eletrodo. A Figura 5 mostra uma tocha ligada a um braço robótico. Esse processo é muito utilizado em processos automatizados de soldagem, onde o robô controla todos os parâmetros do processo. A Figura 6 mostra um corte esquemático de uma tocha. A Figura 7 mostra um soldador com a tocha em mãos. 

O processo MIG é adequado à soldagem de aços-carbono, aços de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis, alumínio, magnésio, cobre e ligas deles. O processo MAG é utilizado na soldagem de aços de baixo carbono e aços de baixa liga. 

A Figura 8 mostra os três tipos de transferência metálica entre o eletrodo e a peça. Curto circuito, globular e spray.

Com correntes baixas o tipo é curto circuito, onde o eletrodo chega a tocar na poça de fusão, indicado para posições horizontais ou sobre cabeça. A ponta do arame pode vir a manter contato com a poça de fusão, caso eventualmente a velocidade de alimentação do mesmo exceda sua taxa de fusão, ocorrendo então o modo em curto- circuito, exibido na Figura 8. O metal é transferido nesse modo em baixas corrente e tensão, por isso também denominado arco curto (short arc), utilizando arame de pequena bitola. Como não existe arco no momento em que ocorre o curto-circuito, o metal fundido é transferido devido à tensão superficial. Esse modo de transferência produz uma poça de fusão relativamente pequena, de rápida solidificação, sendo indicado para a soldagem de seções finas em todas as posições. O modo globular é intermediário, podendo ser instável. 

No tipo spray, a posição recomendada é a plana, onde as correntes são as mais altas do processo. Com gases de proteção inertes ou fracamente oxidantes, existe uma dada intensidade de corrente acima da qual o metal na ponta do eletrodo alcança sua temperatura de vaporização. Devido ao aumento da corrente e tensão em relação aos modos anteriores há maior penetração, com alta taxa de deposição. A mudança do regime de transferência para aerossol provocou uma notável transformação na aparência e ruído do arco.

Arco pulsado

É possível obter uma deposição por gotas utilizando fontes de arco pulsado, onde um pulso de energia desprende uma gota. Nesse processo o operador pode controlar vários parâmetros de tempo e corrente. Geralmente, uma corrente de manutenção fica estabilizando o arco e uma segunda corrente é adicionada em um intervalo de tempo e duração do pulso bem determinados para que a energia seja a necessária para fundir e desprender uma só gota, caso se queira.

Isto possibilita um menor aporte total de energia à peça, reduzindo gastos e principalmente distorções devido ao aquecimento das adjacências da peça. As adjacências das peças em alguns casos sofrem empenamento, algo indesejado, pois deforma a peça inutilizando a mesma ou exigindo retrabalho. Isso é especialmente importante em peças planas e de espessuras reduzidas. 

A evolução

O processo MIG MAG é considerado uma evolução do eletrodo revestido e é um dos mais utilizados nas indústrias hoje em dia, conforme Figura 9. A evolução nunca para. Inicialmente,eram usados geradores de corrente contínua, depois os retificadores, fontes eletrônicas, eletrônica acoplada e o último avanço foram os softwares de controle. 

Os softwares de gerenciamento dos equipamentos têm evoluído de uma forma muito rápida e podem evoluir muito mais. Um dos avanços mais significativos na soldagem foram os softwares de simulação de soldagem, que literalmente ensinam o operador a efetuar a soldagem da melhor forma possível, mostrando o posicionamento, velocidade e distância ideal em cada parte da soldagem da peça. Pode parecer um exagero se pensarmos em formas planas e de igual espessura, mas em caso de formas complexas e espessuras variadas, esse sistema pode gerar uma fantástica melhora na qualidade e rapidez no processo de soldagem.

O treinamento e qualificação dos soldadores também evoluiu muito com o advento da realidade virtual aplicada ao aprendizado de técnicas de soldagem, bem como a prática de soldagem, a dita memória muscular do operador. O operador aprende a teoria, depois passa pela realidade virtual e só então vai para o equipamento real. A realidade virtual não consome insumos e não gera desperdício de material, além de ser cada vez mais viável economicamente com a diminuição dos valores dos softwares.

Processo a Arco Tungstênio com Atmosfera Gasosa SATG Ou

Tungstênio Inerte Gás, conhecido popularmente por TIG 

O processo TIG (Tungstênio Inerte Gás) utiliza como fonte de calor um arco elétrico mantido entre um eletrodo não consumível de tungstênio e a peça. A proteção da região de soldagem é feita por um fluxo de gás inerte. A soldagem pode ser feita com ou sem metal de adição e pode ser manual ou automática. A Figura 10 mostra esquematicamente o processo.

Este processo foi patenteado no fim dos anos 20, porém só foi comercialmente utilizado em 1942, nos Estados Unidos, para a soldagem em liga de magnésio de assentos de aviões. A princípio utilizou-se o gás hélio e a corrente contínua, devido à dificuldade em estabilizar o arco, posteriormente superada. Atualmente, o processo TIG é mais utilizado na soldagem de ligas de alumínio, de magnésio, de titânio e aços inoxidáveis, entre outros. A solda produzida é de muito boa qualidade, segundo (WAINER, 1992). 

Apesar do conceito desse processo ser antigo, o mesmo se desenvolveu somente em torno de 1940 nos EUA em plena 2ª Grande Guerra Mundial, portanto para realizar soldas de alta qualidade sobre ligas de alumínio, aço inoxidável e magnésio. Os problemas inicialmente enfrentados não foram poucos. O eletrodo utilizado era de carvão e operava em corrente contínua polaridade positiva, sendo que ocorria superaquecimento da tocha e o gás de proteção era relativamente impuro.

As dificuldades iniciais foram resolvidas e o TIG está muito bem estabelecido, sendo utilizado geralmente para soldar juntas com espessuras de 0,2 a 8 mm sobre materiais tais como aços inoxidáveis, alumínio, magnésio, cobre, níquel e suas ligas, além de ser uma excelente opção para titânio e zircônio.

Devido à sua pequena taxa de deposição, esse processo não é geralmente empregado para juntas espessas. Entretanto, existindo requerimento de alta qualidade, tais como estanqueidade e baixo hidrogênio, por exemplo, juntas de grande espessura podem ser soldadas completamente ou somente o passe de raiz realizado por TIG.

A soldagem TIG é uma solda dita limpa, onde a ausência de escória e de fumaça proveniente dos gases de proteção possibilita uma visão clara do metal líquido, de poça de fusão e do metal se solidificando. Tal visão faz com que o operador reduza drasticamente as falhas e defeitos do processo, conseguindo uma boa fusão e alta qualidade metalúrgica da união soldada, fazendo desse processo um dos melhores para soldagens de alta responsabilidade, como pode ser visto nas figuras 11 e 12.

As soldagens de alta responsabilidade são as que, caso falhem, desencadeiam consequências trágicas à segurança das pessoas, meio ambiente e patrimônio. A soldagem TIG é muito utilizada em passes de raiz, que é o primeiro passe na união de duas peças e é realizado para garantir a união e estanqueidade em tubulações de petróleo, vapor superaquecido, substâncias químicas e itens cuja qualidade se queira garantir. Como é um processo com baixa deposição de material em quilogramas por hora, se utilizam outros métodos de soldagem para fazer o preenchimento do restante da união soldada para se ter um menor custo total.

Uma grande diferença entre o processo TIG e os outros processos é que a fonte de calor não está relacionada com a deposição do material, isso porque o eletrodo não é consumível, então pode-se transferir calor para junta soldada sem adicionar material, proporcionando uma melhor fusão das peças em soldagem. Isto é especialmente útil em materiais como o alumínio. Como exemplo, veja as soldas desse material nas Figuras 13 e 14. 

Empenamento - como minimizar

Uma boa dica para evitar empenamento em chapas de pequena espessura é soldar inicialmente em pontos e em lugares distantes, unindo paulatinamente as peças. Isso causa muito menos empenamento que um cordão único indo de lado a lado da peça (Figura 15). Após fixar as peças todas no devido lugar, se continua a soldagem fechando todos os pontos caso isso seja necessário.

Corrente Contínua Eletrodo Polaridade Negativa 

Esse é o tipo de corrente mais utilizado em TIG. Nesse caso, do calor total gerado, cerca de 30% é produzido no eletrodo e 70% na peça, ocorrendo a maior penetração entre as três polaridades. A poça formada é estreita e profunda, o que pode ser indesejável em peças muito finas. Diferentemente das outras polaridades, esta não provoca ação de limpeza de óxidos superficiais na poça de fusão. Outrossim, se o eletrodo for de tungstênio (W) puro, há oscilação de pontos catódicos sobre a superfície do mesmo, causando instabilidade do arco.

Corrente Contínua Eletrodo Polaridade Positiva 

Em torno de 70% do calor total é gerado no eletrodo e 30% na peça, resultando na menor penetração entre todos os casos, com a poça de fusão rasa e larga. Apesar de produzir um arco com a menor temperatura, ela pode ser de interesse naquelas situações em que se deseja pouca penetração e eficiente remoção dos óxidos superficiais que se formam sobre a poça de fusão, pois há oscilação de pontos catódicos sobre a mesma. Essa vantagem se aplica para poucos metais, como o alumínio, sendo geralmente preferível soldar em corrente alternada, que provoca efeito similar; requer menor treino do soldador e pode conduzir mais alta corrente para uma mesma bitola de eletrodo.

Corrente Alternada 

A distribuição do calor total é aproximadamente igual entre o eletrodo e a peça, com a penetração sendo intermediária. Devido à variação da tensão entre máximos valores positivo e negativo durante cada ciclo, o arco se extingue toda vez que o ponto nulo é cruzado. Como um transformador convencional não produz suficientemente alta tensão para restabelecer o arco em atmosfera inerte (de negativo para positivo), deve ser sobreposta uma tensão de alta frequência durante todo o tempo de soldagem. A CA produz uma excelente ação de limpeza dos óxidos superficiais na poça de fusão e é preferida na soldagem do alumínio, magnésio e cobre-berílio.

TÉCNICAS

Em princípio, o eletrodo não deve se projetar para fora do bocal mais do que um comprimento igual a seu diâmetro, mas exceções ocorrem por absoluta necessidade de acesso. Por sua vez, é conveniente que o comprimento do arco não ultrapasse 1.5 vezes o diâmetro do eletrodo, pois quanto maior, mais alta a tensão e a taxa de dissipação do calor para o ambiente, reduzindo o rendimento térmico, além de aumentar a chance de ocorrer contaminação pelos gases da atmosfera.

A soldagem é realizada com o eletrodo movimentando-se circularmente, formando uma poça de fusão com dimensão conveniente e deslocando-se gradualmente pela junta. A vareta é alimentada na região extrema da poça de fusão num movimento de vai e vem, não tocando o eletrodo e sempre mantida sob a proteção do gás, sendo que ao término da solda a mesma deve permanecer alguns segundos sob o bocal para prevenir sua oxidação. A tocha, então, ou é levantada gradualmente e recuada sobre o cordão para extinguir o arco, ou, preferencialmente, a corrente é desligada e um dispositivo eletroeletrônico diminui lentamente sua intensidade.

O arco deve ser iniciado sem que o eletrodo toque a peça, sendo empregadas basicamente duas técnicas: a alta frequência ou tocar a peça riscando a mesma produzindo curto-circuito, como no eletrodo revestido e afastar o eletrodo logo em seguida, quando então uma alta tensão ocorre nesse instante e forma o arco. Sempre lembrando que o processo TIG é o que requer mais prática e habilidade do soldador.