Apostila de Soldagem MIG e MAG

Apostila de Soldagem MIG e MAG

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Nossos clientes soldam melhor

Soldagem MIG/MAG

INTRODUÇÃO1
MODOS DE TRANSFERÊNCIA DE METAL4
EQUIPAMENTOS12
SUPRIMENTO DE ENERGIA18
GASES DE PROTEÇÃO27
ARAMES46
SEGURANÇA59
TÉCNICAS E PARÂMETROS DE SOLDAGEM65
CONDIÇÕES DE SOLDAGEM87
DEFEITOS DE SOLDA — SUAS CAUSAS E SOLUÇÕES1
SOLDAGEM MIG/MAG PONTUAL124
BIBLIOGRAFIA133

Traduzido e adaptado por Cleber Fortes – Engenheiro Metalúrgico, MSc. Assistência Técnica Consumíveis – ESAB BR

Revisado por Cláudio Turani Vaz – Engenheiro Metalurgista, MSc. Assistência Técnica – ESAB BR

Última revisão em 25 de janeiro de 2005

Introdução

Na soldagem ao arco elétrico com gás de proteção (GMAW –

Gas Metal Arc Welding), também conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert Gas e MAG – Metal Active Gas), um arco elétrico é estabelecido entre a peça e um consumível na forma de arame. O arco funde continuamente o arame à medida que este é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera pelo fluxo de um gás (ou mistura de gases) inerte ou ativo. A Figura 1 mostra esse processo e uma parte da tocha de soldagem.

Figura 1 – Processo básico de soldagem MIG/MAG

O conceito básico de GMAW foi introduzido nos idos de 1920, e tornado comercialmente viável após 1948. Inicialmente foi empregado com um gás de proteção inerte na soldagem do alumínio. Conseqüentemente, o termo soldagem MIG foi inicialmente aplicado e ainda é uma referência ao processo. Desenvolvimentos subseqüentes acrescentaram atividades com baixas densidades de corrente e correntes contínuas pulsadas, emprego em uma ampla gama de materiais, e o uso de gases de proteção reativos ou ativos (particularmente o dióxido de carbono, CO2) e misturas de gases. Esse desenvolvimento posterior levou à aceitação formal do termo GMAW – Gas Metal Arc

Welding para o processo, visto que tanto gases inertes quanto reativos são empregados. No entanto, quando se empregam gases reativos, é muito comum usar o termo soldagem MAG (MAG – Metal Active Gas).

O processo de soldagem funciona com corrente contínua (C), normalmente com o arame no pólo positivo. Essa configuração é conhecida como polaridade reversa. A polaridade direta é raramente utilizada por causa da transferência deficiente do metal fundido do arame de solda para a peça. São comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais que 600 A e tensões de soldagem de 15 V até 32 V. Um arco elétrico autocorrigido e estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante e com um alimentador de arame de velocidade constante.

Melhorias contínuas tornaram o processo MIG/MAG aplicável à soldagem de todos os metais comercialmente importantes como os aços, o alumínio, aços inoxidáveis, cobre e vários outros. Materiais com espessura acima de 0,76 m podem ser soldados praticamente em todas as posições.

É simples escolher equipamento, arame, gás de proteção e condições de soldagem capazes de produzir soldas de alta qualidade com baixo custo.

Vantagens

O processo de soldagem MIG/MAG proporciona muitas vantagens na soldagem manual e automática dos metais para aplicações de alta e baixa produção. Suas vantagens combinadas quando comparado ao eletrodo revestido, arco submerso e TIG são: a soldagem pode ser executada em todas as posições; não há necessidade de remoção de escória; alta taxa de deposição do metal de solda; tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se comparado ao eletrodo revestido; altas velocidades de soldagem; menos distorção das peças; largas aberturas preenchidas ou amanteigadas facilmente, tornando certos tipos de soldagem de reparo mais eficientes; não há perdas de pontas como no eletrodo revestido.

Capítulo 1 Modos de transferência de metal

Basicamente o processo MIG/MAG inclui três técnicas distintas de modo de transferência de metal: curto-circuito (short arc), globular (globular) e aerossol (spray arc). Essas técnicas descrevem a maneira pela qual o metal é transferido do arame para a poça de fusão. Na transferência por curto-circuito — short arc, dip transfer, microwire — a transferência ocorre quando um curto-circuito elétrico é estabelecido. Isso acontece quando o metal fundido na ponta do arame toca a poça de fusão. Na transferência por aerossol — spray arc — pequenas gotas de metal fundido são desprendidas da ponta do arame e projetadas por forças eletromagnéticas em direção à poça de fusão. A transferência globular — globular — ocorre quando as gotas de metal fundido são muito grandes e movem-se em direção à poça de fusão sob a influência da gravidade. Os fatores que determinam o modo de transferência de metal são a corrente de soldagem, o diâmetro do arame, o comprimento do arco (tensão), as características da fonte e o gás de proteção (veja a Figura 2).

Transferência por curto-circuito

Na soldagem com transferência por curto-circuito são utilizados arames de diâmetro na faixa de 0,8 m a 1,2 m, e aplicados pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas correntes de soldagem. É obtida uma pequena poça de fusão de rápida solidifica- ção. Essa técnica de soldagem é particularmente útil na união de materiais de pequena espessura em qualquer posição, materiais de grande espessura nas posições vertical e sobrecabeça, e no enchimento de largas aberturas. A soldagem por curto-circuito também deve ser empregada quando se tem como requisito uma distorção mínima da peça.

Figura 2 – Modos de transferência do metal de solda

O metal é transferido do arame à poça de fusão apenas quando há contato entre os dois, ou a cada curto-circuito. O arame entra em curto-circuito com a peça de 20 a 200 vezes por segundo.

A Figura 3 ilustra um ciclo completo de curto-circuito. Quando o arame toca a poça de fusão (A), a corrente começa a aumentar para uma corrente de curto-circuito. Quando esse valor alto de corrente é atingido, o metal é transferido. O arco é então reaberto. Como o arame está sendo alimentado mais rapidamente que o arco consegue fundi-lo, o arco será eventualmente extinguido por outro curto (I). O ciclo recomeça. Não há metal transferido durante o período de arco aberto, somente nos curtos-circuitos.

Figura 3 - Corrente-tensão versus tempo típico do ciclo de curto-circuito

Para garantir uma boa estabilidade do arco na técnica de curtocircuito devem ser empregadas correntes baixas. A Tabela I ilustra a faixa de corrente ótima para a transferência de metal por curto-circuito para vários diâmetros de arame. Essas faixas podem ser ampliadas dependendo do gás de proteção selecionado.

Diâmetro do arame Corrente de soldagem (A) pol (") m Mínima Máxima

Tabela I - Faixa ótima de corrente de curto-circuito para vários diâmetros de arame

Transferência globular

Quando a corrente e a tensão de soldagem são aumentadas para valores acima do máximo recomendado para a soldagem por curtocircuito, a transferência de metal começará a tomar um aspecto diferente. Essa técnica de soldagem é comumente conhecida como transferência globular, na qual o metal se transfere através do arco. Usualmente as gotas de metal fundido têm diâmetro maior que o do próprio arame. Esse modo de transferência pode ser errático, com respingos e curtos-circuitos ocasionais.

Soldagem por aerossol (spray)

Aumentando-se a corrente e a tensão de soldagem ainda mais, a transferência de metal torna-se um verdadeiro arco em aerossol (spray). A corrente mínima à qual esse fenômeno ocorre é chamada corrente de transição. A Tabela I mostra valores típicos de corrente de transição para vários metais de adição e gases de proteção. Conforme é observado nessa tabela, a corrente de transição depende do diâmetro do arame e do gás de proteção. Entretanto, se o gás de proteção para soldar aços carbono contiver mais que cerca de 15% de dióxido de carbono (CO2), não haverá transição de transferência globular para transferência por aerossol.

A Figura 4 mostra a transferência fina e axial típica do arco em aerossol. As gotas que saem do arame são muito pequenas, proporcionando boa estabilidade ao arco. Curtos-circuitos são raros. Poucos respingos são associados com essa técnica de soldagem.

Diâmetro do arame Tipo de arame pol (") m Gás de proteção

Corrente mínima de aerossol (A)

Aço carbono

Argônio 180

Argônio 310

Argônio 270

Tabela I - Corrente mínima para a soldagem por aerossol

A soldagem em aerossol pode produzir altas taxas de deposição do metal de solda. Essa técnica de soldagem é geralmente empregada para unir materiais de espessura 2,4 m e maiores. Exceto na soldagem de alumínio ou cobre, o processo de arco em aerossol fica geralmente restrito apenas à soldagem na posição plana por causa da grande poça de fusão. No entanto, aços carbono podem ser soldados fora de posição usando essa técnica com uma poça de fusão pequena, geralmente com arames de diâmetro 0,89 m ou 1,10 m.

Figura 4 - Técnica de soldagem por arco em aerossol (spray)

Uma variação da técnica de arco em aerossol é conhecida como soldagem pulsada em aerossol. Nessa técnica, a corrente é variada entre um valor alto e um baixo. O nível baixo de corrente fica abaixo da corrente de transição, enquanto que o nível alto fica dentro da faixa de arco em aerossol. O metal é transferido para a peça apenas durante o período de aplicação de corrente alta. Geralmente é transferida uma gota durante cada pulso de corrente alta. A Figura 5 retrata o modelo de corrente de soldagem usado na soldagem pulsada em aerossol. Valores comuns de freqüência ficam entre 60 e 120 pulsos por segundo. Como a corrente de pico fica na região de arco em aerossol, a estabilidade do arco é similar à da soldagem em aerossol convencional. O período de baixa corrente mantém o arco aberto e serve para reduzir a corrente média. Assim, a técnica pulsada em aerossol produzirá um arco em aerossol com níveis de corrente mais baixos que os necessários para a soldagem em aerossol convencional. A corrente média mais baixa possibilita soldar peças de pequena espessura com transferência em aerossol usando maiores diâmetros de arame que nos outros modos. A técnica pulsada em aerossol também pode ser empregada na soldagem fora de posição de peças de grande espessura.

Figura 5 - Técnica de soldagem por arco pulsado em aerossol

Soldagem com arames tubulares

O arame tubular é um eletrodo contínuo de seção reta tubular, com um invólucro de aço de baixo carbono, aço inoxidável ou liga de níquel, contendo desoxidantes, formadores de escória e estabilizadores de arco na forma de um fluxo (pó). Ambos os materiais da fita e do núcleo são cuidadosamente monitorados para atender às especificações. Os controles automáticos durante a produção proporcionam um produto uniforme de alta qualidade. Os arames tubulares com fluxo não metálico (flux-cored wires) são especificamente desenvolvidos para soldar aços doces usando como gás de proteção o dióxido de carbono (CO2) ou misturas argônio - CO2.

A soldagem empregando arames tubulares com fluxo não metálico (flux-cored wires) oferece muitas vantagens inerentes ao processo sobre a soldagem com eletrodos revestidos. Taxas de deposição mais altas (tipicamente o dobro) e ciclos de trabalho maiores (não há troca de eletrodos) significam economia no custo da mão de obra. A penetração mais profunda alcançada com os arames tubulares permite também menos preparação de juntas, e ainda proporciona soldas com qualidade, livres de falta de fusão e aprisionamento de escória.

Capítulo 2 Equipamentos

Soldagem manual

Os equipamentos de soldagem MIG/MAG podem ser usados manual ou automaticamente. Veja na Figura 6 o modelo de um equipamento para a soldagem manual.

Equipamentos para soldagem manual são fáceis de instalar. Como o trajeto do arco é realizado pelo soldador, somente três elementos principais são necessários: tocha de soldagem e acessórios; motor de alimentação do arame; fonte de energia.

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