(Parte 2 de 4)

Na soldagem manual, em locais onde não é possível a colocação de um pedal para controle da corrente, as fontes magnéticas oferecem uma alternativa para faze-lo através do deslocamento do comprimento do arco (veja gráfico acima). Entretanto, devido ao seu alto tempo de resposta, estas fontes não são utilizadas em processos com corrente pulsada. A maior parte deste tipo de fonte é considerada como um circuito aberto de controle, isto é, não há “feed-back” dos parâmetros do processo para a própria fonte. Assim sendo, elas tem menor repetibilidade, precisão e resposta, além de serem menos eficientes e maiores. Suas vantagens estão na simplicidade de operação, baixa manutenção em ambientes industriais e relativo baixo custo.

Já as fontes eletrônicas são muito vantajosas para processos automatizados, pois como o seu controle acontece em circuito fechado, isto é, há “feed-back” dos parâmetros do processo ( corrente ), estas fontes provêm a necessária precisão e repetibilidade necessárias. Na sua maioria, oferecem tempos dinâmicos de resposta muito baixos, o que as habilita a soldagem por pulso. As maiores desvantagens destas máquinas é a maior complexidade na operação e manutenção e custos relativamente mais altos.

A escolha da fonte para GTAW dependerá fortemente do tipo de corrente que será utilizada no processo, incluindo-se aí correntes senoidais, correntes de onda quadrada, corrente contínua e corrente contínua pulsada

2.10 - Corrente Contínua

Em corrente contínua, na maioria dos casos utiliza-se DCEN com os eletrodos fluindo do eletrodo para a peça e os íons no sentido contrário. Assim sendo, 70 % do calor estará na peça e somente 30 % no eletrodo. Desta forma, além de preservar o eletrodo a DCEN também provê maior penetração. Quando, entretanto, for importante o efeito de limpeza catódica, propiciada pela saída de elétrons da peça, a DCEP pode ser utilizada. Esta limpeza catódica é particularmente importante na soldagem de materiais que tem óxidos refratários, como alumínio e magnésio, que são retirados desta maneira. Esta forma de operação, entretanto, por manter o eletrodo extremamente aquecido, necessita de eletrodos de diâmetro sensivelmente maiores, ficando a capacidade do eletrodo neste processo em cerca de um décimo do que quando operando em DCEN.

2.1 - Corrente contínua Pulsada

A corrente contínua pulsada envolve a variação repetitiva da corrente do arco entre um valor mínimo ( “background” ) e um valor máximo, controlando-se o tempo do pulso, o tempo no valor mínimo, nível de corrente máximo e nível de corrente mínimo.

Figura 6 – Gráfico de tensão / corrente para fonte pulsada.

A principal vantagem da corrente pulsada é permitir uma combinação da força, boa penetração e fusão do pulso, enquanto mantém a aérea de soldagem relativamente fria. Assim, é possível obter maiores penetrações do que em corrente contínua constante e trabalhar com materiais mais sensíveis à aposição de calor com minimização das distorções. Por esses motivos, o processo também é particularmente útil na soldagem de materiais muito finos. Apesar de muito utilizada nos processos automatizados, a corrente pulsada oferece vantagens também para a soldagem manual. Os soldadores mais inexperientes podem aumentar a sua habilidade através da contagem dos pulsos para controlar a velocidade da tocha e do arame frio de alimentação. Para os soldadores mais experientes, permite a soldagem de materiais mais finos e ligas não similares com maior facilidade. A figura abaixo apresenta uma representação de um cordão de solda realizado o por corrente pulsante.

Figura 7 – Aspecto do cordão gerado por fonte pulsada.

A corrente pulsada pode ser aplicada ainda com uma alta freqüência, de aproximadamente 20 Hz, que permite uma maior pressão de arco. Este aumento significa um arco mais firme, com

particularmente úteis em máquinas de precisão, onde características excepcionais de direção e estabilidade são requeridas. Entretanto, além de caros, estes equipamentos podem ser bastante incômodos se estiverem em uma freqüência dentro da faixa de freqüência audível.

Figura 8 – Curva de análise para fonte pulsada. 2.12 - Corrente alternada

A CA é de grande utilidade em GTAW, pois combina a limpeza catódica do processo com o eletrodo no pólo positivo, com a penetração mais profunda do eletrodo negativo. Entretanto, quando em operação, diversos fenômenos podem ocorrer e devem ser analisados. Ao tornarse negativo, o eletrodo termoiônico de tungstênio provê elétrons para a reignição do arco, imediatamente após ter passado pelo ponto de corrente zero. Entretanto, ao tornar-se positivo o mesmo não ocorrerá, pois a poça não poderá suprir elétrons até que um determinado nível de tensão seja atingido. Isto deriva de diferentes aspectos como área mais extensa da poça, material menos termoiônico e inércia na mudança de direção dos elétrons. Este efeito pode ser acompanhado pela figura abaixo.

Assim, algumas formas de estabilização do arco na corrente reversa são necessárias. Podese utilizar fontes de alta tensão em circuito aberto, capacitores para descarga no momento apropriado, a utilização de velas ( ignitores ) utilizando alta freqüência e alta tensão em paralelo ao arco ou a utilização de ondas quadradas. Desde que é mais fácil manter o arco quando o eletrodo está no pólo negativo , a tensão requerida neste momento também é menor. Assim, a tendência é de se obter correntes desequilibradas entre as fases de eletrodo positivo e eletrodo negativo.

Esta retificação parcial que ocorre com tal desequilíbrio pode causar superaquecimento em algumas fontes, e em algumas máquinas uma queda na sua saída. Este desbalanceamento pode ser eliminado através do balanceamento de onda, mostrado na figura abaixo.

As vantagens da corrente balanceada são uma melhor remoção de óxidos, soldagem mais suave e a não necessidade de redução da saída de uma máquina convencional. Suas desvantagens são a necessidade de eletrodos de maior porte, altas tensões de circuito aberto associadas ( questão de segurança ) e aumento de custos do equipamento.

2.13 - Controle da tensão do arco

O controle da tensão do arco ( AVC ) é utilizado em processos automatizados e mecanizados de GTAW onde através da monitoração do arco, controla-se o comprimento do arco, comparando-se a tensão do processo com a tensão desejada, para adequação da posição do eletrodo.

2.14 - Oscilação do arco

A largura dos cordões de solda podem ser aumentados por oscilação mecânica, através da montagem da tocha sobre um oscilador. As oscilações provocadas magneticamente são úteis para melhorar a fusão das extremidades das peças e reduzir os efeitos de mordedura. Estes osciladores podem defletir o arco tanto longitudinalmente quanto lateralmente, sem mover o eletrodo.

3. – CONSUMÍVEIS

3.1 - Gases de proteção

Os gases de proteção são direcionados pela tocha para o arco e a poça de fusão para proteger o eletrodo e o material metálico fundido da contaminação atmosférica. Eles também podem ser utilizados como “back-up” para proteção do lado contrário da solda da oxidação durante a soldagem.

3.2 - Tipos de gases

Os tipos mais comuns de gases são o argônio e o hélio e as misturas entre estes, utilizadas em aplicações especiais, além de misturas com hidrogênio e nitrogênio. O argônio utilizado em processos de soldagem normalmente possui uma pureza de 9,95 %,sendo aceitável para a maioria dos metais, excetuando-se aqueles reativos ou refratários. O argônio é mais utilizado que o hélio no processo devido às seguintes características :

- Possibilita arco mais suave - Penetração reduzida

- Ação de limpeza quando da soldagem de alumínio ou magnésio

- Baixo custo e alta disponibilidade

- Boa proteção com baixos fluxos

- Maior resistência a ventos cruzados

- Melhor partida do arco

A menor penetração é particularmente útil na soldagem de materiais finos ou soldagens verticais ou sobre cabeça.

Como vimos acima, o Hélio transmite maior calor para uma mesma corrente e tensão que o argônio e, portanto, é particularmente importante na soldagem de peças espessas ou materiais com alta condutividade térmica como o cobre. Características intermediárias podem ser obtidas através da mistura dos dois gases. A principal característica envolvida no processo de proteção é a densidade dos gases. Neste aspecto, o argônio, por ter uma densidade aproximadamente dez vezes maior que a do hélio, forma uma camada sobre a área de solda após deixar o bocal, ao contrário do hélio que, por ser extremamente leve, tende a subir em torno do bocal ao deixá-lo. Assim, para prover a mesma eficiência de proteção, a vazão de hélio deverá ser de 2 a 3 vezes maior que a vazão de argônio. Em relação ao arco, as características dos gases são definidas pela sua curva tensãocorrente, como a da figura abaixo

Como pode-se avaliar pelas curvas, a tensão do arco obtido com hélio é significativamente maior que com o argônio. Assim sendo, o hélio fornece mais calor ao processo, permitindo as vantagens discutidas acima.

Figura 9 – Comportamento do Argônio e Hélio sobre a tensão e corrente.

Misturas de ARGÔNIO-HIDROGÊNIO também podem ser utilizadas, especialmente em casos de soldas mecanizadas de tubos finos de aço inoxidável. Aumento na velocidade pode ser obtido de forma diretamente proporcional à quantidade de hidrogênio adicionada à mistura, limitado, entretanto, para não permitir a porosidade. As misturas mais comuns deste tipo contém cerca de 15 % de Hidrogênio.

A vazão de gás é baseada no movimento do ar, no tamanho do bocal e na dimensão da poça. O ponto mínimo é determinado pela necessidade de manutenção de uma corrente firme do gás, enquanto vazões excessivas causam turbulência que pode aspirar contaminantes da atmosfera. Quando o ambiente for sujeito a ventos cruzados, deve-se introduzir telas de proteção, ao invés de aumentar a vazão do gás, o que além de mais oneroso pode levar ao problema da turbulência..

3.3 - Gás de “back-up” e purga

Quando na realização de passes de raiz, a solda pode ser contaminada pela atmosfera do lado contrario à solda. Para evitar este problema, o ar deve ser purgado dessa região. O nitrogênio pode ser utilizado satisfatoriamente para esse fim na soldagem de aços inoxidáveis austeníticos, cobre e ligas de cobre. Uma atmosfera relativamente inerte pode ser obtida através da injeção de cerca de 4 vezes o volume a ser purgado. Uma vez efetivada a purga, a vazão deste gás deve ser mantida apenas para manter-se uma ligeira pressão positiva. A área de escape do gás deve ser no mínimo igual à área de entrada e especial cuidado deve ser tomado para não haver excessos de pressão, principalmente nos últimos cinco centímetros do passe de raiz, prevenindo-se a sopragem da poça ou concavidade da raiz.

3.4 - Câmaras de atmosfera controlada e protetores prolongados

Máxima proteção pode ser obtida na soldagem de materiais reativos com a utilização de câmaras com atmosfera controlada para execução da solda. Outra forma de aumentar a proteção é a utilização de protetores prolongados, que são extensões do bocais de forma a promover uma proteção maior sobre uma área maior, com entrada extra de gás de proteção.

Figura 10 – Bocal especial para Tocha TIG. 3.5 – Metais de Adição

Os metais de adição em GTAW, quando utilizados, devem ser similares ao metal e base, mas não necessariamente idênticos. Sua produção é realizada sob controle mais rígido da composição química, pureza e qualidade que o metal de base. Algumas modificações são feitas para permitir uma melhor resposta para tratamentos térmicos posteriores à solda. A escolha do metal de adição para qualquer aplicação é um compromisso que envolve compatibilidade metalúrgica, características corretas para o serviço solicitado e custos.

Os arames podem estar dispostos em rolos ou arames cortados de 1 m e esforços devem ser empreendidos para evitar a contaminação destes materiais na sua estocagem e uso. Mais importante ainda é a manutenção da extremidade do arame na proteção do gás durante o processo de soldagem.

A alimentação do arame que servirá de adição à solda nos processo automatizados ou mecanizados pode ser feita tanto à temperatura ambiente quanto pré-aquecida, sendo estes processos designados como arame frio e arame quente, respectivamente. O arame frio é alimentado no início da poça enquanto o arame quente é alimentado no final da poça. O sistema de alimentação do arame frio é composto pelo mecanismo de alimentação, pelo controle de velocidade e pela guia de alimentação. No processo de arame quente há um préaquecimento por resistência elétrica. O arame é alimentado mecanicamente e recebe uma proteção de gás auxiliar para evitar a sua oxidação. As taxas de deposição obtidas através deste método são comparáveis às obtidas em GMAW. O arame é aquecido por uma fonte que opera em CA e tensão constante. A CA permite a operação desta fonte com mínima sopragem do arco. O método, entretanto, não é recomendado para alumínio e cobre pois, devido à sua baixa resistência, estes materiais requerem correntes elevadas para o aquecimento que, por sua vez, acarretam uma deflexão excessiva do arco.

Figura 1 – Esquema de adição de arame. 4. – TÉCNICAS DE SOLDAGEM:

4.1 – Métodos de Iniciação do Arco

O método mais simples de iniciação do arco, o toque do eletrodo na peça, apesar de extremamente simples, não é recomendado, pois ao tocar a peça o eletrodo pode contaminála e danificar-se. Outro método é a utilização de uma fonte de alta freqüência, que fornece uma alta tensão com alta freqüência em série ao circuito de soldagem, para ionizar o gás e permitir a abertura do arco e poder trabalhar com uma corrente igual à corrente de soldagem ou não. Este método tem o inconveniente de gerar grande quantidade de distúrbios para a rede de alimentação elétrica.

A partida pulsada também pode ser utilizada , sendo obtida através de pulsos de alta tensão que ionizam o gás e permitem a abertura do arco, trabalhando via de regra com corrente iguais às de soldagem.

(Parte 2 de 4)

Comentários