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Processos de soldagem, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Apostilas que abragem todos os processos e fontes envolvidas na área de soldagem em geral(14.595 kb)

Tipologia: Notas de estudo

2010

Compartilhado em 06/04/2010

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gerson-barbosa-2 🇧🇷

3.7

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Baixe Processos de soldagem e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 1 1.0 SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 INTRODUÇÃO EQUIPAMENTO TUBULAÇÃO SANITÁRIA - PADRÃO O D TUBOS PADRÃO OD ( OUTSIDE DIAMETER ) CONCEITOS DE SANITARIEDADE ACABAMENTO SUPERFICIAL — ELETROPOLIMENTO BIBLIOGRAFIA AUTORES Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 2 1.0 Soldagem Orbital para Tubos em Aço Inoxidável Sanitário 1.1 |. Introdução A soldagem orbital é um processo especial de soldagem utilizado para unir preferencialmente por fusão apenas (soldagem autógena) tubos e conectores de parede fina, em geral de ligas inoxidáveis, ferrosas ou não. Este processo é usado principalmente para tubos O.D. de diâmetros não maiores que 12.00" inclusive e aplicações onde a elevada pureza dos fluidos processados é item de extrema importância. A soldagem orbital de tubos consiste basicamente de uma variação do processo de soldagem TIG, onde uma tocha com eletrodo não consumível de Tungstênio mantém o arco elétrico constante ao mesmo tempo que injeta o gás inerte de proteção na poça de fusão. Consiste portanto, de uma "cabeça" giratória que contém a tocha TIG, a qual é fixada ao redor da junta (tubo) a ser soldada. Entre a "cabeça" e o próprio tubo forma-se uma câmara para o gás inerte de proteção e para o arco elétrico, a qual gira ou "orbita" ao redor da solda. A foto acima mostra a soldagem orbital de um tubo sanitário de aço inoxidável AISI 316L em uma planta farmacêutica. Diferentes segmentos industriais usam diferentes gamas de tubulações (incluindo- se os tubos de parede muito fina), e os equipamentos de solda orbital disponíveis no mercado com a moderna tecnologia de soldagem presente nos dias de hoje podem comportar a todas elas. A indústria de semicondutores, por exemplo, usa tubos a desde 1/8" O.D. de 316L, até 6". As indústrias bio-farmacêutica, de alimentos, de laticínios, bebidas e aeroespacial usam bitolas específicas que muito se diferenciam entre si, e Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 5 dos principais fabricantes deste tipos de equipamentos e cabeçotes de diâmetros especiais podem ser construídos mediante consulta. Para a execução da soldagem autógena, faz-se uso de cabeçotes específicos, para tubos desde 6 mm até 150 mm de diâmetro e para espessuras de parede até 4 mm. No interior destes cabeçotes forma-se uma bolsa de gás inerte que envolve toda a junta durante a soldagem. Os cabeçotes de soldagem orbital possuem presilhas em ambos os seus lados para fixar os tubos durante o processo de soldagem. Cabeçote de soldagem orbital de última Geração. Fabricação AMI - USA 1.3 TUBULAÇÃO SANITÁRIA - PADRÃO O D. 1.3.1 Introdução Os tubos inoxidáveis sanitários padrão OD ( outside diameter ), são largamente utilizados em industrias farmacêuticas, químicas, alimentícias, etc., onde se requer um maior controle e qualidade dos produtos que irão passar por dentro destes tubos. Este tipo de tubo seguem as normas ASTM A249, A269 e A270, sendo esta última a mais utilizada para a fabricação e confecção dos tubos, pois possui os pré requisitos das normas A-312/450 que indicam que são utilizados para produtos corrosivos e para altas temperaturas Normalmente, os tubos padrão OD são fabricados em aço inoxidável austenitico, sendo a série 300 a indicada para esta finalidade. Encontramos estes tubos na série 304, 316 e 316L. Dependendo da utilização destes tubos, os mesmos podem vir polidos interna e externamente ou em apenas um dos casos. 1.3.2 Tipos de Polimento : Com relação ao tipo de polimento indicado para estes tubos, os mais indicados são o eletropolimento e o polimento através de lixas, podendo ser encontrados comercialmente com acabamento grão/grana variando de 60 a até 400. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 6 1.3.3 Procedimentos de Soldagem : No procedimento de soldagem, antigamente para a união destes tubos, o processo mais indicado era o TIG. Muitas vezes para um bom acabamento interno e externo era necessário que o soldador tivesse bastante experiência, para se evitar que internamente a soldagem pudesse apresentar pontos de contaminação e posteriormente a condenação desta tubulação. Hoje em dia, o processo de soldagem amplamente utilizado para este tipo de caso é a soldagem orbital, pois a mesma além de um bom acabamento superficial, adotando-se os procedimentos e regulagens do equipamento já previamente calculados, evita-se que internamente forme-se os pontos de contaminação que tantos problemas causam para os produtos que irão passar por dentro destes tubos. 1.4 Tubos padrão OD ( Outside Diameter ) Os tubos padrão OD são largamente utilizados em indústrias farmacêuticas, químicas, alimentícias etc., onde se requer : - Boa sanitariedade, evitando-se contaminação interna - | Bom acabamento interno e externo 1.4.1 Normas utilizadas : Os tubos OD são confeccionados seguindo-se os padrões da norma ASTM A270 e a seguir mostraremos uma tabela comparativa com os diâmetros e espessuras das paredes internas dos tubos, composição química e testes mecânicos empregados. Composição química dos tubos segundo norma ASTM A270 1.5 Conceitos de sanitariedade A disponibilidade de componentes e equipamentos industriais para uso em sistemas com exigências de alta sanitariedade dependem de dois fatores: a construção com concepção sanitária e ao mesmo tempo a superfície com acabamento sanitário. A construção com concepção sanitária envolve equipamentos que em uma primeira etapa possam ser desmontados com facilidade e permitam uma limpeza rápida e ainda não possua em sua geometria regiões que possam reter produtos em macro escala, pois nesses casos torna-se necessário realizar limpezas periódicas com maior frequência, o que causa perdas de produção, com elevação dos custos de produção. Quando se especifica uma tubulação com o padrão sanitário, tal superfície não deve, se possível, transferir quaisquer substâncias para o meio ( produto ) e por outro lado nenhuma partícula ou produto ( do meio ) deve aderir a estas superfícies, nem reagir com substâncias dos arredores. A primeira propriedade é chamada de pureza interna e a segunda propriedade de pureza externa. A pureza interna da superfície é determinada principalmente pela resistência a corrosão, pela propriedade de emissão de partículas e pela difusão do material. A pureza externa da superfície é determinada pela condição da estrutura de superfície, neste caso o uso do eletropolimento é o mais indicado. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDAVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 7 1.5.1 Composição química dos aços inoxidáveis mais utilizados para tubos OD. Tabela 1 —- Composição química dos aços inoxidáveis Elemento Químico AISI 304 AISI304L J|AISI316L |AISI316 BPE Carbono 0.080 0.035 0.035 0.035 Magnésio 2.000 2.000 2.000 2.000 Fósforo 0.040 0.040 0.040 0.040 Silício 0.750 0.750 0.750 0.750 Níquel 8.0-11.0 8.0-13.0 10.0-15.0 10.0-15.0 Cromo 18.0-20.0 18.0-20.0 16.0-18.0 16.0-18.0 Molibdênio N/A N/A 2.0-3.0 2.0-3.0 Titânio N/A N/A N/A N/A Enxofre 0.030 0.030 0.030 0.05-0.17 1.5.2 Tolerância dos tubos de aço inoxidáveis padrão OD segundo a norma ASTM A270 Tabela 2 — Tolerâncias para tubos inoxidáveis padrão OD em virtude do diâmetro segundo norma ASTM A270. Diâmetro do tubo Tolerância ASTM- A270 1 + 0,002 / - 0,008 14% + 0,002 / - 0,008 2” + 0,002 / - 0,006 2v + 0,002 / - 0,008 3” + 0,003// - 0,008 4” + 0,003 / - 0,008 1.5.3 Peso por m2 dos tubos padrão OD em virtude do diâmetro X espessura. Tabela 3 — Peso dos tubos em razão do diâmetro e espessura adotados Peso por m? dos tubos padrão OD em virtude do diâmetro X espessura Dexemo [05 To 12 15 18 20 23 25 26 30 32 36 E) 59 E) 6 0,069 [0125 | — —— — [= [= [= [= [= [== [= [= = —— 8 0.069 [0.125 19, 0119 [0225 [0,26 [0319 12 0,144 [0275 [0,325 [0,394 1,417 13 0,157 [0,300 [0,355 [0,432 0,457 14 0.169 [0,326 [0,385 [0,470 0,497 15 0182 [0351 [0415 [0,507 0,537 16, 0,194 [0376 [0,445 [0,545 0,577 17 0.401 [0475 [0,582 0,617 [0751 T72 0,406 [0,481 [0,590 0,625 [0,761 [0,858 18 0.426 [0505 [0.620 0,657 [0,801 19, 0,451 [0,535 [0,657 0,697 [0,851 1905 0,452 [0,536 [0,659 0,699 [0,854 20 0.476 [0,565 [0,695 0,737 [0,901 213 0,508 [0,604 [0,744 0,789 [0,967 [1,094 [Li [1217 22 0.526 [0,625 [0.770 0.817 [1,002 23 0,551 [0655 [0,808 0,857 | 1,052) 24 0.576 [0.685 [0,845 0.897 [1.102 25 0.601 [0715 [0,883 0.937 [1152 [1.307 [1409 [1458 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 10 Micro balsa de polimento Resíduo de gordura e partículas de abrasivos Figura 2 — Micro Bolsas de Polimento Mecânico Fonte : HUMMA Indústria e Comércio Ltda Em geral, o eletropolimento é realizado com tensões na faixa de 4 a 12 volts. A densidade de corrente varia de 50 a 100 A/dm?, dependendo dos parâmetros utilizados. Normalmente a eletrólise é realizada em corrente continua, sendo neste caso a perda de material na faixa de 0,02 a 0,04 mm para superfícies não preparadas. Na tabela 4, são mostradas os valores de perdas de material para diversos tempos de processamento. Tabela 4 — Remoção de material em função do tempo de operação na aplicação Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 11 Remoção de material em função do tempo de operação — 120 5 100 E 80 S 60 $ 40 T. Ê 20 0 T T T T T T T T 12394 5678910 Tempo de polimento ( minutos ) Na gráfico acima, o tempo de polimento é medido em minutos e a remoção de material em um. Quadro comparativo relacionando as classes de acabamento com os valores de rugosidade em Ra e RMS. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 12 Tabela 5 — Quadro comparativo de classes de acabamento Classe de acabamento | Desvio médio aritmético | Desvio médio quadrático Ra = um RMS =p” 0.0003 0.012 0.0005 0.029 0.0008 0.037 0.0011 0.049 0.0013 0.061 0.0016 0.074 0.0019 0.086 0.0021 0.098 0.0025 0.11 Nt 0.003 0.12 0.005 0.25 0.008 0.37 0.011 0.49 0.013 0.61 0.016 0.74 0.019 0.86 0.0215 0.98 0.024 111 0.027 1.23 N2 0.0405 1.84 0.054 246 NS 0.080 3.69 0.107 493 0.133 6.15 N4 0.160 7.38 0.187 8.62 0.214 9.85 0.240 111 N5 0.267 123 0.320 14.80 0.400 18.50 0.480 221 N6 0.534 24.6 0.640 29.5 Fonte : HUMMA Indústria e Comércio Ltda. Classes de acabamento N1 = Polimento interno N2 = Polimento extemo N3 = Polimento Intemo e Extemo N4 = Polimento mecânico N5 =Polimento mecânico e eletropolido N6 = Sem polimento Valores de rugosidade Ra = Roughness Average - Rugosidade Média medida em micro metros RMS = Root Mean Square — Média de riscos por polegada quadrada, medida em micro polegadas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 2 2.0 Processo de Soldagem Arame Tubular Bico de contato Escoria solidificada Gás de Proteção firco elétrico Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 3 21 PROCESSO DE SOLDAGEM POR FIOS FLUXADOS (Entenda-se Arame Tubular) 2.2 INTRODUÇÃO Data da década de 30 o início da utilização de proteção gasosa nas operações de soldagem, para resolver problemas da contaminação atmosférica nas soldas de materiais reativos (i.e. alumínio, titânio e ligas de magnésio), tendo dado origem ao processo TIG (Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princípio de funcionamento do TIG, ou seja um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo e a peça, envolto por uma atmosfera protetora de gás inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo consumível de alimentação contínua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois a utilização de gases inertes tornava seu custo elevado para utilização em aços carbono e baixa liga. Quando da introdução do CO> como gás de proteção revelou-se um processo bem aceito para soldagem de aço carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo. No início apenas arame sólido era utilizado e por volta dos anos 50 foi introduzido o uso de fio fluxado com proteção gasosa. Na década de 60 o fio autoprotegido foi introduzido por pesquisadores e engenheiros da Lincoln Eletric [Miskoe 1983]. A utilização de fio fluxado deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado, excelente aparência ao cordão de solda, boas características de arco, além de diminuir o número de respingos e possibilidade de solda em todas as posições, tendo ganho popularidade para soldagem de aços carbono e baixa liga, em chapas de espessura grossa e fina. Muitas vezes sendo utilizado em fortes Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 4 espessuras onde a geometria de junta e posição de soldagem não permitia a aplicação de outros processos de alto rendimento tal como arco submerso ou eletroescória. O processo de soldagem por fios fluxados tem duas variantes, podendo ser protegido por gás inerte, por gás ativo ou mistura destes ("dualshield") ou autoprotegido, sem a utilização de gases de proteção ("innershield"). Atualmente a utilização de fios fluxados autoprotegidos tem tido grande interesse em consequência da sua versatilidade e possibilidade de aplicação em ambientes sujeitos a intempéries como, na fabricação de plataformas de prospecção de petróleo, estaleiros navais, locais de difícil acesso e condições de trabalho, onde até então era absoluto o domínio do processo de soldagem por eletrodos revestidos, assim como vem aumentando sua utilização em estações de trabalho automatizadas e ou robotizadas. 2.3 DEFINIÇÃO O processo de soldagem por fios fluxados é definido como sendo um processo de soldagem por fusão, onde o calor necessário a ligação das partes é fornecido por um arco elétrico estabelecido entre a peça e um fio alimentado continuamente. É um processo semelhante ao processo MIG/MAG, diferindo deste pelo fato de possuir um fio no formato tubular, que possui no seu interior um fluxo composto por materiais inorgânicos e metálicos que possuem várias funções, entre as quais a melhoria das características do arco elétrico, a transferência do metal de solda , a proteção do banho de fusão e em alguns casos a adição de elementos de liga, além de atuar como formador de escória. Este processo possui basicamente duas variantes: i) - Fios fluxados com proteção gasosa Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 7 Fio fluxado Escória liquida Metal liquido Metal solidificado Figura 2.2 - Processo de soldagem por fios fluxados autoprotegidos [AWS, 1971]. 2.4 COMPARAÇÃO COM OUTROS PROCESSOS Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 8 Uma das maiores vantagens da utilização do processo FCAW ("Flux Cored Arc Welding") são as altas taxas de deposição atingidas em comparação com as obtidas no processo MIG/MAG utilizando fio sólido e particularmente com o processo de soldagem por eletrodos revestidos, para níveis idênticos de qualidade. As figuras 2.3 e 2.4 mostram a comparação entre os diferentes processos de soldagem. Comparado ao arco manual, taxas de deposição muito mais u , , , , elevadas são atingidas devido a 18d — Fio autoprotegido pm frco Manual capacidade de utilização de altas intensidades de corrente. T+ & 2,6m Tipicamente um acréscimo na Eletrodos Rutílicos com Pó de Ferro taxa de deposição de 50% pode | Eletrodos Básicos. ser obtido com um fio T-1 tipo Taxa de Deposição (Ka/h) rutílico diâmetro 2.4 s 2,8mum q comparativamente a obtida com 4 4 4 4 198 208 388 408 coa Ema eletrodo revestido, rutílico de Intensidade de Corrente (A) 5mm de diâmetro com pó de Ê Figura 2.3 - Comparação entre os processos de ferro no revestimento [Jones, 8 paraç; P soldagem por Fios fluxados e eletrodo revestidos Jones, 1982]. 1982]. A taxa de deposição obtida com fios autoprotegidos varia de acordo com o tipo de fluxo. Outro fator a ter em consideração na análise comparativa do processo em relação a produtividade, é o fator de utilização ou seja o "Duty Cycle" do processo, que devido a alimentação contínua evita as constantes paradas para troca de eletrodos, girando em torno dos 70% para soldagens semi-automáticas, podendo atingir até 100% em estações automatizadas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 9 Altas taxas de deposição podem também ser obtidas com a utilização de arame sólido quando utilizado o processo MIG/MAG (figura 2.5), porém o comportamento do fio sólido sob altas densidades de corrente encontra-se normalmente associado a um certo número de problemas, incluindo o excesso de perdas por respingos, aumento da suscetibilidade do processo a porosidades além de provocar a deterioração da morfologia do cordão de solda. Taxa de Deposição (Kg/h] ES RN | meio fluxado com proteção gasosa » Eletrodo revestido r Bs HZ EH 1.2 f letrodo Rutílico com Pó de Ferro Elétrodo Básico 166 200 ho 406 com 60a Intensidade de Corrente th) Figura 2.4 - Comparação entre o processo de soldagem por fios fluxados e eletrodo revestido [Jones, 1982] Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 12 escória a partir do fluxo fundido durante o processo, proporcionando proteção ao metal de solda depositado durante e após solidificação até o resfriamento. A escória formada pode ser de fácil ou difícil remoção, ácida ou básica, consoante ao tipo de fluxo utilizado. Uma outra característica a tomar em consideração é a penetração obtida com o processo por fios fluxados. Esta penetração está associada ao tipo de fluxo, parâmetros de soldagem, gás de proteção (se presente). Em geral, fios fluxados com proteção gasosa apresentam características de maior penetração que os fios fluxados autoprotegidos. 2.6 TRANSFERÊNCIA DO METAL DE SOLDA Um dos principais objetos de estudo na atualidade em relação aos processos utilizados para soldagem dos materiais visa as características de transferência do metal de solda, principalmente em relação a processos semi-automáticos, onde as variações inerentes ao processo tais como o comprimento de arco elétrico e a velocidade de alimentação do fio (responsáveis pela instabilidade do processo), influem na taxa de fusão e no modo de transferência do metal. Com o surgimento os fios fluxados esta instabilidade do processo não foi totalmente eliminada. Contudo, a presença do fluxo atuando durante a soldagem tanto nas características do arco elétrico como no comportamento físico do banho de fusão e metal depositado, veio corrigir alguns defeitos do processo MIG principalmente as colagens, as quais foram responsáveis pela impopularidade deste processo para usos em construções de grande responsabilidade. A transferência do metal por fios fluxados varia com o tipo de fio utilizado, proteção gasosa ou ausência desta, polaridade de soldagem e intensidades envolvidas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 13 Ushio M. e outros [1984] verificaram os tipos de transferência de fios fluxados com proteção adicional de CO> e autoprotegidos sob condições de Corrente contínua polaridade direta (CCPD) e Corrente contínua polaridade inversa (CCPI). Notaram que para soldagem sob CCPI em condições ideais de intensidade de corrente a transferência do metal dá-se na forma de pulverização axial onde as gotas são formadas a partir da ponta do arame com tamanhos e frequência de destacamento uniformes, conforme esquematizado na figura 2.6. Eletrodo Entretanto para altas intensidades de corrente a taxa de fusão do fio é maior que a taxa de fusão da escória, área elétrico | ee pe Fúsão provocando a formação de gotas grandes nas partes laterais do fio, que caracterizam Formação e desprendimento das gotas en direção 2oça de fusão a transferência globular onde a Figura 2.6 - Transferência por pulverização axial formação de gotas grossas não axiais comprometem a coluna de arco e a estabilidade do processo. A transferência globular pode ser observada na figura 2.7. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 14 Para altas intensidades foi notado também a existência de pequenas explosões, atribuídas a formação de gases, provenientes do fluxo fundido no interior da gota de metal durante a transferência. Nas condições de CCPD a fusão da alma metálica é muito mais rápida que a do fluxo, as gotas tornam-se grandes, formando-se ao lado da ponta do arame. A transferência é globular e bastante irregular. As gotas de fluxo fundido são produzidas dentro da coluna de arco e transferidas independentemente das gotas de metal sendo a reação entre a escória e o metal fundido pequena neste estágio. A transferência do metal pode dar-se também na forma "spray" ou seja o metal transfere-se a poça de fusão sob forma de gotas de pequenos diâmetros, conforme pode ser observado na figura 2.8. Esta transferência ocorre apenas sob determinadas condições, quando é atingida a intensidade crítica mínima, que é função do diâmetro e tipo de fio. O tipo de gás de proteção, quando presente, pode diminuir ou aumentar esta intensidade crítica mínima. O dióxido de carbono aumenta a intensidade crítica, enquanto que o argônio a diminui. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 17 elementos de liga, melhoria de propriedades químicas, mecânicas e elétricas do material depositado, estabilizadores do carbono e da matriz ferrítica. Dobrado simples Dobras múltiplas Dobra dupla Figura 2.10 - Secções disponíveis para fios fluxados [Foote,1983] 2.7.2 CLASSIFICAÇÃO DOS FIOS FLUXADOS As especificações AWS para fios fluxados são as mais comunmente adotadas pelos fabricantes de consumíveis e por este motivo resolveu-se utiliza-la no presente trabalho. Os diferentes tipos de fios fluxados são classificados quanto as propriedades mecânicas, tipo de revestimento e características de soldagem tais como utilização de gás de proteção, soldagem de passe único ou multipasse, tipo de corrente, posição de soldagem e propriedades mecânicas do metal soldado dividindo-se em três categorias: i) Fios fluxados para aços não ligados Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 18 ii) Fios fluxados para aços ligados iii) Fios fluxados para aços inoxidáveis 2.7.2.1 FIOS FLUXADOS PARA AÇOS NÃO LIGADOS - AWS A5.20 - 79 E XIX2T-X3 onde: E - Significa eletrodo X1 - Indica o mínimo valor da tensão de ruptura, multiplicado por 10 em Kpsi, podendo ser dois dígitos. X2- Indica a posição de soldagem T - Indica que o fio é tubular, possuindo fluxo ou pó de ferro no seu interior. X3 - Indica o tipo de fluxo, composição química do metal depositado, tipo de proteção do banho e poça de fusão e outras características. A seguir são dadas, resumidamente, as características principais de alguns fios com terminação igual para o último dígito. T-1 Fios para soldagem multipasse com proteção gasosa, solda em corrente contínua eletrodo positivo (CCEP)em todas as posições, possui escória tipo rutílica. Apresenta arco elétrico estável e poucos respingos. T-2 Fios para soldagem em um único passe com proteção gasosa, solda em CCEP nas posições plana e horizontal, possui escória tipo rutílica. Apresenta arco elétrico estável e poucos respingos durante a soldagem. T-3 Fios autoprotegidos para soldagem em um único passe, solda em CCEP nas posições plana, vertical descendente (com declive até 20º) e horizontal a altas velocidades, pode ser usado para chapas finas até 5 mm de espessura. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 19 T-4 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em CCEP em todas as posições, transferência globular, altas taxas de deposição e baixa penetração, possui elementos desulfurizantes conferindo ao metal depositado boa resistência a fissuração a quente. T-5 Fios para soldagem multipasse com proteção gasosa, solda nas posições plana e horizontal, transferência tipo globular com cordões convexos. Possui fluxo básico, o que lhe confere boa resistência mecânica ao impacto e a fissuração a frio T- 6 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em CCEP nas posições plana e horizontal, transferência tipo "spray", apresentando altas taxas de deposição penetração profunda e escória de fácil remoção. Possui fluxo básico, o que confere ao metal depositado boa resistência mecânica ao impacto a baixas temperaturas. T-7 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em corrente contínua eletrodo negativo (CCEN) nas posições plana e horizontal, caracterizando-se por apresentar altas taxas de deposição e boa resistência mecânica a fissuração a quente por possuir elementos desulfurizantes e desfosforizantes. T-8 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em CCEN em todas as posições. O metal depositado apresenta excelente resistência mecânica ao impacto a baixas temperaturas e boa resistência a fissuração por possuir elementos desulfurizantes e desfosforizantes no fluxo. T- 10 Fio autoprotegido para soldagem em um único passe, solda em CCEN nas posições plana, horizontal e vertical descendente (declive de até 200). Caracteriza- se por apresentar altas velocidades de soldagem. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 22 Tensão (tj Intensidade de corrente (A) ————+ Figura 2.11 - Curva característica típica de um egpo. de solda de tensão constante 2.9.2 CORRENTE DE SOLDAGEM E TENSÃO DO ARCO ELÉTRICO A corrente de soldagem tem grandes efeitos no processo [AWS 1978], sendo que a taxa de deposição e penetração do processo são diretamente proporcionais ao aumento da corrente de soldagem. As figuras 2.12, 2.13 e 2.14 mostram a influência da intensidade de corrente para alguns tipos de fio fluxado. Com o uso de correntes excessivamente altas o cordão torna-se convexo e de morfologia deteriorada, enquanto que baixas intensidades de corrente tem como consequência uma transferência globular com gotas grandes e excessivos respingos. A tensão de arco está diretamente relacionada com o comprimento do mesmo. Grandes comprimentos de arco causam muitos respingos e irregularidade na morfologia do cordão, além da introdução de nitrogênio no banho (para fios autoprotegidos), enquanto que para pequenos comprimentos de arco há Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 23 uma diminuição na tensão superficial do banho, originando cordões convexos de pouca penetração. como a 188 208 E «ma E Intensidade de corrente (A) Figura 2.12 - Taxa de deposição - Fio fluxado tipo T-1 [Jones, 1982] Figura 214 - Figura 213 - . Taxa de deposição Taxa de deposição - Fios fluxados tipo T-4, T-6, T-8 ones, 1982] - Fio fluxado tipo T-5 [Jones, 1982] Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 24 2.9.3 EXTENSÃO LIVRE DE FIO ("STICK OUT") Uma boa proteção do banho de fusão é obtida quando o fluxo é convenientemente aquecido antes da fusão, pela ação do arco elétrico. O pré aquecimento do fluxo dá-se por efeito Joule, quando da passagem da corrente elétrica pela extensão livre de fio. A temperatura atingida por esse pré-aquecimento é função do "Stick Out". Se o "stick out" é pequeno, o pré-aquecimento do fluxo é insuficiente e a produção de gases não é adequada a proteção do banho de fusão [Foote, 1983]. Para grandes valores de "stick out" podem ocorrer dissociações prematuras do CO», como mostrado na equação 2.1. Install Equation Editor and double- click here to view equation. (2.1) Essas dissociações causadas pelo aquecimento do fio e atmosfera que o circunda podem originar respingos excessivos, deterioração da morfologia do cordão, além de elevar a temperatura do fio para próximo da temperatura de fusão provocando o amolecimento do mesmo antes de atingir a poça de fusão, o que pode originar desvios na linha de solda. 2.9.4 ÂNGULO DE ATAQUE E SENTIDO DE SOLDAGEM O ângulo de ataque do fio, ou seja o ângulo formado entre o eixo de simetria do fio em relação a superfície a ser soldada, e o ângulo de arraste que é o ângulo formado entre a tocha de solda e o sentido de deslocamento da linha de solda, são duas importantes variáveis, as quais são citadas em vários Handbooks (AWS e Lincoln). O que se tenta evitar, controlando estas variáveis, é que o banho de fusão e a escória liquida ultrapassem a frente do arco elétrico, de forma a evitar Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 27 Fonte de potência Controle de Tensão | controle de Tensão E a Moltimetro Amperimetro q e controle da corrente - . ç fuel, do aramej f Gãs de proteção í A E : . as i Carretel de arame | ôluula solendide E : “a Controle do : mm Alimentador v É u m 4 6“ Roldanas 7 Motor alimentador 8 de srame Tocha de soldagem Peça de trabalho Figura 2.15 - Equipamento básico para soldagem com fios fluxados [AWS, 1991] Uma outra variante do processo a qual acaba sendo uma grande vantagem é a possibilidade de automatização, possibilitando aumento da velocidade de soldagem, e consequentemente aumento da produtividade, bem como assegurando uma menor variação das condições operacionais, assegurando uma maior conatância e repetitividade. A figura 2.16 mostra uma estação de trabalho automatizada com a utilização de fios fluxados. A corrente de soldagem é contínua e a fonte de potência normalmente possui característica de tensão constante, capaz de ajustes da ordem de 1 volt. Equipamentos com característica de intensidade constante podem também ser Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 28 usados desde que possuam sistemas de controles adequados a garantir os ajustes paramétricos e alimentação constante do fio. Fonte de potência am Controle de Tensão Moltimetro u : 5 k êmperimatro, / Bs de proteção 5 “ controle da corrente Controle do a (vel. do arame) Alimentador q u : : E: Roldanas Váluula solenéide Ea 2 flotor do Arame 8 Sistema de refrigeração Peça de trabalho Figura 2.16 - Esquema básico de um estação automatizada para soldagem com fios fluxados [AWS, 1971] As tochas de soldagem podem ter diversas formas e características de acordo com o uso para qual foram projetadas, em soldagem semi automática ou em linhas automatizadas e ou robotizadas. As figuras 2.17 a 2.19 mostram alguns tipos de tochas utilizadas para soldagem com fios fluxados. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 29 tubo guia | conduíte E ie>. — eseerodo [ER — trem T Nenbo de corrente Garilho cabos de comando Dl Proteção E— Eletrodo Figura 2.17 - Tocha para soldagem semi automática Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 32 executada por ambos os lados da junta caso haja acesso e seja econômicamente viável. A figura 2.21 mostra alguns tipos de junta de penetração total mais comunmente utilizadas. Junta em CU” Junta em “x” Figura 2.21 - Juntas típicas para solda de penetração total 2.12 Autor Roberto Joaquim Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo | - 3 Página 1 3.0 PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 SOLDAGEM COM PROTEÇÃO GASOSA - MIG MAG PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO PROCESSO EQUIPAMENTOS PARA SOLDAGEM CONSUMÍVEIS ANÁLISE QUÍMICA DE ARAMES CONFORME AWS TRANSFERÊNCIA METÁLICA TÉCNICA OPERATÓRIA ESTUDO DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM BIBLIOGRAFIA AUTORES Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 2 3.0 PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG 3.1 SOLDAGEM COM PROTEÇÃO GASOSA - MIG MAG A soldagem a arco com eletrodos fusíveis sobre proteção gasosa, é conhecida pelas denominações de: - MIG, quando a proteção gasosa utilizada for constituída de um gás inerte, ou seja, um gás normalmente monoatômico como Argônio ou Hélio, e que não tem nenhuma atividade física com a poça de fusão, - MAG, quando a proteção gasosa é feita com um gás dito ativo, ou seja, um gás que interage com a poça de fusão, normalmente COZ - dióxido de Carbono. - GMAW, (abreviatura do inglês Gás Metal Arc Welding) que é a designação que engloba os dois processos acima citados. Arame-eletrodo Entrada do gás ae Cabo de corrente elétrica. Bico de Sentido de trabalho "5 contato peça Bico de contato Metal solidificado = Bocal Arco elétrico Gás de proteção k ei Te) P soe Poça de fusão Figura 1 - Princípios básicos do processo MIG / MAG Os dois processos diferem entre sí unicamente pelo gás que utilizam, um vez que os componentes utilizados são exatamente os mesmos. A simples Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 5 O calor gerado pelo arco é usado para fundir as peças a serem unidas e o arame-eletrodo que é transferido para a junta como metal de adição. O processo de soldagem MIG MAG pode ser utilizado em materiais em uma ampla faixa de espessuras. No Brasil, o diâmetro dos arame-eletrodos utilizados varia entre 0,8 e 3,2 mm. No Japão, encontramos arames de menores diâmetros (0,5 mm) que irão facilitar os trabalhos em posições de soldagem diferentes da posição plana. A transferência contínua de metal pela coluna de arco faz com que a eficiência do calor adicionado seja superior, neste caso, do que a soldagem pelo processo TIG. A transferência é tão eficiente neste processo que até elementos muito ativos como o Titânio conseguem ser recuperados no metal de solda com relativa eficiência, desde que presentes no arame em forma de elementos de liga. 3.3 EQUIPAMENTOS PARA SOLDAGEM Sistema de controle = Bobina de arame Saída do gás-p Tocha de soldagem Lol À Ego [Alimentador] de arame A Wo tg Cabo de retorno Ja Cilindro de gás T Fonte de energia Figura 2 - Equipamento básico para a soldagem MIG MAG O equipamento básico para soldagem MIG MAG consiste de uma fonte de energia, uma tocha de soldagem com um jogo de bocais, um alimentador de arame, um sistema de controle, um par de cabos elétricos, um jogo de válvulas redutoras para o gás de proteção, canalizações para transporte do gás ( água se houver), uma fonte para o gás de proteção e uma garra para fixação do cabo a peça. Estes equipamentos podem ser vistos na figura 2 e são descritos em seguida. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 6 3.3.1 FONTES DE ENERGIA O processo utiliza corrente do tipo contínua que pode ser fornecida por um conjunto transformador-retificador ou por um conversor. A forma da característica estática da fonte pode ser do tipo corrente constante ou tensão constante, conforme o sistema de controle do equipamento. Quando se utiliza uma fonte do tipo tensão constante, a velocidade de alimentação do arame-eletrodo se mantém constante durante a soldagem. Este sistema é mais simples e mais barato. Com a fonte de energia do tipo corrente constante o comprimento do arco é controlado pelo ajuste automático da velocidade de alimentação do arame. este tipo de sistema é particularmente recomendado para arames de diâmetro superior a1.2mm. Para certas aplicações particulares, pode-se sobrepor à corrente principal uma certa corrente pulsada, proveniente de um segundo gerador ligado ao primeiro. 3.3.2 TOCHA, BICOS DE CONTATO E BOCAIS A tocha de soldagem consiste basicamente de um bico de contato, que faz a energização do arame-eletrodo, de um bocal que orienta o fluxo de gás protetor e de um gatilho de acionamento do sistema. O bico de contato é um pequeno tubo à base de cobre,cujo diâmetro interno é ligeiramente superior ao diâmetro do arame-eletrodo, e serve de contato elétrico deslizante. O bocal é feito de Cobre ou material cerâmico e deve ter um diâmetro compatível com a corrente de soldagem e o fluxo de gás a ser utilizado numa dada aplicação. O gatilho de acionamento movimenta um contator que está ligado ao primário do transformador da máquina de solda, energizando o circuito de soldagem, além de acionar o alimentador de arame e uma válvula solenóide, que comanda o fluxo de gás protetor para a tocha. As tochas para soldagem MIG MAG podem ser refrigeradas a água ou pelo próprio gás de proteção, dependendo de sua capacidade, dos valores de corrente utilizados e do fator de trabalho. Quanto ao formato, as tochas podem ser retas ou curvas, sendo as mais utilizadas as do tipo "pescoço de cisne" que são as que oferecem maior manejabilidade. Na figura 7.3 pode ser observado o esquema de uma tocha de soldagem MIG MAG. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 7 Tubo de gás | Conduíte Tuho de contato Eletrodo Gatilho Figura 3 - Tocha para soldagem MIG - MAG 3.3.3 ALIMENTADOR DE ARAME O alimentador de arame normalmente utilizado, é acionado por um motor de corrente contínua e fornece arame a uma velocidade constante ajustável numa ampla faixa. Não existe qualquer ligação entre o alimentador e a fonte de energia, entretanto ajustando-se a velocidade de alimentação de arame, ajusta-se a corrente de soldagem fornecida pela máquina, devido as características da fonte e do processo. O arame é passado entre um conjunto de roletes chamados de roletes de alimentação que podem estar próximos ou longe da tocha de soldagem e, dependendo da distância entre o carretel de arame e a tocha de soldagem, um ou outro tipo de alimentador apresenta melhores resultados. 3.3.4 SISTEMA DE CONTROLE O sistema de controle permite a verificação e o ajuste de alguns parâmetros de soldagem, como por exemplo: velocidade de alimentação do arame, corrente e tensão de soldagem, etc. Estes vários controles estão normalmente em um único painel. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP MIG/MAG PROCESSO DE SOLDAGEM Modulo | - 3 Página 10 a» [R) Edi oleo fuitame aquario: uma) significa eletrodos GEMA omjunto de + uútueros que desiguama resistência atração runimra do metal depositado ey 10000 psi À Tosta letra teiu o sup sigrufica du; Mo arrimo: sait li ' arame para rerestimentn dimm 1 arame minar Tigilms aqua imlicsimm rlasze de enmpnaição quimica do arame 3.5 Análise química de arames conforme AWS Tabela Classificação Cc Mn Si P s ER70S -2 0,07 0.90to |0,40to | 0,025 0,035 1.40 0,70 ER70S-3 0,06 to |0,90to | 0,45to | 0,025 0,035 0,15 1,40 0,70 ER70S-4 0,07 to|1,00to | 0,65to | 0,025 0,035 0,15 1,50 0,85 ER70S -5 0,007 to |0,90t0 | 0,30t0 | 0,025 0,035 0,19 1,40 0,60 ER 7065 - 6 0,07 to|1,40to | 0,80to | 0,025 0,035 0,15 1,85 1,15 ER70S-7 0,07 to | 1,50to | 0,50to | 0,025 0,35 0,15 2,00 0,80 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 11 3.6 GASES DE PROTEÇÃO Os gases de proteção utilizados em soldagem MIG MAG podem ser inertes, ativos ou misturas destes dois tipos. O tipo de gás influencia as características do arco e transferência do metal, penetração largura e formato do cordão de solda, velocidade de soldagem, tendência a aparecimento de defeitos e o custo final do cordão de solda. Os principais gases e misturas utilizados na soldagem MIG MAG são apresentados na tabela 3. TABELA 3 - GASES E MISTURAS UTILIZADOS NA SOLDAGEM MIG MAG Gás ou mistura Comportamento Aplicações químico Argônio (Ar) inerte quase todos metais (- aço) Hélio (He) inerte AI, Mg, Cu e suas ligas Ar +20 a 50 % He inerte ídem He (melhor que 100% He) Nitrogênio (N2) inerte Cobre e suas ligas Ar + 20 a 30 % N2 inerte ídem N2 (melhor que 100% N2) Ar+1a2%0o2 ligeiram. oxidante aços inóx e alg. ligas Cu Ar+3a5% O2 oxidante aços Carb. e alguns b. liga co2 oxidante aços Carb. e alguns b. liga Ar + 20 a 50 % CO2 oxidante div. aços - transf. c. circ Ar + CO2 + O2 oxidante diversos aços Os gases inertes puros são utilizados principalmente na soldagem de metais não ferrosos, principalmente os mais reativos como Titânio e Magnésio. Na soldagem de metais ferrosos, a adição de pequenas quantidades de gases ativos melhora sensivelmente a estabilidade do arco e a transferência de metal. Para aços Carbono e baixa liga, o custo da soldagem pode ser reduzido com a utilização de CO2 como gás de proteção. As misturas de gases inertes ou inertes com ativos, em diferentes proporções, permitem a soldagem com melhor estabilidade de arco e transferência de metal em certas aplicações. Nitrogênio e misturas com Nitrogênio, são utilizados na soldagem de Cobre e suas ligas. De um modo geral, com a utilização de Hélio e CO2 obtém-se maiores quedas de tensão e maior quantidade de calor gerado no arco de soldagem para uma mesma corrente e comprimento de arco, em relação ao Argônio, devido a maior condutividade térmica destes gases. Em geral, misturas contendo He são utilizadas em peças de maior espessura. A figura 5 mostra o perfil do cordão de solda característico para diversos gases e misturas. Entretanto, deve-se lembrar que o perfil do cordão de solda também pode ser alterado por alterações nos parâmetros de soldagem. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM Modulo | - 3 MIG/MAG Página 12 Ar Ar+O, co, Ar+CO, He AR +He Figura 5 - Perfil de cordões de solda feitos com diferentes gases 3.5.1 GENERALIDADES SOBRE ALGUNS GASES DE PROTEÇÃO - Argônio e Hélio São utilizados frequentemente para a soldagem de metais não ferrosos. Em ligas ferrosas, quando puros, causam instabilidade e salpicos. O Hélio apresenta maior condutividade térmica do que o Argônio, o que resulta em maior área de penetração da soldagem. Para correntes iguais, o Hélio apresentará maior potência de arco. Daí a preferência de seu uso em soldagens de materiais de elevada espessura, especialmente aqueles de elevada condutividade térmica, tais como Alumínio e Cobre. Para ligas ferrosas, em chapas finas ou em soldagens fora de posição, a preferência é pelo Argônio. O Hélio é cerca de 10 vezes mais leve do que o Argônio, isto resultará em maior consumo para garantir a mesma proteção à soldagem. A transferência por spray é melhor obtida com Argônio do que com Hélio. O custo do Hélio é muito maior do que o do Argônio na maioria dos países que não tem Hélio em suas riquezas naturais. - Adições de O2 e CO2 ao Argônio ou Hélio Adições de O2 e CO2 ao Argônio ou Hélio melhoram a transferência metálica, estabilizam o arco e minimizam os salpicos nos aços. Em alguns casos pode causar porosidade e perdas de elementos de liga como por exemplo: Cromo, Vanádio, Titânio, Manganês e Silício devido ao seu poder oxidante. Para se evitar este problema, deve-se utilizar arames com desoxidantes. Em soldagens de aços inoxidáveis com teor de Carbono menor que 0,07%, pode ocorrer aumento do teor de Carbono do metal depositado com a adição de COZ no gás de proteção. Isto acarretará problemas futuros de corrosão. - CO2 puro Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 15 dirigidas. Com isto a quantidade de salpicos será muito grande. Isto pode ser minimizado com a utilização de um arco muito curto. Em metais ferrosos, a transferência por spray é limitada a posição plana, devido a grande quantidade de material transferido e a fluidez da poça de fusão. Também devido a grande penetração, nestes mesmos materiais não é o tipo de transferência adequado para chapas finas. Em metais não ferrosos, pode ser utilizada com maior liberdade. 3.6.3 TRANSFERÊNCIA POR CURTO-CIRCUITO A soldagem por curto circuito é a característica mais importante de utilização das misturas de gases ativas (CO2 puro ou misturas com teor deste gás superior a 25%). Com esta proteção gasosa em baixos níveis de corrente e tensão, os glóbulos crescem algumas vezes o diâmetro do eletrodo até que tocam na poça de fusão. Quando ocorre o curto, a gota na extremidade saliente do arame se estrangula por capilaridade ocasionando alta densidade de corrente que irá destacar, finalmente, a gota dando origem a novo arco. O eletrodo curto circuita a poça de fusão numa taxa de 20 a 200 vezes por segundo. Este tipo de transferência produz uma poça de fusão pequena e de rápido resfriamento, sendo por isto adequada para chapas finas, soldagem fora de posição e passes de raiz. Por outro lado, como o calor transferido para a poça de fusão é menor, ocorrerão menores problemas de distorções. Nesta transferência alguns problemas de salpicos poderão ocorrer, porém podem ser eficientemente controlados por modificações de indutância que são normalmente colocadas em série com o circuito de soldagem, diminuindo assim a velocidade de estabelecimento do pico de corrente de curto circuito. 3.6.4 TRANSFERÊNCIA CONTROLADA Sob esta denominação estão agrupados outros modos de transferência que podem ser obtidos pela introdução de perturbações controladas na corrente de soldagem e/ou na alimentação do arame. Estas perturbações tem como objetivo obter uma transferência controlada de metal de adição com as características desejáveis da transferência por spray, mas a níveis de corrente média bem mais baixos, de forma a permitir sua utilização na soldagem de chapas finas ou fora da posição plana. A transferência controlada mais usada é a pulsada, que é um tipo de transferência mais estável e uniforme obtido pela pulsação da corrente de soldagem em dois patamares, um inferior a corrente de transição e outro superior a esta, de modo que durante o período de tempo que a corrente é baixa, uma gota se forma e cresce na ponta do arame e é transferida quando o valor da corrente é Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 16 elevado. Para se obter este modo de transferência deve-se utilizar fontes de energia especiais, capazes de fornecer corrente pulsada, com parâmetros de pulso controláveis. Um problema acarretado pela adoção deste tipo de transferência é a introdução de quatro novas variáveis no processo de soldagem MIG MAG (tempo de pico, corrente de pico, tempo de pulso e corrente de pulso). Isto dificultará um pouco mais a seleção e otimização dos parâmetros de soldagem. 3.7 TÉCNICA OPERATÓRIA A habilidade manual requerida para o soldador no processo MIG MAG é menor do que a necessária para a soldagem com eletrodos revestidos, uma vez que a alimentação do arame é mecanizada, dispensando com isto o movimento de mergulho da tocha em direção a poça de fusão. No entanto, a otimização de parâmetros é mais difícil de ser feita devido ao maior número de variáveis existentes neste processo. A abertura do arco se dá por toque do eletrodo na peça. Como a alimentação é mecanizada, o início da soldagem é feita aproximando-se a tocha à peça e acionando o gatilho. Neste instante é iniciado o fluxo de gás protetor, a alimentação do arame e a energização do circuito de soldagem. Depois da formação da poça de fusão, a tocha deve ser deslocada ao longo da junta, com uma velocidade uniforme. Movimentos de tecimento do cordão devem ser executados quando necessários. Ao final da operação simplesmente se solta o gatilho da tocha que interromperá automaticamente a corrente de soldagem, a alimentação do arame e o fluxo de gás, extinguindo com isto, o arco de soldagem. O processo de soldagem MIG MAG utiliza normalmente corrente contínua e polaridade inversa (eletrodo positivo), que é o tipo de corrente que apresenta melhor penetração e estabilidade de arco. Polaridade direta pode eventualmente ser utilizada para aumentar a velocidade de deposição, quando não for necessária grande penetração (revestimentos), porém causa grande instabilidade de arco. A corrente alternada não é normalmente utilizada em MIG MAG. 3.8 ESTUDO DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM As variáveis mais importantes, que afetam a penetração e a geometria do cordão são: 3.8.1 CORRENTE DE SOLDAGEM Se forem mantidas constantes todas as demais variáveis de soldagem, um aumento na corrente de soldagem (aumento na Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 17 velocidade de alimentação do arame), irá causar aumento na profundidade e largura de penetração, aumento na taxa de deposição e aumento do cordão de solda. 3.8.2 TENSÃO DE SOLDAGEM Nas mesmas condições citadas acima, um aumento na tensão proporcionará alargamento e achatamento do cordão de solda, aumento da largura de fusão e aumento do aporte térmico que resultará em um aumento do tamanho da zona termicamente afetada. Uma tensão de soldagem muito alta poderá causar porosidades, respingos e mordeduras. Já uma tensão muito baixa tenderia a estreitar o cordão de solda e aumentar a altura do reforço do cordão. 3.8.3 VELOCIDADE DE SOLDAGEM Uma velocidade de soldagem baixa resultará em um cordão muito largo com muito depósito de material. Já velocidades muito altas produzem cordões estreitos e com pouca penetração. Quando a velocidade é excessivamente alta, a tendência é de que cause mordeduras no cordão de solda. 3.8.4 EXTENSÃO LIVRE DO ELETRODO (STICK-OUT) Define-se como extensão livre do eletrodo ou stick-out a distância entre o último ponto de contato elétrico do arame (normalmente o tubo de contato), e a ponta do eletrodo ainda não fundida. Quando esta distância aumenta, aumenta também a resistência elétrica do eletrodo, que terá assim mais tempo para aquecer-se por efeito Joule. Com esta elevação da temperatura do eletrodo, será necessária uma menor corrente para fundir o eletrodo para a mesma taxa de alimentação, ou vendo de outra forma, para a mesma corrente de soldagem utilizada, se obterá uma maior taxa de deposição, porém com menor penetração. As extensões normalmente utilizadas situam-se na faixa entre 6 e 13 mm. para a transferência por curto-circuito e entre 13 e 35 para os demais modos de transferência. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 20 5-AWS 6 - MACKENZIE 7 - SENAI 3.10 Autores José Pinto Ramalho Luiz Gimenes Jr. Welding Handbook eight edition volume 2 -Welding process Curso de Solda - Apostila do Curso Superior de Engenharia Mecânica - São Paulo - 1982 Manual de soldagem ao arco elétrico SENAI- SP - 1976 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 1 4.0 PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA 41 4.2 4.3 PLASMA 44 4.5 4.6 4.7 PLASMA O QUARTO ESTADO DA MATÉRIA ARCO PLASMA PRINCÍPIOS BÁSICOS DO PROCESSO DE SOLDAGEM VANTAGENS DESVANTAGENS TÉCNICAS DO PROCESSO COMPONENTES BÁSICOS EM UMA INSTALAÇÃO PARA SOLDAGEM PLASMA 4.8 4.9 4.10 411 4.12 4.13 414 METAIS DE ADIÇÃO CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO PROCESSO MATERIAIS SOLDÁVEIS PELO PROCESSO ARCO PLASMA MICRO-PLASMA TÉCNICA KEY HOLE E APLICAÇÕES BIBLIOGRAFIA AUTORES Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 2 4.0 PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA 41 Plasma O Quarto Estado Da Matéria Usualmente a definição de plasma é tida como sendo o quarto estado da matéria. Costuma-se pensar normalmente em três estados da matéria sendo eles o sólido, líquido e gasoso. Considerando o elemento mais conhecido, a água, existem três estados , sendo o gelo, água e vapor. A diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este transformar-se-á em água, que sendo submetida a mais calor, vaporizará, ver Figura PAW 01. Porém se adicionar-mos mais energia, algumas de suas propriedades são modificadas substancialmente tais como a temperatura e características elétricas. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isto acontece, o gás torna-se um "plasma", sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar-se a tensão para se obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção, e consequentemente a temperatura do metal aumenta. O mesmo fato pode ser observado no gás plasma; quanto mais reduzida for a secção tanto maior será a temperatura. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 1 1.0 SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 INTRODUÇÃO EQUIPAMENTO TUBULAÇÃO SANITÁRIA - PADRÃO O D TUBOS PADRÃO OD ( OUTSIDE DIAMETER ) CONCEITOS DE SANITARIEDADE ACABAMENTO SUPERFICIAL — ELETROPOLIMENTO BIBLIOGRAFIA AUTORES Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 2 1.0 Soldagem Orbital para Tubos em Aço Inoxidável Sanitário 1.1 |. Introdução A soldagem orbital é um processo especial de soldagem utilizado para unir preferencialmente por fusão apenas (soldagem autógena) tubos e conectores de parede fina, em geral de ligas inoxidáveis, ferrosas ou não. Este processo é usado principalmente para tubos O.D. de diâmetros não maiores que 12.00" inclusive e aplicações onde a elevada pureza dos fluidos processados é item de extrema importância. A soldagem orbital de tubos consiste basicamente de uma variação do processo de soldagem TIG, onde uma tocha com eletrodo não consumível de Tungstênio mantém o arco elétrico constante ao mesmo tempo que injeta o gás inerte de proteção na poça de fusão. Consiste portanto, de uma "cabeça" giratória que contém a tocha TIG, a qual é fixada ao redor da junta (tubo) a ser soldada. Entre a "cabeça" e o próprio tubo forma-se uma câmara para o gás inerte de proteção e para o arco elétrico, a qual gira ou "orbita" ao redor da solda. A foto acima mostra a soldagem orbital de um tubo sanitário de aço inoxidável AISI 316L em uma planta farmacêutica. Diferentes segmentos industriais usam diferentes gamas de tubulações (incluindo- se os tubos de parede muito fina), e os equipamentos de solda orbital disponíveis no mercado com a moderna tecnologia de soldagem presente nos dias de hoje podem comportar a todas elas. A indústria de semicondutores, por exemplo, usa tubos a desde 1/8" O.D. de 316L, até 6". As indústrias bio-farmacêutica, de alimentos, de laticínios, bebidas e aeroespacial usam bitolas específicas que muito se diferenciam entre si, e Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 5 dos principais fabricantes deste tipos de equipamentos e cabeçotes de diâmetros especiais podem ser construídos mediante consulta. Para a execução da soldagem autógena, faz-se uso de cabeçotes específicos, para tubos desde 6 mm até 150 mm de diâmetro e para espessuras de parede até 4 mm. No interior destes cabeçotes forma-se uma bolsa de gás inerte que envolve toda a junta durante a soldagem. Os cabeçotes de soldagem orbital possuem presilhas em ambos os seus lados para fixar os tubos durante o processo de soldagem. Cabeçote de soldagem orbital de última Geração. Fabricação AMI - USA 1.3 TUBULAÇÃO SANITÁRIA - PADRÃO O D. 1.3.1 Introdução Os tubos inoxidáveis sanitários padrão OD ( outside diameter ), são largamente utilizados em industrias farmacêuticas, químicas, alimentícias, etc., onde se requer um maior controle e qualidade dos produtos que irão passar por dentro destes tubos. Este tipo de tubo seguem as normas ASTM A249, A269 e A270, sendo esta última a mais utilizada para a fabricação e confecção dos tubos, pois possui os pré requisitos das normas A-312/450 que indicam que são utilizados para produtos corrosivos e para altas temperaturas Normalmente, os tubos padrão OD são fabricados em aço inoxidável austenitico, sendo a série 300 a indicada para esta finalidade. Encontramos estes tubos na série 304, 316 e 316L. Dependendo da utilização destes tubos, os mesmos podem vir polidos interna e externamente ou em apenas um dos casos. 1.3.2 Tipos de Polimento : Com relação ao tipo de polimento indicado para estes tubos, os mais indicados são o eletropolimento e o polimento através de lixas, podendo ser encontrados comercialmente com acabamento grão/grana variando de 60 a até 400. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 6 1.3.3 Procedimentos de Soldagem : No procedimento de soldagem, antigamente para a união destes tubos, o processo mais indicado era o TIG. Muitas vezes para um bom acabamento interno e externo era necessário que o soldador tivesse bastante experiência, para se evitar que internamente a soldagem pudesse apresentar pontos de contaminação e posteriormente a condenação desta tubulação. Hoje em dia, o processo de soldagem amplamente utilizado para este tipo de caso é a soldagem orbital, pois a mesma além de um bom acabamento superficial, adotando-se os procedimentos e regulagens do equipamento já previamente calculados, evita-se que internamente forme-se os pontos de contaminação que tantos problemas causam para os produtos que irão passar por dentro destes tubos. 1.4 Tubos padrão OD ( Outside Diameter ) Os tubos padrão OD são largamente utilizados em indústrias farmacêuticas, químicas, alimentícias etc., onde se requer : - Boa sanitariedade, evitando-se contaminação interna - | Bom acabamento interno e externo 1.4.1 Normas utilizadas : Os tubos OD são confeccionados seguindo-se os padrões da norma ASTM A270 e a seguir mostraremos uma tabela comparativa com os diâmetros e espessuras das paredes internas dos tubos, composição química e testes mecânicos empregados. Composição química dos tubos segundo norma ASTM A270 1.5 Conceitos de sanitariedade A disponibilidade de componentes e equipamentos industriais para uso em sistemas com exigências de alta sanitariedade dependem de dois fatores: a construção com concepção sanitária e ao mesmo tempo a superfície com acabamento sanitário. A construção com concepção sanitária envolve equipamentos que em uma primeira etapa possam ser desmontados com facilidade e permitam uma limpeza rápida e ainda não possua em sua geometria regiões que possam reter produtos em macro escala, pois nesses casos torna-se necessário realizar limpezas periódicas com maior frequência, o que causa perdas de produção, com elevação dos custos de produção. Quando se especifica uma tubulação com o padrão sanitário, tal superfície não deve, se possível, transferir quaisquer substâncias para o meio ( produto ) e por outro lado nenhuma partícula ou produto ( do meio ) deve aderir a estas superfícies, nem reagir com substâncias dos arredores. A primeira propriedade é chamada de pureza interna e a segunda propriedade de pureza externa. A pureza interna da superfície é determinada principalmente pela resistência a corrosão, pela propriedade de emissão de partículas e pela difusão do material. A pureza externa da superfície é determinada pela condição da estrutura de superfície, neste caso o uso do eletropolimento é o mais indicado. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDAVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 7 1.5.1 Composição química dos aços inoxidáveis mais utilizados para tubos OD. Tabela 1 —- Composição química dos aços inoxidáveis Elemento Químico AISI 304 AISI304L J|AISI316L |AISI316 BPE Carbono 0.080 0.035 0.035 0.035 Magnésio 2.000 2.000 2.000 2.000 Fósforo 0.040 0.040 0.040 0.040 Silício 0.750 0.750 0.750 0.750 Níquel 8.0-11.0 8.0-13.0 10.0-15.0 10.0-15.0 Cromo 18.0-20.0 18.0-20.0 16.0-18.0 16.0-18.0 Molibdênio N/A N/A 2.0-3.0 2.0-3.0 Titânio N/A N/A N/A N/A Enxofre 0.030 0.030 0.030 0.05-0.17 1.5.2 Tolerância dos tubos de aço inoxidáveis padrão OD segundo a norma ASTM A270 Tabela 2 — Tolerâncias para tubos inoxidáveis padrão OD em virtude do diâmetro segundo norma ASTM A270. Diâmetro do tubo Tolerância ASTM- A270 1 + 0,002 / - 0,008 14% + 0,002 / - 0,008 2” + 0,002 / - 0,006 2v + 0,002 / - 0,008 3” + 0,003// - 0,008 4” + 0,003 / - 0,008 1.5.3 Peso por m2 dos tubos padrão OD em virtude do diâmetro X espessura. Tabela 3 — Peso dos tubos em razão do diâmetro e espessura adotados Peso por m? dos tubos padrão OD em virtude do diâmetro X espessura Dexemo [05 To 12 15 18 20 23 25 26 30 32 36 E) 59 E) 6 0,069 [0125 | — —— — [= [= [= [= [= [== [= [= = —— 8 0.069 [0.125 19, 0119 [0225 [0,26 [0319 12 0,144 [0275 [0,325 [0,394 1,417 13 0,157 [0,300 [0,355 [0,432 0,457 14 0.169 [0,326 [0,385 [0,470 0,497 15 0182 [0351 [0415 [0,507 0,537 16, 0,194 [0376 [0,445 [0,545 0,577 17 0.401 [0475 [0,582 0,617 [0751 T72 0,406 [0,481 [0,590 0,625 [0,761 [0,858 18 0.426 [0505 [0.620 0,657 [0,801 19, 0,451 [0,535 [0,657 0,697 [0,851 1905 0,452 [0,536 [0,659 0,699 [0,854 20 0.476 [0,565 [0,695 0,737 [0,901 213 0,508 [0,604 [0,744 0,789 [0,967 [1,094 [Li [1217 22 0.526 [0,625 [0.770 0.817 [1,002 23 0,551 [0655 [0,808 0,857 | 1,052) 24 0.576 [0.685 [0,845 0.897 [1.102 25 0.601 [0715 [0,883 0.937 [1152 [1.307 [1409 [1458 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 10 Micro balsa de polimento Resíduo de gordura e partículas de abrasivos Figura 2 — Micro Bolsas de Polimento Mecânico Fonte : HUMMA Indústria e Comércio Ltda Em geral, o eletropolimento é realizado com tensões na faixa de 4 a 12 volts. A densidade de corrente varia de 50 a 100 A/dm?, dependendo dos parâmetros utilizados. Normalmente a eletrólise é realizada em corrente continua, sendo neste caso a perda de material na faixa de 0,02 a 0,04 mm para superfícies não preparadas. Na tabela 4, são mostradas os valores de perdas de material para diversos tempos de processamento. Tabela 4 — Remoção de material em função do tempo de operação na aplicação Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 11 Remoção de material em função do tempo de operação — 120 5 100 E 80 S 60 $ 40 T. Ê 20 0 T T T T T T T T 12394 5678910 Tempo de polimento ( minutos ) Na gráfico acima, o tempo de polimento é medido em minutos e a remoção de material em um. Quadro comparativo relacionando as classes de acabamento com os valores de rugosidade em Ra e RMS. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP SOLDAGEM ORBITAL PARA TUBOS EM AÇO INOXIDÁVEL SANITÁRIO Modulo | — 1 Página 12 Tabela 5 — Quadro comparativo de classes de acabamento Classe de acabamento | Desvio médio aritmético | Desvio médio quadrático Ra = um RMS =p” 0.0003 0.012 0.0005 0.029 0.0008 0.037 0.0011 0.049 0.0013 0.061 0.0016 0.074 0.0019 0.086 0.0021 0.098 0.0025 0.11 Nt 0.003 0.12 0.005 0.25 0.008 0.37 0.011 0.49 0.013 0.61 0.016 0.74 0.019 0.86 0.0215 0.98 0.024 111 0.027 1.23 N2 0.0405 1.84 0.054 246 NS 0.080 3.69 0.107 493 0.133 6.15 N4 0.160 7.38 0.187 8.62 0.214 9.85 0.240 111 N5 0.267 123 0.320 14.80 0.400 18.50 0.480 221 N6 0.534 24.6 0.640 29.5 Fonte : HUMMA Indústria e Comércio Ltda. Classes de acabamento N1 = Polimento interno N2 = Polimento extemo N3 = Polimento Intemo e Extemo N4 = Polimento mecânico N5 =Polimento mecânico e eletropolido N6 = Sem polimento Valores de rugosidade Ra = Roughness Average - Rugosidade Média medida em micro metros RMS = Root Mean Square — Média de riscos por polegada quadrada, medida em micro polegadas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade - São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 2 2.0 Processo de Soldagem Arame Tubular Bico de contato Escoria solidificada Gás de Proteção firco elétrico Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 3 21 PROCESSO DE SOLDAGEM POR FIOS FLUXADOS (Entenda-se Arame Tubular) 2.2 INTRODUÇÃO Data da década de 30 o início da utilização de proteção gasosa nas operações de soldagem, para resolver problemas da contaminação atmosférica nas soldas de materiais reativos (i.e. alumínio, titânio e ligas de magnésio), tendo dado origem ao processo TIG (Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princípio de funcionamento do TIG, ou seja um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo e a peça, envolto por uma atmosfera protetora de gás inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo consumível de alimentação contínua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois a utilização de gases inertes tornava seu custo elevado para utilização em aços carbono e baixa liga. Quando da introdução do CO> como gás de proteção revelou-se um processo bem aceito para soldagem de aço carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo. No início apenas arame sólido era utilizado e por volta dos anos 50 foi introduzido o uso de fio fluxado com proteção gasosa. Na década de 60 o fio autoprotegido foi introduzido por pesquisadores e engenheiros da Lincoln Eletric [Miskoe 1983]. A utilização de fio fluxado deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado, excelente aparência ao cordão de solda, boas características de arco, além de diminuir o número de respingos e possibilidade de solda em todas as posições, tendo ganho popularidade para soldagem de aços carbono e baixa liga, em chapas de espessura grossa e fina. Muitas vezes sendo utilizado em fortes Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 4 espessuras onde a geometria de junta e posição de soldagem não permitia a aplicação de outros processos de alto rendimento tal como arco submerso ou eletroescória. O processo de soldagem por fios fluxados tem duas variantes, podendo ser protegido por gás inerte, por gás ativo ou mistura destes ("dualshield") ou autoprotegido, sem a utilização de gases de proteção ("innershield"). Atualmente a utilização de fios fluxados autoprotegidos tem tido grande interesse em consequência da sua versatilidade e possibilidade de aplicação em ambientes sujeitos a intempéries como, na fabricação de plataformas de prospecção de petróleo, estaleiros navais, locais de difícil acesso e condições de trabalho, onde até então era absoluto o domínio do processo de soldagem por eletrodos revestidos, assim como vem aumentando sua utilização em estações de trabalho automatizadas e ou robotizadas. 2.3 DEFINIÇÃO O processo de soldagem por fios fluxados é definido como sendo um processo de soldagem por fusão, onde o calor necessário a ligação das partes é fornecido por um arco elétrico estabelecido entre a peça e um fio alimentado continuamente. É um processo semelhante ao processo MIG/MAG, diferindo deste pelo fato de possuir um fio no formato tubular, que possui no seu interior um fluxo composto por materiais inorgânicos e metálicos que possuem várias funções, entre as quais a melhoria das características do arco elétrico, a transferência do metal de solda , a proteção do banho de fusão e em alguns casos a adição de elementos de liga, além de atuar como formador de escória. Este processo possui basicamente duas variantes: i) - Fios fluxados com proteção gasosa Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 7 Fio fluxado Escória liquida Metal liquido Metal solidificado Figura 2.2 - Processo de soldagem por fios fluxados autoprotegidos [AWS, 1971]. 2.4 COMPARAÇÃO COM OUTROS PROCESSOS Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 8 Uma das maiores vantagens da utilização do processo FCAW ("Flux Cored Arc Welding") são as altas taxas de deposição atingidas em comparação com as obtidas no processo MIG/MAG utilizando fio sólido e particularmente com o processo de soldagem por eletrodos revestidos, para níveis idênticos de qualidade. As figuras 2.3 e 2.4 mostram a comparação entre os diferentes processos de soldagem. Comparado ao arco manual, taxas de deposição muito mais u , , , , elevadas são atingidas devido a 18d — Fio autoprotegido pm frco Manual capacidade de utilização de altas intensidades de corrente. T+ & 2,6m Tipicamente um acréscimo na Eletrodos Rutílicos com Pó de Ferro taxa de deposição de 50% pode | Eletrodos Básicos. ser obtido com um fio T-1 tipo Taxa de Deposição (Ka/h) rutílico diâmetro 2.4 s 2,8mum q comparativamente a obtida com 4 4 4 4 198 208 388 408 coa Ema eletrodo revestido, rutílico de Intensidade de Corrente (A) 5mm de diâmetro com pó de Ê Figura 2.3 - Comparação entre os processos de ferro no revestimento [Jones, 8 paraç; P soldagem por Fios fluxados e eletrodo revestidos Jones, 1982]. 1982]. A taxa de deposição obtida com fios autoprotegidos varia de acordo com o tipo de fluxo. Outro fator a ter em consideração na análise comparativa do processo em relação a produtividade, é o fator de utilização ou seja o "Duty Cycle" do processo, que devido a alimentação contínua evita as constantes paradas para troca de eletrodos, girando em torno dos 70% para soldagens semi-automáticas, podendo atingir até 100% em estações automatizadas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 9 Altas taxas de deposição podem também ser obtidas com a utilização de arame sólido quando utilizado o processo MIG/MAG (figura 2.5), porém o comportamento do fio sólido sob altas densidades de corrente encontra-se normalmente associado a um certo número de problemas, incluindo o excesso de perdas por respingos, aumento da suscetibilidade do processo a porosidades além de provocar a deterioração da morfologia do cordão de solda. Taxa de Deposição (Kg/h] ES RN | meio fluxado com proteção gasosa » Eletrodo revestido r Bs HZ EH 1.2 f letrodo Rutílico com Pó de Ferro Elétrodo Básico 166 200 ho 406 com 60a Intensidade de Corrente th) Figura 2.4 - Comparação entre o processo de soldagem por fios fluxados e eletrodo revestido [Jones, 1982] Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 12 escória a partir do fluxo fundido durante o processo, proporcionando proteção ao metal de solda depositado durante e após solidificação até o resfriamento. A escória formada pode ser de fácil ou difícil remoção, ácida ou básica, consoante ao tipo de fluxo utilizado. Uma outra característica a tomar em consideração é a penetração obtida com o processo por fios fluxados. Esta penetração está associada ao tipo de fluxo, parâmetros de soldagem, gás de proteção (se presente). Em geral, fios fluxados com proteção gasosa apresentam características de maior penetração que os fios fluxados autoprotegidos. 2.6 TRANSFERÊNCIA DO METAL DE SOLDA Um dos principais objetos de estudo na atualidade em relação aos processos utilizados para soldagem dos materiais visa as características de transferência do metal de solda, principalmente em relação a processos semi-automáticos, onde as variações inerentes ao processo tais como o comprimento de arco elétrico e a velocidade de alimentação do fio (responsáveis pela instabilidade do processo), influem na taxa de fusão e no modo de transferência do metal. Com o surgimento os fios fluxados esta instabilidade do processo não foi totalmente eliminada. Contudo, a presença do fluxo atuando durante a soldagem tanto nas características do arco elétrico como no comportamento físico do banho de fusão e metal depositado, veio corrigir alguns defeitos do processo MIG principalmente as colagens, as quais foram responsáveis pela impopularidade deste processo para usos em construções de grande responsabilidade. A transferência do metal por fios fluxados varia com o tipo de fio utilizado, proteção gasosa ou ausência desta, polaridade de soldagem e intensidades envolvidas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 13 Ushio M. e outros [1984] verificaram os tipos de transferência de fios fluxados com proteção adicional de CO> e autoprotegidos sob condições de Corrente contínua polaridade direta (CCPD) e Corrente contínua polaridade inversa (CCPI). Notaram que para soldagem sob CCPI em condições ideais de intensidade de corrente a transferência do metal dá-se na forma de pulverização axial onde as gotas são formadas a partir da ponta do arame com tamanhos e frequência de destacamento uniformes, conforme esquematizado na figura 2.6. Eletrodo Entretanto para altas intensidades de corrente a taxa de fusão do fio é maior que a taxa de fusão da escória, área elétrico | ee pe Fúsão provocando a formação de gotas grandes nas partes laterais do fio, que caracterizam Formação e desprendimento das gotas en direção 2oça de fusão a transferência globular onde a Figura 2.6 - Transferência por pulverização axial formação de gotas grossas não axiais comprometem a coluna de arco e a estabilidade do processo. A transferência globular pode ser observada na figura 2.7. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 14 Para altas intensidades foi notado também a existência de pequenas explosões, atribuídas a formação de gases, provenientes do fluxo fundido no interior da gota de metal durante a transferência. Nas condições de CCPD a fusão da alma metálica é muito mais rápida que a do fluxo, as gotas tornam-se grandes, formando-se ao lado da ponta do arame. A transferência é globular e bastante irregular. As gotas de fluxo fundido são produzidas dentro da coluna de arco e transferidas independentemente das gotas de metal sendo a reação entre a escória e o metal fundido pequena neste estágio. A transferência do metal pode dar-se também na forma "spray" ou seja o metal transfere-se a poça de fusão sob forma de gotas de pequenos diâmetros, conforme pode ser observado na figura 2.8. Esta transferência ocorre apenas sob determinadas condições, quando é atingida a intensidade crítica mínima, que é função do diâmetro e tipo de fio. O tipo de gás de proteção, quando presente, pode diminuir ou aumentar esta intensidade crítica mínima. O dióxido de carbono aumenta a intensidade crítica, enquanto que o argônio a diminui. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 17 elementos de liga, melhoria de propriedades químicas, mecânicas e elétricas do material depositado, estabilizadores do carbono e da matriz ferrítica. Dobrado simples Dobras múltiplas Dobra dupla Figura 2.10 - Secções disponíveis para fios fluxados [Foote,1983] 2.7.2 CLASSIFICAÇÃO DOS FIOS FLUXADOS As especificações AWS para fios fluxados são as mais comunmente adotadas pelos fabricantes de consumíveis e por este motivo resolveu-se utiliza-la no presente trabalho. Os diferentes tipos de fios fluxados são classificados quanto as propriedades mecânicas, tipo de revestimento e características de soldagem tais como utilização de gás de proteção, soldagem de passe único ou multipasse, tipo de corrente, posição de soldagem e propriedades mecânicas do metal soldado dividindo-se em três categorias: i) Fios fluxados para aços não ligados Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 18 ii) Fios fluxados para aços ligados iii) Fios fluxados para aços inoxidáveis 2.7.2.1 FIOS FLUXADOS PARA AÇOS NÃO LIGADOS - AWS A5.20 - 79 E XIX2T-X3 onde: E - Significa eletrodo X1 - Indica o mínimo valor da tensão de ruptura, multiplicado por 10 em Kpsi, podendo ser dois dígitos. X2- Indica a posição de soldagem T - Indica que o fio é tubular, possuindo fluxo ou pó de ferro no seu interior. X3 - Indica o tipo de fluxo, composição química do metal depositado, tipo de proteção do banho e poça de fusão e outras características. A seguir são dadas, resumidamente, as características principais de alguns fios com terminação igual para o último dígito. T-1 Fios para soldagem multipasse com proteção gasosa, solda em corrente contínua eletrodo positivo (CCEP)em todas as posições, possui escória tipo rutílica. Apresenta arco elétrico estável e poucos respingos. T-2 Fios para soldagem em um único passe com proteção gasosa, solda em CCEP nas posições plana e horizontal, possui escória tipo rutílica. Apresenta arco elétrico estável e poucos respingos durante a soldagem. T-3 Fios autoprotegidos para soldagem em um único passe, solda em CCEP nas posições plana, vertical descendente (com declive até 20º) e horizontal a altas velocidades, pode ser usado para chapas finas até 5 mm de espessura. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 19 T-4 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em CCEP em todas as posições, transferência globular, altas taxas de deposição e baixa penetração, possui elementos desulfurizantes conferindo ao metal depositado boa resistência a fissuração a quente. T-5 Fios para soldagem multipasse com proteção gasosa, solda nas posições plana e horizontal, transferência tipo globular com cordões convexos. Possui fluxo básico, o que lhe confere boa resistência mecânica ao impacto e a fissuração a frio T- 6 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em CCEP nas posições plana e horizontal, transferência tipo "spray", apresentando altas taxas de deposição penetração profunda e escória de fácil remoção. Possui fluxo básico, o que confere ao metal depositado boa resistência mecânica ao impacto a baixas temperaturas. T-7 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em corrente contínua eletrodo negativo (CCEN) nas posições plana e horizontal, caracterizando-se por apresentar altas taxas de deposição e boa resistência mecânica a fissuração a quente por possuir elementos desulfurizantes e desfosforizantes. T-8 Fios autoprotegidos para soldagem multipasse, solda em CCEN em todas as posições. O metal depositado apresenta excelente resistência mecânica ao impacto a baixas temperaturas e boa resistência a fissuração por possuir elementos desulfurizantes e desfosforizantes no fluxo. T- 10 Fio autoprotegido para soldagem em um único passe, solda em CCEN nas posições plana, horizontal e vertical descendente (declive de até 200). Caracteriza- se por apresentar altas velocidades de soldagem. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 22 Tensão (tj Intensidade de corrente (A) ————+ Figura 2.11 - Curva característica típica de um egpo. de solda de tensão constante 2.9.2 CORRENTE DE SOLDAGEM E TENSÃO DO ARCO ELÉTRICO A corrente de soldagem tem grandes efeitos no processo [AWS 1978], sendo que a taxa de deposição e penetração do processo são diretamente proporcionais ao aumento da corrente de soldagem. As figuras 2.12, 2.13 e 2.14 mostram a influência da intensidade de corrente para alguns tipos de fio fluxado. Com o uso de correntes excessivamente altas o cordão torna-se convexo e de morfologia deteriorada, enquanto que baixas intensidades de corrente tem como consequência uma transferência globular com gotas grandes e excessivos respingos. A tensão de arco está diretamente relacionada com o comprimento do mesmo. Grandes comprimentos de arco causam muitos respingos e irregularidade na morfologia do cordão, além da introdução de nitrogênio no banho (para fios autoprotegidos), enquanto que para pequenos comprimentos de arco há Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 23 uma diminuição na tensão superficial do banho, originando cordões convexos de pouca penetração. como a 188 208 E «ma E Intensidade de corrente (A) Figura 2.12 - Taxa de deposição - Fio fluxado tipo T-1 [Jones, 1982] Figura 214 - Figura 213 - . Taxa de deposição Taxa de deposição - Fios fluxados tipo T-4, T-6, T-8 ones, 1982] - Fio fluxado tipo T-5 [Jones, 1982] Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 24 2.9.3 EXTENSÃO LIVRE DE FIO ("STICK OUT") Uma boa proteção do banho de fusão é obtida quando o fluxo é convenientemente aquecido antes da fusão, pela ação do arco elétrico. O pré aquecimento do fluxo dá-se por efeito Joule, quando da passagem da corrente elétrica pela extensão livre de fio. A temperatura atingida por esse pré-aquecimento é função do "Stick Out". Se o "stick out" é pequeno, o pré-aquecimento do fluxo é insuficiente e a produção de gases não é adequada a proteção do banho de fusão [Foote, 1983]. Para grandes valores de "stick out" podem ocorrer dissociações prematuras do CO», como mostrado na equação 2.1. Install Equation Editor and double- click here to view equation. (2.1) Essas dissociações causadas pelo aquecimento do fio e atmosfera que o circunda podem originar respingos excessivos, deterioração da morfologia do cordão, além de elevar a temperatura do fio para próximo da temperatura de fusão provocando o amolecimento do mesmo antes de atingir a poça de fusão, o que pode originar desvios na linha de solda. 2.9.4 ÂNGULO DE ATAQUE E SENTIDO DE SOLDAGEM O ângulo de ataque do fio, ou seja o ângulo formado entre o eixo de simetria do fio em relação a superfície a ser soldada, e o ângulo de arraste que é o ângulo formado entre a tocha de solda e o sentido de deslocamento da linha de solda, são duas importantes variáveis, as quais são citadas em vários Handbooks (AWS e Lincoln). O que se tenta evitar, controlando estas variáveis, é que o banho de fusão e a escória liquida ultrapassem a frente do arco elétrico, de forma a evitar Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 27 Fonte de potência Controle de Tensão | controle de Tensão E a Moltimetro Amperimetro q e controle da corrente - . ç fuel, do aramej f Gãs de proteção í A E : . as i Carretel de arame | ôluula solendide E : “a Controle do : mm Alimentador v É u m 4 6“ Roldanas 7 Motor alimentador 8 de srame Tocha de soldagem Peça de trabalho Figura 2.15 - Equipamento básico para soldagem com fios fluxados [AWS, 1991] Uma outra variante do processo a qual acaba sendo uma grande vantagem é a possibilidade de automatização, possibilitando aumento da velocidade de soldagem, e consequentemente aumento da produtividade, bem como assegurando uma menor variação das condições operacionais, assegurando uma maior conatância e repetitividade. A figura 2.16 mostra uma estação de trabalho automatizada com a utilização de fios fluxados. A corrente de soldagem é contínua e a fonte de potência normalmente possui característica de tensão constante, capaz de ajustes da ordem de 1 volt. Equipamentos com característica de intensidade constante podem também ser Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 28 usados desde que possuam sistemas de controles adequados a garantir os ajustes paramétricos e alimentação constante do fio. Fonte de potência am Controle de Tensão Moltimetro u : 5 k êmperimatro, / Bs de proteção 5 “ controle da corrente Controle do a (vel. do arame) Alimentador q u : : E: Roldanas Váluula solenéide Ea 2 flotor do Arame 8 Sistema de refrigeração Peça de trabalho Figura 2.16 - Esquema básico de um estação automatizada para soldagem com fios fluxados [AWS, 1971] As tochas de soldagem podem ter diversas formas e características de acordo com o uso para qual foram projetadas, em soldagem semi automática ou em linhas automatizadas e ou robotizadas. As figuras 2.17 a 2.19 mostram alguns tipos de tochas utilizadas para soldagem com fios fluxados. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 29 tubo guia | conduíte E ie>. — eseerodo [ER — trem T Nenbo de corrente Garilho cabos de comando Dl Proteção E— Eletrodo Figura 2.17 - Tocha para soldagem semi automática Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARAME TUBULAR Modulo | - 2 Página 32 executada por ambos os lados da junta caso haja acesso e seja econômicamente viável. A figura 2.21 mostra alguns tipos de junta de penetração total mais comunmente utilizadas. Junta em CU” Junta em “x” Figura 2.21 - Juntas típicas para solda de penetração total 2.12 Autor Roberto Joaquim Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo | - 3 Página 1 3.0 PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 SOLDAGEM COM PROTEÇÃO GASOSA - MIG MAG PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO PROCESSO EQUIPAMENTOS PARA SOLDAGEM CONSUMÍVEIS ANÁLISE QUÍMICA DE ARAMES CONFORME AWS TRANSFERÊNCIA METÁLICA TÉCNICA OPERATÓRIA ESTUDO DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM BIBLIOGRAFIA AUTORES Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 2 3.0 PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG 3.1 SOLDAGEM COM PROTEÇÃO GASOSA - MIG MAG A soldagem a arco com eletrodos fusíveis sobre proteção gasosa, é conhecida pelas denominações de: - MIG, quando a proteção gasosa utilizada for constituída de um gás inerte, ou seja, um gás normalmente monoatômico como Argônio ou Hélio, e que não tem nenhuma atividade física com a poça de fusão, - MAG, quando a proteção gasosa é feita com um gás dito ativo, ou seja, um gás que interage com a poça de fusão, normalmente COZ - dióxido de Carbono. - GMAW, (abreviatura do inglês Gás Metal Arc Welding) que é a designação que engloba os dois processos acima citados. Arame-eletrodo Entrada do gás ae Cabo de corrente elétrica. Bico de Sentido de trabalho "5 contato peça Bico de contato Metal solidificado = Bocal Arco elétrico Gás de proteção k ei Te) P soe Poça de fusão Figura 1 - Princípios básicos do processo MIG / MAG Os dois processos diferem entre sí unicamente pelo gás que utilizam, um vez que os componentes utilizados são exatamente os mesmos. A simples Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 5 O calor gerado pelo arco é usado para fundir as peças a serem unidas e o arame-eletrodo que é transferido para a junta como metal de adição. O processo de soldagem MIG MAG pode ser utilizado em materiais em uma ampla faixa de espessuras. No Brasil, o diâmetro dos arame-eletrodos utilizados varia entre 0,8 e 3,2 mm. No Japão, encontramos arames de menores diâmetros (0,5 mm) que irão facilitar os trabalhos em posições de soldagem diferentes da posição plana. A transferência contínua de metal pela coluna de arco faz com que a eficiência do calor adicionado seja superior, neste caso, do que a soldagem pelo processo TIG. A transferência é tão eficiente neste processo que até elementos muito ativos como o Titânio conseguem ser recuperados no metal de solda com relativa eficiência, desde que presentes no arame em forma de elementos de liga. 3.3 EQUIPAMENTOS PARA SOLDAGEM Sistema de controle = Bobina de arame Saída do gás-p Tocha de soldagem Lol À Ego [Alimentador] de arame A Wo tg Cabo de retorno Ja Cilindro de gás T Fonte de energia Figura 2 - Equipamento básico para a soldagem MIG MAG O equipamento básico para soldagem MIG MAG consiste de uma fonte de energia, uma tocha de soldagem com um jogo de bocais, um alimentador de arame, um sistema de controle, um par de cabos elétricos, um jogo de válvulas redutoras para o gás de proteção, canalizações para transporte do gás ( água se houver), uma fonte para o gás de proteção e uma garra para fixação do cabo a peça. Estes equipamentos podem ser vistos na figura 2 e são descritos em seguida. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 6 3.3.1 FONTES DE ENERGIA O processo utiliza corrente do tipo contínua que pode ser fornecida por um conjunto transformador-retificador ou por um conversor. A forma da característica estática da fonte pode ser do tipo corrente constante ou tensão constante, conforme o sistema de controle do equipamento. Quando se utiliza uma fonte do tipo tensão constante, a velocidade de alimentação do arame-eletrodo se mantém constante durante a soldagem. Este sistema é mais simples e mais barato. Com a fonte de energia do tipo corrente constante o comprimento do arco é controlado pelo ajuste automático da velocidade de alimentação do arame. este tipo de sistema é particularmente recomendado para arames de diâmetro superior a1.2mm. Para certas aplicações particulares, pode-se sobrepor à corrente principal uma certa corrente pulsada, proveniente de um segundo gerador ligado ao primeiro. 3.3.2 TOCHA, BICOS DE CONTATO E BOCAIS A tocha de soldagem consiste basicamente de um bico de contato, que faz a energização do arame-eletrodo, de um bocal que orienta o fluxo de gás protetor e de um gatilho de acionamento do sistema. O bico de contato é um pequeno tubo à base de cobre,cujo diâmetro interno é ligeiramente superior ao diâmetro do arame-eletrodo, e serve de contato elétrico deslizante. O bocal é feito de Cobre ou material cerâmico e deve ter um diâmetro compatível com a corrente de soldagem e o fluxo de gás a ser utilizado numa dada aplicação. O gatilho de acionamento movimenta um contator que está ligado ao primário do transformador da máquina de solda, energizando o circuito de soldagem, além de acionar o alimentador de arame e uma válvula solenóide, que comanda o fluxo de gás protetor para a tocha. As tochas para soldagem MIG MAG podem ser refrigeradas a água ou pelo próprio gás de proteção, dependendo de sua capacidade, dos valores de corrente utilizados e do fator de trabalho. Quanto ao formato, as tochas podem ser retas ou curvas, sendo as mais utilizadas as do tipo "pescoço de cisne" que são as que oferecem maior manejabilidade. Na figura 7.3 pode ser observado o esquema de uma tocha de soldagem MIG MAG. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 7 Tubo de gás | Conduíte Tuho de contato Eletrodo Gatilho Figura 3 - Tocha para soldagem MIG - MAG 3.3.3 ALIMENTADOR DE ARAME O alimentador de arame normalmente utilizado, é acionado por um motor de corrente contínua e fornece arame a uma velocidade constante ajustável numa ampla faixa. Não existe qualquer ligação entre o alimentador e a fonte de energia, entretanto ajustando-se a velocidade de alimentação de arame, ajusta-se a corrente de soldagem fornecida pela máquina, devido as características da fonte e do processo. O arame é passado entre um conjunto de roletes chamados de roletes de alimentação que podem estar próximos ou longe da tocha de soldagem e, dependendo da distância entre o carretel de arame e a tocha de soldagem, um ou outro tipo de alimentador apresenta melhores resultados. 3.3.4 SISTEMA DE CONTROLE O sistema de controle permite a verificação e o ajuste de alguns parâmetros de soldagem, como por exemplo: velocidade de alimentação do arame, corrente e tensão de soldagem, etc. Estes vários controles estão normalmente em um único painel. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP MIG/MAG PROCESSO DE SOLDAGEM Modulo | - 3 Página 10 a» [R) Edi oleo fuitame aquario: uma) significa eletrodos GEMA omjunto de + uútueros que desiguama resistência atração runimra do metal depositado ey 10000 psi À Tosta letra teiu o sup sigrufica du; Mo arrimo: sait li ' arame para rerestimentn dimm 1 arame minar Tigilms aqua imlicsimm rlasze de enmpnaição quimica do arame 3.5 Análise química de arames conforme AWS Tabela Classificação Cc Mn Si P s ER70S -2 0,07 0.90to |0,40to | 0,025 0,035 1.40 0,70 ER70S-3 0,06 to |0,90to | 0,45to | 0,025 0,035 0,15 1,40 0,70 ER70S-4 0,07 to|1,00to | 0,65to | 0,025 0,035 0,15 1,50 0,85 ER70S -5 0,007 to |0,90t0 | 0,30t0 | 0,025 0,035 0,19 1,40 0,60 ER 7065 - 6 0,07 to|1,40to | 0,80to | 0,025 0,035 0,15 1,85 1,15 ER70S-7 0,07 to | 1,50to | 0,50to | 0,025 0,35 0,15 2,00 0,80 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 11 3.6 GASES DE PROTEÇÃO Os gases de proteção utilizados em soldagem MIG MAG podem ser inertes, ativos ou misturas destes dois tipos. O tipo de gás influencia as características do arco e transferência do metal, penetração largura e formato do cordão de solda, velocidade de soldagem, tendência a aparecimento de defeitos e o custo final do cordão de solda. Os principais gases e misturas utilizados na soldagem MIG MAG são apresentados na tabela 3. TABELA 3 - GASES E MISTURAS UTILIZADOS NA SOLDAGEM MIG MAG Gás ou mistura Comportamento Aplicações químico Argônio (Ar) inerte quase todos metais (- aço) Hélio (He) inerte AI, Mg, Cu e suas ligas Ar +20 a 50 % He inerte ídem He (melhor que 100% He) Nitrogênio (N2) inerte Cobre e suas ligas Ar + 20 a 30 % N2 inerte ídem N2 (melhor que 100% N2) Ar+1a2%0o2 ligeiram. oxidante aços inóx e alg. ligas Cu Ar+3a5% O2 oxidante aços Carb. e alguns b. liga co2 oxidante aços Carb. e alguns b. liga Ar + 20 a 50 % CO2 oxidante div. aços - transf. c. circ Ar + CO2 + O2 oxidante diversos aços Os gases inertes puros são utilizados principalmente na soldagem de metais não ferrosos, principalmente os mais reativos como Titânio e Magnésio. Na soldagem de metais ferrosos, a adição de pequenas quantidades de gases ativos melhora sensivelmente a estabilidade do arco e a transferência de metal. Para aços Carbono e baixa liga, o custo da soldagem pode ser reduzido com a utilização de CO2 como gás de proteção. As misturas de gases inertes ou inertes com ativos, em diferentes proporções, permitem a soldagem com melhor estabilidade de arco e transferência de metal em certas aplicações. Nitrogênio e misturas com Nitrogênio, são utilizados na soldagem de Cobre e suas ligas. De um modo geral, com a utilização de Hélio e CO2 obtém-se maiores quedas de tensão e maior quantidade de calor gerado no arco de soldagem para uma mesma corrente e comprimento de arco, em relação ao Argônio, devido a maior condutividade térmica destes gases. Em geral, misturas contendo He são utilizadas em peças de maior espessura. A figura 5 mostra o perfil do cordão de solda característico para diversos gases e misturas. Entretanto, deve-se lembrar que o perfil do cordão de solda também pode ser alterado por alterações nos parâmetros de soldagem. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM Modulo | - 3 MIG/MAG Página 12 Ar Ar+O, co, Ar+CO, He AR +He Figura 5 - Perfil de cordões de solda feitos com diferentes gases 3.5.1 GENERALIDADES SOBRE ALGUNS GASES DE PROTEÇÃO - Argônio e Hélio São utilizados frequentemente para a soldagem de metais não ferrosos. Em ligas ferrosas, quando puros, causam instabilidade e salpicos. O Hélio apresenta maior condutividade térmica do que o Argônio, o que resulta em maior área de penetração da soldagem. Para correntes iguais, o Hélio apresentará maior potência de arco. Daí a preferência de seu uso em soldagens de materiais de elevada espessura, especialmente aqueles de elevada condutividade térmica, tais como Alumínio e Cobre. Para ligas ferrosas, em chapas finas ou em soldagens fora de posição, a preferência é pelo Argônio. O Hélio é cerca de 10 vezes mais leve do que o Argônio, isto resultará em maior consumo para garantir a mesma proteção à soldagem. A transferência por spray é melhor obtida com Argônio do que com Hélio. O custo do Hélio é muito maior do que o do Argônio na maioria dos países que não tem Hélio em suas riquezas naturais. - Adições de O2 e CO2 ao Argônio ou Hélio Adições de O2 e CO2 ao Argônio ou Hélio melhoram a transferência metálica, estabilizam o arco e minimizam os salpicos nos aços. Em alguns casos pode causar porosidade e perdas de elementos de liga como por exemplo: Cromo, Vanádio, Titânio, Manganês e Silício devido ao seu poder oxidante. Para se evitar este problema, deve-se utilizar arames com desoxidantes. Em soldagens de aços inoxidáveis com teor de Carbono menor que 0,07%, pode ocorrer aumento do teor de Carbono do metal depositado com a adição de COZ no gás de proteção. Isto acarretará problemas futuros de corrosão. - CO2 puro Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 15 dirigidas. Com isto a quantidade de salpicos será muito grande. Isto pode ser minimizado com a utilização de um arco muito curto. Em metais ferrosos, a transferência por spray é limitada a posição plana, devido a grande quantidade de material transferido e a fluidez da poça de fusão. Também devido a grande penetração, nestes mesmos materiais não é o tipo de transferência adequado para chapas finas. Em metais não ferrosos, pode ser utilizada com maior liberdade. 3.6.3 TRANSFERÊNCIA POR CURTO-CIRCUITO A soldagem por curto circuito é a característica mais importante de utilização das misturas de gases ativas (CO2 puro ou misturas com teor deste gás superior a 25%). Com esta proteção gasosa em baixos níveis de corrente e tensão, os glóbulos crescem algumas vezes o diâmetro do eletrodo até que tocam na poça de fusão. Quando ocorre o curto, a gota na extremidade saliente do arame se estrangula por capilaridade ocasionando alta densidade de corrente que irá destacar, finalmente, a gota dando origem a novo arco. O eletrodo curto circuita a poça de fusão numa taxa de 20 a 200 vezes por segundo. Este tipo de transferência produz uma poça de fusão pequena e de rápido resfriamento, sendo por isto adequada para chapas finas, soldagem fora de posição e passes de raiz. Por outro lado, como o calor transferido para a poça de fusão é menor, ocorrerão menores problemas de distorções. Nesta transferência alguns problemas de salpicos poderão ocorrer, porém podem ser eficientemente controlados por modificações de indutância que são normalmente colocadas em série com o circuito de soldagem, diminuindo assim a velocidade de estabelecimento do pico de corrente de curto circuito. 3.6.4 TRANSFERÊNCIA CONTROLADA Sob esta denominação estão agrupados outros modos de transferência que podem ser obtidos pela introdução de perturbações controladas na corrente de soldagem e/ou na alimentação do arame. Estas perturbações tem como objetivo obter uma transferência controlada de metal de adição com as características desejáveis da transferência por spray, mas a níveis de corrente média bem mais baixos, de forma a permitir sua utilização na soldagem de chapas finas ou fora da posição plana. A transferência controlada mais usada é a pulsada, que é um tipo de transferência mais estável e uniforme obtido pela pulsação da corrente de soldagem em dois patamares, um inferior a corrente de transição e outro superior a esta, de modo que durante o período de tempo que a corrente é baixa, uma gota se forma e cresce na ponta do arame e é transferida quando o valor da corrente é Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 16 elevado. Para se obter este modo de transferência deve-se utilizar fontes de energia especiais, capazes de fornecer corrente pulsada, com parâmetros de pulso controláveis. Um problema acarretado pela adoção deste tipo de transferência é a introdução de quatro novas variáveis no processo de soldagem MIG MAG (tempo de pico, corrente de pico, tempo de pulso e corrente de pulso). Isto dificultará um pouco mais a seleção e otimização dos parâmetros de soldagem. 3.7 TÉCNICA OPERATÓRIA A habilidade manual requerida para o soldador no processo MIG MAG é menor do que a necessária para a soldagem com eletrodos revestidos, uma vez que a alimentação do arame é mecanizada, dispensando com isto o movimento de mergulho da tocha em direção a poça de fusão. No entanto, a otimização de parâmetros é mais difícil de ser feita devido ao maior número de variáveis existentes neste processo. A abertura do arco se dá por toque do eletrodo na peça. Como a alimentação é mecanizada, o início da soldagem é feita aproximando-se a tocha à peça e acionando o gatilho. Neste instante é iniciado o fluxo de gás protetor, a alimentação do arame e a energização do circuito de soldagem. Depois da formação da poça de fusão, a tocha deve ser deslocada ao longo da junta, com uma velocidade uniforme. Movimentos de tecimento do cordão devem ser executados quando necessários. Ao final da operação simplesmente se solta o gatilho da tocha que interromperá automaticamente a corrente de soldagem, a alimentação do arame e o fluxo de gás, extinguindo com isto, o arco de soldagem. O processo de soldagem MIG MAG utiliza normalmente corrente contínua e polaridade inversa (eletrodo positivo), que é o tipo de corrente que apresenta melhor penetração e estabilidade de arco. Polaridade direta pode eventualmente ser utilizada para aumentar a velocidade de deposição, quando não for necessária grande penetração (revestimentos), porém causa grande instabilidade de arco. A corrente alternada não é normalmente utilizada em MIG MAG. 3.8 ESTUDO DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM As variáveis mais importantes, que afetam a penetração e a geometria do cordão são: 3.8.1 CORRENTE DE SOLDAGEM Se forem mantidas constantes todas as demais variáveis de soldagem, um aumento na corrente de soldagem (aumento na Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 17 velocidade de alimentação do arame), irá causar aumento na profundidade e largura de penetração, aumento na taxa de deposição e aumento do cordão de solda. 3.8.2 TENSÃO DE SOLDAGEM Nas mesmas condições citadas acima, um aumento na tensão proporcionará alargamento e achatamento do cordão de solda, aumento da largura de fusão e aumento do aporte térmico que resultará em um aumento do tamanho da zona termicamente afetada. Uma tensão de soldagem muito alta poderá causar porosidades, respingos e mordeduras. Já uma tensão muito baixa tenderia a estreitar o cordão de solda e aumentar a altura do reforço do cordão. 3.8.3 VELOCIDADE DE SOLDAGEM Uma velocidade de soldagem baixa resultará em um cordão muito largo com muito depósito de material. Já velocidades muito altas produzem cordões estreitos e com pouca penetração. Quando a velocidade é excessivamente alta, a tendência é de que cause mordeduras no cordão de solda. 3.8.4 EXTENSÃO LIVRE DO ELETRODO (STICK-OUT) Define-se como extensão livre do eletrodo ou stick-out a distância entre o último ponto de contato elétrico do arame (normalmente o tubo de contato), e a ponta do eletrodo ainda não fundida. Quando esta distância aumenta, aumenta também a resistência elétrica do eletrodo, que terá assim mais tempo para aquecer-se por efeito Joule. Com esta elevação da temperatura do eletrodo, será necessária uma menor corrente para fundir o eletrodo para a mesma taxa de alimentação, ou vendo de outra forma, para a mesma corrente de soldagem utilizada, se obterá uma maior taxa de deposição, porém com menor penetração. As extensões normalmente utilizadas situam-se na faixa entre 6 e 13 mm. para a transferência por curto-circuito e entre 13 e 35 para os demais modos de transferência. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG Modulo 1-3 Página 20 5-AWS 6 - MACKENZIE 7 - SENAI 3.10 Autores José Pinto Ramalho Luiz Gimenes Jr. Welding Handbook eight edition volume 2 -Welding process Curso de Solda - Apostila do Curso Superior de Engenharia Mecânica - São Paulo - 1982 Manual de soldagem ao arco elétrico SENAI- SP - 1976 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 1 4.0 PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA 41 4.2 4.3 PLASMA 44 4.5 4.6 4.7 PLASMA O QUARTO ESTADO DA MATÉRIA ARCO PLASMA PRINCÍPIOS BÁSICOS DO PROCESSO DE SOLDAGEM VANTAGENS DESVANTAGENS TÉCNICAS DO PROCESSO COMPONENTES BÁSICOS EM UMA INSTALAÇÃO PARA SOLDAGEM PLASMA 4.8 4.9 4.10 411 4.12 4.13 414 METAIS DE ADIÇÃO CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO PROCESSO MATERIAIS SOLDÁVEIS PELO PROCESSO ARCO PLASMA MICRO-PLASMA TÉCNICA KEY HOLE E APLICAÇÕES BIBLIOGRAFIA AUTORES Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 2 4.0 PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA 41 Plasma O Quarto Estado Da Matéria Usualmente a definição de plasma é tida como sendo o quarto estado da matéria. Costuma-se pensar normalmente em três estados da matéria sendo eles o sólido, líquido e gasoso. Considerando o elemento mais conhecido, a água, existem três estados , sendo o gelo, água e vapor. A diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este transformar-se-á em água, que sendo submetida a mais calor, vaporizará, ver Figura PAW 01. Porém se adicionar-mos mais energia, algumas de suas propriedades são modificadas substancialmente tais como a temperatura e características elétricas. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isto acontece, o gás torna-se um "plasma", sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar-se a tensão para se obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção, e consequentemente a temperatura do metal aumenta. O mesmo fato pode ser observado no gás plasma; quanto mais reduzida for a secção tanto maior será a temperatura. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 5 - maior concentração de energia e densidade de corrente, consequentemente, menores distorções, maiores velocidades de soldagem e maiores penetrações. - maior estabilidade do arco em baixos níveis de corrente, permitindo a soldagem de finas espessuras (a partir de 0.05 mm) - O arco é mais "homogeneo" e de maior extensão, permitindo melhor visibilidade operacional, maior constancia da poça de fusão e menor sensibilidade a variações no comprimento do arco. - menor probabilidade de contaminação do cordão por inclusões de tungstênio e de contaminação do eletrodo pelo material de adição uma vez que o mesmo encontra-se dentro do bocal. 4.5 Desvantagens - alto custo do equipamento (2 a 5 vezes mais que o TIG); - manutenção da pistola mais frequente (orifício calibrado) e cara; - maior consumo de gases; - exigência de maior qualificação da mão de obra. 4.6 Técnicas do processo O processo a arco plasma possui duas técnicas principais, sendo por arco transferido e não transferido, apresentadas na Figura PAW 04. pr GÁSDEPLASMA , , — MH ! ARCO HÃO TRAHSFERIDO ARCO TRAHSFERIDO Figura PAW 04 Técnicas plasma Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 6 4.6.1 Sistema de arco plasma transferido Este é o sistema mais comum, após a abertura do arco piloto entre o eletrodo e o bocal, o arco se transfere para a peça por aproximação, fluindo do eletrodo para a mesma, extinguindo-se o arco piloto. Ao se afastar a pistola da peça, o arco se extingue. 4.6.2 Sistema de arco plasma não transferido Neste sistema, o arco piloto é intensificado "soprado" para fora do bocal aproveitando-se o calor gerado pelo mesmo. O jato plasma emergente é utilizado principalmente para corte de materiais não metálicos (não condutores) e revestimentos por aspersão de pós metálicos (ou cerâmicos), fundidos. 4.6.3 Abertura de arco - Para correntes abaixo de 100 A , o sistema utiliza duas fontes de energia, uma pequena para a abertura do arco piloto e a outra para fornecer a corrente de soldagem Figura PAW 05. A fonte auxiliar conecta o eletrodo com o bocal. Na partida, o eletrodo é avançado manualmente até tocar no bocal, em seguida é retraído de forma a romper o arco piloto. O arco ioniza o gás formando o plasma, permitindo fluxo normal da corrente de soldagem. ELETRODO Te] PASSAGEM DO GÁS FONTE DE EHERGIA no ARCO PILOTO á FONTE DE ENERGIA É DE i k Corpo no = ORIFÍCIO SOLDAGEM N [resistor VARIÁVEL ARCO PLASMA E PEÇA COHTATOR Figura PAW 05 sistemas de baixa corrente Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 7 - Para correntes acima de 100 A), o arco é iniciado pelo auxílio de uma corrente de alta frequência e elevada tensão, exatamente como no processo TIG. A Figura PAW 06 ilustra esta técnica. RESISTOR | PASSAGEM DO GÁS SAÍDA D'ÁGUA GERADORDE |; . ALTA ENERGIA | ENTRADA DE ÁGUA N ENTRADA DE GÁS BOCAL FONTE DE ENERGIA Ni ELETRODO ARCO PLASMA PEÇA * CORPO COM ORIFÍCIO Figura PAW 06 Sistemas de alta corrente 4.7 | Componentes básicos em uma instalação para soldagem plasma 4.7.1 Fontes de energia A fonte de energia utilizada é de corrente constante, podendo ser retificador, gerador ou inversores, utilizando-se corrente contínua, polaridade direta. As fontes para soldagem plasma diferem das de corte, porque no corte a tensão em vazio do equipamento deve ser superior a 200V. Fontes com tensão em vazio entre 65V e 80 V podem ser adaptadas para soldagem colocando-se sistemas de abertura de arco piloto, pré e pós vazão. 4.7.2 Tocha de soldagem As tochas são providas de um punho para o manuseio do soldador; um conjunto de pinças para a fixação do eletrodo, condutos para passagem de gás e água de refrigeração, um bico de cobre com o orifício para a construção do arco elétrico e um bocal de cerâmica para isolação e proteção do operador. A figura PAW 07 apresenta uma pistola típica para soldagem manual a plasma. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 10 TABELA PAW 01 - Gases recomendados para processo plasma em função do material soldado, sua espessura e a técnica utilizada. METAL Alumínio Alumínio Aços Carbono Aços Carbono Aços Baixa Liga Aços Baixa Liga Aços Inoxidáveis Aços Inoxidáveis Cobre Cobre Ligas de Níquel Ligas de Níquel Metais Reativos Metais Reativos ESPESSURA (mm) < > < > 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 MODO DE PENETRAÇÃO ARCO NÃO TRANSFERIDO Não se recomenda a técnica Hélio Não se recomenda a técnica Argônio ou Ar + 75% He Não se recomenda a técnica Argônio ou Ar + 75% He ou Ar+1a5% Ho Argônio ou Ar + 75% He ou Ar+1a5% Ho Argônio ou Ar + 75% He ou Ar+1a5% Ho Não se recomenda a técnica Ar +75% He ou Hélio Argônio ou Ar + 75% He ou Ar+1 a 5% Ho Argônio ou Ar + 75% He ou Ar+1a5% Ho Argônio, Ar + 75% He ou Hélio Argônio, Ar + 75% He ou Hélio MODO DE PENETRAÇÃO ARCO TRANSFERIDO Argônio ou Hélio Hélio Argônio ou Ar + 25% He Argônio ou Ar + 25% He Argônio, Hélio ou Ar + 1 a 5% Ha Argônio, Hélio ou Ar + 1 a 5% Ha Argônio, Hélio ou Ar + 1 a 5% Ha Argônio, Hélio ou Ar + 1 a 5% Ho Ar + 75% He, Ar + 25% He ou Hélio Hélio Argônio + 25% ou 75% He ou Hélio Argônio + 25% ou 75% He ou Hélio Argônio Argônio ou Ar + 75% He Misturas de argônio e hidrogênio também são utilizadas, as principais vantagens do H> são seu caráter redutor e a sua capacidade de aumentar a composição do arco, reduzindo, assim, o risco de mordeduras e aumentando a velocidade de soldagem. A Tabela PAW 02 ilustra essa utilização do Ha, quando da soldagem de chapas espessas. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 11 TABELA PAW 02 - Gases de misturas recomendados para soldagem plasma de chapas em espessuras até 10 mm. METAIS ESPESSURA MODO DE PENETRAÇÃO MODO DE PENETRAÇÃO (mm) ARCO NÃO TRANSFERIDO ARCO NÃO TRANSFERIDO Aços <3 Argônio Argônio Carbono Aços >3 Argônio Ar + 75% He Carbono Aços Baixa <3 Argônio Argônio Liga Aços Baixa >3 Argônio Ar + 75% He Liga Aços <3 Argônio ou Ar + 7,5% Ho Argônio Inoxidáveis Aços >83 Argônio ou Ar + 7,5% Ho Ar + 75% He Inoxidáveis Cobre <25 Argônio Ar + 75% He ou Hélio Cobre > 2,5 Não se recomenda a técnica Hélio Ligas de <3 Argônio ou Ar + 7,5% Ho Argonio Níquel Ligas de >83 Argônio ou Ar + 5% Ho Ar +75% He Níquel Metais < 65 Argônio Argônio Reativos Metais > 6,5 Argônio ou Ar +75% He Ar + 75% He Reativos 4.8 Metais de adição A maioria das soldagens por este processo não requer metal de adição face a sua concentação de calor e facilidade de fusão das partes, porém, caso haja necessidade, o metal de adição apresenta-se na forma de vareta ou arame enrolado em bobinas. Na soldagem manual a técnica de deposição é por gotejamento, sendo adicionado por uma das mãos enquanto a outra controla o banho de fusão. Na soldagem automática bobina de arame é colocada em um alimentador automático com velocidade constante. Este sistema é utilizado quando a corrente de soldagem ultrapassa 100 A, e pode ainda ser aplicado com pré-aquecimento do arame por efeito “Joule” passando-se uma corrente elétrica através deste antes de atinjir poça de fusão, como ilustra a Figura PAW 09. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA Modulo | — 4 Página 12 TUBO DE METAL DE ADIÇÃO Figura PAW 09 sistema de soldagem plasma 4.9 Características elétricas do processo A Corrente de soldagem pode ser baixa se comparada ao processo TIG. No processo conhecido como microplasma trabalha-se com correntes iniciais em faixas tão baixas quanto 0,1 à 1 Ae máxima de 20 A, ou elevadas pois o processo admite a utilização de correntes até 500 A. De uma forma arbitrária, costuma-se demarcar a fronteira de 100 A como o limite de baixas correntes e, acima dela, para as chamadas altas correntes. A configuração da corrente típica é corrente contínua, polaridade direta, porém para soldagem de alumínio, trabalha-se com polaridade inversa ou corrente alternada, esta última causa uma certa instabilidade de arco. A Tensão do arco é menos sensível a uma variação do comprimento do arco, garantindo, assim, uma maior estabilidade dos parâmetros sendo superiores à do processo TIG, em valores de 50 V ou maiores. 4.10 Materiais soldáveis pelo processo arco plasma O processo a arco plasma é utilizado para unir a maioria dos metais que podem ser soldados pelo processo TIG. Assim, aços carbono, aços ligas, aços inoxidáveis, ligas refratárias, ligas de titânio, etc., são soldadas convenientemente por este processo. Este processo de soldagem pode, também ser aplicado em espessuras de 0,02 até 6 mm, de forma econômica. Para espessuras de 2,4 a 6 mm é utilizada uma técnica de soldagem conhecida por key hole. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 2 5.0 Processo de Soldagem Arco Submerso INTRODUÇÃO O processo de soldagem por arco submerso é um processo no qual o calor para a soldagem é fornecido por um (ou alguns) arco (s) desenvolvido (s) entre um (s) eletrodo(s) de arame sólido ou tubular e a peça obra. Como já está explícito no nome, o arco ficará protegido por uma camada de fluxo granular fundido que o protegerá, assim como o metal fundido e a poça de fusão, da contaminação atmosférica. Como o arco elétrico fica completamente coberto pelo fluxo, este não é visível, e a solda se desenvolve sem faíscas, luminosidades ou respingos, que caracterizam os demais processos de soldagem em que o arco é aberto. O fluxo, na forma granular, para além das funções de proteção e limpeza do arco e metal depositado, funciona como um isolante térmico, garantindo uma excelente concentração de calor que irá caracterizar a alta penetração que pode ser obtida com o processo. 5.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO PROCESSO Em soldagem por arco submerso, a corrente elétrica flui através do arco e da poça de fusão, que consiste em metal de solda e fluxo fundidos. O fluxo fundido é, normalmente, condutivo (embora no estado sólido, a frio não o seja). Em adição a sua função protetora, a cobertura de fluxo pode fornecer elementos desoxidantes, e em solda de aços-liga, pode conter elementos de adição que modificariam a composição química do metal depositado. Durante a soldagem, o calor produzido pelo arco elétrico funde uma parte do fluxo, o material de adição (arame) e o metal de base, formando a poça de fusão. A zona de soldagem fica sempre protegida pelo fluxo escorificante, parte fundido e uma cobertura de fluxo não fundido.O eletrodo permanece a uma pequena distância acima da poça de fusão e o arco elétrico se desenvolve nesta posição. Com o deslocamento do eletrodo ao longo da junta, o fluxo fundido sobrenada e se separa do metal de solda líquido, na forma de escória. O metal de solda que tem ponto de fusão mais elevado do que a escória, se solidifica enquanto a escória permanece fundida por mais algum tempo. A escória também protege o metal de solda recém-solidificado, pois este é ainda, devido a sua alta temperatura, muito reativo com o Nitrogênio e o Oxigênio da atmosfera tendo a Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM modulo 1-5 ARCO SUBMERSO doi Página 3 facilidade de formar óxidos e nitretos que alterariam as propriedades das juntas soldadas. Com o resfriamento posterior, remove-se o fluxo não fundido (que pode ser reaproveitado) através de aspiração mecânica ou métodos manuais, e a escória, relativamente espessa de aspecto vítreo e compacto e que em geral se destaca com facilidade. O fluxo é distribuído por gravidade. Fica separado do arco elétrico, ligeiramente a frente deste ou concentricamente ao eletrodo. Esta independência do par fluxo-eletrodo é outra característica do processo que o difere dos processos eletrodo revestido, MIG-MAG e arame tubular. No arco submerso, esta separação permitirá que se utilize diferentes composições fluxo-arame, podendo com isto selecionar combinações que atendam especificamente um dado tipo de junta em especial. O esquema básico do funcionamento do processo pode ser visto na figura1. hobinadearame depósito peça de a - amperimetro b- ajuste da voltagem c- voltimetro d- ajuste da corrente e - controle da velocidade f- parada g- retração do arame h- soldar soldar 1- início j- contator Figura 1 - Componentes essenciais de um equipamento de arco submerso O processo pode ser semi-automático com a pistola sendo manipulada pelo operador. Esta porém não é a maneira que o processo oferece a maior Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 4 produtividade. Esta é conseguida com o cabeçote de soldagem sendo arrastado por um dispositivo de modo a automatizar o processo. Outra característica do processo de soldagem por arco submerso está em seu rendimento pois, praticamente, pode-se dizer que não há perdas de material por projeções (respingos). Possibilita também ouso de elevadas correntes de soldagem (até 4000 A) o que, aliado as altas densidades de corrente (60 a 100 A/mm2), oferecerá ao processo alta taxa de deposição, muitas vezes não encontradas em outros processos de soldagem. Estas características tornam o processo de soldagem por arco submerso um processo econômico e rápido em soldagem de produção. Em média, gasta-se com este processo cerca de 1/3 do tempo necessário para fazer o mesmo trabalho com eletrodos revestidos. As soldas realizadas apresentam boa tenacidade e boa resistência ao impacto, além de excelente uniformidade e acabamento dos cordões de solda. Através de um perfeito ajustamento de fluxo, arame e parâmetros de soldagem, consegue-se propriedades mecânicas iguais ou melhores que o metal de base. A maior limitação deste processo de soldagem é o fato que não permite a soldagem em posições que não sejam a plana ou horizontal. Ainda assim, a soldagem na posição horizontal só é possível com a utilização de retentores de fluxo de soldagem. Na soldagem circunferencial pode-se recorrer a sustentadores de fluxo como o que é apresentado na figura 2. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 7 CA - Corrente Alternada - permite melhor controle da forma do cordão, profundidade de penetração e velocidade de soldagem. Esta forma da corrente é também a que possibilita a melhor abertura de arco. CC+ - Corrente Contínua Eletrodo Positivo - Permite melhor penetração e controle do cordão CC- - Corrente Contínua Eletrodo Negativo - É a forma que apresenta a maior taxa de deposição. Consequentemente, apresentará menor penetração do que as duas outras formas anteriormente citadas. E a forma ideal para revestimentos e soldagem de chapas finas. 5.2.2 TOCHA DE SOLDAGEM A tocha de soldagem consiste do bico de contato (de cobre e ligas) deslizante, um sistema para fixação do cabo de saída da fonte, e um suporte isolante. Os bicos de contato devem ser adequados para cada diâmetro de arame que se irá utilizar. Deve-se sempre verificar a limpeza e o estado de conservação da tocha, principalmente em seu interior. Apesar de raro, podem acontecer esporádicos respingos que danificarão o bico de contato. Esta peça é responsável pela energização do arame, e se este contato não for bem feito poderá comprometer a qualidade do cordão de solda que está sendo executado. 5.2.3 ALIMENTADOR DE ARAME O conjunto alimentador de arame consiste de um suporte para a bobina de arame que é utilizada para soldagem, um motor de corrente contínua com controlador de velocidade e um conjunto de roletes que servem para fazer a alimentação e auxiliar o endireitamento do arame. Este conjunto é de vital importância para a qualidade da soldagem pois, como o mecanismo de deslocamento da tocha é completamente independente deste, uma falha na alimentação seria impossível de ser detectada durante a soldagem pois o movimento da tocha prosseguiria e o arco encoberto impossibilitaria a visualização do defeito. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 8 A falha mais comum que pode vir a ocorrer com o alimentador, é o atrito na roldana onde a bobina de arame apoia-se, e com isto a velocidade de alimentação será inferior a desejada. 5.2.4 ALIMENTADOR E RECUPERADOR DE FLUXO Estes conjuntos não tem nenhuma relação, e alguns equipamentos não apresentam o sistema de recuperação, que deve ser feito em separado. O alimentador de fluxo é composto por um recipiente porta fluxo, mangueiras condutoras e um bocal de saída. Este bocal pode ser concêntrico com a tocha de soldagem ou estar colocado ligeiramente à frente desta. Os sistemas para recuperação do fluxo são dispositivos que aspiram o fluxo fundido durante a operação de soldagem e devolvem ao porta fluxo ou a um recipiente de armazenamento. E recomendado que o reaproveitamento não seja feito diretamente, e sim após limpeza (peneira) para separar alguma impureza que eventualmente tenha sido aspirada junto. E possível também que estes dispositivos apresentem sistemas de aquecimento que servirão para manter o fluxo numa temperatura adequada, evitando assim problemas de umidade no fluxo. 5.2.5 SISTEMA DE CONTROLE O sistema de controle permite o ajuste dos diversos parâmetros de soldagem, como por exemplo: velocidade de alimentação do arame, velocidade de deslocamento da tocha (ou da peça, conforme o caso), corrente e tensão de soldagem, etc. Estes vários controles podem estar em um único painel, ou espalhados pelos diversos elementos do sistema de soldagem. É a parte que consideramos o "coração" do equipamento de soldagem. Deve ser sempre manipulado com cuidado, especialmente, quando transportado, devido ao grande número de componentes eletro-eletrônicos que se encontram em seu interior. 5.2.6 CABOS ELÉTRICOS O processo necessita de cabos elétricos flexíveis. Os cabos transportam a corrente elétrica da fonte de energia ao porta-eletrodo (cabo de soldagem), e da peça de trabalho para a fonte de energia (cabo de retorno) para possibilitar a soldagem. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 9 Os cabos podem ser de Cobre ou de Alumínio, devem apresentar grande flexibilidade de modo a facilitar o trabalho em locais de difícil acesso. E necessário que os cabos sejam cobertos por uma camada de material isolante, que deve resistir entre outras coisas à abrasão, sujeira e um ligeiro aquecimento que será normal devido a resistência à passagem da corrente elétrica. Os diâmetros dos cabos dependem basicamente dos seguintes aspectos: - Corrente de soldagem, - Ciclo de trabalho do equipamento, - comprimento total dos cabos do circuito. 5.2.7 CABEÇOTE DE SOLDAGEM O cabeçote para soldagem mecanizada geralmente consiste em uma "tartaruga", ou seja, um carro que suporta a tocha e é acionado por um motor de corrente contínua, que permite a variação da velocidade. Este carro, normalmente, se desloca por um trilho colocado sobre a peça ou um suporte no qual são montados o alimentador de arame, o alimentador de fluxo e a tocha de soldagem. Em alguns casos, o cabeçote pode ficar parado enquanto a peça é movimentada por posicionadores ou viradores, como por exemplo na soldagem de tubos. 5.3 CONSUMÍVEIS Os consumíveis para a soldagem a arco submerso, descontados os bocais e bicos de contato, cujo consumo é pequeno, resumem-se unicamente aos fluxos e ao arame-eletrodo. 5.3.1 FLUXOS Os fluxos tem várias funções na soldagem a arco submerso. Entre elas se destacam: estabilizar o arco, fornecer elementos de liga para o metal de solda, proteger o arco e o metal aquecido da contaminação da atmosfera, minimizar impurezas no metal de solda e formar escória com determinadas propriedades físicas e químicas que podem influenciar o aspecto e o formato do cordão de solda, sua destacabilidade, e a ocorrência de defeitos. Os fluxos são compostos por uma mistura de óxidos e outros minerais, podendo ainda conter ferroligas. Quanto às suas características químicas, podem ser classificados como ácidos, neutros ou básicos. Esta classificação se baseia na quantidade relativa de óxidos básicos e óxidos ácidos que o fluxo contém. De um Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 12 A 5.17-80 - que trata de arames de aço doce e fluxos para soldagem a arco submerso. A 5.23-80 - que especifica eletrodos de aço de baixa liga e fluxos para soldagem a arco submerso. Em ambas as especificações, a designação de um fluxo é sempre feita em combinação com um dado eletrodo. Assim, um mesmo fluxo (F) pode ser designado como F6A2-EXXX ou F7A4-EXXX, de acordo com o eletrodo (E) utilizado. A figura 4, a seguir, ilustra o sistema de classificação AWS A 5.17-80 para os consumíveis para arco submerso AWS FXXX-EXXX Er Tabela da composição química do eletrodo ítabela 2) Indica fluxo É Indica o limite de resistência | minimo do metal depositado (em 10000 psi), pelo par fluxo-eletrodo, em condições especificadas na tabela 1 Indica eletrodo para soldagem a arco Indica a menor temperatura na qual a resistência ao impacto do metal depositado é maior ou igual a 27 Jnas condições da tabela 1 Indica a condição do corpo de prova: A - como soldado P- tratado termicamente Figura 4 - Especificação AWS A 5.17-80 Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP ARCO SUBMERSO PROCESSO DE SOLDAGEM Modulo | - 5 Página 13 Tabela 2 - Propriedades mecânicas do metal depositado Classe | Limite de Limite de Alongamento/Requisitos de impacto: + resistência | escoamento em 51 mm temperatura AWS | psi(MPa) | 0,2%psi(lMPa) Ya dígito “F (ºC) F6xz 60.000 Z s/ requisitos F6x0 a 0 0 (18) Fóx2 80.000 48.000 2 -20 (29) Fóxd 2 4 -40 (40) Fóxs (415 (330) 5 -S0 (46) F6x6 a 6 -60 (51) Fóx8 550) 8 -80 (62) Fxz Z s! requisitos E7x0 mom s8000 0 O (18) Fx as 000 ' 2 -20 (29) F7x4 22 4 -40 (40) En (480 (400) 5 -SO (46) E7x6 a 6 -60 (51) FB 650) 8 -BO (62) * Temperatura em que a energia absorvida deve ser igual ou superiora 27 J Os arames são especificados com base em sua composição química, sendo divididos em três grupos: Baixo (L), médio (M) e alto (H) teor de Manganês. Dentro de cada grupo, os arames podem ter diferentes teores de Carbono, e teor de Silício baixo ou alto (K). De uma forma geral, os arames com maiores teores de Carbono, Manganês e Silício favorecem a deposição de cordões com maior resistência e dureza. O Silício aumenta a fluidez da poça de fusão, melhorando o formato dos cordões depositados com elevadas velocidades de soldagem. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM modulo 1-5 ARCO SUBMERSO doi Página 14 Tabela 3 - Composição Química dos eletrodos Classe Composição Química (% de peso) AWS Carbono Manganês) Silício |Enfofre|Fósforo| Cobre EL$S 010 |025-060) 007 ELSK 0.10 |0.25-0.60/0.10-0.25 ELI2 | 0.05-015 |025-060| 0.07 EM 12 | 006-0.15 |080-125) 010 | 9035 [0.035 | 0.035 EM 12K] 005 -0.15 |0.80-1.25/0.10- 0.35 EM 13K] 007-0.19 |0.90-1.40/0.35 - 0.75 EM 15K] 0.10-0.220 |0.80- 1.25 0.10 - 0.35 EHI4 | 0.10-0.20 [1.70-2.20) 0.10 Obs. Os números isolados indicam o valor máximo permitido * Temperatura em que a energia absorvida deve ser igual ou superior a 27 J Embora o sistema de classificação de consumíveis para arco submerso da especificação AWS A 5.23 seja similar ao AWS A 5.17, ele apresenta maior grau de complexidade, envolvendo maiores valores de resistência mecânica (até 825- 965 Mpa) para o metal depositado, alongamentos variados, requisitos de impacto a temperaturas mais baixas e separação em grupos segundo a composição química. As propriedades reais de um metal depositado por uma dada combinação eletrodo-fluxo dependem do procedimento de soldagem específico utilizado em uma determinada aplicação. Por outro lado, existe um número relativamente alto de consumíveis produzidos pelos fabricantes, muitos deles desenvolvidos para situações especiais, que não foram enquadrados nas especificações usuais. Assim, a seleção final de uma combinação eletrodo-fluxo é geralmente feita com base na soldagem de corpos de prova de qualificação, segundo a norma aplicada para o caso, e na avaliação ou medida das propriedades de interesse desta solda. 5.3.4 CONSERVAÇÃO DOS CONSUMÍVEIS Os arames devem ser protegidos com uma fina camada de cobre, para aumentar sua resistência a oxidação. O principal cuidado deverá mesmo ser a conservação dos fluxos. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 17 Pad Tri 12 Mama + 22 Volts 29 Volts 38 Volts sem chanfro / EIA Volts 40 Volts 52 Volts NO chanio v4se —DlWoOY Figura 5 - Efeito da Tensão nas características do cordão de solda Um aumento na tensão resultará em um cordão mais largo, mais baixo e maior consumo de fluxo. Além disto, pode também aumentar o teor de elementos de liga provenientes dos fluxos. Isto pode ser utilizado como vantagem para elevar o teor de liga do depósito quando se utilizam fluxos ligados ou especialmente para revestimentos resistentes à abrasão. Por outro lado, esta prática pode diminuir a ductilidade do material e aumentar a sensibilidade à trincas, principalmente nos casos de solda multipasse. Um aumento excessivo na voltagem produzirá um cordão em forma de chapéu, que é susceptível a trincamento (ver figura 6). Além disto, pode também causar dificuldade na remoção da escória, aumentar a susceptibilidade a trincas e aumentar descontroladamente o teor de liga do metal depositado. Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 18 Figura 6 - Cordão em forma de chapéu devido ao excesso de Tensão É importante observar que este mesmo formato do cordão apresentados nesta figura 6, pode ter outra causa como por exemplo a baixa velocidade de soldagem. Na figura 7, é apresentado o efeito das altíssimas voltagens na soldagem de filetes. Figura 7 - Efeito da alta Tensão em soldas de filetes Quando a tensão está em valor menor do que o recomendado, pode ser útil para se obter penetração em chanfros profundos e para resistir melhor ao sopro Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP PROCESSO DE SOLDAGEM ARCO SUBMERSO Modulo 1-5 Página 19 magnético. Porém, os cordões produzidos serão estreitos e altos, e a remoção de escória será ligeiramente mais difícil do que o normal. 5.4.3 VELOCIDADE DE SOLDAGEM A velocidade de soldagem controla principalmente o tamanho do cordão e a penetração. Já que a amperagem está relacionada com a velocidade de soldagem, duas considerações devem ser feitas: - Em soldas de único passe, temos de ajustar a velocidade e a corrente para se conseguir a penetração adequada sem que ocorra o transpasse da junta ("vazamento"). Velocidades de soldagem excessivamente altas aumentam a tendência a mordeduras, porosidades, trincas e cordões com formato não uniforme. Velocidade de soldagem excessivamente baixas produzirão cordões sujeitos a trincas e poças de fusão excessivamente largas, resultando num cordão áspero e com possíveis inclusões de escória. 5.4.4 DIÂMETRO DO ELETRODO De uma forma geral, mantendo-se todos os outros parâmetros constantes, uma diminuição no diâmetro do eletrodo acarretará uma maior penetração, cordões mais altos e estreitos e uma maior taxa de deposição. Para um valor de corrente igual, a mudança para um diâmetro de arame maior permite uma melhor ligação de juntas mal ajustadas. Eletrodos mais finos possibilitam melhor abertura e reignição do arco, principalmente quando se trabalha em corrente alternada. 5.4.5 EXTENSÃO DO ELETRODO Quanto maior a extensão livre de eletrodo, maior será a taxa de fusão e consequentemente a taxa de deposição. No desenvolvimento de um procedimento de soldagem, a prática recomenda um valor básico de 8 vezes o diâmetro do eletrodo. A partir daí, modifica-se este comprimento de forma a se otimizar os resultados. O aumento da extensão do eletrodo adiciona, efetivamente, um elemento de resistência ao circuito elétrico de soldagem e provoca naturalmente, uma queda de tensão, acarretando uma mudança na forma do cordão (diminui a penetração e largura e aumenta a convexidade). Assim, um aumento na extensão Copyright O 2002 — Núcleo Tecnológico de Soldagem & Qualidade —- São Paulo/SP
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